Меню

Контроллеры лития заряд аккумулятора



Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC.

Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Плата защитного контроллера от аккумулятора сотового телефона

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути «мозг» контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 — ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 — это MOSFET-транзисторы.

Типовая схема включения микросхемы DW01-P

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов DW01-P

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Цоколёвка и состав микросхемы S8205A

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.

Защита от перезаряда (Overcharge Protection).

Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection VoltageVOCP), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release VoltageVOCR) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от переразряда (Overdischarge Protection).

Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 – 2,5V (Overdischarge Protection VoltageVODP), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 – он подключен к выводу DO.

Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).

Тут есть весьма интересное условие . Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысит 2,9 – 3,1V (Overdischarge Release VoltageVODR), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за «смерть» аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер — G2NK (серия S-8261), сборка полевых транзисторов — KC3J1.

Li-Po аккумулятор и схема защиты

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

Отключение ячейки Li-polymer аккумулятора при глубоком разряде

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Напряжение на глубоко разряженной ячейке Li-polymer аккумулятора

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (VODR).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить «банку» аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда — FET1?

Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P, G2NK), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда — Charger Detection. То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.

Читайте также:  Крепеж для авто аккумуляторов

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время — несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6. О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь.

Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов ! Вот столько может длиться «восстановительная» зарядка.

Восстановление завершено

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Источник

Контроллер заряда Li-ion аккумулятора 18650 своими руками

Многие люди все еще не знают, что такое контроллер заряда, и попросту игнорируют его существование, что очень зря. Подобные платы просто спасают аккумуляторы каждый день.

Контроллер заряда li-ion аккумулятора 18650

Контроллер заряда – защитная электронная схема в АКБ, которая предотвращает ее сильную разрядку или перезарядку, контролирует силу тока и температурный режим, устанавливает время окончания заряда. Как функционирует контроллер заряда li ion аккумулятора 18650, для чего он необходим?

Контроллер контролирует процесс зарядки и разрядки батареек. Если напряжение понижается до 3 В, защита деактивирует банку от потребителя тока: девайс выключается. Еще защитная схема помогает предотвратить короткие замыкания. Некоторые разновидности защитных плат имеют терморезистор, который спасает компоненты аккумулятора от перегрева.

Все платы контролируют:

  • переразряд и разряд;
  • ток нагрузки;
  • температуру и оптимизацию.

Важно! При зарядке АКБ без контроллера зарядки или при выходе контроллера из строя возможны неприятные последствия, такие как, разрушение корпуса, закипание или деградация аккумулятора.

Опасность перезаряда и полного разряда, чем грозит

Если говорить о lion батарейках, нельзя допускать их полного разряжения или перезарядки. Например, никель-кадмиевые АКБ обладают эффектом памяти. Это означает, что неправильная зарядка приводит к потерям ёмкостных характеристик. Неправильно, когда заряжается аккумулятор, который сел неокончательно. Если начать подзаряжать его не при нуле, он может потерять свои емкостные хар-ки.

Зарядники для таких батареек создают со специальными рабочими режимами, которые в первую очередь садят АКБ полностью, потом начинают ее наполнять энергией. Литиевые аккумуляторы не требуют к себе такого внимания. У них отсутствует эффект памяти, но они не выносят полный разряд.

Поэтому их стоит сразу наполнять энергией, не дожидаясь нуля. Но и перезаряд, это тоже не лучший вариант. Это касается лишь батарей без защиты. Если у аккумуляторных батарей есть контроллер заряда, то он сам будет контролировать процессы.

Источник

Контроллеры лития заряд аккумулятора

Многие люди все еще не знают, что такое контроллер заряда, и попросту игнорируют его существование, что очень зря. Подобные платы просто спасают аккумуляторы каждый день.

Контроллер заряда li-ion аккумулятора 18650

Контроллер заряда – защитная электронная схема в АКБ, которая предотвращает ее сильную разрядку или перезарядку, контролирует силу тока и температурный режим, устанавливает время окончания заряда. Как функционирует контроллер заряда li ion аккумулятора 18650, для чего он необходим?

Контроллер контролирует процесс зарядки и разрядки батареек. Если напряжение понижается до 3 В, защита деактивирует банку от потребителя тока: девайс выключается. Еще защитная схема помогает предотвратить короткие замыкания. Некоторые разновидности защитных плат имеют терморезистор, который спасает компоненты аккумулятора от перегрева.

Все платы контролируют:

  • переразряд и разряд;
  • ток нагрузки;
  • температуру и оптимизацию.

Важно! При зарядке АКБ без контроллера зарядки или при выходе контроллера из строя возможны неприятные последствия, такие как, разрушение корпуса, закипание или деградация аккумулятора.

Опасность перезаряда и полного разряда, чем грозит

Если говорить о lion батарейках, нельзя допускать их полного разряжения или перезарядки. Например, никель-кадмиевые АКБ обладают эффектом памяти. Это означает, что неправильная зарядка приводит к потерям ёмкостных характеристик. Неправильно, когда заряжается аккумулятор, который сел неокончательно. Если начать подзаряжать его не при нуле, он может потерять свои емкостные хар-ки.

Зарядники для таких батареек создают со специальными рабочими режимами, которые в первую очередь садят АКБ полностью, потом начинают ее наполнять энергией. Литиевые аккумуляторы не требуют к себе такого внимания. У них отсутствует эффект памяти, но они не выносят полный разряд.

Поэтому их стоит сразу наполнять энергией, не дожидаясь нуля. Но и перезаряд, это тоже не лучший вариант. Это касается лишь батарей без защиты. Если у аккумуляторных батарей есть контроллер заряда, то он сам будет контролировать процессы.

Источник

Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов — модуль на tp4056

модули заряда литиевых аккумуляторов

Для долгой и счастливой жизни литиевого аккумулятора очень важно правильно его заряжать. Не менее важно контролировать так же и разряд. На наше спасение, уже давно придумали контроллер заряда литиевых аккумуляторов в виде готового модуля. Но можно ли ему доверять, сейчас мы это и проверим.

Перед прочтением рекомендую посмотреть мой ролик про модули заряда литиевых аккумуляторов.

  1. Как заряжать литиевые аккумуляторы
  2. Микросхемы контроля заряда литиевых аккумуляторов
  3. Модуль контроля заряда Li-ion аккумулятора
  4. Как регулировать ток заряда
  5. Измерение характеристик модуля
  6. Измерения заряда аккумулятора
  7. Умный модуль бережет аккумулятор
  8. Контроль разряда аккумулятора
  9. Как греется модуль
  10. Где купить модуль заряда Li акумулятора?
  11. Заключение
Читайте также:  Как прикурить Peugeot если сел аккумулятор

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Вся фишка зарядки литиевых аккумуляторов кроется в том, что ни ток заряда ни напряжение не должен быть постоянными. Процесс заряда должен проходить по определенным фазам:

  1. При полной разрядке аккумулятора (
  2. По мере накопления заряда, т.е. повышении напряжения аккумулятора, ток заряда должен уменьшаться.
  3. При достижении 90% от полного заряда, ток заряда должен снизиться до уровня порядка 0,1С. Как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4.1-4.15 В, процесс заряда должен прекратиться.

Соблюдение этих правил заряда литиевого аккумулятора обеспечит ему продолжительный срок службы. Разрядка литиевого аккумулятора ниже 3 вольт, а так же его регулярная перезарядка даже на 0.1 вольта значительно сокращает емкость аккумулятора.

Микросхемы контроля заряда литиевых аккумуляторов

Сегодня существуют микросхемы, представляющие собой готовый контроллер заряда литиевых аккумуляторов. Одной из таких микросхем является TP4056 ( скачать даташит ). Схема контроллера заряда литиевых аккумуляторов на TP4056 выглядит следующим образом:

схема зарядки на tp4056

Однако, если вам вздумалось ее реализовать, то спешу вас огорчить. Потраченные усилия, время и деньги во много много раз превысят стоимость готового модуля, построенного по точно такой же схеме и даже усиленного более мощными транзисторами на выходе.

Модуль контроля заряда Li-ion аккумулятора

Готовый модуль контроля заряда литиевого аккумулятора можно купить всего за 30 центов .

Обращаю ваше внимание, что такие модули бывать не только с контроллером заряда аккумулятора. Есть так же версии с контролем разряда аккумулятора.

модули зарядки li ion аккумуляторов

Картинка демонстрирует все четыре варианта подобных модулей. Два левых модуля полностью аналогичны двум правым модулям, разница заключается только в установленном разъеме. А вот между собой, два левых модуля, как и два правых отличаются возможностью контроля разряда аккумулятора.

Если на модуле помимо контактов для аккумулятора В+ и В- также присутствуют контакты OUT+и OUT- то это значит, что модуль умеет контролировать разряд аккумулятора, а подключение нагрузки к аккумулятору происходит через модуль.

Не стоит бояться что версия с контроллером разряда посадит вам аккумулятор. Измерения показали, что потребление тока самим модулем составляет всего около 5 микро Ампер. Что меня даже немного удивило.

Как регулировать ток заряда

В исходном состоянии модуль может выдать максимальный ток заряда до 1 Ампера. Если нужно больше, то смотрите мой видосик в начале статьи.

Если же емкость аккумулятора меньше 1000мА*ч, то максимальный ток заряда лучше снизить до значения, равного емкости аккумулятора или еще ниже, особенно если аккумулятор не очень новый. Для этого стоит заменить резистор RPROG на подходящий номинал.

установка тока заряда литиевого аккумулятора

Измерение характеристик модуля

Мерить мы будем следующее:

  1. Процесс зарядки — посмотрим, как меняется ток заряда от напряжения на аккумуляторе.
  2. Разрядку , а точнее умение модуля продолжительно отдавать ток в нагрузку, а так же умение отрубать аккумулятор по достижении порога разряда.

Для этих целей нам понадобится вольтметр и амперметр. Но я рожа ленивая, да и мерить вручную в наш век — мартышкин труд. Поэтому на помощь был позван микроконтроллер PIC18F4550. Он умеет общаться с компом по USB и обладает 10-битным АЦП на борту.

Амперметр и вольтметр далее изображены условно. И вольтметр и амперметр реализованы на дифференциальных усилителях. Для измерения тока использован низкоомный резистор, разность напряжений с выводов которого и снимается дифференциальным усилителем. Такому методу измерения тока недавно была посвящена отдельная статья.

измерение модуля зарядки li ion

С выходов диф. усилителей сигнал поступает на АЦП микроконтроллера. Шаг АЦП по напряжению составляет около 5 мВ, чего для таких измерений более чем достаточно. Чтобы максимально снизить погрешность, данные приходящие за 10 секунд усреднялись ( по 200 приходящих значений).

Все пытки проводились с участием аккумулятора Sony VTC6 формата 18650. Этот аккумулятор обладает емкостью 3000 мА*ч. Максимальный выходной ток аккумулятора может достигать 30 А.

Измерения заряда аккумулятора

Для изучения процесса заряда аккумулятора была реализована следующая измерительная схема:

схема измерения заряда li ion аккумулятора

Полученный с ее помощью график, представлен на следующей картинке. Для удобства синим обозначена зависимость тока, а красным — зависимость напряжения от времени. При этом время указанно в секундах.

график заряда li ion аккумулятора

6000 секунд соответствуют 100 минутам или же в более привычном виде это 1 час 40 минут. Соответственно полная зарядка аккумулятора заняла около 6 часов. При емкости аккумулятора в 3000 мАч, средний ток заряда можно считать равным 500мА.

На графике отлично видны все три описанные выше фазы зарядки. Схемка отрабатывает все как и положено. Между разными экземплярами модулей присутствует небольшой разброс конечного напряжения, но он не критичен.

Стоит отметить, что любое измерение физической величины это лишь попытка приближения к истинному значению. Не стоит обращать внимание на мелкие зубчики, их природа может быть вызвана как неравномерностью АЦП так и нелинейностью модуля. Что совсем не критично.

В любом случае получившаяся зависимость отлично удовлетворяет всем правилам заряда аккумулятора.

Умный модуль бережет аккумулятор

Я не зря назвал этот модуль умным. Если внимательно присмотреться к моменту подачи питания на модуль, то можно увидеть небольшую ступеньку на зависимости тока. Вот так она выглядит крупным планом:

график заряда li ion аккумулятора

Речь идет о ступеньке между 500 и 600 секундами на уровне 100 мА. Эта ступенька присутствует если аккумулятор разряжен ниже 3 вольт.

Модуль бережно относится к аккумулятору. Сначала он доводит напряжение на аккумуляторе примерное до 3 вольт током в 100 мА. А уже затем начинает кочегарить через аккумулятор 1 ампер. Ну или ток, который был установлен резистором RPROG.

Контроль разряда аккумулятора

Для изучения выходных характеристик модуля схема была несколько изменена. В качестве нагрузки был установлен переменный резистор, включенный последовательно с амперметром к выходным контактам модуля.

схема измерения разряда li ion аккумулятора

Сопротивление нагрузочного резистора было установлено так, что начальный ток разряда составлял около 1.15 А. Т.к. нагрузка была постоянной, соответственно ток в выходной цепи падал с падением напряжения на аккумуляторе.

график разряда li ion аккумулятора

Как видно из графика, модуль благополучно отрубил нагрузку от аккумулятора в районе 5000 сек. А это значит, что модуль отдавал ток порядка 1 ампера в течении полутора часов и не загнулся. Отличный результат)

Рост напряжения на аккумуляторе, после отключения нагрузки, вызван химическим восстановлением аккумулятора после столь длительной отдачи приличного тока.

Если аккумулятор был полностью разряжен и модуль его отключил, то включение произойдет, при подключении зарядного устройства, как только напряжение на аккумуляторе достигнет уровня в 2.9 — 3 вольта.

Как греется модуль

В процессе зарядки, когда ток составляет 1 ампер, модуль прилично греется. Стоит учитывать этот факт при использовании модуля в закрытом устройстве. Так, на открытом воздухе температура модуля достигала значений более 70 градусов (по термопаре).

нагрев модуля при зарядке акумулятора

В случае установки модуля в закрытый корпус желательно снизить максимальный ток заряда до 500-700 мА. Но на терма-клей все же не стоит крепить.

У самого же модуля предусмотрена защита от перегрева. Так при перегреве модуль начинает ограничивать выходной ток. Так что от перегрева он скорее всего не сдохнет. Но не стоит полностью полагаться на защиту))

Где купить модуль заряда Li акумулятора?

Я не могу ручаться за все подобные модул. Их производством не брезгует каждый уважающий себя житель поднебесной. Показанные модули заказывались уже не первый раз у конкретного продавца. Которого советую и вам.

Покупать такие модули поштучно не выгодно — продавцы начинают накручивать цену и за модуль и за доставку. Удобнее и дешевле закупать сразу по 5 или 10 штук даже если требуется 1-2. Очень удобно, когда где-то в шкафу лежит кучка таких модулей и при необходимости можно быстро сообразить из них зарядку. Вот ссылки на разные лоты проверенного магазина:

  • 5 шт. micro-USB– 1.57$
  • 5 шт. mini-USB– 1.57$
  • 10 шт. micro-USB– 2.61$
  • 10 шт. mini-USB2.61$

1.57$ за 5 штук, и тем более 2.61$ за 10 штук — это копейки. Во многих магазинах радиодеталей с вас попросят аналогичную сумму за каждый такой модуль.

цены от 16 сентября 2020

Да, ссылки реферальные, но покупая по ним Вы абсолютно ничего не теряете (а теперь даже кэшбэк с них не дают). Зато этим Вы говорите мне спасибо за проделанную работу и помогаете копеечкой моему проекту. За это спасибо и Вам.

Заключение

Честно говоря я и сам не ожидал таких результатов, но модули зарядки литиевых аккумуляторов отлично себя показали. И я однозначно рекомендую к покупке такой контроллер заряда. На таких модулях можно мастерить много интересных штук. В скором времени я покажу как с их помощью соорудить блок бесперебойного питания для камер Canon.

AliExpress RU&CIS

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂

Источник