Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Lithium Polymer (Lipo)

Η ανάρτηση εξηγεί μια απλή μπαταρία πολυμερούς λιθίου (Lipo) με δυνατότητα αποκοπής υπερφόρτισης. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Arun Prashan.

Φόρτιση ενός μόνο λιποκυττάρου με CC και CV

Βρήκα το έργο σας στο 'Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Dynamo Bicycle' στο blog σχεδίασης σπιτικών κυκλωμάτων. Ήταν πραγματικά ενημερωτικό.

Θα ήθελα να ρωτήσω κάτι σχετικά με αυτό το άρθρο. Δουλεύω σε ένα εξαγωνικό ρομπότ με μηχανισμό εναλλαγής μπαταρίας. Μόλις η κύρια μπαταρία υπερβεί μια προκαθορισμένη τάση, η δευτερεύουσα μπαταρία θα ενεργοποιήσει το σύστημα του ρομπότ. Η ανησυχία μου δεν αφορά το κύκλωμα μεταγωγής.

Μαζί με αυτό, εργάζομαι για την παραγωγή ενέργειας συνδέοντας μια γεννήτρια σε κάθε κινητήρα. Το ρεύμα που παράγεται προορίζεται να χρησιμοποιηθεί για την επαναφόρτιση της μπαταρίας LiPo 3 κυττάρων 30C 11.1V 2200mAh.

Γνωρίζω ότι το κύκλωμα που αναφέρεται στο 'Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Dynamo Bicycle' δεν θα είναι χρήσιμο για το σκοπό μου. Μπορείτε να μου δώσετε άλλη επιλογή σχετικά με το ζήτημά μου. Απλώς πρέπει να ξέρω πώς να τροποποιήσω το κύκλωμα για να το κάνω LiPo συμβατό με σταθερή τάση και σταθερό ρεύμα ή CC και CV. Ευχαριστώ, ανυπομονώ για απάντηση.

Χαιρετισμοί,

Arun Prashan

Μαλαισία

Ο σχεδιασμός

Μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου ή απλώς μια μπαταρία λιπο είναι μια προηγμένη φυλή της πιο δημοφιλούς μπαταρίας ιόντων λιθίου, και ακριβώς όπως το παλαιότερο αντίστοιχο καθορίζεται με αυστηρές παραμέτρους φόρτισης και εκφόρτισης.

Ωστόσο, αν εξετάσουμε λεπτομερώς αυτές τις προδιαγραφές, θεωρούμε ότι είναι μάλλον επιεικής όσον αφορά τις τιμές, για να είμαστε ακριβέστεροι μια μπαταρία Lipo μπορεί να φορτιστεί με ρυθμό 5C και να αποφορτιστεί ακόμη και σε πολύ υψηλότερες τιμές, εδώ «C είναι η βαθμολογία AH της μπαταρίας.

Οι παραπάνω προδιαγραφές μας δίνουν την ελευθερία να χρησιμοποιούμε πολύ υψηλότερες εισόδους ρεύματος χωρίς να ανησυχούμε για την τρέχουσα κατάσταση για την μπαταρία, κάτι που συμβαίνει συνήθως όταν εμπλέκονται μπαταρίες μολύβδου οξέος.

Αυτό σημαίνει ότι η βαθμολογία ενισχυτή της εισόδου θα μπορούσε να αγνοηθεί στις περισσότερες περιπτώσεις, καθώς η βαθμολογία δεν μπορεί να υπερβαίνει τις προδιαγραφές των 5 x AH της μπαταρίας, στις περισσότερες περιπτώσεις. Τούτου λεχθέντος, είναι πάντα καλύτερη και ασφαλής ιδέα η φόρτιση τέτοιων κρίσιμων συσκευών με ρυθμό που μπορεί να είναι χαμηλότερος από το μέγιστο καθορισμένο επίπεδο, ένα C x 1 θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ο βέλτιστος και ο ασφαλέστερος ρυθμός φόρτισης.

Επειδή εδώ ενδιαφερόμαστε να σχεδιάσουμε ένα κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας λιθίου πολυμερούς (Lipo), θα επικεντρωθούμε περισσότερο σε αυτό και θα δούμε πώς μπορεί να φορτιστεί μια μπαταρία λιπο με ασφάλεια αλλά και βέλτιστα χρησιμοποιώντας εξαρτήματα που ενδέχεται να βρίσκονται ήδη στο ηλεκτρονικό σας κουτί ανεπιθύμητων.

Αναφερόμενος στο απεικονιζόμενο διάγραμμα κυκλώματος φορτιστή μπαταρίας Lipo, ολόκληρο το σχέδιο θα μπορούσε να δει διαμορφωμένο γύρω από το IC LM317 που είναι βασικά ένα ευέλικτο τσιπ ρυθμιστή τάσης και έχει όλα τα ενσωματωμένα χαρακτηριστικά προστασίας. Δεν θα επιτρέπει περισσότερα από 1,5 αμπέρ στις εξόδους και εξασφαλίζει ένα ασφαλές επίπεδο ενισχυτή για την μπαταρία.

Το IC εδώ χρησιμοποιείται βασικά για τη ρύθμιση του ακριβούς απαιτούμενου επιπέδου τάσης φόρτισης για την μπαταρία λιπο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας το συνοδευτικό ποτ των 10k ή ένα προκαθορισμένο.

Διάγραμμα κυκλώματος

Το τμήμα στα άκρα δεξιά που ενσωματώνει ένα opamp είναι το στάδιο αποκοπής υπερφόρτισης και διασφαλίζει ότι η μπαταρία δεν επιτρέπεται ποτέ να υπερφορτιστεί και διακόπτει την τροφοδοσία της μπαταρίας μόλις επιτευχθεί το όριο υπερφόρτισης.

Λειτουργία κυκλώματος

Η προεπιλογή 10 k που τοποθετείται στον ακροδέκτη 3 του opamp χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του επιπέδου υπερφόρτισης, για μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου 3,7 V που μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε η έξοδος του opamp να είναι υψηλή μόλις φορτιστεί η μπαταρία στα 4,2 V (για ένα μόνο κελί). Δεδομένου ότι μια δίοδος είναι τοποθετημένη στο θετικό της μπαταρίας, η έξοδος LM 317 πρέπει να ρυθμιστεί σε περίπου 4,2 + 0,6 = 4,8 V (για ένα μόνο κελί) για την αντιστάθμιση της συνοδευόμενης πτώσης τάσης προς τα εμπρός. Για 3 κελιά σε σειρά, αυτή η τιμή θα πρέπει να προσαρμοστεί σε 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V

Όταν η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη για πρώτη φορά (αυτό πρέπει να γίνει μετά τη σύνδεση της μπαταρίας κατά μήκος της προβαλλόμενης θέσης), η μπαταρία που βρίσκεται σε κατάσταση αποφόρτισης τραβά την τροφοδοσία από το LM317 στο υπάρχον επίπεδο της τάσης, ας υποθέσουμε ότι είναι 3,6 V .

Η παραπάνω κατάσταση διατηρεί το pin3 του opamp πολύ κάτω από το επίπεδο τάσης αναφοράς σταθερό στον pin2 του IC, δημιουργώντας χαμηλή λογική στο pin6 ή την έξοδο του IC.

Τώρα καθώς η μπαταρία αρχίζει να συσσωρεύεται φόρτιση, το επίπεδο τάσης του αρχίζει να αυξάνεται μέχρι να φτάσει το σήμα 4,2 V που τραβά το δυναμικό pin3 του opamp ακριβώς πάνω από το pin2, αναγκάζοντας την έξοδο του IC να πάει αμέσως υψηλή ή στο επίπεδο τροφοδοσίας.

Τα παραπάνω ζητούν από την ενδεικτική λυχνία να ανάψει ο διακόπτης ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΤΕ το τρανζίστορ BC547 που είναι συνδεδεμένο στον πείρο ADJ pf του LM 317.

Μόλις συμβεί αυτό, ο πείρος ADJ του LM 317 γίνεται γειωμένος αναγκάζοντάς τον να διακόψει την παροχή εξόδου στην μπαταρία λιπο.

Ωστόσο, σε αυτό το σημείο ολόκληρο το κύκλωμα ασφαλίζεται σε αυτήν τη θέση αποκοπής λόγω της τάσης ανάδρασης στο pin3 του opamp μέσω της αντίστασης 1K. Αυτή η λειτουργία διασφαλίζει ότι η μπαταρία σε καμία περίπτωση δεν επιτρέπεται να λαμβάνει την τάση φόρτισης μόλις επιτευχθεί το όριο υπερφόρτισης.

Η κατάσταση παραμένει κλειδωμένη έως ότου το σύστημα απενεργοποιηθεί και επαναφερθεί για πιθανή έναρξη ενός νέου κύκλου φόρτισης.

Προσθήκη σταθερού ρεύματος CC

Στον παραπάνω σχεδιασμό μπορούμε να δούμε μια εγκατάσταση ελέγχου σταθερής τάσης χρησιμοποιώντας LM338 IC, ωστόσο ένα σταθερό ρεύμα φαίνεται να λείπει εδώ. Για να ενεργοποιήσετε ένα CC σε αυτό το κύκλωμα, ένα μικρό τσίμπημα μπορεί να είναι αρκετό για να συμπεριλάβετε αυτήν τη λειτουργία, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Όπως μπορεί να φανεί, μια απλή προσθήκη μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος και ενός συνδέσμου διόδου μετατρέπει το σχεδιασμό σε έναν αποτελεσματικό φορτιστή κυψέλης λιποκυκλώματος CC ή σταθερού ρεύματος. Τώρα, όταν η έξοδος προσπαθεί να αντλήσει ρεύμα πάνω από το καθορισμένο όριο CC, αναπτύσσεται ένα υπολογισμένο δυναμικό σε Rx, το οποίο διέρχεται από τη δίοδο 1N4148 ενεργοποιώντας τη βάση BC547, η οποία με τη σειρά της διεξάγει και στηρίζει τον πείρο ADJ του IC LM338, αναγκάζοντας το IC για να απενεργοποιήσετε την τροφοδοσία στο φορτιστή.

Το Rx μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:

Rx = Όριο τάσης προς τα εμπρός BC547 και 1N41448 / Μέγιστο όριο ρεύματος μπαταρίας

Επομένως, Rx = 0,6 + 0,6 / Μέγιστο όριο ρεύματος μπαταρίας

Μπαταρία Lipo με 3 σειρές κυψελών

Στην παραπάνω προτεινόμενη μπαταρία 11.1V, υπάρχουν 3 κελιά σε σειρά και οι πόλοι της μπαταρίας τερματίζονται ξεχωριστά μέσω ενός συνδετήρα.
Συνιστάται η φόρτιση των μεμονωμένων μπαταριών χωριστά τοποθετώντας τους πόλους σωστά από τη φίσα. Το διάγραμμα δείχνει τις βασικές λεπτομέρειες καλωδίωσης των στοιχείων με το σύνδεσμο:

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ: Προκειμένου να επιτευχθεί συνεχής αυτόματη φόρτιση μιας μπαταρίας Lipo πολλαπλών κυττάρων, μπορείτε να ανατρέξετε στο ακόλουθο άρθρο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση όλων των τύπων μπαταριών Lipo ανεξάρτητα από τον αριθμό των κελιών που περιλαμβάνονται σε αυτήν. Το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για να παρακολουθεί και να μεταφέρει αυτόματα την τάση φόρτισης στις κυψέλες που ενδέχεται να αποφορτιστούν και πρέπει να φορτιστούν:

Κύκλωμα φορτιστή ισορροπίας μπαταρίας Lipo