Зарядний для lipo. Зарядний пристрій для літій-полімерних (LiPo) акумуляторів. Що бояться LiPo

Оцінка характеристик того чи іншого зарядного пристрою скрутна без розуміння того, як власне повинен протікати зразковий заряд li-ion акумулятора. Тому перш ніж перейти безпосередньо до схем, давайте трохи згадаємо теорію.

Якими бувають літієві акумулятори

Залежно від того, з якого матеріалу виготовлений позитивний електрод літієвий акумулятор, Існує їх кілька різновидів:

з катодом з кобальтата літію;
з катодом на основі літірованного фосфату заліза;
на основі нікель-кобальт-алюмінію;
на основі нікель-кобальт-марганцю.

У всіх цих акумуляторів є свої особливості, але так як для широкого споживача ці нюанси не мають принципового значення, в цій статті вони розглядатися не будуть.

Також всі li-ion акумулятори виробляють в різних типорозмірах і форм-факторах. Вони можуть бути як в корпусному виконанні (наприклад, популярні сьогодні 18650) так і в ламінованому або призматичному виконанні (гель-полімерні акумулятори). Останні являють собою герметично запаяні пакети з особливою плівки, в яких знаходяться електроди і електродний маса.

Найбільш поширені типорозміри li-ion акумуляторів наведені в таблиці нижче (всі вони мають номінальну напругу 3.7 вольта):

позначення	Типорозмір	схожий типорозмір
XXYY0, де XX - вказівка \u200b\u200bдіаметра в мм, YY - значення довжини в мм, 0 - відображає виконання у вигляді циліндра	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø відповідає ААА, але на половину довжини)
	10280
	10430	ААА
	10440	ААА
	14250	1/2 AA
	14270	Ø АА, довжина CR2
	14430	Ø 14 мм (як у АА), але довжина менше
	14500	АА
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S / 300S
	17670	2xCR123 (або 168S / 600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (або 150A / 300P)
	18650	2xCR123 (або 168A / 600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	З
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Внутрішні електрохімічні процеси протікають однаково і не залежать від форм-фактора і виконання АКБ, тому все, сказане нижче, в рівній мірі відноситься до всіх літієвим акумуляторів.

Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори

найбільш правильним способом заряду літієвих акумуляторів є заряд в два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sony у всіх своїх зарядник. Незважаючи на більш складний контролер заряду, це забезпечує більш повний заряд li-ion акумуляторів, не знижуючи терміну їх служби.

тут мова йде про двоетапному профілі заряду літієвих акумуляторів, скорочено званим CC / CV (constant current, constant voltage). Є ще варіанти з іпульсним і ступінчастим струмами, але в даній статті вони не розглядаються. Детальніше про зарядку імпульсним струмом можна прочитати.

Отже, розглянемо обидва етапи заряду докладніше.

1. На першому етапі повинен забезпечуватися постійний струм заряду. Величина струму становить 0.2-0.5С. Для прискореного заряду допускається збільшення струму до 0.5-1.0С (де С - це ємність акумулятора).

Наприклад, для акумулятора ємністю 3000 мА / ч, номінальний струм заряду на першому етапі дорівнює 600-1500 мА, а струм прискореного заряду може лежати в межах 1.5-3А.

Для забезпечення постійного зарядного струму заданої величини, схема зарядного пристрою (ЗУ) повинна вміти піднімати напругу на клемах акумулятора. По суті, на першому етапі ЗУ працює як класичний стабілізатор струму.

важливо: якщо планується заряд акумуляторів з вбудованою платою захисту (PCB), то при конструюванні схеми ЗУ необхідно переконатися, що напруга холостого ходу схеми ніколи не зможе перевищити 6-7 вольт. В іншому випадку плата захисту може вийти з ладу.

У момент, коли напруга на акумуляторі підніметься до значення 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності (конкретне значення ємності буде залежить від струму заряду: при прискореному заряді буде трохи менше, при номінальному - трохи більше). Цей момент є закінченням першого етапу заряду і служить сигналом для переходу до другого (і останнього) етапу.

2. Другий етап заряду - це заряд акумулятора постійною напругою, Але поступово знижується (падаючим) струмом.

На цьому етапі ЗУ підтримує на акумуляторі напруга 4.15-4.25 вольта і контролює значення струму.

У міру набору ємності, зарядний струм буде знижуватися. Як тільки його значення зменшиться до 0.05-0.01С, процес заряду вважається закінченим.

Важливим нюансом роботи правильного зарядного пристрою є його повне відключення від акумулятора після закінчення зарядки. Це пов'язано з тим, що для літієвих акумуляторів є вкрай небажаним їх тривале перебування під підвищеним напругою, яке зазвичай забезпечує ЗУ (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складу акумулятора і, як наслідок зниження його ємності. Під тривалим перебуванням мається на увазі десятки годин і більше.

За час другого етапу заряду, акумулятор встигає набрати ще приблизно 0.1-0.15 своєї ємності. Загальний заряд акумулятора таким чином досягає 90-95%, що є відмінним показником.

Ми розглянули два основних етапи заряду. Однак, висвітлення питання зарядки літієвих акумуляторів було б неповним, якби не був згаданий ще один етап заряду - т.зв. предзаряда.

Попередній етап заряду (предзаряда) - цей етап використовується тільки для глибоко виряджених акумуляторів (нижче 2.5 В) для виведення їх на нормальний експлуатаційний режим.

На цьому етапі заряд забезпечується постійним струмом зниженою величини до тих пір, поки напруга на акумуляторі не досягне значення 2.8 В.

Попередній етап необхідний для запобігання спучування і розгерметизації (або навіть вибуху із загорянням) пошкоджених акумуляторів, що мають, наприклад, внутрішнє коротке замикання між електродами. Якщо через такий акумулятор відразу пропустити великий струм заряду, це неминуче призведе до його розігріву, а далі як пощастить.

Ще одна користь предзаряда - це попередній прогрів акумулятора, що актуально при заряді при низьких температурах довкілля (В неопалюваному приміщенні в холодну пору року).

Інтелектуальна зарядка повинна вміти контролювати напругу на акумуляторі під час попереднього етапу заряду і, в разі, якщо напруга довгий час не піднімається, робити висновок про несправності акумулятора.

Всі етапи заряду літій-іонного акумулятора (включаючи етап предзаряда) схематично зображені на цьому графіку:

Перевищення номінального зарядного напруги на 0,15В може скоротити термін служби акумулятора вдвічі. Зниження напруги заряду на 0,1 вольт зменшує ємність зарядженої батареї приблизно на 10%, але значно подовжує термін її служби. Напруга повністю зарядженого акумулятора після вилучення його з зарядного пристрою становить 4.1-4.15 вольта.

Резюмую вищесказане, позначимо основні тези:

1. Яким струмом заряджати li-ion акумулятор (наприклад, 18650 або будь-який інший)?

Струм буде залежати від того, наскільки швидко ви хотіли б його зарядити і може лежати в межах від 0.2С до 1С.

Наприклад, для акумулятора типорозміру 18650 ємністю 3400 мА / ч, мінімальний струм заряду становить 680 мА, а максимальний - 3400 мА.

2. Скільки часу потрібно заряджати, наприклад, ті ж акумуляторні батарейки 18650?

Час заряду безпосередньо залежить від струму заряду і розраховується за формулою:

T \u003d С / I зар.

Наприклад, час заряду нашого акумулятора ємністю 3400 мА / год струмом в 1А складе близько 3.5 годин.

3. Як правильно зарядити літій-полімерний акумулятор?

Будь-які літієві акумулятори заряджаються однаково. Не важливо, літій-полімерний він або літій-іонний. Для нас, споживачів, ніякої різниці немає.

Що таке плата захисту?

Плата захисту (або PCB - power control board) призначена для захисту від короткого замикання, Перезарядження і переразряда літієвої батареї. Як правило в модулі захисту також вбудована і захист від перегріву.

З метою дотримання техніки безпеки заборонено використання літієвих акумуляторів в побутових приладах, якщо в них не вбудована плата захисту. Тому у всіх акумуляторах від стільникових телефонів завжди є PCB-плата. Вихідні клеми АКБ розміщені прямо на платі:

У цих платах використовується шестиногий контролер заряду на спеціалізованій микрухой (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 тощо. Аналоги). Завданням цього контролера є відключення батареї від навантаження при повному розряді батареї і відключення акумулятора від зарядки при досягненні 4,25В.

Ось, наприклад, схема плати захисту від акумулятора BP-6M, якими забезпечувалися старі нокіевскій телефони:

Якщо говорити про 18650, то вони можуть випускатися як з платою захисту так і без неї. Модуль захисту розташовується в районі мінусовій клеми акумулятора.

Плата збільшує довжину акумулятора на 2-3 мм.

Акумулятори без PCB-модуля зазвичай входять до складу батарей, що комплектуються власними схемами захисту.

Будь-акумулятор з захистом легко перетворюється в акумулятор без захисту, досить просто распотрошить його.

На сьогоднішній день максимальна ємність акумулятора 18650 сягає 3400 мА / год. Акумулятори з захистом обов'язково мають відповідне позначення на корпусі ( "Protected").

Не варто плутати PCB-плату з PCM-модулем (PCM - power charge module). Якщо перші служать тільки цілям захисту акумулятора, то другі призначені для управління процесом заряду - обмежують струм заряду на заданому рівні, контролюють температуру і, взагалі, забезпечують весь процес. PCM-плата - це і є те, що ми називаємо контролером заряду.

Сподіваюся, тепер не залишилося питань, як зарядити акумулятор 18650 або будь-який інший літієвий? Тоді переходимо до невеликої добірці готових схемотехніческіх рішень зарядних пристроїв (тих самих контролерів заряду).

Схеми зарядок li-ion акумуляторів

Всі схеми підходять для зарядки будь-якого літієвий акумулятор, залишається тільки визначитися з зарядним струмом і елементної базою.

LM317

Схема простого зарядного пристрою на основі мікросхеми LM317 з індикатором заряду:

Схема проста, вся настройка зводиться до установки вихідної напруги 4.2 вольта за допомогою підлаштування резистора R8 (без підключеного акумулятора!) І установці струму заряду шляхом підбору резисторів R4, R6. Потужність резистора R1 - не менше 1 Ватт.

Як тільки згасне світлодіод, процес заряду можна вважати закінченим (зарядний струм до нуля ніколи не зменшиться). Не рекомендується довго тримати акумулятор в цій зарядці після того, як він повністю зарядиться.

Мікросхема lm317 широко застосовується в різних стабілізаторах напруги і струму (в залежності від схеми включення). Продається на кожному розі і коштує взагалі копійки (можна взяти 10 шт. Всього за 55 рублів).

LM317 буває в різних корпусах:

Призначення висновків (цоколевка):

Аналогами мікросхеми LM317 є: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (останні два - вітчизняного виробництва).

Зарядний струм можна збільшити до 3А, якщо замість LM317 взяти LM350. Вона, правда, дорожче буде - 11 руб / шт.

Друкована плата і схема в зборі наведені нижче:

Старий радянський транзистор КТ361 можна замінити на аналогічний p-n-p транзистор (Наприклад, КТ3107, КТ3108 або буржуйські 2N5086, 2SA733, BC308A). Його можна взагалі прибрати, якщо індикатор заряду не потрібен.

Недолік схеми: напруга живлення повинно бути в межах 8-12В. Це пов'язано з тим, що для нормальної роботи мікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі і напругою живлення повинна бути не менше 4.25 Вольт. Таким чином, від USB-порту живити не вийде.

MAX1555 або MAX1551

MAX1551 / MAX1555 - спеціалізовані зарядні пристрої для Li + акумуляторів, здатні працювати від USB або від окремого адаптера харчування (наприклад, зарядника від телефону).

Єдина відмінність цих мікросхем - МАХ1555 видає сигнал для індикатора процесу заряду, а МАХ1551 - сигнал того, що харчування включено. Тобто 1 555 в більшості випадків все-таки краще, тому 1551 зараз вже важко знайти в продажу.

Детальний опис цих мікросхем від виробника -.

Максимальна вхідна напруга від DC-адаптера - 7 В, при харчуванні від USB - 6 В. При зниженні напруги живлення до 3.52 В, мікросхема відключається і заряд припиняється.

Мікросхема сама детектирует на якому вході присутня напруга живлення і підключається до нього. Якщо харчування йде по ЮСБ-шині, то максимальний струм заряду обмежується 100 мА - це дозволяє встромляти зарядник в USB-порт будь-якого комп'ютера, не побоюючись спалити південний міст.

При харчуванні від окремого блоку живлення, типове значення зарядного струму становить 280 мА.

У мікросхеми вбудовано захист від перегріву. Але навіть в цьому випадку схема продовжує працювати, зменшуючи струм заряду на 17 мА на кожен градус вище 110 ° C.

Є функція попереднього заряду (див. Вище): до тих пір поки напруга на акумуляторі знаходиться нижче 3В, мікросхема обмежує струм заряду на рівні 40 мА.

Мікросхема має 5 висновків. Ось типова схема включення:

Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга ні за яких обставин не зможе перевищити 7 вольт, то можна обійтися без стабілізатора 7805.

Варіант зарядки від USB можна зібрати, наприклад, на такій.

Мікросхеми не потребує ні в зовнішніх діодах, ні в зовнішніх транзисторах. Взагалі, звичайно, шикарні микрухи! Тільки вони маленькі занадто, паяти незручно. І ще коштують дорого ().

LP2951

Стабілізатор LP2951 проводиться фірмою National Semiconductors (). Він забезпечує реалізацію вбудованої функції обмеження струму і дозволяє формувати на виході схеми стабільний рівень напруги заряду літій-іонного акумулятора.

Величина напруги заряду становить 4,08 - 4,26 вольта і виставляється резистором R3 при відключеному акумуляторі. Напруга тримається дуже точно.

Струм заряду становить 150 - 300 мА, це значення обмежено внутрішніми ланцюгами мікросхеми LP2951 (залежить від виробника).

Діод застосовувати з невеликим зворотним струмом. Наприклад, він може бути будь-яким із серії 1N400X, який вдасться придбати. Діод використовується, як блокувальний, для запобігання зворотного потоку від акумулятора в мікросхему LP2951 при відключенні вхідної напруги.

Дана зарядка видає досить низький зарядний струм, так що який-небудь акумулятор 18650 може заряджатися всю ніч.

Мікросхему можна купити як в DIP-корпусі, так і в корпусі SOIC (вартість близько 10 рублів за штучку).

MCP73831

Мікросхема дозволяє створювати правильні зарядні пристрої, до того ж вона дешевша, ніж розкручена MAX1555.

Типова схема включення взята з:

Важливою перевагою схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують струм заряду. Тут струм задається резистором, підключеним до 5-ому висновку мікросхеми. Його опір має лежати в діапазоні 2-10 кОм.

Зарядка в зборі виглядає так:

Мікросхема в процесі роботи непогано так нагрівається, але це їй начебто не заважає. Свою функцію виконує.

Ось ще один варіант друкованої плати з smd світлодіодом і роз'ємом мікро-USB:

LTC4054 (STC4054)

дуже проста схема, відмінний варіант! Дозволяє заряджати струмом до 800 мА (див.). Правда, вона має властивість сильно нагріватися, але в цьому випадку вбудований захист від перегріву знижує струм.

Схему можна істотно спростити, викинувши один або навіть обидва світлодіодів з транзистором. Тоді вона буде виглядати ось так (погодьтеся, простіше нікуди: пара резисторів і один кондер):

Один з варіантів друкованої плати доступний по. Плата розрахована під елементи типорозміру 0805.

I \u003d 1000 / R. Відразу великий струм виставляти не варто, спочатку подивіться, наскільки сильно буде грітися мікросхема. Я для своїх цілей взяв резистор на 2.7 кОм, при цьому струм заряду вийшов близько 360 мА.

Радіатор до цієї мікросхемі навряд чи вийде пристосувати, та й не факт, що він буде ефективний через високий теплового опору переходу кристал-корпус. Виробник рекомендує робити тепловідвід "через висновки" - робити якомога більш товсті доріжки і залишати фольгу під корпусом мікросхеми. І взагалі, чим більше буде залишено "земляний" фольги, тим краще.

До речі кажучи, більша частина тепла відводиться через 3-ю ногу, так що можна зробити цю доріжку дуже широкою і товстою (залити її надмірною кількістю припою).

Корпус мікросхеми LTC4054 може мати маркування LTH7 або LTADY.

LTH7 від LTADY відрізняються тим, що перша може підняти сильно акумулятор, що сів (на якому напруга менше 2.9 вольт), а друга - ні (потрібно окремо розгойдувати).

Мікросхема вийшла дуже вдалою, тому має купу аналогів: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Перш, ніж використовувати будь-якої з аналогів, звіряйтеся по даташіта.

TP4056

Мікросхема виконана в корпусі SOP-8 (див.), Має на череві металевий теплосьемнік не поєднаних з контактами, що дозволяє ефективніше відводити тепло. Дозволяє заряджати акумулятор струмом до 1А (струм залежить від токозадающего резистора).

Схема підключення вимагає самий мінімум навісних елементів:

Схема реалізує класичний процес заряду - спочатку заряд постійним струмом, потім постійною напругою і падаючим струмом. Все по-науковому. Якщо розібрати зарядку по кроках, то можна виділити кілька етапів:

Контроль напруги підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
Етап предзаряда (якщо акумулятор розряджений нижче 2.9 В). Заряд струмом 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog \u003d 1.2 кОм) до рівня 2.9 В.
Зарядка максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog \u003d 1.2 кОм);
При досягненні на батареї 4.2 В, напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog \u003d 1.2кОм) зарядний пристрій відключається.
Після закінчення зарядки контролер продовжує моніторинг напруги акумулятора (див. П.1). Струм, споживаний схемою моніторингу 2-3 мкА. Після падіння напруги до 4.0В, зарядка включається знову. І так по колу.

Струм заряду (в амперах) розраховується за формулою I \u003d 1200 / R prog. Допустимий максимум - 1000 мА.

Реальний тест зарядки з акумулятором 18650 на 3400 мА / год показаний на графіку:

Гідність мікросхеми в тому, що струм заряду задається всього лише одним резистором. Не потрібні потужні низькоомні резистори. Плюс є індикатор процесу заряду, а також індикація закінчення зарядки. При непідключеному акумуляторі, індикатор моргає з періодичністю раз на кілька секунд.

Напруга живлення схеми має лежати в межах 4.5 ... 8 вольт. Чим ближче до 4.5В - тим краще (так чіп менше гріється).

Перша нога використовується для підключення датчика температури, вбудованого в літій-іонну батарею (зазвичай це середній висновок акумулятора стільникового телефону). Якщо на виведенні напруга буде нижче 45% або вище 80% від напруги живлення, то зарядка припиняється. Якщо контроль температури вам не потрібен, просто посадіть цю ногу на землю.

Увага! У даної схеми є один істотний недолік: відсутність схеми захисту від переполюсовки батареї. У цьому випадку контролер гарантовано вигорає з ладу через перевищення максимального струму. При цьому напруга живлення схеми безпосередньо потрапляє на акумулятор, що дуже небезпечно.

Печатка проста, робиться за годину на коліні. Якщо ще є час, можна замовити готові модулі. деякі виробники готових модулів додають захист від перевантаження по струму і переразряда (, наприклад, можна вибрати будь плата вам потрібна - з захистом або без, і з яким роз'ємом).

Так само можна знайти готові плати з виведеним контактом під температурний датчик. Або навіть модуль зарядки з кількома запараллеленнимі мікросхемами TP4056 для збільшення зарядного струму і з захистом від переполюсовки (приклад).

LTC1734

Теж дуже проста схема. Струм заряду задається резистором R prog (наприклад, якщо поставити резистор на 3 кОм, струм буде дорівнює 500 мА).

Мікросхеми зазвичай мають маркування на корпусі: LTRG (їх можна часто зустріти в старих телефонах від Самсунг).

Транзистор підійде взагалі будь-p-n-p, Головне, щоб він був розрахований на заданий струм зарядки.

Індикатора заряду на вказаній схемі немає, але в на LTC1734 сказано, що висновок "4" (Prog) має дві функції - установку струму і контроль закінчення заряду батареї. Для прикладу наведена схема з контролем закінчення заряду за допомогою компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в даному випадку можна замінити дешевим LM358.

TL431 + транзистор

Напевно, складно придумати схему з більш доступних компонентів. Тут найскладніше - це знайти джерело опорного напруження TL431. Але вони настільки поширені, що зустрічаються практично всюди (рідко тип джерела живлення обходиться без цієї мікросхеми).

Ну а транзистор TIP41 можна замінити будь-яким іншим з відповідним струмом колектора. Підійдуть навіть старі радянські КТ819, КТ805 (або менш потужні КТ815, КТ817).

Налаштування схеми зводиться до установки вихідної напруги (без акумулятора !!!) за допомогою підлаштування резистора на рівні 4.2 вольта. Резистор R1 задає максимальне значення зарядного струму.

Дана схема повноцінно реалізує двоетапний процес заряду літієвих акумуляторів - спочатку зарядка постійним струмом, потім перехід до фази стабілізації напруги і плавне зниження струму практично до нуля. Єдиний недолік - погана повторюваність схеми (примхлива в налаштуванні і вимоглива до використовуваних компонентів).

MCP73812

Є ще одна незаслужено обділена увагою мікросхема від компанії Microchip - MCP73812 (див.). На її базі виходить дуже бюджетний варіант зарядки (і недорогий!). Весь обважування - всього один резистор!

До речі, мікросхема виконана в зручному для пайки корпусі - SOT23-5.

Єдиний мінус - сильно гріється і немає індикації заряду. Ще вона якось не дуже надійно працює, якщо у вас малопотужний джерело живлення (який дає просідання напруги).

Загалом, якщо для вас індикація заряду не важлива, і струм в 500 мА вас влаштовує, то МСР73812 - дуже непоганий варіант.

NCP1835

Пропонується повністю інтегроване рішення - NCP1835B, що забезпечує високу стабільність зарядного напруги (4.2 ± 0.05 В).

Мабуть, єдиним недоліком даної мікросхеми є її занадто мініатюрний розмір (корпус DFN-10, розмір 3х3 мм). Не кожному під силу забезпечити якісну пайку таких мініатюрних елементів.

З незаперечних переваг хотілося б відзначити наступне:

Мінімальна кількість деталей обважування.
Можливість зарядки повністю розрядженою батареї (предзаряда струмом 30мА);
Визначає закінчення зарядки.
Програмований зарядний струм - до 1000 мА.
Індикація заряду і помилок (здатна детектувати незаряжаемие батарейки і сигналізувати про це).
Захист від тривалого заряду (змінюючи ємність конденсатора С т, можна задати максимальний час заряду від 6,6 до 784 хвилин).

Вартість мікросхеми не те щоб копійчана, але й не настільки велика (~ 1 $), щоб відмовитися від її застосування. Якщо ви дружите з паяльником, я б порекомендував зупинити свій вибір на цьому варіанті.

більш докладний опис знаходиться в .

Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера?

Так можна. Однак це зажадає щільного контролю за зарядним струмом і напругою.

Взагалі, зарядити АКБ, наприклад, наш 18650 зовсім без зарядного пристрою не вийде. Все одно треба якось обмежувати максимальний струм заряду, так що хоча б саме примітивне ЗУ, але все ж потрібно.

Саме найпростіше зарядний пристрій для будь-якого літієвий акумулятор - це резистор, включений послідовно з акумулятором:

Опір і потужність розсіювання резистора залежать від напруги джерела живлення, який буде використовуватися для зарядки.

Давайте як приклад, розрахуємо резистор для блоку живлення напругою 5 Вольт. Заряджати будемо акумулятор 18650, ємністю 2400 мА / ч.

Отже, на самому початку зарядки падіння напруга на резисторі буде складати:

U r \u003d 5 - 2.8 \u003d 2.2 Вольта

Припустимо, наш 5-вольта блок живлення розрахований на максимальний струм 1А. Найбільший струм схема буде споживати на самому початку заряду, коли напруга на акумуляторі мінімально і становить 2.7-2.8 Вольта.

Увага: в даних розрахунках не враховується ймовірність того, що акумулятор може бути дуже глибоко розряджений і напруга на ньому може бути набагато нижче, аж до нуля.

Таким чином, опір резистора, необхідне для обмеження струму в самому початку заряду на рівні 1 Ампера, має становити:

R \u003d U / I \u003d 2.2 / 1 \u003d 2.2 Ом

Потужність розсіювання резистора:

P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2.2 \u003d 2.2 Вт

В самому кінці заряду акумулятора, коли напруга на ньому наблизиться до 4.2 В, струм заряду становитиме:

I зар \u003d (U ип - 4.2) / R \u003d (5 - 4.2) / 2.2 \u003d 0.3 А

Тобто, як ми бачимо, все значення не виходять за рамки допустимих для даного акумулятора: початковий струм не перевищує максимально допустимий струм заряду для даного акумулятора (2.4 А), а кінцевий ток перевищує струм, при якому акумулятор вже перестає набирати ємність ( 0.24 А).

Найголовніший недолік такої зарядки полягає в необхідності постійно контролювати напругу на акумуляторі. І вручну відключити заряд, як тільки напруга досягне 4.2 Вольта. Справа в тому, що літієві акумулятори дуже погано переносять навіть короткочасне перенапруження - електродні маси починають швидко деградувати, що неминуче призводить до втрати ємності. Одночасно з цим створюються всі передумови для перегрівання і розгерметизації.

Якщо в ваш акумулятор вбудована плата захисту, про які йшлося трохи вище, то все спрощується. Після досягнення певного напруження на акумуляторі, плата сама відключить від нього зарядний пристрій. Однак такий спосіб зарядки має суттєві мінуси, про які ми розповідали в.

Захист, вбудована в акумулятор не дозволить його перезарядити ні за яких обставин. Все, що вам залишається зробити, це проконтролювати струм заряду, щоб він не перевищив допустимі значення для даного акумулятора (плати захисту не вміють обмежувати струм заряду, на жаль).

Зарядка за допомогою лабораторного блоку живлення

Якщо у вашому розпорядженні є блок живлення з захистом (обмеженням) по току, то ви врятовані! Таке джерело живлення вже є повноцінним зарядним пристроєм, що реалізує правильний профіль заряду, про який ми писали вище (СС / СV).

Все, що потрібно зробити для зарядки li-ion - це виставити на блоці живлення 4.2 вольта і встановити бажане обмеження по струму. І можна підключати акумулятор.

Спочатку, коли акумулятор ще розряджений, лабораторний блок харчування буде працювати в режимі захисту по струму (тобто буде стабілізувати вихідний струм на заданому рівні). Потім, коли напруга на банку підніметься до встановлених 4.2В, блок живлення перейде в режим стабілізації напруги, а струм при цьому почне падати.

Коли струм впаде до 0.05-0.1С, акумулятор можна вважати повністю зарядженим.

Як бачите, лабораторний БП - практично ідеальне зарядний пристрій! Єдине, що він не вміє робити автоматично, це приймати рішення про повній зарядці акумулятора і відключатися. Але це дрібниця, на яку навіть не варто звертати уваги.

Як заряджати літієві батарейки?

І якщо ми говоримо про одноразову батарейці, не призначеної для перезарядки, то правильний (і єдино вірний) відповідь на це питання - НІЯК.

Справа в тому, що будь-яка літієва батарейка (наприклад, поширена CR2032 у вигляді плоскої таблетки) характеризується наявністю внутрішнього фізична хімія, яким покритий літієвий анод. Цей шар запобігає хімічну реакцію анода з електролітом. А подача стороннього струму руйнує вищевказаний захисний шар, приводячи до псування елемента живлення.

До речі, якщо говорити про незаряжаемой батарейці CR2032, тобто дуже схожа на неї LIR2032 - це вже повноцінний акумулятор. Її можна і потрібно заряджати. Тільки у неї напругу не 3, а 3.6В.

Про те ж, як заряджати літієві акумулятори (будь то акумулятор телефону, 18650 або будь-який інший li-ion акумулятор) йшлося на початку статті.

85 коп / шт. купити MCP73812 65 руб / шт. купити NCP1835 83 руб / шт. купити * Всі мікросхеми з безкоштовною доставкою

@@ Ідея зібрати що-небудь своїми руками для моделіста не чужа, навіть можна сказати рідна. Але коли мова йде про електроніку, то часто рядовий (тим більше початківець) моделіст опускає / піднімає руки від, здавалося б, безвихідного становища чутливих грошових витрат. Ці страхи не виняток і для тих, хто думає перейти на LiPo акумулятори.

@@ Зарядний пристрій за прийнятну ціну не гарантує безпечну зарядку. На дорогою зарядник відразу якось і грошей шкода. Тим більше, коли читаєш в форумах про професійні "розумні" зарядникі, які теж не завжди згодні з вимогами користувача.

@@ А для початківця моделіста думки про бюджет часто бере гору над розумним висновком про те, що " безкоштовний сир є тільки в мишоловці ". З цієї причини, а також бажання припекти пальчики паяльником підштовхнули мене до розробки свого, в міру" розумного "зарядника.

@@ Пошуки в інтернеті готових схем показали, що їх чимало. Однак знайти простий, в міру розумний, не вдалося. Ось тоді я остаточно і визначився: збирати самому. Наколупав інформації із зарядки LiPo, взявся за залізо. Особливих знань в електроніці не маю, тому самому з нуля розробити схему було не по зубах. За основу був узятий "аплікейшін ноут" від AVR.

@@ Тепер потрібно визначитися з можливостями зарядника. Вільного часу вкрай мало, тому відразу обмежив функції зарядного пристрою. Плюс нескладні мат. розрахунки підвели до наступного:

мікроконтролер ATtiny26
Вибір цього контролера був не випадковий. Він мав в наявності швидкий ШІМ-125KHz, що спрощувало схему. Ну і ресурсів - в точності - для реалізації поставленого завдання. Ах да ... і ціна.

Харчування 10-12 вольт (для підзарядок в поле)
Спочатку вагався, а де взяти більше 12 вольт, необхідні для заряду 3х банок. Поки не знайшов у себе в загашнику перетворювач 12-\u003e 24 вольта для автомобіля. Схема виявилася на стільки простий, що в принципі можна повторити і самому. Перепаяти її на 14 вольт.

Потужність - максимум 1.5А - 1-3 банки LiPo (12.6 вольт)
Інші акумулятори навіть і не були в планах ...

Мізками повинен міркувати, коли припинити заряд і щоб не вивести акумулятор з ладу (контроль температури, часу, напруги і сили струму)

Облік балансира при зарядці
Думав спочатку вбудувати в зарядник, але потім вирішив зробити окремим проектом - адже девіз був: "будь простішим!"

Візуальний контроль за всім, що відбувається (щоб знати що там в коробці відбувається).

@@ Зібрав схему на макетке. Написав тест-програму, під'єднав резистор ... Загалом, робота пішла. 2кб вільної пам'яті під програму стали стрімко зменшуватися, що свідчило про світло в кінці тунелю.

"" "" Відразу зіткнувся з проблемою - регулювання струму заряду нікуди не годна - стрибає в межах 30%. Багато разів переписував код, який відповідає за контроль і утримання струму заряду на заданому рівні - толком нічого не допомогло. Дійшло ... Проблема не в програмі. Поміряв осциллографом ... Так у мене пульсації на шунтуючих резистори під 2 вольта розмахом. Щось не так зі схемою. Підбирав котушку і частоту включення силовика - не дуже то й допомогло. А ось збільшив вихідний конденсатор з 470мф до 2200Мф - все встало на свої місця. Висновок: десь в Атмеловском аплікейшн ноут помилка. Полазив по форумах - так воно і є. Ну що-ж, мабуть це була найбільша проблема.

@@ Ще одна проблемка, але вже трохи менше - це завмер температури. Спочатку мені здавалося, що це одна з найпростіших завдань. Справа в тому, що терморезистор змінює свої значення не лінійно, а логарифмічно. Це виглядає так:

"" "" Цей графік і взяв час, так як в даташіте на резистор було мало інформації щодо опір \u003d температура. А мені потрібно було отримати значення для кожного градуса. Довелося задіяти Excel. Так що, якщо хто бажає точних показань температури для свого резистора (що абсолютно безглуздо, так як акумулятор не вмре, якщо замість 40 градусів він буде 42) може вважати сам. Далі складаємо таблицю значень ADC за формулами:

@@ V \u003d 5 * (Rt / (Rt +1000)), де Rt - опір резистора при певній температурі, взяте з графіка.

@@ ADC \u003d (1024 * V / Vref) / 4, де Vref - напруга на нозі 19 мікроконтролера. Повинно бути 3,7 вольта.

@@ Отримане значення ADC і записуємо в таблицю у файлі ntc.inc. Так чинимо для всіх значень температури від 5 до 50 градусів з кроком в один градус. Більше особливих проблем не передбачається, можна малювати печатку. Робив це в WinQCad, а взагалі це справа смаку.

@@ У мене вийшов такий варіант:

"" "" Малюнок друкованої плати: лицьова сторона скачати архів (5 кБ), зворотна сторона скачати архів (2 кБ). Як видно з малюнка, аналогова земля відокремлена від основної землі і з'єднані резистором в 0 Ом.

"" "" Як видно з малюнка, аналогова земля відокремлена від основної землі і з'єднані резистором в 0 Ом. Розташування елементів на платі таке:

@@ Так як весь процес виготовлення передбачається для домашніх умов, відповідно і плата теж проста. Хоч вона і двостороння, але як видно друга сторона не потребує прецизионном позиціонуванні з першої. І дірок мінімальне число.

@@ Малюнок плати можна переносити будь-яким доступним способом (Праска, фоторезист і т.д.).
Потім труїв, свердлимо дірочки і проводочками крізь дірочки імітуємо металлизацию отворів. Ось плата і готова - можна напоювати решті город.
@@ Але перед напайкою резисторів R5, R6, R7, R8, R4, R9 почитайте розділ наступне.

@@ Процес настройки зводиться до наступного:

1. Необхідно заміряти точне опір резисторів R5 і R6 в паралелі;

2. Перевірити опір резисторів R7, R8, R4, R9;

INT (ConstVRef / 80 * ((ResistorPos / ResistorGnd) * 128 + 128)), де ConstVRef \u003d 3700 (напруга з TL431 в мілівольтах), ResistorPos \u003d опір резисторів R7 і R8 в Омасі, ResistorGnd \u003d опір резисторів R4 і R9 в Омасі ;

4. Використовуючи всі ті ж значення, розраховуємо коефіцієнт ConstImul за формулою:

ConstImul \u003d INT (ConstVRef / (ResistorGnd / (ResistorPos + ResistorGnd) * ResistorSht) * 8)

Де плюс до вже сказаного ResistorSht \u003d опір резисторів R5 і R6 в паралелі помножене на 100 (наприклад, два резистора в 1 Ом \u003d 0,5 Ом * 100 \u003d 50);

5. Підставляємо отримані коефіцієнти в файлі LiPoCharger.asm, в рядки:
.equ ConstVmul \u003d 22229
.equ ConstImul \u003d 2416

6. Компілюємо в AVRStudio і заливаємо в процесор;

7. Тепер на готової і працює платі, змінним резистором R14 виставляємо напругу в 3,7 вольта на 17 нозі процесора;

8. При бажанні можна експериментальним шляхом виставити точну швидкість процесора через OSCCAL. У моєму випадку це 0xA0.

@@ Далі - прошивка. Запрограмувати мікроконтролер можна стандартним способом (Через SPI). Схеми программаторов і все з цим пов'язане не входить в компетенцію даної статті. Єдине зауваження - при програмуванні мікроконтролера необхідно відключити напругу заряду - 14 вольт (фізично від'єднати провід).

@@ При правильному монтажі і дотриманні 8 пунктів настройки, зарядник почне працювати відразу. Інструкцію з користування пристроєм написати ніяк руки не доходять, тому, якщо хто-небудь, коли-небудь повторить цю схему і напише інструкцію - буду дуже вдячний. Хоча користування зарядником до смішного просто - всього дві кнопки. Немає ніяких прихованих "недокументованих" можливостей.

@@ Схема зарядника - завантажити архів (24 кБ)

@@ Прошивка, програма - завантажити архів (35 кБ)

страйкбольної зброї

В останнім часом стало багато питань по LiPo акумуляторів. Вирішив написати статтю про зарядку, використання і підбір LiPo акумуляторів.

Для прикладу розглянемо акумулятор ZIPPY Flightmax 1000mAh 2S1P 20C

Все що йде до цифри 1000 - це назва фірми виробника або торгова марка.

1000mAh - це ємність акумулятора.

2S1P - 2S це кількість батарей в збірці. Кожна батарея має напругу близько 3.7 вольта, так що напруга такого акумулятора дорівнює 7.4 вольта. 1P - це кількість збірок. Тобто якщо взяти 2 однакових акумулятора, з'єднати їх ізоляційною стрічкою і спаяти силові дроти паралельно (плюс з плюсом, а мінус з мінусом) то ми отримаємо подвоєння ємності, позначається така батарея 1000 2S2P і фактично дорівнює в експлуатації 2000 2S1P. Зазвичай використовують тільки одинарні збірки, тому 1P не говорять і не пишуть.

20C- максимальний струм розряду, вимірюється в ємностях батарей.

Що б порахувати скільки LiPo зможе віддати ампер при завантаженні двигуном необхідно помножити Ємність на кількість С і розділити на 1000 (так як ємність вказана в міліампер / часах). Максимальний струм даної батареї буде дорівнює 20 ампер. Для 2200 20С - 44 ампера, 1200 30С \u003d 36 Ампер і так далі.

Зарядка LiPo батарей

LiPo батареї заряджають струмом 1С (якщо тільки інше не вказано на самій батареї, останнім часом з'явилися з можливістю зарядки струмом 2 і 5C). Штатний зарядний струм розглянутої батареї 1 Ампер. Для батареї 2200 - буде 2.2 ампера і тд.

Комп'ютеризований зарядник виробляє балансування батареї (вирівнювання вольтажа на кожній банці батареї) під час зарядки. Хоча можна заряджати 2S батареї і без підключення балансування кабелю (білий роз'єм на фото) я настійно рекомендую підключати балансування роз'єм завжди! 3S і великі збірки заряджати тільки з підключеним баланіровочним проводом! Якщо ви не підключите і одна з банок набере більше ніж 4.4 вольта, то вас чекає незабутній феєрверк!

Можна убезпечити себе і заряджати в Спецпакет - вони не згорають і спеціально призначені для зниження шкоди в разі загоряння LiPo батарей.

Продовжуємо розповідь про зарядку LiPo акумуляторів.

Зазвичай швидко заливається в акумулятор близько 90% ємності, а потім починається дозаряд з балансуванням банок. Більш заряджені і підійшли до межі шунтуються і заряд йде на решту банки. Саме тому на ній можна заряджати пару 3S батарей як одну 6S.

Батарея заряджається до 4.2 вольта на банку (зазвичай на кілька мілівольт менше).

Режим "зберігання"

На "розумному" Зрадник можна перевести LiPo в режим зберігання, при цьому батарея дозаряда / доразрядітся до 3,85В на банку. Повністю заряджені батареї при зберіганні понад 2-х місяців (може і менше) дохнуть. Перевірено на особистому досвіді. Кажуть що і повністю розряджені теж, але за більший термін.

Я зберігаю акумулятори в пластиковому валізці. Це зручно. Знайомий зберігає і носить в поле в вищезазначених пакетах. LiPo це звичайна батарейка і якщо не замикати контакти і не пробивати її наскрізь, то вона не принесе ніяких неприємностей при зберіганні і транспортуванні.

експлуатація LiPo

Розряджати акумулятор LiPo нижче ніж на 3 вольта на банку не рекомендується - може здохнути. Можна використовувати звукові індикатори, але є шанс, що запищите в самий невідповідний момент і вас засиплють кулями з ніг до голови, як останнього лошара! Звукова пищалка під'єднується в балансовий роз'єм і як запищите - пора міняти або діставати вторинку.

При споживанні мотором струму більше того, що може віддати акумулятор, LiPo норовить роздутися і здохнути. Так що за цим треба стежити строго! Використовуйте ватметри для контролю.

При експлуатації є ще один нюанс - наша батарея 1000mAh 20С. За ідеєю віддає 20А. Мотори зазвичай дозволяє перевищувати рекомендовані струми, на 20%, втім я перевищував і на 80% 🙂

Реально максимальну токоотдачи батареї тримають не дуже добре. Наприклад у мене 2200 20С віддає струм в 44А всього протягом 2-3-х хвилин, потім йде просадка напруги, хоча за розрахунками зобов'язана віддавати не менше 5-ти хвилин.

Так що при виборі LiPo батареї дивимося на максмальний ток заявлений для обраного двигуна і накидаємо запасец. Так для мотора, який їсть 8-12А наша 1000mAh 20С цілком підійде, а ось для 16-18А я б вибрав або з більшою токотдачей, наприклад 25-30С або взяв більшої місткості, наприклад 1600 20С.

Lipo-моделі - це високоякісні продукти з області радіокерованої електроніки. Акумулятори для них, також повинні відповідати якості і довговічності радіокерованої продукції.

зарядний пристрій Lipo вважається одним з найбільш поширених пристроїв у своїй сфері діяльності. Їх розрізняють по потужності, швидкості зарядки, корпусам і розмірами. У продажах вони представлені у великій різновиди. Зустрічаються акумулятори на 1.6, 2.2, 2.65, 3.8, 4, 5, і навіть на 6000 міліампер. Роблять їх, в основному, в жорсткому захисним корпусі, який робить пристрій більш довговічним, захищаючи його від різних механічних пошкоджень.

Принцип роботи

LIPO-батарея заряджається 1С-струмом (якщо не вказано заряджати по-іншому на самій батареї. Справа в тому, на сьогоднішній день, науково-технічний прогрес не стоїть на місці, і вже почали з'являтися зарядні пристрої з можливістю підзарядки 2С і 5C- рівнями ). Базовий зарядний струм даної батареї становит від 1-го Ампера. Наприклад, батарея на 2200 міліампер вимагає 2.2 ампера сили підзарядки. Такий порядок зарядки буде ставити і для інших видів зарядних пристроїв подібного типу.

Комп'ютеризоване зарядний пристрій виконує балансування батареї (вирівнювання вольтової навантаження на кожній банці батареї) під час підзарядки. Хоча і заряджати можна за допомогою 2S-батарей, без допомоги кабелю балансування, представленим в білому роз'ємі на фотографії, настійно рекомендується підключати балансування роз'єм. 3S і більш сучасні зарядні можливості, потрібно використовувати тільки з підключеним проводом балансування. Якщо не дотримуватися даної інструкції, можливо перенапруження пристрій і пожежа в будинку, в наслідку.

Де вигідно придбати даний вид зарядних пристроїв?

Наш інтернет-магазин займається пряміми продажами високоякісної радіотехніки. Ми закуповуємо радіокеровані моделі та запчастини до них, виключно у перевірених постачальників. У нас можна вибрати зарядні пристрої для Lipo-моделей найвищої якості за цілком доступні засоби.

Для зарядки LiPo акумуляторів великої ємності, недорогі зарядні балансири не цілком підходять через обмеженого зарядного струму, в результаті чого заряд акумуляторів великої ємності (2 ... 5А) розтягується на досить тривалий час. Пропоноване зарядний пристрій призначений для зарядки 2S ... 3S LiPo акумуляторів великої ємності з їх балансуванням і індивідуальним відключенням банок, на яких напруга досягла 4,2 вольт.

Дана схема призначена для зарядки 2S і 3S акумуляторів, але при необхідності заряджати 4S або 5S акумулятори, досить збільшити число осередків. Всі осередки однакові.

Принцип роботи ЗУ розглянемо на прикладі однієї комірки. Основою є прецизійний cтабілітрон TL431 з регульованим порогом включення. Поріг включення задається резистивним дільником напруги на виводі керуючого електрода стабилитрона. До моменту включення стабілітрона весь струм заряду тече через акумулятор. Стабілітрон через резистор 1 Ком підключений паралельно акумулятора, і напруга на плюсовій шині, а також на резистивном делителе (і на керуючому електроді стабилитрона) у міру заряду акумулятора поступово зростає. При досягненні напруги на акумуляторі 4,2 \u200b\u200bВольт відкривається стабілітрон і від падіння напруги на резисторі 1 Ком відкривається силовий транзистор КТ816. Зарядний струм тепер проходить через нього. Загоряється сигналізує світлодіод. Ланцюжок з 4х послідовно з'єднаних потужних діодів і перехід КЕ транзистора є потужним стабілітроном з напругою стабілізації близько 4,2 Вольт, який перешкоджає розряду акумулятора через відкритий перехід транзистора. Резистор * 1,5 Ком підібрати таким чином, що б при досягненні на відповідній банку акумулятора напруги +4,2 Вольт стабілітрон відкривався і спалахував сигнальний світлодіод.

Допрацьована схема.

Деталі.
Трансформатор ТН36 або аналогічний.
Транзистори КТ816 (струм колектора 3 А).
Діоди - потужні діоди діпа КД226 з струмом не менше 2 А.
Потужний дротяний змінний резистор 10 ... ..20 Ом для регулювання струму заряду.
Амперметр 1 ... .3 А, для контролю струму заряду.

Кожен транзистор має невеликий радіатор 20 х 40 мм з алюмінію 1 мм.

Вихідна напруга, що надходить з випрямляча на балансир має перевищувати напруга батарей для зарядки. У випрямлячі використаний діодний міст на ток 3 А і конденсатор 2200 мкф х 36 Вольт.

Для однієї банки - напруга з випрямляча має бути близько 6 Вольт.
Для двох банок - напруга з випрямляча має бути близько 11 Вольт.
Для трьох банок - напруга з випрямляча має бути близько 15 Вольт.
Для чотирьох банок - напруга з випрямляча має бути близько 20 Вольт.

При необхідності можна комутувати обмотки трансформатора.
Напруга відсічення зарядженої банки 4,2 вольт.

Струм заряду для акумуляторів виставляється потужним дротовим змінним резистором 10 ... 20 Ом в межах 1 ... 2 А, а для акумуляторів малої ємності в межах 0,5 А.
Користуюся цим зарядником два роки. Заряджаю акумулятори 1,8 ......... .3,0 А.

монтажка

Негатив друкованої плати на три зарядні осередки (3S LiPo). Вид з боку доріжок.

Варіант конструктивного виконання ЗУ. Вид спереду. Діоди горять - заряд закінчено.

Вид ззаду. Видно вісь змінного дротяного резистора установки струму.

Загальний вигляд на нутрощі.

Вид на друковану плату.

Видно - змінний резистор, діодний міст, конденсатор фільтра.

Спеціально для скептиків і прихильників мікроконтролерів хочу сказати наступне.
Я ні в якому разі не заперечую переваги мікроконтролерів перед технологіями 80х років!
Але схемотехніка і технології 80х доступні навіть початківцям радіоаматорам, чого не скажеш про мікропроцесори. У даній статті я просто хочу показати, що на простих радянських радіоелементи, можна без особливих зусиль і матеріальних витрат за пару днів зібрати ту чи іншу потрібну для справи пристрій!

Олександр Дегтярьов, Владикавказ

Додаткова стаття

При послідовному способі зарядки, одне з головних вимог, яке необхідно забезпечити, наступне - напруга на жодній секції заряджається літієвий акумулятор, при зарядці, не повинно перевищити певної величини (величина цього порога залежить від типу літієвого елемента). Забезпечити виконання цієї вимоги, при послідовній зарядці, не прийнявши спеціальних заходів, неможливо ... Причина очевидна - окремі секції акумулятора не ідентичні, тому досягнення максимально допустимого напруги на кожній із секцій при зарядці, відбувається в різний час. Складається ситуація, коли ми зобов'язані зарядку припинити, так як напруга на частини секцій вже досягло максимально допустимого порогу. У той же час, частина секцій залишаються недозаряженнимі. Це погано головним чином тому, що в результаті знижується загальна ємність акумулятора, так нам доведеться припинити розряд акумулятора в той момент, коли напруга на самій «слабкою» (недозаряженной) секції, досягне свого мінімально допустимого порогу.

Щоб не допустити підвищення напруги при зарядці, вище певного порогу, і служить балансир. Його завдання досить проста - стежити за напругою на окремій секції, і, як тільки напруга на ній при зарядці досягне певної величини, дати команду на включення силового ключа, який підключить паралельно заряджається секції баластовий резистор. При цьому, якщо залишковий струм зарядки (а він, ближче до кінця зарядки, вже досить малий, через малу різницю потенціалів між напругою на заряджає акумулятор і напругою на виході зарядного пристрою) буде менше (або дорівнює) струму що протікає через баластний резистор, то підвищення напруги на заряджається секції - припинитися. При цьому зарядка інших секцій, напруга на яких ще не досягло максимально допустимих значень - продовжитися. Закінчиться процес заряду тим, що спрацюють балансири всіх секцій акумулятора. Напруга на всіх секціях буде однаковим, і рівним того порогу, на які налаштовані балансири. Струм зарядки буде дорівнює нулю, так як напруга на акумуляторі і напруга на виході зарядного пристрою будуть рівні (немає різниці потенціалів - немає струму зарядки). Протікатиме лише струм через баластні резистори. Його величина визначається величиною послідовно з'єднаних баластних резисторів і напругою на виході зарядного пристрою.

Саму функцію контролю напруги, легко зміг би виконати будь-компаратор, забезпечений опорним напругою ... Але компаратора у нас немає (точніше - він є, але використовувати його нам не зручно і не вигідно). У нас є TL431. Але компаратор з неї, чесно сказати - ніякої. Порівнювати напруга з опорним вона вміє дуже добре, але ось видати чітку, однозначну команду на силовий ключ, вона не може. Замість цього, при підході до порогу, вона плавно починає заганяти силовий ключ в активний (напіввідкритий) режим, ключ починає сильно грітися, і, в підсумку, ми маємо не балансир, а повну нісенітницю.

Ось саме цю проблему, яка не дозволяла повноцінно використовувати TL431, вдалося вирішити на днях. Скринька просто відкривався (але відкривати його довелося більше двох років) - треба було перетворити TL431, в тригер Шмітта. Що і було зроблено. Вийшов ідеальний балансир - точний, термостабільний, досить простий, з чіткою командою на силовий ключ.

Нижче - дві принципові схеми балансиров, розраховані для контролю порогів LiFePO4 і Li-ion акумуляторів.

Перетворити TL431 в тригер Шмітта, вдалося додавши в схему p-n-p транзистор Т1 і резистор R5. Працює це так - дільником R3, R4 визначається поріг контрольованого напруги. У момент, коли напруга на керуючому електроді досягає 2,5 Вольта, TL431 - відкривається, відкривається при цьому і транзистор Т1. При цьому потенціал колектора підвищується, і частина цієї напруги через резистор R5 надходить в ланцюг керуючого електрода TL431. При цьому TL431 лавиноподібно входить в насичення. Схема набуває яскраво виражений гістерезис - включення відбувається при 3,6 Вольт, а вимикання - при 3,55 Вольт. При цьому в затворі силового ключа формується керуючий імпульс з дуже крутими фронтами, і потрапляння силового ключа в активний режим - виключено. В реальній схемі, при струмі через балансування резистор рівному 0,365 Ампер, падіння напруги на переході втік-витік силового ключа становить всього 5-6 мВ. При цьому сам ключ, завжди залишається холодним. Що, власне, і було потрібно. Цю схему можна легко налаштувати для контролю будь-якої напруги (дільником R3, R4). Величина максимального струму балансування визначається резистором R7 і напругою на секції акумулятора.

Коротко про точність. В реально зібраному балансирі на п'ять секцій для акумулятора LiFePO4, напруги при балансуванні вклалися в діапазон 3,6-3.7 Вольт (максимально допустима напруга для LiFePO4 становить 3,75 Вольт). Резистори при складанні використовувалися звичайні (НЕ прецизійні). На мій погляд - дуже хороший результат. Вважаю, що домагатися більшої точності при балансуванню, ніякого особливого практичного сенсу - немає. Але для багатьох - це швидше питання релігії, ніж фізики. І вони мають право, і мають можливість домагатися більшої точності.

Малюнок нижче - плата окремого балансира, і, для прикладу, плата балансира на шість секцій. Очевидно, що клонуючи плату окремого балансира, можна легко зробити плату балансира на будь-яку кількість секцій і будь-яких пропорцій. Ось таким зарядно-балансувальним пристроєм я тепер користуюся. Я використовую блок живлення, описаний в статті про інвертор з адаптивним обмеженням струму. Але можна використовувати і будь-який інший стабілізований блок живлення, допрацювавши його шунтом.

Балансир виконаний у вигляді окремої плати. Він підключається до балансувального роз'єму акумулятора під час зарядки.

Пара слів про комплектуючі. TL431 і p-n-p біполярний транзистор (Підійде практично будь-який) в корпусах SOT23, можна знайти на материнських платах комп'ютерів. Там же, можна знайти і силові ключі з "цифровими" рівнями. Я використовував CHM61A3PAPT (або можна - FDD8447L) в корпусах TO-252A - підходять ідеально, хоча характеристики дуже надлишкові (на струми до 1А, можна знайти і що-небудь по-простіше).

В сучасних пристроях контролю за літієвими батареями, описані вище функції покладені на мікроконтроллер.Но це набагато більш складні для повторення пристрої, і їх застосування виправдане далеко не завжди. Думаю - зовсім не погано, коли є вибір.

Так виглядає балансир "живцем". За якість виготовлення, знову прошу вибачення - через економію часу, знову малював плату звичайним перманентним фломастером.