Меню

Контроллер напряжения для литиевых аккумуляторов

Контроллер заряда и балансир li-ion аккумулятора 18650

Контроллер заряда – встроенная схема защиты в аккумуляторе, которая предотвращает его сильную разрядку или перезарядку, контролирует силу тока и температуру, задает время окончания заряда. Как работает контроллер заряда в li-ion аккумуляторе, для чего он нужен?

Устройство li-ion аккумулятора 18650

Контроллер зарядки литий-ионного аккумулятора производят корпорации: Sony, LG, Sanyo, Panasonic, Samsung, ATL, HYB. Остальные производители перекупают элементы и выдают за собственный продукт.

Максимальная емкость ионных аккумуляторов 18650 – 3600 мА-ч.; они, в отличие от батарей, могут многократно перезаряжаться. Цифра 18650 – форм-фактор, указывающий на длину аккумулятора (65 мм) и его диаметр (18 мм).

Основные характеристики литий-ионного аккумулятора 18650:

  • максимально допустимое напряжение – 4,2 В (небольшие перезарядки губительно сказываются на сроке службы);
  • минимально допустимое напряжение – 2,75 В (при понижении до 2 В заряд не подлежит восстановлению);
  • минимально допустимая температура –20 °C 0 С (зарядить на морозе невозможно);
  • максимально допустимая температура +60 °C 0 С (при превышении показателей возможны взрыв и возгорание);
  • измерение емкости в ампер-часах – полная зарядка выдает 1 А тока в течение 60 минут, 2 А тока – 30 минут, 15 А тока – 4 минуты.

Литий-ионный АКБ преобразовывает химическую энергию в электрическую, поэтому возникает ток, приводящий в действие то или иное устройство. Такие батарейки оснащаются специальной защитной схемой, которая контролирует уровень ее нагрева и циклы работы. При перегреве и спаде напряжения до 2,7 В – контроллер автоматически прекращает работу АКБ.

Li-ion батарейки очень взрывоопасны, поэтому в них встроены защитные платы. Глубокий разряд таких батарей наступает через 2–3 года их неиспользования, после чего восстанавливаются они проблематично и не отличаются долгим сроком службы

Предназначение контроллера зарядки

Контроллер регулирует процесс заряда и разрядки аккумулятора. Если напряжение падает ниже 3 В, защита отключает банку от потребителя тока: устройство выключается. Также защитная схема предотвращает короткие замыкания. Некоторые виды защитных плат имеют терморезистор, который защищает элементы АКБ от перегрева.

Все платы осуществляют контроль за:

  • переразрядом батарейки;
  • перезарядом;
  • током нагрузки;
  • температурой.

Имея под рукой защитную плату, можно переделать старые АКБ шуруповерта, дрели на литиевые батареи, отличающиеся долгим сроком службы.

Особенности контроллера для зарядки li-ion аккумулятора 18650

Контроллер для литиевых аккумуляторов 18650 расположен сверху корпуса, чем удлиняет само устройство. Плата расположена впереди отрицательной клеммы, защищая АКБ от перезарядки/переразрядки. Основная страна-производитель – Китай.

Предназначение контролера зарядки

Как только защита будет установлена, корпус помещают в специальную пленку с термоусадкой. Из-за дополнительной защитной конструкции корпус удлиняется и утолщается, в редких случаях – не помещается в гнездо. В случае применения аккумулятора 18650 для создания тока в 12 В с общим контроллером заряда прерыватели не устанавливаются.

Основная функция такой защиты – сохранение работы источника энергии в установленных параметрах.

Виды контроллеров

Контроллеры для li-ion аккумуляторов отличаются ценой, производителем и внутренними элементами.

  1. HX-3S-A02 (цена – 150 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, который защищает литий-ионные элементы от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему можно подключить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер защиты – 50х16 мм.
  2. FDC-2S-2 (цена – 50 рублей). Производитель – Китай, чип – HY2120, предотвращает сильный заряд/разряд, короткие замыкания. Возможно подключение двух АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3А). Параметры защиты – 36х6х1 мм.
  3. HX-2S-01 (цена – 70 рублей). Производство – Китай, чип – HY2120, уберегает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Подключаются две АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3 А). Размер защиты – 36х6х1 мм.
  4. HX-3S-D01(цена – 220 рублей). Производство – Китай, чип S-8254AA, контролирует сильный заряд/разряд, короткое замыкание. К нему можно подсоединить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 20 А). Размер защитной платы – 51х23 мм.
  5. HX-3S-D02 (цена – 200 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему подключаются три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер схемы – 50х16 мм.
  6. HX-4S-A01 (цена – 250 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Можно подсоединить четыре АКБ типа 18650 (максимальный ток – 6 А). Размер микросхемы – 67х16мм.

Схемы контроллеров

Ошибочно думать, что контроллеры заряда-разряда существуют: разрядом управлять не нужно, ток находится в прямой зависимости от нагрузки. Главное – это контроль за напряжением и температурой, временем завершения заряда. Под таким контроллером подразумевают плату, защищающую АКБ от глубокой зарядки/разрядки.

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Микросхемы состоят из различных электронных элементов, поэтому имеют вариации:

  1. DW01-Plus. Самая популярная и простая микросхема, находится под самоклейкой с надписями, которой обернут аккумулятор. Плата шестиногая, полевые транзисторы соединены в один корпус восьминогой сборкой. Сопротивление транзисторов создает измерительный шунт: возникает большой порог срабатывания от одного устройства к другому. В полевики встроены паразитные светодиоды, благодаря которым АКБ заряжается даже при срабатывании защиты от глубокой разрядки.
  2. S-8241 Series. Разработчик микросхемы – фирма SEIKO, специализирующаяся на литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах. Защитные ключи срабатывают при 2,3 и 4,35 вольтах и при спаде напряжения на FET1-FET2 до 200 мВ.
  3. LV5114OT. Защитная плата срабатывает при 2,5 и 4,25 вольтах, что предотвращает переразряд/перезаряд.
  4. R5421N Series. Среднее потребление энергии в рабочем состоянии – 3 мкА, в состоянии покоя – 0,3 мкА. Данная микросхема имеет ряд модификаций, которые разнятся величиной напряжения срабатывания при перезаряде.
Читайте также:  При заводке ваз падает напряжение

Причины блокировки контроллером li-ion аккумулятора 18650

Главная причина – возникновение короткого замыкания из-за превышения предельно допустимого напряжения тока внутри АКБ. Микросхема разрывает электрическую цепь. Для разблокировки батареи достаточно зарядить ее.

Вторая причина – глубокий разряд аккумулятора. При глубоком некритичном разряде батарейку можно разблокировать с помощью зарядного устройства.

При разряжении до критичного состояния устройство не включится: внутренние химические процессы приводят к образованию металлических литиевых кристаллов, которые создают опасный контакт между положительным и отрицательным полюсами, приводящий к взрыву.

Балансировочная плата для li-ion аккумулятора 18650

Какую функцию выполняет балансир в литийных аккумуляторах? Если последовательно соединять несколько банок, их напряжение складывается в общую сумму, а емкость батареи равняется самой низкой из всех элементов.

Чтобы предотвратить перезаряд самой «ленивой» части, ее отключают от питания, что позволяет оставшимся частям продолжать заряжаться. Балансир контролирует равномерно распределяющийся заряд, поэтому его включают в цепи с последовательным соединением элементов. При параллельном соединении в балансировке нет необходимости: здесь равномерное распределение заряда. Балансировочная плата обычно входит в общий защитный корпус MBS и носит название «балансировочный шлейф».

Лучшие аккумуляторы 18650 на «Алиэкспресс»

На ресурсе «Алиэкспресс» можно купить разные li-ion АКБ, отличающиеся ценой и производителем. Из-за большого спроса на товар велико число подделок. Качественная модель отличается от подделки рядом признаков. Так, продукция высокого качества имеет емкость в 3600 А/ч и стоит гораздо дороже, среднего качества – 3000–3200 А/ч и стоит в несколько раз дешевле.

Важно! АКБ с защитой длиннее стандартной модели на 3–4 мм и толще на 1–2 мм.

Как восстановить Li-ion АКБ

При полном выходе из строя батареи лучшее решение – утилизация, в ситуации крайней необходимости ее можно реанимировать различными способами:

  1. Помещение АКБ в морозильник: резкая смена температуры в ряде случаев приводит к его временному запуску. В морозильной камере необходимо держать ее в течение 40–50 минут, после чего извлечь и незамедлительно подключить к зарядному устройству на 5 минут. Подождать разогрева батарейки до комнатной температуры и полностью зарядить.
  2. Вскрытие АКБ и отсоединение защитной микросхемы. Процедура проводится крайне осторожно. Для начала необходимо измерить тестером напряжение на контактах (дальнейшие действия возможны только при нулевом показателе), отсоединить защитную плату, замерить показатели напряжения. Дальше подключить зарядное устройство к аккумулятору на 10–15 минут, установив такие показатели: 100 мА, 4,2 В. При перегреве батареи зарядку следует отсоединить. Как только она полностью зарядится, защитная схема возвращается на место.

Перед разбором посмотрите на дату выпуска li-ion аккумулятора. Если ему больше 3–4 лет, не стоит пытаться реанимировать его.

Итак, контроллер для литий-ионных батарей выполняет важную функцию – не позволяет напряжению вырасти до 4,2 В и понизиться до 2,75 В (оптимальное напряжение для АКБ на литии – 3,7 вольта). Сильная разрядка и повышенная зарядка приводят к выходу устройства из строя.

Источник

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC.

Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Плата защитного контроллера от аккумулятора сотового телефона

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути «мозг» контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 — ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 — это MOSFET-транзисторы.

Типовая схема включения микросхемы DW01-P

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов DW01-P

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Цоколёвка и состав микросхемы S8205A

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения показывает 240 вольт

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.

Защита от перезаряда (Overcharge Protection).

Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection VoltageVOCP), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release VoltageVOCR) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от переразряда (Overdischarge Protection).

Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 – 2,5V (Overdischarge Protection VoltageVODP), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 – он подключен к выводу DO.

Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).

Тут есть весьма интересное условие . Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысит 2,9 – 3,1V (Overdischarge Release VoltageVODR), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за «смерть» аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер — G2NK (серия S-8261), сборка полевых транзисторов — KC3J1.

Li-Po аккумулятор и схема защиты

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

Отключение ячейки Li-polymer аккумулятора при глубоком разряде

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Напряжение на глубоко разряженной ячейке Li-polymer аккумулятора

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (VODR).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить «банку» аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда — FET1?

Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P, G2NK), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда — Charger Detection. То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время — несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6. О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь.

Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов ! Вот столько может длиться «восстановительная» зарядка.

Восстановление завершено

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Источник



Контроллер заряда Li-ion аккумулятора 18650 своими руками

Многие люди все еще не знают, что такое контроллер заряда, и попросту игнорируют его существование, что очень зря. Подобные платы просто спасают аккумуляторы каждый день.

Контроллер заряда li-ion аккумулятора 18650

Контроллер заряда – защитная электронная схема в АКБ, которая предотвращает ее сильную разрядку или перезарядку, контролирует силу тока и температурный режим, устанавливает время окончания заряда. Как функционирует контроллер заряда li ion аккумулятора 18650, для чего он необходим?

Контроллер контролирует процесс зарядки и разрядки батареек. Если напряжение понижается до 3 В, защита деактивирует банку от потребителя тока: девайс выключается. Еще защитная схема помогает предотвратить короткие замыкания. Некоторые разновидности защитных плат имеют терморезистор, который спасает компоненты аккумулятора от перегрева.

Все платы контролируют:

  • переразряд и разряд;
  • ток нагрузки;
  • температуру и оптимизацию.

Важно! При зарядке АКБ без контроллера зарядки или при выходе контроллера из строя возможны неприятные последствия, такие как, разрушение корпуса, закипание или деградация аккумулятора.

Опасность перезаряда и полного разряда, чем грозит

Если говорить о lion батарейках, нельзя допускать их полного разряжения или перезарядки. Например, никель-кадмиевые АКБ обладают эффектом памяти. Это означает, что неправильная зарядка приводит к потерям ёмкостных характеристик. Неправильно, когда заряжается аккумулятор, который сел неокончательно. Если начать подзаряжать его не при нуле, он может потерять свои емкостные хар-ки.

Читайте также:  Напряжение конца заряда акб

Зарядники для таких батареек создают со специальными рабочими режимами, которые в первую очередь садят АКБ полностью, потом начинают ее наполнять энергией. Литиевые аккумуляторы не требуют к себе такого внимания. У них отсутствует эффект памяти, но они не выносят полный разряд.

Поэтому их стоит сразу наполнять энергией, не дожидаясь нуля. Но и перезаряд, это тоже не лучший вариант. Это касается лишь батарей без защиты. Если у аккумуляторных батарей есть контроллер заряда, то он сам будет контролировать процессы.

Особенности контроллера для зарядки li-ion аккумулятора

Контроллер зарядки литий ионного аккумулятора находится в верхней части корпуса, тем самым делает длиннее сам аккумулятор. Плата находится впереди отрицательного клеммника, защищая аккумулятор от перезарядки/переразрядки. Страна-изготовитель контроллеров зарядки литиевых аккумуляторов – Китай.
После монтажа контроллера(модуля), корпусную часть перемещают в пленочку с термической усадкой. Из-за доп. защиты, корпус становится больше в плане размера.

Виды контроллеров

Существуют разные виды защиты. Контроллеры заряда li ion аккумуляторов 18650 отличаются стоимостью, изготовителем и внутренними компонентами.

Самые популярные контроллеры аккумулятора:

  1. HX-3S-A02 (ценник – 150 руб.). Китайского производства, внутри схема S-8254AA, которая избавляет компоненты от серьезного заряда/разряжения. К нему можно присоединить три АКБ (макс. ток – 10 А). Габариты – 50х16 мм.
  2. FDC-2S-2 (стоит – 50 руб.). Создатель – Китай, схема – HY2120, защищает от заряда/разряда, замыканий. Можно применить две маленьких батарейки (макс. ток – 3А). Габариты – 36х6х1 мм.
  3. HX-2S-01 (можно купить за 70 руб.). Китайское производство, схема – HY2120, спасает от заряда/разряда, замыканий. Использовать разрешено две батарейки 18650 (макс. ток – 3 А). Параметры – 36х6х1 мм.
  4. HX-3S-D01( 220 руб.). Китайское производство, чип S-8254AA, регулирует заряд/разряд, спасает от замыкания. Можно применить три аккумулятора 18650 (макс. ток – 20 А). Хар-ки – 51х23 мм.
  5. HX-3S-D02 (200 ₽). Создано в Китае, внутри интегральная схема S-8254AA, спасает от проблем с зарядкой и коротких замыканий. Можно использовать три батарейки типа 18650 (макс. ток – 10 А). Параметры – 50х16 мм.
  6. HX-4S-A01 (250 ₽). Произведено в Китае, внутри чип S-8254AA, спасает от проблем связанных с зарядкой и замыканиям. Можно использовать четыре батарейки 18650 (макс. ток – 6 А). Габариты – 67х16мм.

Сложно сказать, какой из них лучше, ведь если судить, по отзывам с Алиэкспресс, самым эффективным считается другой, которого нет в списке, а точнее hd8200 контроллер аккумулятора.

Схемы контроллеров

  1. DW01-Plus. Самая популярнейшая схема контроллера литий ионного аккумулятора, расположена под самоклейкой. Защита 6-ногая, полевые транзисторного типа агрегаты совмещены в один корпусный элемент 8-ногой сборкой. Сопротивление транзисторных установок формирует измерительный шунт. В полевиках есть специальные светоизлучающие диоды, благодаря которым аккумуляторная батарея наполняется энергией.
  2. S-8241 Серия. Специальные схемы от организации SEIKO, которая специализируется на lion батареях. Ключи защиты начинают срабатывать при 2,3 и 4,35 В и при спаде напряжения до 200 мВ.
  3. LV5114OT. Ограничитель запускается при 2,5 и 4,25 вольтах.
  4. R5421N Серия. Тратится при активном состоянии – 3 мкА, в отключенном состоянии – 0,3 мкА.

Как сделать зарядное устройство с контроллером для аккумулятора 18650 своими руками

Итак, найдите для начала бокс, органайзер и приспособление для держания.
Данные боксы от компании Shenzhen Blossom Electronic подойдут лучше всего.
Созданы они из твердого пластика, имеют надёжные контакты, АКБ держатся уверенно, и в общем, выглядит приятно.
Еще нужно взять контроллер заряда на микросхемы TP4056. Габариты 26X17мм.
Подключается по микро юсб, может функционировать с батарейками 3,7 вольт,
поддерживает зарядного типа ток, около 1 А.
Ниже показан график защитной платы TP4056.

В зарядном устройстве будет использована лишь эта опция.

А контроль разряда аккумуляторных батарей используется только в случае подключения нагрузки через эту плату. Поэтому схемка получается очень простой, припаяйте провода согласно изображению, после прикрепите контроллер к боксу и изолируйте все голые контакты.

Для крепления платы, можно использовать двухстороннюю клейкую ленту.
Держаться будет отлично. Затем с помощью акрилового герметика потребуется замазать все контакты. И простым прозрачным скотчем прикрыть плату контроллера. Вот и все, работа завершена, теперь вы можете самостоятельно зарядить свои батарейки!

Подробнее о том какие бывают зарядные устройства для li ion аккумуляторов 18650, читайте тут.

Важно! Главное не перепутать полярность при монтаже АКБ, иначе сгорит TP4056 а если при этом и к блоку питания подключено, то блок тоже выйдет из строя. Пожалуй, это считается единственным недостатком этого ЗУ.

Покупка lion батареек не должна вызывать сложностей, как и подбор контроллера заряда. Приобрести все это можно в местных торговых точках электроники, в интернет-магазинах или заказать с Али через телефон. Не стоит брать бюджетные модели. Нормальный аккумулятор не может стоить дешево, как и защита для него.

Источник