4 једноставна круга пуњача за литијум-јонске батерије - Коришћење ЛМ317, НЕ555, ЛМ324

Следећи пост објашњава четири једноставна, али сигурна начина пуњења Ли-јонске батерије помоћу уобичајених ИЦ-а попут ЛМ317 и НЕ555, које сваки нови хоби може лако конструисати код куће.

Иако су Ли-Ион батерије рањиви уређаји, они се могу пунити једноставнијим круговима ако брзина пуњења не узрокује значајно загревање батерије и ако кориснику не смета мало кашњење у периоду пуњења ћелије.

Корисници који желе брзо пуњење батерије, не смеју да користе доле објашњене концепте, већ могу да користе један од ових професионални паметни дизајни .

Основне чињенице о ли-јонском пуњењу

Пре него што научимо поступке израде ли-јонског пуњача, било би нам важно да знамо основне параметре који се тичу пуњења Ли-Ион батерије.

За разлику од оловне киселине, Ли-Ион батерија се може пунити при знатно високим почетним струјама, које могу достићи и Ах-вредност саме батерије. Ово се назива пуњење брзином од 1Ц, где је Ц вредност Ах батерије.

Кад ово кажемо, никада није препоручљиво користити ову екстремну брзину, јер би то значило пуњење батерије у изузетно стресним условима због повећања њене температуре. Стопа од 0,5 ° Ц се стога сматра стандардном препорученом вредношћу.

0,5Ц означава брзину струје пуњења која је 50% од Ах вредности батерије. У тропским летњим условима, чак и ова брзина може да се претвори у неповољну брзину за батерију због постојеће високе температуре околине.

Да ли пуњење ли-јонске батерије захтева сложена разматрања?

Апсолутно не. То је заправо изузетно пријатељски облик батерије и напуниће се уз минимална разматрања, мада су та минимална разматрања од суштинског значаја и морају се безусловно поштовати.

Неколико критичних, али једноставних разматрања су: аутоматско искључивање при пуном нивоу пуњења, стални напон и улазно напајање са константном струјом.

Следеће објашњење ће вам помоћи да ово боље разумете.

Следећи графикон сугерише идеалан поступак пуњења стандардне Ли-Ион ћелије од 3,7 В, оцењене са 4,2 В као пуни ниво пуњења.

Фаза 1 : У почетној фази # 1 видимо да напон батерије расте са 0,25 В на 4,0 В за око један сат при константној брзини пуњења од 1 амп. То означава ПЛАВА линија. 0,25 В је само индикативне сврхе, стварна ћелија од 3,7 В никада не сме бити пражњена испод 3 В.

Фаза # 2: У фази 2, пуњење улази у стање наелектрисања засићења , где напон достиже максимум до нивоа пуњења од 4,2 В, а тренутна потрошња почиње да опада. Овај пад тренутне стопе наставља се наредних неколико сати. Струја пуњења означена је ЦРВЕНОМ тачкастом линијом.

Фаза # 3 : Како струја опада, она достиже најнижи ниво који је нижи од 3% од Ах оцене ћелије.

Једном када се то догоди, улазно напајање се ИСКЉУЧИ и ћелији се остави да се слегне још 1 сат.

После једног сата напон ћелије указује на стварни Државно задужено или СоЦ ћелије. СоЦ ћелије или батерије је оптимални ниво напуњености који је постигао након пуног пуњења, а овај ниво показује стварни ниво који се може користити за одређену апликацију.

У овом стању можемо рећи да је стање ћелије спремно за употребу.

Фаза # 4 : У ситуацијама када се ћелија не користи дужи период, с времена на време примењује се пуњење, при чему је струја коју ћелија троши испод 3% од њене вредности Ах.

Запамтите, иако графикон приказује ћелију која се пуни и након што је достигла 4,2 В, то је то строго се не препоручује током практичног пуњења Ли-Ион ћелије . Снабдевање се мора аутоматски прекинути чим ћелија достигне ниво од 4,2 В.

Па, шта у основи сугерише графикон?

1. Користите улазно напајање које има фиксну струју и фиксни напон, као што је горе речено. (То обично може бити = Напон 14% већи од одштампане вредности, Тренутна 50% вредности Ах, нижа струја од ове такође ће радити лепо, иако ће се време пуњења сразмерно повећавати)
2. Пуњач треба да има аутоматско искључивање на препорученом нивоу пуног пуњења.
3. Управљање температуром или контрола батерије можда неће бити потребне ако је улазна струја ограничена на вредност која не доводи до загревања батерије

Ако немате аутоматско искључивање, једноставно ограничите улаз константног напона на 4,1 В.

1) Најједноставнији Ли-Ион пуњач који користи један МОСФЕТ

Ако тражите најјефтинији и најједноставнији круг Ли-Ион пуњача, онда не може бити боље опције од ове.

Овај дизајн је без регулације температуре, па се препоручује нижа улазна струја

Појединачни МОСФЕТ, унапред подешени уређај или тример и отпорник од 1/4 вата од 470 охма је све што вам треба за прављење једноставног и сигурног кола пуњача.

Пре него што повежете излаз са Ли-Ион ћелијом, уверите се у неколико ствари.

1) С обзиром да горњи дизајн не укључује регулацију температуре, улазна струја мора бити ограничена на ниво који не узрокује значајно загревање ћелије.

2) Подесите унапред подешену вредност да добије тачно 4,1 В преко терминала за пуњење на које ћелија треба да буде повезана. Одличан начин да се то поправи је повезивање прецизне зенер диоде уместо унапред подешене вредности и замена 470 охма отпорником од 1 К.

За струју би обично био довољан унос константне струје од око 0,5Ц, то је 50% вредности мАх ћелије.

Додавање тренутног контролера

Ако улазни извор није струјно контролисан, у том случају можемо брзо надоградити горњи круг једноставном БЈТ фазом управљања струјом као што је приказано доле:

РКС = 07 / Максимална струја пуњења

Предност Ли-Ион батерије

Главна предност Ли-Ион ћелија је њихова способност да прихвате пуњење брзо и ефикасно. Међутим, Ли-Ион ћелије имају лошу репутацију да су превише осетљиве на неповољне улазе као што су високи напон, велика струја и што је најважније у условима пуњења.

Када се напуни под било којим од горе наведених услова, ћелија се може превише загрејати, а ако се услови наставе може довести до цурења ћелијске течности или чак до експлозије, на крају ћелије трајно оштетити.

У било којим неповољним условима пуњења, прва ствар која се догоди ћелији је пораст температуре, а у предложеном концепту кола користимо ову карактеристику уређаја за спровођење потребних сигурносних операција, где ћелија никада не сме да достигне високе температуре одржавајући параметри под потребним спецификацијама ћелије.

2) Коришћење ЛМ317 као ИЦ контролера

На овом блогу смо наишли на многе кола пуњача батерија помоћу ИЦ ЛМ317 и ЛМ338 који су најсвестранији и најпогоднији уређаји за разматране операције.

И овде користимо ИЦ ЛМ317, иако се овај уређај користи само за генерисање потребног регулисаног напона и струје за повезану Ли-Ион ћелију.

Стварну функцију осетљивости врши неколико НПН транзистора који су постављени тако да долазе у физички контакт са ћелијом под набојем.

Гледајући дати дијаграм кола, добијамо три врсте заштите истовремено:

Када се напајање напаја на подешавање, ИЦ 317 ограничава и генерише излаз једнак 3,9 В на повезану Ли-ион батерију.

1. Тхе Отпорник од 640 ома осигурава да овај напон никада не пређе ограничење пуног пуњења.
2. Два НПН транзистора повезана у стандардном Дарлингтоновом режиму са АДЈ пином ИЦ-а контролишу ћелијску температуру.
3. Ови транзистори такође раде као граничник струје , спречавајући прекомерну ситуацију за Ли-Ион ћелију.

Знамо да ако је АДЈ пин ИЦ 317 уземљен, ситуација у потпуности искључује излазни напон са њега.

Значи ако би провођење транзистора узроковало кратки спој уземљења пина АДЈ-а узрокујући искључивање излаза батерије.

Са горњом особином у руци, пар Дарлингтом ради неколико занимљивих сигурносних функција.

Отпорник од 0,8 повезан преко основе и уземљења ограничава максималну струју на око 500 мА, ако струја тежи да пређе ову границу, напон на отпору од 0,8 ома постаје довољан за активирање транзистора који „гуше“ излаз ИЦ , и спречава сваки даљи пораст струје. То заузврат помаже да се батерија спречи да добије нежељену количину струје.

Коришћење детекције температуре као параметра

Међутим, главна безбедносна функција коју спроводе транзистори је откривање пораста температуре Ли-Ион батерије.

Транзистори као и сви полупроводнички уређаји теже да воде струју пропорционалније са порастом околине или телесних температура.

Као што је већ речено, ови транзистори морају бити постављени у непосредном физичком контакту са батеријом.

Претпоставимо сада, у случају да температура ћелије почне да расте, транзистори би реаговали на то и почели да проводе, проводљивост би тренутно довела до тога да је пин АДЈ ИЦ-а више подвргнут потенцијалу земље, што би резултирало смањењем излазног напона.

Са смањењем напона пуњења, пораст температуре повезане Ли-Ион батерије такође би се смањио. Резултат је контролисано пуњење ћелије, осигуравајући да ћелија никада не дође у бекство и одржава сигуран профил пуњења.

Горњи круг ради са принципом компензације температуре, али не садржи функцију аутоматског искључивања прекомерног пуњења, па је стога максимални напон пуњења фиксиран на 4,1 В.

Без компензације температуре

Ако желите да избегнете гњаважу око контроле температуре, можете једноставно игнорисати дарлингтонски пар БЦ547 и уместо њега користити један БЦ547.

Сада ће ово функционисати само као напајање контролисано струјом / напоном за Ли-Ион ћелију. Ево потребног модификованог дизајна.

Трансформатор може бити трансформатор 0-6 / 9 / 12В

Будући да се овде не користи контрола температуре, уверите се да је Рц вредност правилно димензионисана за брзину од 0,5 Ц. За ово можете користити следећу формулу:

Рц = 0,7 / 50% вредности Ах

Претпоставимо да је вредност Ах одштампана као 2800 мАх. Тада би се горња формула могла решити као:

Рц = 0,7 / 1400 мА = 0,7 / 1,4 = 0,5 ома

Снага ће бити 0,7 к 1,4 = 0,98, или једноставно 1 вата.

Исто тако, уверите се да је 4к7 унапред подешена на тачно 4,1 В преко излазних терминала.

Једном када се изврше горња подешавања, можете безбедно напунити предвиђену Ли-Ион батерију, без бриге о нежељеним ситуацијама.

Пошто на 4,1 В не можемо претпоставити да је батерија потпуно напуњена.

Да би се супротставио горе наведеном недостатку, аутоматско искључивање постаје повољније од горњег концепта.

На овом блогу сам расправљао о многим склоповима аутоматских пуњача оп ампера, било који од њих се може применити на предложени дизајн, али пошто смо заинтересовани да дизајн буде јефтин и лак, можемо испробати алтернативну идеју која је приказана у наставку.

Користећи СЦР за граничне вредности

Ако сте заинтересовани за аутоматско искључивање, без надзора температуре, можете испробати доле објашњени дизајн заснован на СЦР-у. СЦР се користи преко АДЈ и уземљења ИЦ за операцију закључавања. Капија је опремљена излазом тако да када потенцијал достигне око 4,2 В, СЦР се активира и закључа, трајно прекидајући напајање батерије.

Праг се може прилагодити на следећи начин:

Прво задржите 1К унапред подешену на нивоу земље (крајње десно), на излазне терминале примените спољни извор напона од 4,3 В.
Сада полако подесите унапред подешену вредност док се СЦР само не активира (ЛЕД лампица светли).

Ово поставља круг за акцију аутоматског искључивања.

Како поставити горњи круг

Прво држите централни клизач крака унапред подешеног да додирује шину уземљења кола.

Сада, без повезивања напајања прекидача акумулатора, проверите излазни напон који би природно показао пуни ниво напуњености подешен отпорником од 700 ома.

Даље, врло вешто и нежно подесите унапред подешену вредност док се СЦР не активира искључивањем излазног напона на нулу.

То је то, сада можете претпоставити да је склоп постављен.

Прикључите испражњену батерију, УКЉУЧИТЕ напајање и проверите одзив, претпоставља се да се СЦР неће активирати док се не достигне подешени праг и пресече чим батерија достигне постављени праг пуног пуњења.

3) Круг пуњача за литијум-јонске батерије помоћу ИЦ 555

Други једноставан дизајн објашњава једноставан, али прецизан круг аутоматског пуњења Ли-Ион батерија користећи свеприсутни ИЦ 555.

Пуњење ли-јонске батерије може бити пресудно

Као што сви знамо, Ли-ион батерију треба пунити у контролисаним условима, ако се пуни обичним средствима, може довести до оштећења или чак експлозије батерије.

У основи Ли-јонске батерије не воле прекомерно пуњење ћелија. Када ћелије досегну горњи праг, напон пуњења треба прекинути.

Следећи круг пуњача Ли-Ион батерије врло ефикасно прати горе наведене услове тако да прикључена батерија никада не сме да прекорачи своје ограничење прекорачења напуњености.

Када се ИЦ 555 користи као компаратор, његови пин # 2 и пин # 6 постају ефикасни сензорски улази за откривање доњег и горњег ограничења прага напона у зависности од подешавања релевантних унапред подешених поставки.

Пин # 2 надгледа ниво прага ниског напона и активира излаз на високу логику у случају да ниво падне испод постављене границе.

Супротно томе, пин # 6 надгледа горњи праг напона и враћа излаз на најнижи ниво при откривању нивоа напона вишег од постављене високе границе детекције.

У основи радње горњег одсека и доњег прекидача морају се подесити уз помоћ одговарајућих подешавања која задовољавају стандардне спецификације ИЦ, као и повезане батерије.

Унапред подешена поставка за пин # 2 мора бити постављена тако да доња граница одговара 1/3 Вцц, а слично унапред подешена веза за пин # 6 мора бити подешена тако да горња граница одсечења одговара 2 / 3рд оф Вцц, као према стандардним правилима ИЦ 555.

Како то ради

Цјелокупно функционирање предложеног круга пуњача Ли-Ион помоћу ИЦ 555 одвија се како је објашњено у сљедећој расправи:

Претпоставимо да је потпуно испражњена ли-јонска батерија (око 3,4 В) повезана на излаз доле приказаног кола.

Под претпоставком да је доњи праг постављен негде изнад нивоа од 3,4 В, пин # 2 одмах осећа ситуацију ниског напона и повлачи излаз високо на пин # 3.

Високи на пин # 3 активира транзистор који укључује улазно напајање на повезану батерију.

Сада батерија почиње да се пуни.

Чим батерија достигне потпуно пуњење (@ 4.2В), под претпоставком да је горњи гранични праг на пину # 6 подешен на око 4.2в, ниво се осећа на пину # 6 који одмах враћа излаз на низак.

Ниски излаз тренутно искључује транзистор што значи да је улаз за пуњење сада онемогућен или одсечен за батерију.

Укључивање транзисторског степена омогућава и пуњење Ли-Ион ћелија веће струје.

Трансформатор мора бити изабран са напоном који не прелази 6В и тренутном снагом 1/5 батерије АХ.

Кружни дијаграм

Ако сматрате да је горњи дизајн много сложен, можете испробати следећи дизајн који изгледа много једноставније:

Како поставити круг

Повежите потпуно напуњену батерију преко приказаних тачака и прилагодите унапред подешену вредност тако да се релеј само деактивира из Н / Ц у Н / О положај .... урадите то без повезивања било ког ДЦ улаза у коло.

Једном када се то учини, можете претпоставити да је струјни круг постављен и употребљив за аутоматско искључивање батерије када се потпуно напуни.

Током стварног пуњења, уверите се да је улазна струја пуњења увек нижа од оцене АХ батерије, што значи да ако претпоставимо да је батерија АХ 900мАХ, улаз не сме бити већи од 500мА.

Батерију треба уклонити чим се релеј ИСКЉУЧИ да би се спречило самопражњење батерије путем 1К унапред подешене поставке.

ИЦ1 = ИЦ555

Сви отпорници су ЦФР 1/4 вата

ИЦ 555 Пиноут

Закључак

Иако су сви претходно представљени дизајни технички исправни и извршават ће задатке према предложеним спецификацијама, они се заправо чине претјераним.

Објашњен је једноставан, али ефикасан и сигуран начин пуњења Ли-Ион ћелије у овом посту , а ово коло може бити применљиво на све облике батерија, јер савршено брине о два кључна параметра: константној струји и аутоматском прекиду пуњења. Претпоставља се да је константни напон доступан из извора пуњења.

4) Пуњење многих ли-јонских батерија

Чланак објашњава једноставан круг који се може користити за брзо паралелно пуњење најмање 25 бројева Ли-Ион ћелија из једног извора напона као што је 12В батерија или 12В соларни панел.

Идеју је затражио један од загрижених следбеника овог блога, чујмо:

Пуњење многих Ли-ион батерија заједно

Можете ли ми помоћи у дизајнирању склопа за истовремено пуњење 25 ли-он ћелијских батерија (по 3,7 в - 800 мА). Мој извор напајања је из 12в-50АХ батерије. Такође ме обавестите колико ампера 12в батерије би се извукло овом поставком на сат ... хвала унапред.

Дизајн

Што се тиче пуњења, Ли-јонске ћелије захтевају строже параметре у поређењу са оловним батеријама.

Ово постаје посебно кључно јер Ли-јонске ћелије имају тенденцију да генеришу значајну количину топлоте током процеса пуњења, а ако ово стварање топлоте буде ван контроле може довести до озбиљних оштећења ћелије или чак могуће експлозије.

Међутим, једна добра ствар код Ли-јонских ћелија је та што се у почетку могу пунити пуним 1Ц, супротно оловним батеријама које не дозвољавају више од Ц / 5 брзине пуњења.

Горе наведена предност омогућава да се ћелије Ли-јона напуне 10 пута брже од бројача оловних киселина.

Као што је горе речено, с обзиром да управљање топлотом постаје пресудно питање, ако се овај параметар на одговарајући начин контролише, остале ствари постају прилично једноставне.

То значи да можемо да пунимо Ли-јонске ћелије пуном брзином од 1Ц, а да нас ништа не замара све док имамо нешто што надгледа производњу топлоте из ових ћелија и покреће потребне корективне мере.

Покушао сам то да имплементирам прикључивањем одвојеног круга за осетљивост топлоте који надгледа топлоту из ћелија и регулише струју пуњења у случају да топлота почне да одступа од сигурних нивоа.

Управљање температуром при брзини од 1Ц је пресудно

Први дијаграм кола доле приказује прецизан круг сензора температуре помоћу ИЦ ЛМ324. Три његова опампа су овде запослена.

Диода Д1 је 1Н4148 која овде ефикасно делује као температурни сензор. Напон на овој диоди опада за 2мВ са сваким порастом температуре.

Ова промена напона на Д1 подстиче А2 да промени своју излазну логику, што заузврат покреће А3 да постепено повећава свој излазни напон у складу с тим.

Излаз А3 повезан је са ЛЕД опто спојницом. Према подешавању П1, излаз А4 има тенденцију повећања као одговор на топлоту из ћелије, све док на крају не засвети повезана ЛЕД и не проведе унутрашњи транзистор оптоа.

Када се то догоди, опто транзистор испоручује 12В у круг ЛМ338 за покретање потребних корективних радњи.

Други круг приказује једноставно регулисано напајање помоћу ИЦ ЛМ338. Пот 2к2 је подешен да производи тачно 4,5 В кроз повезане Ли-јонске ћелије.

Претходни круг ИЦ741 је склоп за прекид прекомерног пуњења који надгледа наелектрисање преко ћелија и искључује напајање када достигне изнад 4,2В.

БЦ547 са леве стране у близини ИЦЛМ338 је представљен за примену одговарајућих корективних мера када ћелије почну да се загревају.

У случају да ћелије почну да се прегревају, напајање из оптичке спојнице температурног сензора погоди транзистор ЛМ338 (БЦ547), транзистор проведе и тренутно искључи излаз ЛМ338 док температура не падне на нормални ниво, овај процес се наставља све док ћелије се потпуно напуне када се ИЦ 741 активира и трајно одвоји ћелије од извора.

У свих 25 ћелија могу бити паралелно повезане на овај круг, свака позитивна линија мора да садржи засебну диоду и отпор од 5 вата од 1 вата за једнаку расподелу наелектрисања.

Читав пакет ћелија треба причврстити на заједничку алуминијумску платформу тако да се топлота равномерно одводи преко алуминијумске плоче.

Д1 треба налепити на одговарајућу алуминијумску плочу тако да сензор Д1 оптимално осети расипну топлоту.

Аутоматски Ли-Ион ћелијски пуњач и склоп контролера.

Закључак

• Основни критеријуми које треба одржавати за било коју батерију су: пуњење под прикладним температурама и прекид напајања чим се потпуно напуни. То је основна ствар коју морате следити без обзира на тип батерије. Можете ово надгледати ручно или учинити аутоматским, у оба случаја ће се батерија напунити сигурно и имати дужи век трајања.
• Струја пуњења / пражњења одговорна је за температуру батерије, ако су оне превисоке у односу на температуру околине, ваша батерија ће дуго трпети.
• Други важан фактор је никада не дозвољавање да се батерија јако празни. Наставите да враћате пуни ниво напуњености или га допуните кад год је то могуће. Ово ће осигурати да батерија никада не достигне нижи ниво пражњења.
• Ако вам је тешко то ручно надгледати, можете се одлучити за аутоматски круг како је описано на овој страници .

Имате ли додатних сумњи? Молимо вас да им дођу кроз поље за коментаре испод