Zelfgemaakte batterijlader 3.7. Een oplader voor lithiumbatterijen kiezen

Velen zullen misschien zeggen dat je voor weinig geld een speciaal bord uit China kunt bestellen, waarmee je lithiumbatterijen via USB kunt opladen. Het kost ongeveer 1 dollar.

Maar het heeft geen zin iets te kopen dat gemakkelijk in een paar minuten kan worden gemonteerd. Vergeet niet dat je ongeveer een maand moet wachten op het bestelde bord. En een gekocht apparaat levert niet zoveel plezier op als een zelfgemaakt apparaat.
Aanvankelijk was het de bedoeling om een oplader te assembleren op basis van de LM317-chip.

Maar om deze lading van stroom te voorzien, is een hogere spanning dan 5 V nodig. De chip moet een verschil van 2 V hebben tussen de ingangs- en uitgangsspanning. Een opgeladen lithiumbatterij heeft een spanning van 4,2 V. Deze voldoet niet aan de beschreven eisen (5-4,2 = 0,8), dus je moet op zoek naar een andere oplossing.

Bijna iedereen kan de oefening herhalen die in dit artikel wordt besproken. Het schema is vrij eenvoudig te herhalen.

Een van deze programma's kan aan het einde van het artikel worden gedownload.
Om de uitgangsspanning nauwkeuriger aan te passen, kunt u weerstand R2 vervangen door een meervoudige weerstand. De weerstand ervan moet ongeveer 10 kOhm zijn.

Bijgevoegde bestanden: :

Hoe je een eenvoudige Power Bank met je eigen handen maakt: diagram van een zelfgemaakte powerbank Doe-het-zelf lithium-ionbatterij: correct opladen

De eerste op lithium gebaseerde batterij verscheen in 1991. Maar alleen tegen de achtergrond van de populariteit van mobiele telefoons werden Li-ion-apparaten ook enorm populair. Momenteel worden lithiumbatterijen overal gebruikt waar een autonome werking van een elektronisch of technisch apparaat vereist is. Batterijen leveren energie aan huishoudelijke apparaten, elektrisch gereedschap, gadgets en diverse apparatuur. Vanwege de lage zelfontladingsdrempel, het vermogen om energie aan te vullen zonder te wachten tot de energiereserve volledig is verbruikt en de rijke bron van Li-ion-batterijen, kunnen ze de werking ondersteunen van apparaten die een hoog vermogen vereisen.

Ontwerp van lithiumbatterij

Volgens het ontwerp worden Li-ion-batterijen geproduceerd in prismatische en cilindrische ontwerpen. Prismatische batterijen worden gemaakt door rechthoekige platen op elkaar te stapelen. Dergelijke modellen zorgen voor een dichtere verpakking vergeleken met cilindrische tegenhangers, maar het is noodzakelijk om intensere drukkrachten tegen de elektroden te leveren. Het cilindrische apparaat van een lithiumbatterij is een pakket met elektroden en een separator, opgerold en ingesloten in een metalen frame dat is verbonden met de negatieve elektrode. De positieve elektrode van de batterij is via een speciale isolator met het deksel verbonden. Overigens wordt het rolmontageprincipe ook gebruikt in sommige versies van prismatische modellen in de vorm van een elliptische spiraal. Dit ontwerp combineert de voordelen van beide soorten lithiumbatterijen.

Waarom zou het niet op “nul” gebracht moeten worden?

Experts raden het gebruik van batterijen af totdat de energie volledig is opgebruikt. Lithiumapparaten hebben niet het geheugeneffect dat andere soorten batterijen hebben. In de praktijk betekent dit dat u de accu moet opladen voordat het niveau naar nul zakt. Overigens is het aantal cycli waarmee lithiumbatterijen worden opgeladen een indicator voor de duurzaamheid van stroombronnen - fabrikanten geven dit cijfer aan op de etikettering.

Voor modellen van hoge kwaliteit kan het aantal cycli bijvoorbeeld 600 zijn. Om de levensduur van de Li-ion-batterij te verlengen, is het de moeite waard om het apparaat regelmatig op te laden. Het optimale niveau waarop u moet beginnen met opladen is 15%. Deze maatregel kan het aantal cycli verhogen tot 1.100.

Hoe gebeurt het opladen?

Lithiumbatterijen worden opgeladen volgens een gemengd schema, dat wil zeggen eerst van een gelijkstroom van 1C tot een gemiddelde spanning van 4,2 V, en vervolgens met een constant spanningsniveau. De eerste fase duurt ongeveer 40 minuten, en de tweede - langer. Het is vermeldenswaard dat alleen moderne lithiumbatterijen kunnen worden opgeladen met spanningen tot 4,2 V. Industriële en militaire batterijmodellen hebben een langere levensduur dan standaardmodellen, waardoor de drempel voor het einde van hun lading is teruggedrongen tot 3,90 V.

Hoe lang duurt het opladen?

Het proces van het opladen van een lithiumcel met een stroomsterkte van 1C duurt gewoonlijk 2,5 uur. De Li-ion-batterij vult de energie volledig aan wanneer het spanningsniveau overeenkomt met dezelfde uitschakelindicatoren. Tegelijkertijd moet de stroom met ongeveer 3% afnemen ten opzichte van de initiële lading. Er is een mening dat lithiumbatterijen sneller opladen als de stroom toeneemt. In werkelijkheid is dit niet het geval, maar de verhoogde laadstroom draagt bij aan een verhoging van de spanning, terwijl het opladen vanaf het einde van de eerste fase meer tijd vergt.

Bij sommige soorten apparaten duurt het opladen van lithiumbatterijen minder dan 1 uur. De tijdsbesparing is te wijten aan het feit dat de tweede fase van de cyclus ontbreekt en de batterij onmiddellijk na voltooiing van de eerste fase kan worden gebruikt. Maar er is één waarschuwing: de batterij vult zijn energiereserve niet volledig aan - deze is slechts 70%.

Het lijkt erop, wat is het nut van een dergelijk heffingssysteem? Deze aanpak is gunstig als er meerdere snelle oplaadcycli nodig zijn. Een schroevendraaier met een lithiumbatterij heeft bijvoorbeeld voor elke handeling 30 minuten nodig, waarna u de huidige batterij kunt opladen en met een reservebatterij verder kunt werken (elektrisch gereedschap is meestal uitgerust met twee batterijen).

Waarom moet je de batterij overladen?

Het wordt aanbevolen om te beginnen met opladen voordat de energie tot nul is teruggebracht, maar een keer per maand is het nog steeds de moeite waard om volledig te ontladen. Hierna moet u de originele oplader voor lithiumbatterijen gebruiken om de energie 100% aan te vullen. De noodzaak van deze procedure is te wijten aan de kenmerken van Li-ion-batterijen. Ervaren gebruikers van apparaten die worden aangedreven door lithiumcellen hebben misschien gemerkt dat de indicatie van de resterende lading niet altijd correct is. Het tabletscherm geeft bijvoorbeeld aan dat het apparaat slechts 50% ontladen is - in feite kan slechts 10 minuten actief werken de batterij leegmaken.

Om dergelijke inconsistenties te voorkomen, moeten lithiumbatterijen volledig leeg zijn. Als gevolg hiervan kan het apparaat de mogelijkheden van de stroombron nauwkeuriger berekenen en op betrouwbare wijze informatie op het display weergeven.

Vermindering van het stroomverbruik tijdens het opladen

Hoewel het voeden van mobiele apparaten en andere gadgets waarvoor lithiumbatterijen nodig zijn qua energieverbruik niet te vergelijken is met krachtige huishoudelijke apparaten, zullen een paar eenvoudige tips niet alleen helpen elektriciteit te besparen, maar ook de levensduur van de apparaten te verlengen:

De mogelijkheden van de software van het apparaat gebruiken om het stroomverbruik te minimaliseren.
Schakel functies uit die onnodig werken. Bijvoorbeeld internet, verschillende netwerken en Bluetooth - volgens statistieken kan hun gecombineerde werk de gebruikstijd van het apparaat met 30% verminderen.
Optimaliseer de apparaatinstellingen - door de achtergrondverlichting te dimmen, onnodige meldingen en geluidseffecten uit te schakelen, wordt de werking van de gadget met 10-15 minuten verlengd. Dit is niet veel, maar in kritieke situaties is het niet overbodig.

Regels voor het behoud van lithiumbatterijen

Duurzaamheid is een van de sterke punten van Li-ion-batterijen. Zo bedraagt de jaarlijkse volumereductie als gevolg van zelfontlading maximaal 10%. Desondanks moet tijdens het gebruik rekening worden gehouden met chemische en structurele methoden om batterijen tegen oververhitting te beschermen. Als moderne lithiumbatterijen bescherming hebben tegen onjuist opladen, vormen temperatuurinvloeden nog steeds een gevaar voor hen. Daarom wordt aanbevolen om onnodige verwarming van de batterijen te verminderen. Fabrikanten werken echter ook in deze richting. Vooral het gebruik van kathode-elementen zal de thermische veiligheid van lithiumvoedingen vergroten.

Het is eenvoudig oplader voor lithium-ionbatterijen, evenals lithium-polymeerbatterijen zijn gebouwd op de bekende LM317.

Het laadproces wordt weergegeven in de onderstaande grafiek. Op het eerste moment van het laadproces is de laadstroom constant; wanneer het doelspanningsniveau (Umax) op de accu wordt bereikt, schakelt de lader over naar een modus waarin de spanning constant blijft en de stroom asymptotisch naar nul neigt.

De uitgangsspanning van lithium-ion- en lithium-polymeerbatterijen is doorgaans 4,2 V (4,1 V voor sommige typen). Meestal komt de uitgangsspanning niet overeen met de nominale spanning, die 3,7 V bedraagt (soms 3,6 V).

Het wordt niet aanbevolen om dit type batterij tot de volledige 4,2 V op te laden, omdat dit de levensduur van de batterij zal verkorten. Als je de uitgangsspanning verlaagt naar 4,1V, daalt de capaciteit met 10%, maar tegelijkertijd zal de levensduur (aantal cycli) bijna verdubbelen. Bij gebruik van batterijen mag de nominale spanning niet lager zijn dan 3,4...3,3V.

Beschrijving van de oplader

Zoals reeds vermeld is het opladen gebaseerd op de LM317-stabilisator. Li-Ion en Li-Pol stellen hoge eisen aan de nauwkeurigheid van de laadspanning. Als je wilt opladen tot de volledige spanning (meestal 4,2 V), dan moet je deze spanning instellen met een nauwkeurigheid van plus/minus 1%. Na het opladen tot een capaciteit van 90% (4,1 V) kan de nauwkeurigheid iets minder zijn (ongeveer 3%).

Het circuit dat LM317 gebruikt, zorgt voor een redelijk nauwkeurige spanningsstabilisatie. De doelspanning wordt ingesteld door R2. Stroomstabilisatie is niet zo kritisch als spanningsstabilisatie, dus het is voldoende om deze te stabiliseren met behulp van een shuntweerstand Rx en een NPN-transistor (VT1).

Als de spanningsval over weerstand Rx ongeveer 0,95 V bereikt, begint de transistor te openen. Dit vermindert de spanning op het “Common” contact van de Lm317-stabilisator en stabiliseert daardoor de stroom.

De benodigde laadstroom voor een bepaalde lithium-ion (Li-Ion) en lithium-polymeer (Li-Pol) batterij wordt geselecteerd door de Rx-weerstand te wijzigen. De weerstand Rx komt ongeveer overeen met de volgende verhouding: 0,95/Imax. De in het diagram aangegeven Rx-weerstandswaarde komt overeen met een stroomsterkte van 200 mA.

De ingangsspanning van de lader moet tussen 9 en 24 volt liggen. Als u dit niveau overschrijdt, neemt het vermogensverlies in het LM317-circuit toe; als u dit verlaagt, wordt de juiste werking verstoord (u moet de spanningsval over de shunt en de minimale spanning bij het "Gemeenschappelijke" contact opnieuw berekenen). Transistor VT1 kan worden vervangen door BC237, KC507, C945 of huishoudelijk

We presenteren een kleine verzameling goede laadcircuits voor Li-Ion-batterijen. Alle schema's zijn verzameld via betrouwbare internetbronnen en hebben uitstekende recensies. Eerst een beetje theorie. Voor het opladen van Li-ion-batterijen wordt de constante spanning en constante stroommethode gebruikt, waarvan de essentie is om de spanning op de batterij te beperken. Voor Li-ion-batterijen bedraagt de nominale celspanning 3,6 V, de tolerantie voor deze spanning (±0,05 V) en de afwezigheid van langzaam opladen nadat een volledige lading is voltooid. De gebruikelijke maximale laadspanning is 4,2 of 4,1 volt, afhankelijk van het accumodel; spanning einde ontlading 3,0 volt; aanbevolen laadstroom 0,5 C, ontlaadstroom (belasting) - 1 C of minder; als de accuspanning minder dan 2,9 volt is, is de aanbevolen laadstroom 0,1 C; een diepe ontlading kan leiden tot schade aan de batterij (d.w.z. de algemene regel moet worden gevolgd: Li-ion-batterijen verkeren graag in een geladen toestand in plaats van in een ontladen toestand, en ze kunnen op elk moment worden opgeladen zonder te wachten op een afvoer); Naarmate de accuspanning zijn maximale waarde nadert, neemt de laadstroom af. Het einde van de ontlading moet plaatsvinden wanneer de laadstroom afneemt tot (0,1 ... 0,07) C, afhankelijk van het batterijmodel. Nadat het opladen is voltooid, stopt de laadstroom volledig. Bij batterijen van andere fabrikanten kunnen de gegeven gegevens in de ene of de andere richting verschillen. Laten we nu direct naar het circuitontwerp van de oplader gaan. Het eerste circuit op een gespecialiseerde chip, gevoed via een USB-poort van een pc.

1. Oplader voor li-ionbatterijen

Uit de USB-poort kunnen we voor onze eigen behoeften 500 of 100 milliampère pure stroom verwijderen. Smart port-controllers moeten worden geconfigureerd om 500 mA te kunnen verwerken. Zonder aanpassing kan tot 100 mA worden geselecteerd. Bij sommige moederbord- en laptopontwerpen wordt de stroom door niets anders beperkt dan door een zekering. Daarom kunt u zonder instellingen alle 500 mA selecteren. De microschakeling weet niet op welke poortoptie hij is aangesloten, dus beperkt hij de laadstroom van de batterij tot 100 mA om geen last te hebben van poortinstellingen. Het heeft echter nog een ingang: je kunt er elke stroombron op aansluiten met een spanning van 4,3 tot 7 volt, inclusief een Chinese "kubus", die eenvoudigweg in een stopcontact wordt gestoken en dan begint op te warmen. In dit geval zal de laadstroom 350mA zijn. Als je twee bronnen tegelijk aansluit - zowel USB als een stroombron, dan zal de microschakeling de laatste selecteren, in de zin van niet de laatst aangesloten, maar de stroombron. LED VD2 brandt totdat de accu is opgeladen. LED VD1 geeft de aanwezigheid van stroom vanaf de USB-poort aan. Het bord is zo gemaakt dat bij aansluiting op een USB-poort alle componenten, inclusief SMD LED's, zich aan de onderkant bevinden. Om “door het licht” zichtbaar te zijn, moet je een dun glasvezellaminaat kiezen of de stoelen voor de 3 mm LED-uitgangen vervangen en deze aan de achterkant solderen. Ter bescherming van de USB-poort wordt een SMD-zelfherstellende zekering F1 met een houdstroom van 200 mA gebruikt. In plaats daarvan kunt u een weerstand 0603 1 Ohm of een jumper gebruiken, maar in het geval van een installatiefout of als de microschakeling uitvalt, kan de poort defect raken. Nadat de LED niet meer brandt, wordt de batterij nog enige tijd opgeladen met een kleine stroom, maar dit bedraagt maximaal 5% van de capaciteit. Als de elementspanning minder dan 3 volt is, laadt de microschakeling deze op met een stroom van 40 mA.

2. Oplader voor li-ionbatterijen

Om ervoor te zorgen dat Li-ion-batterijen lang meegaan, moeten ze correct worden opgeladen. Tegen het einde van het opladen zou de spanning moeten afnemen, en wanneer de batterij is opgeladen, d.w.z. De laadstroom zal bijna nul worden, het opladen moet stoppen. Dit schema voldoet volledig aan deze eisen. De daarop aangesloten batterij wordt opgeladen met een stroom van ~300 mA, tegen het einde van het opladen neemt de stroom af tot 30 mA en vervolgens gaat de VD2-LED branden, wat aangeeft dat het opladen is voltooid. LED VD1 signaleert de werking van het apparaat, VD3 licht op als de accu is aangesloten. Het circuit maakt gebruik van een LM358N operationele versterker; deze kan worden vervangen door een KR574UD2, alleen de pin-indeling is anders. LED's in rood, groen en geel. Het circuit behoeft na montage geen aanpassingen en werkt direct.

3. Oplader voor li-ionbatterijen

De lader bestaat uit de volgende componenten - de stabilisator zelf op LM317T en TL431, een begrenzer en een stroomsensor zijn gemonteerd op weerstanden R3-R7. Het circuit werkt als volgt - wanneer u de batterij aansluit op de polariteit en het apparaat op de netwerk, druk op de SB1-knop, de laadstroom begint te stromen. Wanneer er stroom door de weerstanden R3-R7 vloeit, daalt de spanning erover tot ongeveer 3V, relais K2 wordt geactiveerd, dat relais K1 met zijn contacten inschakelt. Relais K1 blokkeert de SB1-knop met zijn contacten. De HL2-LED geeft aan dat deze is verbonden met het netwerk en HL1 dat deze wordt opgeladen. De aanpassing bestaat uit het met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid instellen van de uitgangsspanning van de LM317, zodat deze overeenkomt met de batterij. Relais K1 met een bedrijfsspanning van 12V met een stroom door contacten van minimaal 2A, K2 RES64A paspoort RS4,569,724. Installeer LM317T op de radiator. In mijn versie is de stroom waarbij K2 wordt geactiveerd ongeveer 300 mA, de vrijgavestroom is 80 mA. Wanneer de uitgang gesloten is en de SB1-knop wordt ingedrukt, bedraagt de stroom niet meer dan 1,4 A, wat niet genoeg is om de LM317T uit te schakelen. Transformator 220/12V en stroom 1-1,2A Diodebrug voor een stroom van minimaal 3-5A.

Voor het opladen van lithium-ionbatterijen wanneer er geen speciale oplader beschikbaar is. Dergelijke batterijen zijn heel gebruikelijk, maar niet iedereen kan (of wil) een oplader kopen om ze goed op te laden, vaak met gewone gereguleerde voedingen. Laten we eens kijken hoe we dit kunnen doen.

Laten we bijvoorbeeld een lithium-ionbatterij van Panasonic ncr18650b nemen van 3,6 V 3400 mAh. Laten we u meteen waarschuwen dat het opladen van dit type batterij behoorlijk gevaarlijk is als het verkeerd wordt gedaan. Sommige monsters zijn bestand tegen misbruik, maar sommige Chinese ‘supereconomische’ exemplaren bieden geen bescherming en kunnen exploderen.

Batterij met bescherming

Een beschermde batterij moet over de volgende beschermingselementen beschikken:

PTC, bescherming tegen oververhitting en, indirect, overstroom.
CID, een drukventiel, schakelt de cel uit als de druk binnenin hoog is, wat kan gebeuren als gevolg van te veel opladen.
PCB, overontladingsbeveiligingskaart, automatisch gereset of wanneer deze in de oplader wordt geplaatst.

De afbeelding hierboven laat zien hoe de bescherming van het blik is ontworpen. Dit ontwerp wordt gebruikt voor elk type moderne beschermde lithium-ionbatterij. De PTC en het drukventiel zijn niet zichtbaar omdat deze deel uitmaken van de originele batterij, maar alle andere delen van de bescherming zijn wel zichtbaar. Hieronder worden de ontwerpopties weergegeven voor elektronische beveiligingsmodules die het vaakst worden aangetroffen in standaard ronde Li-Ion-batterijen.

Lithium opladen

Een typisch circuit- en oplaadprincipe voor een ncr18650b-batterij vindt u in het gegevensblad. Volgens de documentatie bedraagt de laadstroom 1600 mA en de spanning 4,2 volt.

Het proces zelf bestaat uit twee fasen, de eerste is constante stroom, waarbij je de waarde moet instellen op 1600 mA DC, en wanneer de batterijspanning 4,20 V bereikt, begint de tweede fase: constante spanning. In dit stadium zal de stroom iets afnemen en zal ongeveer 10% van de laadstroom afkomstig zijn van de oplader - dit is ongeveer 170 mA. Deze handleiding is van toepassing op alle lithium-ion- en lithium-polymeerbatterijen, niet alleen op het type 18650.

Het is moeilijk om de bovenstaande modi handmatig in te stellen en te behouden op een gewone voeding, dus het is beter om speciale microschakelingen te gebruiken die zijn ontworpen om het laadproces te automatiseren (zie diagrammen). Als laatste redmiddel kunt u opladen met een stabiele stroom van 30-40% van de volledige (typeplaatje) capaciteit van de batterij, waarbij u de tweede fase overslaat, maar dit zal de levensduur van het element enigszins verkorten.