Зарядка трех литиевых аккумуляторов. Особенности зарядки литиевых аккумуляторов и зарядные устройства для них

Li-ion аккумуляторы типа 18650 различной емкости получили в настоящее время очень широкое распространение. С их приобретением встает проблема зарядки и обязательно в соответствии с техническими требованиями к процессу зарядки. Вот некоторые из этих требований:
- зарядка стабильным током;
- режим стабилизации напряжения;
- индикация окончания зарядки;
- непревышение допустимой температуры в процессе зарядки аккумулятора.

Вашему вниманию предлагается несложная в изготовлении и наладке схема ЗУ Li-ion аккумуляторов, хорошо зарекомендовавшая себя в работе.

Схема представляет собой стабилизатор тока и напряжения. Пока напряжение на аккумуляторе в процессе зарядки не достигнет уровня Uстаб.=(R7/R5+1)*Uref (Uref-опорное напряжение TL431=2,5В), TL431 находится в закрытом состоянии, и схема работает как стабилизатор тока. Iстаб.=0,6/R2 (0,6-напряжение открывания транзистора КТ816В). Как только напряжение на аккумуляторе достигнет Uстаб., схема переходит в режим стабилизации напряжения. Для Li-ion аккумулятора эта величина равна 4,2В. По достижении на аккумуляторе напряжения 4,2В начинает светиться светодиод желтого цвета, сигнализируя о том, что аккумулятор заряжен на 80-90%.Зарядный ток снижается до величины 7…8мА. В этом состоянии оставьте аккумулятор на 10-15 часов, чтобы он набрал полную емкость.

Немного о назначении элементов схемы.
LED1 - синего цвета, светится при установке аккумулятора (АК) в зарядный бокс при неподключенном питании ЗУ. При напряжении на АК менее 3В LED1 не светится.
LED2 - желтого цвета. Служит для индикации окончания процесса зарядки АК. При установке в бокс незаряженного АК LED2 не светится. Если он светится, то это говорит о том, что в бокс вставлен заряженный АК (при неподключенном питании ЗУ).
R2 - ограничивает зарядный ток АК.
R5, R7 - служат для установки напряжения 4,2В на контактах зарядного бокса до установки в него аккумулятора (можно любым).

Все детали ЗУ, кроме транзистора, установлены на печатной плате со стороны печатных проводников:

Вариант платы для тех, кто не ленится сверлить отверстия в стеклотекстолите:

Транзистор снабжен небольшим радиатором. В процессе зарядки транзистор греется до 40°С. Резистор R2 также греется, поэтому лучше установить параллельно два по 10 Ом для уменьшения нагрева.
Напряжение блока питания для зарядки одного аккумулятора примерно 5В постоянного тока. При необходимости заряжать сразу несколько аккумуляторов напряжение БП выбирается таким, чтобы на каждом блоке оно составляло 4,2В. Мощность блока питания выбирается из величины зарядного тока для каждого аккумулятора. Можно использовать импульсный источник питания. Габариты зарядного устройства будут меньше.
Процесс наладки зарядного устройства несложен. Не вставляя аккумулятор, подаем питание на схему. Должны светиться оба светодиода. Далее измеряем напряжение на контактах зарядного бокса. Если оно равно 4,2В, вам повезло и наладка почти завершена. В случае, если напряжение больше или меньше 4,2В, отключаем питание, вместо резистора R5 или R7 впаиваем переменный многооборотный резистор 10к и точно устанавливаем напряжение 4,2В на контактах бокса. Измерив величину получившегося сопротивления настоечного резистора, подбираем такой же постоянный и впаиваем в схему. Еще раз проверяем напряжение на контактах зарядного бокса. Величину зарядного тока проверяем амперметром на контактах зарядного бокса, не вставляя аккумулятор. Подбором величины резистора R2 можно установить желаемый зарядный ток. Большими токами не увлекаемся, может греться аккумулятор, что категорически недопустимо. От перегрева емкость Li-ion аккумуляторов снижается и не восстанавливается.
Аккумуляторы лучше всего заряжать по одному. При необходимости заряжать одновременно несколько аккумуляторов можно соединить блоки последовательно по такой схеме.

В этой схеме каждый аккумулятор заряжается отдельно. Напряжение в конце зарядки на каждом АК будет 4,2В, а зарядный ток - 0,5А. Заряжая одновременно, например, семь аккумуляторов, напряжение источника питания должно быть 4.2В*7=29,5В. Мощность источника питания определяется по величине зарядного тока 0,5А для каждого АК, т.е приблизительно 40Вт.

Фото готового устройства.

Вы сможете ознакомиться со схемой зарядного устройства, которая отлично подойдет для литиевых Li-Ion аккумуляторов.

Сначала его автор хотел представить простой вариант на микросхеме lm317, но в этом случае зарядку нужно питать от более высокого напряжения, чем 5 вольт. Причина в том, что разница между входным и выходным напряжениями микросхемы lm317 должна быть не менее 2 Вольт. Напряжение заряженного литий-ионного аккумулятора составляет около 4,2 Вольт. Следовательно, разница напряжений меньше 1 вольта. А это это значит, что можно придумать другое решение.

На АлиЭкспресс можно купить специализированную плату для зарядки литиевых аккумуляторов, которая стоит около доллара. Да, это так, но зачем покупать то, что можно сделать за пару минут. Тем более нужно месяц пока заказ будет у вас. Но если решили приобрести готовый, чтобы сразу пользоваться им, купите в этом китайском магазине . В поиске по магазину впишите: TP4056 1A

Самая простая схема

Сегодня рассмотрим варианты UDB-зарядного устройства для литиевых аккумуляторов, которое сможет повторить каждый. Схема самая самая простая, которую можно только придумать.

Это гибридная схема, где есть стабилизация напряжения и ограничение тока заряда аккумулятора.

Описание работы зарядки

Стабилизация напряжения построена на базе довольно популярной микросхемы регулируемого стабилитрона tl431. Транзистор в качестве усилительного элемента. Ток заряда задается резистором R1 и зависит только от параметров заряжаемого аккумулятора. Этот резистор советуется с мощностью 1 ватт. А все остальные резисторы 0,25 или 0,125 ватт.

Как мы знаем, напряжение одной банки полностью заряженного литий-ионного аккумулятора составляет около 4,2 Вольт. Следовательно, на выходе зарядного устройства мы должны установить именно это напряжение, которое задается подбором резисторов R2 и R3. Существует очень много онлайн программ по расчету напряжения стабилизации микросхемы tl431.
Для наиболее точной настройки выходного напряжения советуется резистор R2 заменить на многооборотное сопротивление около 10 килоом. Кстати, возможно и такое решение. Светодиод у нас в роли индикатора заряда, подойдет практически любой светодиод, цвет на ваш вкус.
Вся настройка сводится к установке на выходе напряжения 4,2 вольта.
Несколько слов о стабилитроне tl431. Это очень популярная микросхемах,не путайте с транзисторами в аналогичном корпусе. Эта микросхема встречается практически в любом импульсном блоке питания, например компьютернаом, где микросхема чаще всего стоит в обвязке.
Силовой транзистор не критичен, подойдет любой транзистор обратной проводимости средней или высокой мощности, например из советских подойдут КТ819, КТ805. Из менее мощных КТ815, КТ817 и любые другие транзисторы с аналогичными параметрами.

Для каких аккумуляторов подходит устройство?

Схема предназначена для зарядки только одной банки литиевого аккумулятора. Можно заряжать акб стандарта 18 650 и иные аккумуляторы, только нужно выставить соответствующее напряжения на выходе из зарядника.
Если вдруг по каким-то причинам схема не заработает, то проверьте наличие напряжения на управляющем выводе микросхемы. Оно должна быть не менее 2,5 Вольт. Это минимальное рабочее напряжение для внешнего источника опорного напряжения микросхемы. Хотя встречаются варианты исполнения, где минимальное рабочее напряжение составляет 3 Вольта.
Целесообразно также построить небольшой тестовый стенд для указанной микросхемы, чтобы проверить ее на работоспособность перед пайкой. А после сборки тщательно проверяем монтаж.

В ещё одной публикации материал об улучшении .

Многие могут сказать, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, посредством которой можно заряжать литиевые аккумуляторы через USB. Она будет стоить около 1 доллара.

Но нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут. Не стоит забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит столько удовольствия, как сделанное своими руками.
Первоначально планировалось собрать зарядное устройство на базе микросхемы LM317.

Но тогда для питания этой зарядки потребуется более высокое напряжение, чем 5 В. Микросхема должна иметь разницу в 2 В между входящим и выходящим напряжениями. Заряженный литиевый аккумулятор имеет напряжение 4,2 В. Это не соответствует описанным требованиям (5-4,2=0,8), поэтому необходимо поискать другое решение.

Зарядку, которая будет рассматриваться в этой статье, способен повторить практически каждый. Ее схема довольно проста для повторения.

Одну из таких программ можно скачать в конце статьи.
Чтобы осуществить более точную настройку напряжения на выходе, можно поменять резистор R2 на многооборотный. Его сопротивление должно составлять порядка 10 кОм.

Прикрепленные файлы : :

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank Аккумулятор из литий ионных батареек своими руками: как правильно заряжать

Особенности зарядки литиевых аккумуляторов и зарядные устройства для них

Современный человек пользуется множеством электронных гаджетов. Это ноутбук, мобильный телефон, планшет, фотоаппарат и многие другие. Большинство этих устройств работают от литиевых аккумуляторов. Ведь мы ценим их именно за то, что это мобильные устройства. Однако за портативность приходится расплачиваться тем, что нужно постоянно заряжать аккумуляторы. Для этого вам потребуется зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. В большинстве случаев зарядные устройства поставляются в комплекте с самим устройством. Этот тот же адаптер питания ноутбука или телефона. В идеале, конечно, для зарядки должно использоваться именно штатная зарядка. Но что делать, если она потеряна или вышла из строя. Нужно подобрать подходящее зарядное устройство. Что при этом учесть, обсудим в этой статье.

В общем случае зарядное устройство для должно иметь на выходе напряжение 5 вольт и ток, величина которого соответствует (0,5─1)*Сн. Сн – это номинальная ёмкость аккумулятора. К примеру, для литиевого элемента ёмкостью 2200 мАч, зарядка должна выдавать ток от 1,1 ампера.

Большинство зарядных устройств солидных производителей проводят зарядку Li аккумуляторов в несколько стадий. Первый этап идёт при постоянной величине тока 0,2─1 С и напряжении 4,1─4,2 В (здесь имеется в виду напряжение на 1 элемент или банку). Эта стадия продолжается примерно 40─50 минут. Второй этап проводится при постоянном напряжении. Есть устройства, которые для ускорения процесса зарядки, используют импульсный режим. Для литий─ионных систем с графитовой системой необходимо ограничивать напряжения значением 4,1 вольта на один элемент.

Если использовать напряжение выше 4,1 вольта, то можно увеличить энергетическую плотность аккумулятора. Но при этом начинаются окислительные реакции, которые сокращают срок службы батареи. В более поздних моделях эта проблема была устранена добавками. И на них напряжение в процессе зарядки можно увеличивать до 4,2 вольта с отклонением 0,05 на один элемент.

Если говорить о литиевых аккумуляторах промышленного назначения и для военной сферы, то для них зарядные устройства поддерживают напряжение 3,9 вольта. Это обеспечивает длительный срок службы и надёжность.

Если зарядное устройство выдаёт ток 1С, то аккумулятор зарядится примерно за 2─3 часа. При достижении полного заряда и напряжение достигает величины отсечки, ток резко уменьшается и составляет несколько процентов от первоначального значения.

Стоит сказать, что при увеличении зарядного тока время зарядки практически не уменьшается. При более высоком токе быстрее растёт напряжение на первой стадии процесса, но второй этап подзарядки в этом случае идёт дольше.

Существуют зарядные устройства способные зарядить литиевую батарею примерно за час. Такое зарядное для литиевых аккумуляторов не имеет второго этапа и АКБ готова к работе уже после завершения первой стадии. Уровень заряда аккумуляторного элемента при этом будет составлять 70 процентов. Но, в силу природы батарей литиевого типа, для них это не критично.

На графике выше можно видеть три этапа зарядки Li аккумулятора:

• Первый. Через батарею протекает максимально возможный (1С) ток заряда. Эта стадия заканчивается при увеличении напряжения до порогового значения;
• Второй. Напряжение остаётся максимальным (4,1─4,2 вольта), а зарядный ток уменьшается до 3 процентов от первоначальной величины;
• Третий. Компенсирующий заряд при его хранении (проводится примерно раз в 20 дней).

На этапе хранения для литиевых аккумуляторов струйная зарядка невозможна из-за того, что это приводит к металлизации Li. Но кратковременные подзарядки постоянным током компенсируют потери заряда. Такая зарядка должна выполняться, когда напряжения элемента падает до 4,05 вольта. Процесс зарядки прекращается при 4,2 вольта.

И ещё один важный момент. Литиевые аккумуляторные элементы очень чувствительны к перезаряду. Даже при небольшой перезарядке на поверхности минусового электрода начинается металлизация лития. Он очень активен и взаимодействует с электролитом. В результате реакции на катоде происходит выделение кислорода, повышается давление. В результате может произойти разгерметизация элемента, воспламенение и даже небольшой взрыв.

Кроме того, если при заряде постоянно превышать предел по напряжению, срок службы литиевых батарей снижается. Поэтому в большинстве литиевых аккумуляторов помимо самих элементов присутствует плата защиты.

Плата контролирует процесс заряда и разряда элементов по нижнему и верхнему пределу напряжения. Часто используются температурные датчики отключающие элементы при 90 градусов по Цельсию. В некоторых видах батарей имеется механический клапан, открывающийся при увеличении давления внутри корпуса выше определённого предела.

Есть исключения. К примеру, аккумуляторы с наличием марганца в их составе не имеют такой защиты. Марганец сильно тормозит металлизацию на аноде и образование кислорода. Поэтому в такой защите нет необходимости.

Всё это нужно иметь в виду при выборе зарядного устройства. Если вы будете заряжать литиевую банку напрямую без контроллера, напряжение должно контролироваться постоянно. Но гораздо лучше использовать устройства с автоматическим контролем или заряжать батарею через плату защиты.

Зарядные устройства для различных гаджетов

Зарядки для аккумуляторов смартфонов

Если вы лишились штатного зарядного устройства от своего телефона, вам поможет «лягушка». Это одно из наиболее распространённых устройств. Название зарядка получила за характерную форму.

Пользоваться ей проще простого. У зарядки есть 2 регулируемых по ширине контакта: плюс и минус. Вам нужно установить их в положение, подходящее для заряжаемого аккумулятора. Затем вставляется аккумулятор, чтобы был контакт с его выводами, и фиксируется верхней прижимной планкой. Естественно, что при установке нужно соблюдать полярность. Затем устройство вставляется в разъём 220 вольт и заряжается, пока индикатор не покажет окончание процесса.

Аккумуляторы играют важную роль в любом механизме, работающим не от сети. Перезаряжаемые аккумуляторные батареи стоят довольно дорого, из-за того, что вместе с ними нужно приобретать зарядное устройство. В аккумуляторных батареях используются разные комбинации проводниковых материалов и электролитов – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионполимерные (Li-Po).

Я использую литий-ионные аккумуляторы в своих проектах, поэтому решил сделать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, а не покупать дорогое, так что приступим.

Шаг 1: Видео

В видео показана сборка зарядного устройства.
Ссылка на youtube

Шаг 2: Список электрокомпонентов

Показать еще 3 изображения

Список компонентов, необходимых для сборки зарядного устройства для аккумуляторных батареек 18650:

• Модуль зарядного устройства на базе чипа TP4056 с защитой аккумулятора
• Стабилизатор напряжения 7805, вам понадобится 1 шт
• Конденсатор 100 нФ, 4 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)

Шаг 3: Список инструментов

Для работы вам будут нужны следующие инструменты:

• Горячий нож
• Пластиковая коробочка 8х7х3 см (или близкая по размерам)

Теперь, когда все нужные инструменты и компоненты подготовлены к работе, займемся модулем ТР4056.

Шаг 4: Модуль зарядного устройства Li-io аккумуляторов на основе чипа ТР4056

Немного подробнее об этом модуле. На рынке представлены два варианта этих модулей: с защитой аккумулятора и без нее.

Коммутационная плата, содержащая схему защиты, осуществляет контроль напряжения с помощью фильтра цепи питания DW01A (интегральная схема защиты батареи) и FS8205A (N-канальный транзисторный модуль). Таким образом, коммутационная плата содержит три интегральных схемы (TP4056+DW01A+FS8205A), в то время как модуль зарядного устройства без защиты батареи содержит лишь одну интегральную схему (TP4056).

TP4056 – модуль заряда одноэлементных Li-io аккумуляторов с линейным зарядом постоянного тока и напряжения. Корпус SOP и малое число внешних компонентов делают этот модуль прекрасным вариантом для использования в самодельных электроприборах. Он заряжает через USB так же хорошо, как через обычный блок питания. Распиновка модуля TP4056 прилагается (рис.2), как и график цикла зарядки (рис.3) с кривыми постоянного тока и постоянного напряжения. Два диода на коммутационной плате показывают текущий статус заряда – заряд, прекращение заряда и тд (рис.4).

Чтобы не повредить аккумулятор, заряд 3,7 В литий-ионных аккумуляторов должен осуществляться при значении постоянного тока 0,2-0,7 от их емкости, пока выходное напряжение не достигнет 4,2 В, после чего заряд будет осуществляться постоянным напряжением и постепенно снижающимся (до 10% от первоначального значения) током. Мы не можем прервать заряд при напряжении 4,2 В, так как уровень заряда будет 40-80% от полной емкости аккумулятора. За этот процесс отвечает модуль TP4056. Еще один важный момент – резистор, соединенный с выводом PROG, определяет зарядный ток. В модулях, представленных на рынке, обычно с этим выводом соединен 1,2 КОм резистор, что соответствует зарядному току 1А (рис.5). Чтобы получить другие значения зарядного тока, можно попробовать ставить другие резисторы.

DW01A – интегральная схема защиты батареи, на рис.6 показана обычная схема подключения. Полевые МОП-транзисторы М1 и М2 соединены внешне интегральной схемой FS8205A.

Эти компоненты установлены на коммутационной плате модуля заряда литий-ионных батарей TP4056, ссылка на который есть в Шаге 2. Мы должны сделать только две вещи: дать напряжение в диапазоне 4-8 В на входной разъем, и соединить полюса аккумулятора и контактами + и – модуля TP4056.

После этого продолжим сборку зарядного устройства.

Шаг 5: Схема проводки

Чтобы завершить сборку электрокомпонентов, спаяем их в соответствии со схемой. Я приложил схему в программе Fritzing и фото физического соединения.

1. + контакт разъема питания соединяем с одним из контактов выключателя, а – контакт разъема питания соединяем с пином GND стабилизатора 7805
2. Второй контакт выключателя соединяем с пином Vin стабилизатора 7805
3. Устанавливаем три конденсатора 100 нФ параллельно между Vin и GND пинами стабилизатора напряжения (для этого используйте макетную плату)
4. Устанавливаем конденсатор 100 нФ между пинами Vout и GND стабилизатора напряжения (на макетной плате)
5. Соедините Vout пин стабилизатора напряжения с IN+ пином модуля TP4056
6. Соедините пин GND стабилизатора напряжения с IN- пином модуля TP4056
7. Соедините + контакт батарейного отсека с B+ пином модуля TP4056, а – контакт батарейного отсека соедините с В- пином модуля TP4056

На этом соединения завершены. Если вы используете 5 В блок питания, пропускайте все пункты с подключениями к стабилизатору напряжения 7805, и подключайте + и – блока напрямую к IN+ и IN- пинам модуля TP4056 соответственно.
Если вы будете использовать 12В блок питания, при прохождении тока 1А стабилизатор 7805 будет нагреваться, это можно исправить теплоотводом.

Шаг 6: Сборка, часть 1: прорезаем отверстия в корпусе

Показать еще 7 изображений

Для того, чтобы правильно уместить все электрокомпоненты в корпусе, в нем нужно прорезать отверстия:

1. Лезвием ножа отметьте на корпусе границы батарейного отсека (рис.1).
2. Горячим ножом прорежьте отверстие по сделанным меткам (рис.2 и 3).
3. После прорезания отверстия, корпус должен выглядеть как на рис.4.
4. Отметьте место, где будет находиться USB-разъем модуля TP4056 (рис.5 и 6).
5. Горячим ножом прорежьте в корпусе отверстие для USB-разъема (рис. 7).
6. Отметьте места на корпусе, где будут находиться диоды модуля TP4056 (рис. 8 и 9).
7. Горячим ножом прорежьте отверстия под диоды (рис. 10).
8. Таким же образом сделайте отверстия под разъем питания и выключатель (рис.11 и 12)

Шаг 7: Сборка, часть 2: устанавливаем электрокомпоненты

Следуйте инструкции, чтобы установить компоненты в корпусе:

1. Установите батарейный отсек так, чтобы монтажные точки были снаружи отсека/корпуса. Клеевым пистолетом приклейте отсек (рис.1).
2. Установите на место модуль TP4056 так, чтобы USB0разъем и диоды попали в соответствующие отверстия, зафиксируйте термоклеем (рис.2).
3. Установите на место стабилизатор напряжения 7805, зафиксируйте термоклеем (рис.3).
4. Установите на свои места разъем питания и выключатель, зафиксируйте их термоклеем (рис.4).
5. Расположение компонентов должно выглядеть так же, как на рис.5.
6. Нижнюю крышку закрепите на месте винтами (рис.6).
7. Позже я закрыл неровности, оставшиеся от горячего ножа, черной изолентой. Также их можно сгладить наждачкой.

Завершенное зарядное устройство показано на рис.7. теперь его нужно испытать.

Шаг 8: Испытание

Установите разряженный аккумулятор в зарядное устройство. Включите питание в разъем 12В или USB. Красный диод должен моргать, это значит, что идет процесс заряда.

Когда заряд будет завершен, должен загореться синий диод.
Прикладываю фото зарядного устройства в процессе заряда и фото с заряженным аккумулятором.
На этом работа завершена.