4 απλά κυκλώματα φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου - Χρήση LM317, NE555, LM324

Η ακόλουθη δημοσίευση εξηγεί έναν 4 απλό αλλά ασφαλή τρόπο φόρτισης μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου χρησιμοποιώντας συνηθισμένα IC όπως LM317 και NE555, τα οποία μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα στο σπίτι από οποιονδήποτε νέο χόμπι.

Παρόλο που οι μπαταρίες Li-Ion είναι ευάλωτες συσκευές, αυτές μπορούν να φορτιστούν μέσω απλούστερων κυκλωμάτων, εάν ο ρυθμός φόρτισης δεν προκαλεί σημαντική θέρμανση της μπαταρίας. Και εάν ο χρήστης δεν πειράζει μια μικρή καθυστέρηση στην περίοδο φόρτισης της κυψέλης.

Για χρήστες που θέλουν γρήγορη φόρτιση της μπαταρίας, δεν πρέπει να χρησιμοποιούν τις παρακάτω εξηγημένες έννοιες, αλλά μπορούν να χρησιμοποιήσουν μία από αυτές επαγγελματικά έξυπνα σχέδια .

Βασικά στοιχεία για τη φόρτιση Li-Ion

Πριν μάθουμε τις διαδικασίες κατασκευής ενός φορτιστή li-Ion, θα ήταν σημαντικό να γνωρίζουμε τις βασικές παραμέτρους που σχετίζονται με τη φόρτιση της μπαταρίας Li-Ion.

Σε αντίθεση με την μπαταρία μολύβδου οξέος, μια μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να φορτιστεί σε σημαντικά υψηλά αρχικά ρεύματα που μπορούν να φτάσουν όσο και η βαθμολογία Ah της ίδιας της μπαταρίας. Αυτό ονομάζεται φόρτιση με ρυθμό 1C, όπου το C είναι η τιμή Ah της μπαταρίας.

Τούτου λεχθέντος, δεν συνιστάται ποτέ η χρήση αυτού του ακραίου ρυθμού, καθώς αυτό θα σήμαινε φόρτιση της μπαταρίας σε συνθήκες πολύ άγχους λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας της. Ως εκ τούτου, ο ρυθμός 0,5C θεωρείται τυπική συνιστώμενη τιμή.

0,5C υποδηλώνει ρυθμό φόρτισης που είναι 50% της αξίας Ah της μπαταρίας. Σε τροπικές καλοκαιρινές συνθήκες, ακόμη και αυτός ο ρυθμός μπορεί να μετατραπεί σε δυσμενή ταχύτητα για την μπαταρία λόγω της υπάρχουσας υψηλής θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Η φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου απαιτεί πολύπλοκες εκτιμήσεις;

Με τίποτα. Είναι στην πραγματικότητα μια εξαιρετικά φιλική μορφή μπαταρίας και θα φορτιστεί με ελάχιστες εκτιμήσεις, αν και αυτές οι ελάχιστες εκτιμήσεις είναι απαραίτητες και πρέπει να ακολουθούνται χωρίς αποτυχία.

Μερικές κρίσιμες αλλά εύκολες στην εφαρμογή εκτιμήσεις είναι: αυτόματη διακοπή σε επίπεδο πλήρους φόρτισης, σταθερή τάση και σταθερή παροχή ρεύματος.

Η ακόλουθη εξήγηση θα σας βοηθήσει να το κατανοήσετε καλύτερα.

Το παρακάτω γράφημα προτείνει την ιδανική διαδικασία φόρτισης ενός τυπικού 3,7 V Li-Ion Cell, με βαθμολογία 4,2 V ως το επίπεδο πλήρους φόρτισης.

Στάδιο 1 : Στο αρχικό στάδιο # 1 βλέπουμε ότι η τάση της μπαταρίας αυξάνεται από 0,25 V σε επίπεδο 4,0 V σε περίπου μία ώρα με σταθερό ρυθμό φόρτισης 1 amp. Αυτό υποδεικνύεται από τη ΜΠΛΕ γραμμή. Το 0,25 V είναι μόνο για ενδεικτικό σκοπό, ένα πραγματικό κελί 3,7 V δεν πρέπει ποτέ να αποφορτίζεται κάτω από 3 V.

Στάδιο # 2: Στο στάδιο # 2, η φόρτιση εισέρχεται στο κατάσταση φόρτισης κορεσμού , όπου η τάση κορυφώνεται στο επίπεδο πλήρους φόρτισης 4,2 V και η τρέχουσα κατανάλωση αρχίζει να μειώνεται. Αυτή η πτώση στην τρέχουσα τιμή συνεχίζεται για τις επόμενες δύο ώρες. Το ρεύμα φόρτισης υποδεικνύεται από τη διακεκομμένη γραμμή RED.

Στάδιο # 3 : Καθώς το τρέχον μειώνεται, φτάνει στο χαμηλότερο επίπεδο που είναι χαμηλότερο από το 3% της βαθμολογίας Ah του κελιού.

Μόλις συμβεί αυτό, η τροφοδοσία εισόδου απενεργοποιείται και το κελί αφήνεται να ηρεμήσει για άλλη 1 ώρα.

Μετά από μία ώρα, η τάση κυψέλης δείχνει το πραγματικό State-Of-Charge ή το SoC του κελιού. Το SoC μιας κυψέλης ή μιας μπαταρίας είναι το βέλτιστο επίπεδο φόρτισης που έχει επιτύχει μετά από μια πλήρη φόρτιση και αυτό το επίπεδο δείχνει το πραγματικό επίπεδο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μια δεδομένη εφαρμογή.

Σε αυτήν την κατάσταση μπορούμε να πούμε ότι η κατάσταση του κελιού είναι έτοιμη για χρήση.

Στάδιο # 4 : Σε περιπτώσεις όπου το κελί δεν χρησιμοποιείται για μεγάλα χρονικά διαστήματα, εφαρμόζεται φόρτιση ανανέωσης από καιρό σε καιρό, όπου το ρεύμα που καταναλώνεται από το κελί είναι κάτω από το 3% της τιμής του Ah.

Θυμηθείτε, αν και το γράφημα δείχνει ότι το κελί φορτίζεται ακόμη και αφού έχει φτάσει στα 4,2 V, αυτό είναι αυστηρά δεν συνιστάται κατά την πρακτική φόρτιση μιας κυψέλης Li-Ion . Η παροχή πρέπει να διακόπτεται αυτόματα μόλις το κελί φτάσει στο επίπεδο των 4,2 V.

Τι προτείνει βασικά το γράφημα;

1. Χρησιμοποιήστε τροφοδοσία εισόδου που έχει σταθερό ρεύμα και έξοδο σταθερής τάσης, όπως συζητήθηκε παραπάνω. (Συνήθως αυτό μπορεί να είναι = Τάση 14% υψηλότερη από την τιμή εκτύπωσης, Τρέχουσα 50% της τιμής Ah, χαμηλότερο ρεύμα από αυτό θα λειτουργήσει επίσης ωραία, αν και ο χρόνος φόρτισης θα αυξηθεί αναλογικά)
2. Ο φορτιστής πρέπει να έχει αυτόματη διακοπή στο συνιστώμενο επίπεδο πλήρους φόρτισης.
3. Ενδέχεται να μην απαιτείται διαχείριση θερμοκρασίας ή έλεγχος για την μπαταρία εάν το ρεύμα εισόδου περιορίζεται σε μια τιμή που δεν προκαλεί θέρμανση της μπαταρίας

Εάν δεν έχετε αυτόματη διακοπή, περιορίστε απλώς την είσοδο σταθερής τάσης στα 4,1 V.

1) Απλούστερος φορτιστής Li-Ion χρησιμοποιώντας ένα μόνο MOSFET

Εάν ψάχνετε για ένα φθηνότερο και απλούστερο κύκλωμα φορτιστή Li-Ion, τότε δεν μπορεί να υπάρχει καλύτερη επιλογή από αυτό.

Αυτός ο σχεδιασμός είναι χωρίς ρύθμιση θερμοκρασίας, επομένως συνιστάται χαμηλότερο ρεύμα εισόδου

Ένα μόνο MOSFET, ένα προκαθορισμένο ή trimmer και μια αντίσταση 470 ohm 1/4 watt είναι το μόνο που χρειάζεστε για να δημιουργήσετε ένα απλό και ασφαλές κύκλωμα φορτιστή.

Πριν συνδέσετε την έξοδο σε ένα κελί Li-Ion, βεβαιωθείτε ότι έχετε μερικά πράγματα.

1) Επειδή ο παραπάνω σχεδιασμός δεν περιλαμβάνει ρύθμιση θερμοκρασίας, το ρεύμα εισόδου πρέπει να περιορίζεται σε επίπεδο που δεν προκαλεί σημαντική θέρμανση της κυψέλης.

2) Ρυθμίστε την προεπιλογή για να φτάσετε ακριβώς 4.1V στους ακροδέκτες φόρτισης όπου υποτίθεται ότι είναι συνδεδεμένο το κελί. Ένας πολύ καλός τρόπος για να το διορθώσετε είναι να συνδέσετε μια ακριβή δίοδο zener στη θέση της προεπιλογής και να αντικαταστήσετε τα 470 ohm με μια αντίσταση 1 K.

Για το ρεύμα, συνήθως μια σταθερή τρέχουσα είσοδος περίπου 0,5C θα ήταν σωστή, δηλαδή το 50% της τιμής mAh του κελιού.

Προσθήκη τρέχοντος ελεγκτή

Εάν η πηγή εισόδου δεν ελέγχεται ρεύμα, σε αυτήν την περίπτωση μπορούμε να αναβαθμίσουμε γρήγορα το παραπάνω κύκλωμα με ένα απλό στάδιο ελέγχου τρέχοντος BJT όπως φαίνεται παρακάτω:

RX = 07 / Μέγιστο ρεύμα φόρτισης

Πλεονέκτημα της μπαταρίας ιόντων λιθίου

Το κύριο πλεονέκτημα των κυττάρων Li-Ion είναι η ικανότητά τους να δέχονται φόρτιση με γρήγορο και αποτελεσματικό ρυθμό. Ωστόσο, τα κύτταρα Li-Ion έχουν την κακή φήμη ότι είναι πολύ ευαίσθητα σε δυσμενείς εισόδους όπως υψηλή τάση, υψηλό ρεύμα και το πιο σημαντικό σε συνθήκες φόρτισης.

Όταν φορτίζεται υπό οποιαδήποτε από τις παραπάνω συνθήκες, το κελί μπορεί να ζεσταθεί πολύ, και εάν οι συνθήκες παραμείνουν, μπορεί να οδηγήσει σε διαρροή του κυτταρικού υγρού ή ακόμη και σε έκρηξη, τελικά καταστρέφοντας το κύτταρο μόνιμα.

Υπό οποιεσδήποτε δυσμενείς συνθήκες φόρτισης, το πρώτο πράγμα που συμβαίνει στο κελί είναι η αύξηση της θερμοκρασίας του και στην προτεινόμενη ιδέα κυκλώματος χρησιμοποιούμε αυτό το χαρακτηριστικό της συσκευής για την εφαρμογή των απαιτούμενων λειτουργιών ασφαλείας, όπου το κελί δεν επιτρέπεται ποτέ να φτάσει σε υψηλές θερμοκρασίες διατηρώντας τις παραμέτρους κάτω από τις απαιτούμενες προδιαγραφές του κελιού.

2) Χρήση του LM317 ως ελεγκτή IC

Σε αυτό το blog έχουμε συναντήσει πολλά κυκλώματα φορτιστή μπαταρίας χρησιμοποιώντας τα IC LM317 και LM338 που είναι οι πιο ευέλικτες και οι πιο κατάλληλες συσκευές για τις συζητούμενες λειτουργίες.

Εδώ επίσης χρησιμοποιούμε το IC LM317, παρόλο που αυτή η συσκευή χρησιμοποιείται μόνο για την παραγωγή της απαιτούμενης ρυθμιζόμενης τάσης και ρεύματος για το συνδεδεμένο Li-Ion cell.

Η πραγματική λειτουργία ανίχνευσης γίνεται από τα ζεύγη τρανζίστορ NPN τα οποία είναι τοποθετημένα έτσι ώστε να έρχονται σε φυσική επαφή με το κελί υπό φόρτιση.

Κοιτάζοντας το δεδομένο διάγραμμα κυκλώματος, παίρνουμε τρεις τύποι προστασίας ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ:

Όταν εφαρμόζεται ισχύς στη ρύθμιση, το IC 317 περιορίζει και παράγει έξοδο ίση με 3,9V στη συνδεδεμένη μπαταρία ιόντων λιθίου.

1. ο Αντίσταση 640 ohm διασφαλίζει ότι αυτή η τάση δεν υπερβαίνει ποτέ το όριο πλήρους φόρτισης.
2. Δύο τρανζίστορ NPN συνδεδεμένα σε τυπική λειτουργία Darlington με τον πείρο ADJ του IC ελέγχει τη θερμοκρασία του κυττάρου.
3. Αυτά τα τρανζίστορ λειτουργούν επίσης τρέχων περιοριστής , αποτρέποντας μια υπερβολική τρέχουσα κατάσταση για το κελί Li-Ion.

Γνωρίζουμε ότι εάν ο πείρος ADJ του IC 317 είναι γειωμένος, η κατάσταση διακόπτει εντελώς την τάση εξόδου από αυτήν.

Αυτό σημαίνει ότι εάν η τρανζίστορ συμπεριφορά θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα του πείρου ADJ στη γείωση προκαλώντας την έξοδο στην μπαταρία απενεργοποιημένη.

Με το παραπάνω χαρακτηριστικό στο χέρι, εδώ το ζευγάρι Darlingtom κάνει μερικές ενδιαφέρουσες λειτουργίες ασφαλείας.

Η αντίσταση 0,8 που είναι συνδεδεμένη σε όλη τη βάση και τη γείωση περιορίζει το μέγιστο ρεύμα σε περίπου 500 mA, εάν το ρεύμα τείνει να υπερβεί αυτό το όριο, η τάση σε όλη την αντίσταση 0,8 ohm αρκεί για να ενεργοποιήσει τα τρανζίστορ που «πνίγουν» την έξοδο του IC , και αναστέλλει οποιαδήποτε περαιτέρω άνοδο του ρεύματος. Αυτό με τη σειρά του βοηθά στη διατήρηση της μπαταρίας από ανεπιθύμητες ποσότητες ρεύματος.

Χρησιμοποιώντας την ανίχνευση θερμοκρασίας ως την παράμετρο

Ωστόσο, η κύρια λειτουργία ασφάλειας που πραγματοποιείται από τα τρανζίστορ είναι η ανίχνευση της αύξησης της θερμοκρασίας της μπαταρίας Li-Ion.

Τα τρανζίστορ όπως όλες οι συσκευές ημιαγωγών τείνουν να μεταδίδουν ρεύμα πιο αναλογικά με την αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ή του σώματος τους.

Όπως συζητήθηκε, αυτά τα τρανζίστορ πρέπει να τοποθετηθούν σε στενή φυσική επαφή με την μπαταρία.

Ας υποθέσουμε τώρα σε περίπτωση που η θερμοκρασία του κυττάρου αρχίσει να αυξάνεται, τα τρανζίστορ θα ανταποκριθούν σε αυτό και θα αρχίσουν να διεξάγονται, η αγωγή θα προκαλούσε αμέσως την ακίδα ADJ του IC να υποβληθεί περισσότερο στο δυναμικό γείωσης, με αποτέλεσμα τη μείωση της τάσης εξόδου.

Με μείωση της τάσης φόρτισης, η αύξηση της θερμοκρασίας της συνδεδεμένης μπαταρίας ιόντων λιθίου θα μειωθεί επίσης. Το αποτέλεσμα είναι μια ελεγχόμενη φόρτιση του κελιού, διασφαλίζοντας ότι το κελί δεν πηγαίνει ποτέ σε καταστάσεις φυγής και διατηρεί ένα προφίλ ασφαλούς φόρτισης.

Το παραπάνω κύκλωμα λειτουργεί με την αρχή της αντιστάθμισης θερμοκρασίας, αλλά δεν ενσωματώνει μια αυτόματη δυνατότητα αποκοπής υπερφόρτισης και επομένως η μέγιστη τάση φόρτισης καθορίζεται στα 4,1 V.

Χωρίς αντιστάθμιση θερμοκρασίας

Εάν θέλετε να αποφύγετε τις παρενοχλήσεις ελέγχου της θερμοκρασίας, μπορείτε απλά να αγνοήσετε το ζεύγος Darlington του BC547 και να χρησιμοποιήσετε ένα μόνο BC547.

Τώρα, αυτό θα λειτουργήσει μόνο ως ρεύμα / τάση ελεγχόμενη τροφοδοσία για την κυψέλη Li-Ion. Εδώ είναι ο απαιτούμενος τροποποιημένος σχεδιασμός.

Ο μετασχηματιστής μπορεί να είναι ένας μετασχηματιστής 0-6 / 9 / 12V

Επειδή, εδώ δεν χρησιμοποιείται έλεγχος θερμοκρασίας, βεβαιωθείτε ότι η τιμή Rc έχει τη σωστή διάσταση για ρυθμό 0,5 C. Για αυτό μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο τύπο:

Rc = 0,7 / 50% της αξίας Ah

Ας υποθέσουμε ότι η τιμή Ah εκτυπώνεται ως 2800 mAh. Τότε ο παραπάνω τύπος θα μπορούσε να λυθεί ως:

Rc = 0,7 / 1400 mA = 0,7 / 1,4 = 0,5 Ohms

Η ισχύς θα είναι 0,7 x 1,4 = 0,98 ή απλά 1 watt.

Ομοίως, βεβαιωθείτε ότι η προρύθμιση 4k7 έχει ρυθμιστεί σε ακριβή 4,1 V στα τερματικά εξόδου.

Μόλις γίνουν οι παραπάνω ρυθμίσεις, μπορείτε να φορτίσετε την προβλεπόμενη μπαταρία Li-Ion με ασφάλεια, χωρίς να ανησυχείτε για τυχόν δυσάρεστη κατάσταση.

Επειδή, στα 4,1 V δεν μπορούμε να υποθέσουμε ότι η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη.

Για να αντιμετωπιστεί το παραπάνω μειονέκτημα, μια αυτόματη αποκοπή εγκατάσταση γίνεται πιο ευνοϊκή από την παραπάνω ιδέα.

Έχω συζητήσει πολλά κυκλώματα αυτόματου φορτιστή op σε αυτό το ιστολόγιο, οποιοδήποτε από αυτά μπορεί να εφαρμοστεί για τον προτεινόμενο σχεδιασμό, αλλά επειδή ενδιαφερόμαστε να διατηρήσουμε το σχέδιο φθηνό και εύκολο, μπορεί να δοκιμαστεί μια εναλλακτική ιδέα που φαίνεται παρακάτω.

Χρησιμοποιώντας ένα SCR για το Cut-Off

Εάν σας ενδιαφέρει να έχετε μόνο αυτόματη αποκοπή, χωρίς παρακολούθηση θερμοκρασίας, μπορείτε να δοκιμάσετε τον παρακάτω εξηγημένο σχεδιασμό βασισμένο σε SCR. Το SCR χρησιμοποιείται κατά μήκος του ADJ και της γείωσης του IC για λειτουργία μανδάλωσης. Η πύλη είναι γεμάτη με έξοδο έτσι ώστε όταν το δυναμικό φτάσει στα 4.2V περίπου, το SCR πυροδοτεί και ασφαλίζει, ενεργοποιώντας μόνιμα την ισχύ της μπαταρίας.

Το κατώφλι μπορεί να προσαρμοστεί με τον ακόλουθο τρόπο:

Αρχικά διατηρήστε την προεπιλογή 1K προσαρμοσμένη στο επίπεδο της γείωσης (ακροδεξιά), εφαρμόστε μια εξωτερική πηγή τάσης 4.3V στους ακροδέκτες εξόδου.
Τώρα προσαρμόστε αργά την προεπιλογή έως ότου απενεργοποιηθεί το SCR (ανάβει το LED).

Αυτό ρυθμίζει το κύκλωμα για την αυτόματη απενεργοποίηση.

Πώς να ρυθμίσετε το παραπάνω κύκλωμα

Αρχικά κρατήστε τον κεντρικό βραχίονα της προεπιλογής να αγγίζει τη ράγα γείωσης του κυκλώματος.

Τώρα, χωρίς να συνδέσετε το διακόπτη ενεργοποίησης του διακόπτη μπαταρίας, ελέγξτε την τάση εξόδου που φυσικά θα έδειχνε το επίπεδο πλήρους φόρτισης όπως ορίστηκε από την αντίσταση 700 ohm

Στη συνέχεια, προσαρμόστε πολύ επιδέξια και απαλά την προρύθμιση έως ότου απενεργοποιηθεί το SCR απενεργοποιώντας την τάση εξόδου στο μηδέν.

Αυτό είναι, τώρα μπορείτε να υποθέσετε ότι το κύκλωμα είναι έτοιμο.

Συνδέστε μια αποφορτισμένη μπαταρία, ενεργοποιήστε την τροφοδοσία ON και ελέγξτε την απόκριση, πιθανώς το SCR δεν θα ενεργοποιηθεί έως ότου επιτευχθεί το καθορισμένο κατώφλι και διακόπτεται μόλις η μπαταρία φτάσει το καθορισμένο όριο πλήρους φόρτισης.

3) Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου με χρήση IC 555

Ο δεύτερος απλός σχεδιασμός εξηγεί ένα απλό αλλά ακριβές αυτόματο κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Li-Ion χρησιμοποιώντας το πανταχού παρόν IC 555.

Η φόρτιση της μπαταρίας ιόντων λιθίου μπορεί να είναι κρίσιμη

Μια μπαταρία ιόντων λιθίου, όπως όλοι γνωρίζουμε, πρέπει να φορτιστεί υπό ελεγχόμενες συνθήκες, εάν φορτίζεται με συνηθισμένα μέσα μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη ή ακόμη και έκρηξη της μπαταρίας.

Βασικά, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν αρέσουν στη φόρτιση των κυττάρων τους. Μόλις τα κελιά φτάσουν στο ανώτατο όριο, η τάση φόρτισης πρέπει να διακοπεί.

Το ακόλουθο κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Li-Ion ακολουθεί πολύ αποτελεσματικά τις παραπάνω συνθήκες, έτσι ώστε η συνδεδεμένη μπαταρία να μην επιτρέπεται ποτέ να υπερβαίνει το όριο υπερφόρτισης.

Όταν το IC 555 χρησιμοποιείται ως συγκριτικό, οι ακίδες # 2 και ακίδες # 6 καθίστανται αποτελεσματικές είσοδοι ανίχνευσης για την ανίχνευση των κατώτατων και ανώτερων ορίων τάσης ανάλογα με τη ρύθμιση των σχετικών προεπιλογών.

Το Pin # 2 παρακολουθεί το επίπεδο κατωφλίου χαμηλής τάσης και ενεργοποιεί την έξοδο σε υψηλή λογική σε περίπτωση που το επίπεδο πέσει κάτω από το καθορισμένο όριο.

Αντίθετα, ο ακροδέκτης # 6 παρακολουθεί το ανώτατο όριο τάσης και επαναφέρει την έξοδο σε χαμηλή όταν ανιχνεύει ένα επίπεδο τάσης υψηλότερο από το καθορισμένο όριο υψηλής ανίχνευσης.

Βασικά, οι ενέργειες άνω αποκοπής και κάτω διακόπτη ON πρέπει να ρυθμίζονται με τη βοήθεια των σχετικών προεπιλογών που ικανοποιούν τις τυπικές προδιαγραφές του IC καθώς και τη συνδεδεμένη μπαταρία.

Η προεπιλογή που αφορά τον ακροδέκτη # 2 πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε το κατώτερο όριο να αντιστοιχεί στο 1/3 του Vcc, και παρομοίως η προεπιλογή που σχετίζεται με τον πείρο # 6 πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε το ανώτερο όριο αποκοπής να αντιστοιχεί στο 2/3 του Vcc, όπως σύμφωνα με τους τυπικούς κανόνες του IC 555.

Πως δουλεύει

Ολόκληρη η λειτουργία του προτεινόμενου κυκλώματος φορτιστή Li-Ion χρησιμοποιώντας IC 555 πραγματοποιείται όπως εξηγείται στην ακόλουθη συζήτηση:

Ας υποθέσουμε ότι μια πλήρως αποφορτισμένη μπαταρία ιόντων λιθίου (περίπου 3,4V) είναι συνδεδεμένη στην έξοδο του παρακάτω κυκλώματος.

Υποθέτοντας ότι το κατώτατο όριο να οριστεί κάπου πάνω από το επίπεδο 3.4V, ο πείρος # 2 ανιχνεύει αμέσως την κατάσταση χαμηλής τάσης και τραβά την έξοδο υψηλά στον πείρο # 3.

Ο υψηλός ακροδέκτης # 3 ενεργοποιεί το τρανζίστορ που ενεργοποιεί την ισχύ εισόδου στη συνδεδεμένη μπαταρία.

Η μπαταρία αρχίζει σταδιακά να φορτίζει.

Μόλις η μπαταρία φτάσει σε πλήρη φόρτιση (@ 4.2V), υποθέτοντας ότι το ανώτατο όριο αποκοπής στον πείρο # 6 ρυθμίζεται στα 4,2v περίπου, το επίπεδο ανιχνεύεται στον πείρο # 6 ο οποίος αμέσως επαναφέρει την έξοδο σε χαμηλή.

Η χαμηλή έξοδος απενεργοποιεί αμέσως το τρανζίστορ που σημαίνει ότι η είσοδος φόρτισης αναστέλλεται τώρα ή διακόπτεται η μπαταρία.

Η συμπερίληψη ενός σταδίου τρανζίστορ παρέχει επίσης τη δυνατότητα φόρτισης κυττάρων Li-Ion υψηλότερου ρεύματος επίσης.

Ο μετασχηματιστής πρέπει να επιλεγεί με τάση που δεν υπερβαίνει τα 6V και τρέχουσα βαθμολογία 1/5 της μπαταρίας AH.

Διάγραμμα κυκλώματος

Εάν πιστεύετε ότι ο παραπάνω σχεδιασμός είναι πολύ περίπλοκος, μπορείτε να δοκιμάσετε τον ακόλουθο σχεδιασμό που φαίνεται πολύ πιο απλός:

Πώς να ρυθμίσετε το κύκλωμα

Συνδέστε μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία στα σημεία που εμφανίζονται και ρυθμίστε την προεπιλογή έτσι ώστε το ρελέ απλώς να απενεργοποιηθεί από τη θέση N / C στη θέση N / O .... κάντε αυτό χωρίς να συνδέσετε καμία είσοδο DC φόρτισης στο κύκλωμα.

Μόλις γίνει αυτό, μπορείτε να υποθέσετε ότι το κύκλωμα έχει ρυθμιστεί και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διακοπή της αυτόματης παροχής μπαταρίας όταν φορτιστεί πλήρως.

Κατά τη διάρκεια της πραγματικής φόρτισης, βεβαιωθείτε ότι το ρεύμα εισόδου φόρτισης είναι πάντα χαμηλότερο από την βαθμολογία AH μπαταρίας, πράγμα που σημαίνει ότι αν υποθέσετε ότι η μπαταρία AH είναι 900mAH, η είσοδος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 500mA.

Η μπαταρία πρέπει να αφαιρεθεί μόλις το ρελέ απενεργοποιηθεί για να αποφευχθεί η αποφόρτιση της μπαταρίας μέσω της προεπιλογής 1K.

IC1 = IC555

Όλες οι αντιστάσεις είναι 1/4 watt CFR

IC 555 Pinout

συμπέρασμα

Αν και τα σχέδια που παρουσιάζονται παραπάνω είναι όλα τεχνικά σωστά και θα εκτελέσουν τις εργασίες σύμφωνα με τις προτεινόμενες προδιαγραφές, στην πραγματικότητα εμφανίζονται ως υπερβολή.

Ένας απλός αλλά αποτελεσματικός και ασφαλής τρόπος φόρτισης ενός Li-Ion Cell εξηγείται σε αυτήν την ανάρτηση , και αυτό το κύκλωμα μπορεί να ισχύει για όλες τις μορφές μπαταριών, καθώς φροντίζει απόλυτα για δύο κρίσιμες παραμέτρους: Αυτόματη διακοπή σταθερού ρεύματος και πλήρους φόρτισης. Μια σταθερή τάση θεωρείται ότι διατίθεται από την πηγή φόρτισης.

4) Φόρτιση πολλών μπαταριών ιόντων λιθίου

Το άρθρο εξηγεί ένα απλό κύκλωμα το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για γρήγορη φόρτιση τουλάχιστον 25 nos κυττάρων Li-Ion, από μία πηγή τάσης όπως μια μπαταρία 12V ή ένα ηλιακό πάνελ 12V.

Η ιδέα ζητήθηκε από έναν από τους ένθερμους οπαδούς αυτού του ιστολογίου, ας το ακούσουμε:

Φόρτιση πολλών μπαταριών ιόντων λιθίου μαζί

Μπορείτε να με βοηθήσετε να σχεδιάσω ένα κύκλωμα για φόρτιση 25 μπαταριών κυψέλης li-on (3,7v- 800mA το καθένα) ταυτόχρονα. Η πηγή τροφοδοσίας μου είναι από μπαταρία 12v- 50AH. Επιτρέψτε μου επίσης να μάθω πόσους ενισχυτές της μπαταρίας 12v θα αντλούνταν με αυτήν τη ρύθμιση ανά ώρα ... ευχαριστώ εκ των προτέρων.

Ο σχεδιασμός

Όσον αφορά τη φόρτιση, τα κύτταρα ιόντων λιθίου απαιτούν πιο αυστηρές παραμέτρους σε σύγκριση με τις μπαταρίες μολύβδου οξέος.

Αυτό καθίσταται ιδιαίτερα σημαντικό επειδή τα κύτταρα ιόντων λιθίου τείνουν να παράγουν σημαντική ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και εάν αυτή η παραγωγή θερμότητας υπερβαίνει τον έλεγχο μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρή ζημιά στο κύτταρο ή ακόμη και σε πιθανή έκρηξη.

Ωστόσο, ένα καλό πράγμα για τα κύτταρα ιόντων λιθίου είναι ότι μπορούν να φορτιστούν αρχικά με πλήρη ταχύτητα 1C, σε αντίθεση με τις μπαταρίες μολύβδου οξέος που δεν επιτρέπουν περισσότερο από το ρυθμό φόρτισης C / 5.

Το παραπάνω πλεονέκτημα επιτρέπει στα κύτταρα ιόντων λιθίου να φορτιστούν με ρυθμό 10 φορές ταχύτερο από το αντίθετο τμήμα μολύβδου οξέος.

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, δεδομένου ότι η διαχείριση της θερμότητας γίνεται το κρίσιμο ζήτημα, εάν αυτή η παράμετρος ελέγχεται κατάλληλα, τα υπόλοιπα πράγματα γίνονται αρκετά απλά.

Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να φορτίσουμε τις κυψέλες ιόντων λιθίου με πλήρη ρυθμό 1C χωρίς να ασχολούμαστε με οτιδήποτε, εφόσον έχουμε κάτι που παρακολουθεί την παραγωγή θερμότητας από αυτά τα κύτταρα και ξεκινά τα απαραίτητα διορθωτικά μέτρα.

Προσπάθησα να το εφαρμόσω συνδέοντας ένα ξεχωριστό κύκλωμα ανίχνευσης θερμότητας που παρακολουθεί τη θερμότητα από τα κελιά και ρυθμίζει το ρεύμα φόρτισης σε περίπτωση που η θερμότητα αρχίσει να αποκλίνει από τα ασφαλή επίπεδα.

Ο έλεγχος της θερμοκρασίας με ρυθμό 1C είναι κρίσιμος

Το πρώτο διάγραμμα κυκλώματος παρακάτω δείχνει ένα ακριβές κύκλωμα αισθητήρα θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας το IC LM324. Τρεις από τους opamps έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ.

Η δίοδος D1 είναι 1N4148 που δρα αποτελεσματικά ως αισθητήρας θερμοκρασίας εδώ. Η τάση σε αυτήν τη δίοδο μειώνεται κατά 2mV με κάθε βαθμό αύξηση της θερμοκρασίας.

Αυτή η αλλαγή στην τάση σε ολόκληρο το D1 προτρέπει τον Α2 να αλλάξει τη λογική εξόδου του, το οποίο με τη σειρά του ξεκινά το Α3 να αυξάνει σταδιακά την τάση εξόδου του αντίστοιχα.

Η έξοδος του A3 συνδέεται με ένα οπτικό ζεύκτη LED. Σύμφωνα με τη ρύθμιση του P1, η έξοδος A4 τείνει να αυξάνεται σε απόκριση της θερμότητας από το κελί, έως ότου τελικά το συνδεδεμένο LED ανάψει και το εσωτερικό τρανζίστορ του οπτικού αγωγού.

Όταν συμβεί αυτό, το οπτο-τρανζίστορ τροφοδοτεί το κύκλωμα 12V στο κύκλωμα LM338 για την έναρξη των απαραίτητων διορθωτικών ενεργειών.

Το δεύτερο κύκλωμα δείχνει μια απλή ρυθμιζόμενη τροφοδοσία χρησιμοποιώντας το IC LM338. Το δοχείο 2k2 ρυθμίζεται ώστε να παράγει ακριβώς 4,5V στα συνδεδεμένα κύτταρα ιόντων λιθίου.

Το προηγούμενο κύκλωμα IC741 είναι ένα κύκλωμα αποκοπής υπερφόρτισης που παρακολουθεί τη φόρτιση πάνω από τις κυψέλες και αποσυνδέει την παροχή όταν φτάσει πάνω από 4.2V.

Το BC547 στα αριστερά κοντά στο ICLM338 εισάγεται για την εφαρμογή των κατάλληλων διορθωτικών ενεργειών όταν τα κύτταρα αρχίσουν να ζεσταίνονται.

Σε περίπτωση που τα κύτταρα αρχίσουν να ζεσταίνονται πολύ, η τροφοδοσία από τον οπτικό ζεύκτη αισθητήρα θερμοκρασίας χτυπήσει το τρανζίστορ LM338 (BC547), το τρανζίστορ διεξάγει και διακόπτει αμέσως την έξοδο LM338 έως ότου η θερμοκρασία μειωθεί στα κανονικά επίπεδα, αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι τα κελιά φορτίζονται πλήρως όταν το IC 741 ενεργοποιείται και αποσυνδέεται μόνιμα τα κελιά από την πηγή.

Και στις 25 κυψέλες μπορούν να συνδεθούν σε αυτό το κύκλωμα παράλληλα, κάθε θετική γραμμή πρέπει να περιλαμβάνει ξεχωριστή δίοδο και αντίσταση 5 Ohm 1 watt για ίση κατανομή φορτίου.

Ολόκληρη η συσκευασία κυψελών πρέπει να στερεωθεί σε μια κοινή πλατφόρμα αλουμινίου έτσι ώστε η θερμότητα να διαχέεται ομοιόμορφα πάνω από την πλάκα αλουμινίου.

Το D1 πρέπει να κολληθεί κατάλληλα πάνω σε αυτήν την πλάκα αλουμινίου, έτσι ώστε η απορροφούμενη θερμότητα να γίνεται αισθητή από τον αισθητήρα D1.

Αυτόματο κύκλωμα φορτιστή και ελεγκτή κυττάρων ιόντων λιθίου.

συμπέρασμα

• Τα βασικά κριτήρια που πρέπει να διατηρηθούν για οποιαδήποτε μπαταρία είναι: φόρτιση σε βολικές θερμοκρασίες και διακοπή της τροφοδοσίας μόλις φτάσει στην πλήρη φόρτιση. Αυτό είναι το βασικό πράγμα που πρέπει να ακολουθήσετε ανεξάρτητα από τον τύπο της μπαταρίας. Μπορείτε να το παρακολουθήσετε χειροκίνητα ή να το κάνετε αυτόματο, και στις δύο περιπτώσεις η μπαταρία σας θα φορτιστεί με ασφάλεια και θα έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
• Το ρεύμα φόρτισης / εκφόρτισης είναι υπεύθυνο για τη θερμοκρασία της μπαταρίας, εάν αυτά είναι πολύ υψηλά σε σύγκριση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τότε η μπαταρία σας θα υποφέρει σε μεγάλο βαθμό μακροπρόθεσμα.
• Ο δεύτερος σημαντικός παράγοντας δεν επιτρέπει ποτέ στην μπαταρία να αποφορτίζεται σε μεγάλο βαθμό. Συνεχίστε να επαναφέρετε το επίπεδο πλήρους φόρτισης ή συνεχίστε να το συμπληρώνετε όποτε είναι δυνατόν. Αυτό θα διασφαλίσει ότι η μπαταρία δεν θα φτάσει ποτέ τα χαμηλότερα επίπεδα εκφόρτισης.
• Εάν δυσκολεύεστε να το παρακολουθήσετε χειροκίνητα τότε μπορείτε να αναζητήσετε ένα αυτόματο κύκλωμα όπως περιγράφεται σε αυτήν την σελίδα .

Έχετε περαιτέρω αμφιβολίες; Αφήστε τους να έρθουν μέσω του παρακάτω πλαισίου σχολίων