Самодельная зарядка для аккумуляторов 3.7. Выбор зарядного устройства для литиевых аккумуляторов

Многие могут сказать, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, посредством которой можно заряжать литиевые аккумуляторы через USB. Она будет стоить около 1 доллара.

Но нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут. Не стоит забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит столько удовольствия, как сделанное своими руками.
Первоначально планировалось собрать зарядное устройство на базе микросхемы LM317.

Но тогда для питания этой зарядки потребуется более высокое напряжение, чем 5 В. Микросхема должна иметь разницу в 2 В между входящим и выходящим напряжениями. Заряженный литиевый аккумулятор имеет напряжение 4,2 В. Это не соответствует описанным требованиям (5-4,2=0,8), поэтому необходимо поискать другое решение.

Зарядку, которая будет рассматриваться в этой статье, способен повторить практически каждый. Ее схема довольно проста для повторения.

Одну из таких программ можно скачать в конце статьи.
Чтобы осуществить более точную настройку напряжения на выходе, можно поменять резистор R2 на многооборотный. Его сопротивление должно составлять порядка 10 кОм.

Прикрепленные файлы : :

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank Аккумулятор из литий ионных батареек своими руками: как правильно заряжать

Первый аккумулятор на основе лития появился в 1991 г. Но только на фоне популяризации мобильных телефонов устройства Li-ion также получили широкую востребованность. На данный момент литиевые аккумуляторы используются всюду, где требуется автономное обеспечение работы электронного или технического устройства. Аккумуляторы снабжают энергией бытовую технику, электроинструмент, гаджеты и различное оборудование. За счет низкого порога саморазрядки, возможности восполнять энергию не дожидаясь полного расхода запаса питания и богатого ресурса батареи Li-ion способны поддерживать работу аппаратов, требующих высокую мощность.

Конструкция литиевой батареи

По конструкции Li-ion батареи производятся в призматическом и цилиндрическом исполнениях. Изготовление призматических аккумуляторов происходит путем накладывания пластин прямоугольной формы одна на другую. В таких моделях предусматривается более плотная упаковка по сравнению с цилиндрическими аналогами, но приходится интенсивнее обеспечивать сжимающие усилия в отношении электродов. Цилиндрическое устройство литиевого аккумулятора представляет собой упаковку с электродами и сепаратором, свернутую в рулон и заключенную в металлический каркас, соединяющийся с минусовым электродом. Плюсовой же электрод батареи выведен на крышку по специальному изолятору. К слову, рулонный принцип сборки используется и в некоторых версиях призматических моделей в виде эллиптической спирали. В такой конструкции объединяются преимущества обеих разновидностей литиевых аккумуляторов.

Почему не стоит доводить до «нуля»?

Специалисты не рекомендуют использовать аккумуляторы до полного расхода энергии. У литиевых устройств нет эффекта памяти, которым обладают другие виды батарей. На практике это означает, что необходимо заряжать аккумулятор до того, как его уровень опустится до нуля. Кстати, число циклов, по которым осуществляется зарядка литиевых аккумуляторов, является показателем долговечности источников питания - производители указывают эту цифру в маркировке.

К примеру, для качественных моделей количество циклов может составлять 600. В целях увеличения эксплуатационного срока батареи Li-ion стоит регулярно заряжать устройство. Оптимальный уровень, по достижении которого стоит начинать зарядку, составляет 15%. Данная мера способна увеличить число циклов до 1 100.

Как выполняется зарядка?

Литиевые батареи заряжаются по смешанной схеме, то есть сначала от постоянного тока в 1С до среднего показателя напряжения 4,2 В, а затем при постоянном уровне напряжения. Первичный этап по времени длится порядка 40 мин, а второй - дольше. Стоит отметить, что только аккумуляторы литиевые в современном исполнении могут заряжаться при напряжении до 4,2 В. Промышленные и военные модели батарей имеют более высокий эксплуатационный срок, чем стандартные модели, в результате чего порог окончания их заряда был отодвинут до 3,90 В.

Сколько времени требует зарядка?

Процесс выполнения зарядки литиевого элемента током 1С, как правило, занимает 2,5 ч. Аккумулятор Li-ion полностью восполняет энергию, когда уровень его напряжения соответствует аналогичным показателям отсечки. В это же время ток должен снижаться приблизительно на 3% относительно изначального заряда. Существует мнение, что аккумуляторы литиевые при увеличении тока заряжаются быстрее. На деле это не так, однако повышенный ток заряда способствует росту напряжения, при этом подзарядка с момента окончания первой стадии требует больше времени.

В некоторых разновидностях приборов зарядка литиевых аккумуляторов отнимает менее 1 ч. Сокращение времени обусловлено тем, что вторая стадия цикла отсутствует и сразу после завершения первого этапа аккумулятор можно использовать. Но есть один нюанс: батарея не полностью восполняет свой энергетический запас - он составляет лишь 70%.

Казалось бы, в чем смысл подобной схемы заряда? Такой подход выгоден, если требуется проведение нескольких циклов быстрой зарядки. Например, шуруповерт с литиевым аккумулятором на каждую операцию будет требовать по 30 мин, после чего можно ставить на зарядку текущий аккумулятор и продолжать работу с запасным (электроинструмент обычно комплектуется двумя батареями).

Зачем нужна перегрузка аккумулятора?

Начинать зарядку рекомендуется до того, как энергия сведена к нулю, тем не менее один раз в месяц все же стоит полностью разряжать После этого следует использовать оригинальное зарядное для литиевых аккумуляторов с целью 100-процентного восполнения энергии. Потребность в этой процедуре обусловлена особенностью батарей Li-ion. Опытные пользователи устройств, работающих на литиевых элементах, могли заметить, что индикация оставшегося заряда не всегда корректна. Например, экран планшета отображает, что аппарат разряжен лишь на 50% - на деле же «посадить» батарею могут всего 10 минут активной работы.

Для профилактики подобных нестыковок литиевые аккумуляторы следует полностью разряжать. В результате устройство сможет более точно рассчитать возможности источника питания и достоверно отобразить информацию на дисплее.

Сокращение энергопотребления в ходе зарядки

Хотя питание мобильных устройств и других гаджетов, для работы которых требуются аккумуляторы литиевые, несравнимо по энергозатратам с мощной бытовой техникой, несколько простых советов помогут не только сэкономить на электричестве, но и продлить ресурс аппаратов:

Применение возможностей программной начинки устройства для минимизации энергопотребления.
Отключение функций, которые работают без надобности. К примеру, интернет, различные сети и Bluetooth - по статистике, их совокупная работа способна на 30% сократить рабочее время устройства.
Оптимизировать настройки аппарата - затемнение подсветки, отключение лишних оповещений и звуковых эффектов позволит продлить работу гаджета на 10-15 мин. Это немного, но в критических ситуациях лишним не будет.

Правила сохранения литиевых аккумуляторов

Долговечность - одна из сильных сторон батарей Li-ion. Так, годовое снижение объема в результате саморазряда составляет не более 10%. Несмотря на это, в эксплуатации следует учитывать химические и конструкционные методы сбережения батарей от перегрева. Если современные аккумуляторы литиевые имеют предусмотренную защиту от неправильного подхода к зарядке, то температурные воздействия по-прежнему представляют для них опасность. Поэтому рекомендуется сокращать любые излишние нагревы аккумуляторов. Впрочем, и в этом направлении производители ведут работу. Использование катодных элементов, в частности, позволит увеличить термическую безопасность литиевых источников питания.

Это простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов , а так же и литий-полимерных аккумуляторов построено на широко известном LM317.

Процесс заряда показан на графике ниже. В первый момент процесса зарядки ток заряда постоянен, при достижении целевого уровня напряжения (Umax) на аккумуляторе, зарядное устройство переходит в режим, когда напряжение остается постоянным, а ток асимптотически стремится к нулю.

Выходное напряжение литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, как правило, составляет 4,2В (для некоторых типов 4,1 В). Обычно, выходное напряжение не совпадает с номинальным напряжением которое составляет 3,7В (иногда 3,6В).

Не рекомендуется заряжать данный тип аккумуляторов до полных 4,2В, так как это уменьшает срок службы аккумулятора. Если уменьшить выходное напряжение до 4,1В, емкость падает на 10%, но в тоже время срок службы (количество циклов) увеличится почти в два раза. При эксплуатации аккумуляторов, нельзя доводить номинальное напряжение ниже 3,4…3,3В.

Описание зарядного устройства

Как уже было сказано, зарядка построена на стабилизаторе LM317. Li-Ion и Li-Pol довольно требовательны к точности зарядного напряжения. Если вы хотите, произвести заряд до полного напряжения (обычно 4,2В), то необходимо выставить это напряжение с точностью плюс/минус 1%. После зарядки до 90% емкости (4,1В), точность может быть немного меньше (около 3%).

Схема с применением LM317 обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения. Целевое напряжение устанавливается R2. Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно, стабилизировать его с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN транзистора (VT1).

Если падение напряжения на резисторе Rx достигает примерно 0,95В, то транзистор начинает открываться. Это уменьшает напряжение на контакте «Общий» стабилизатора Lm317 и тем самым стабилизируется ток.

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путем изменения сопротивления Rx. Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax. Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200мА.

Входное напряжение питания зарядного устройства должно находиться в диапазоне от 9 до 24 вольт. Превышение данного уровня увеличивает потери мощности в цепи LM317, снижение — нарушит правильную работу (нужно пересчитывать падение напряжения на шунте и минимальное напряжения на контакте «Общий»). Транзистор VT1 можно заменить на BC237, KC507, C945 или отечественный

Представляем небольшой сборник хороших схем зарядных устройств для Li-Ion аккумуляторов. Все схемы собраны с надёжных интернет ресурсов и имеют отличные отзывы. Вначале немного теории. Для заряда Li-ion аккумуляторов используется метод постоянное напряжение и постоянный ток, суть которого заключается в ограничении напряжения на аккумуляторе. Для Li-ion аккумуляторов номинальное напряжение элемента 3,6 В, допуск на это напряжение (±0,05 В) и отсутствие медленного подзаряда по окончании полного заряда. Обычное максимальное напряжение заряда 4,2 или 4,1 вольта в зависимости от модели аккумулятора; напряжение окончания разряда 3,0 вольта; рекомендуемый ток заряда 0,5 С, ток разряда (нагрузки) - 1 С и меньше; если напряжение на аккумуляторе менее 2,9 вольта, то рекомендуемый ток заряда 0,1 С; глубокий разряд может привести к повреждению аккумулятора (т. е. должно соблюдаться общее правило - Li-ion аккумуляторы любят скорее находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном, и заряжать их можно в любое время, не дожидаясь разряда); по мере приближения напряжения на аккумуляторе к максимальному значению, ток заряда уменьшается. Окончание разряда должно происходить при уменьшении тока заряда до (0,1 … 0,07) С в зависимости от модели аккумулятора. После окончания заряда ток заряда прекращается полностью. Приведенные данные могут отличаться в ту или иную сторону для аккумуляторов других производителей. Теперь перейдём непосредственно к схемотехнике ЗУ. Первая схема на специализированной микросхеме, питающаяся от USB порта ПК.

1. Зарядное устройство для li-ion аккумуляторов

С порта USB мы можем снять 500 или 100 миллиампер чистого тока под собственные нужды. «Умные» контроллеры порта нужно настраивать, чтобы забрать 500 мА. Без настройки можно отобрать до 100 мА. В некоторых конструкциях материнских плат и ноутбуков ток ничем не ограничивается, кроме предохранителя. Поэтому можно отобрать все 500 мА без настроек. Микросхема не знает, к какому варианту порта ее подключили, поэтому ограничивает ток заряда аккумулятора значением 100мА, чтобы не заморачиваться с настройкой порта. Однако у нее есть еще один вход – к нему можно подключить любой источник питания с напряжением от 4,3 до 7 вольт, включая китайский “кубик”, который просто втыкается в розетку, после чего начинает греться. В этом случае, ток заряда будет составлять уже 350мА. Если подключить сразу два источника – и USB и источник питания, то микросхема выберет последнее, в смысле не последнее подключенное, а источник питания. Светодиод VD2 горит до тех пор, пока батарея не заряжена. Светодиод VD1 индицирует наличие питания от USB порта. Плата сделана таким образом, что все компоненты, включая SMD светодиоды, расположены внизу при подключении ее в USB порт. Чтобы было видно «на просвет» необходимо выбрать тонкий стеклотекстолит либо изменить посадочные места под выводные 3мм светодиоды и впаять их с обратной стороны. Для защиты USB порта используется SMD самовосстанавливающийся предохранитель F1 с током удержания 200 мА. Вместо него можно применить резистор 0603 1 Ом или перемычку- но в случае ошибки в монтаже или при выходе из строя микросхемы возможен выход из строя порта. Батарея после окончания свечения светодиода еще продолжает некоторое время дозаряжаться маленьким током, но это составляет до 5 % емкости. Если напряжение элемента меньше 3 вольт, то микросхема его подзаряжает током 40 мА.

2. Зарядное устройство для li-ion аккумуляторов

Для того, чтобы Li-ion аккумуляторы долго служили, необходимо их правильно заряжать. К концу завершения зарядки, напряжение должно уменьшаться, а когда аккумулятор зарядился, т.е. ток заряда станет почти нулевой, зарядка должна остановиться. Данная схема полностью удовлетворяет этим требованиям. Подключенный к нему аккумулятор заряжается током ~300ма, к концу заряда ток уменьшается до 30ма и дальше загорается светодиод VD2, который сигнализирует о завершении зарядки. Светодиод VD1 сигнализирует о работе устройства, VD3 загорается при подключении аккумулятора. В схеме используется операционный усилитель LM358N, его можно заменить на КР574УД2, только расположение выводов у него отличается. Светодиоды красного, зеленого и желтого цветов. Схема после сборки наладки не требует и начинает работать сразу.

3. Зарядное устройство для li-ion аккумуляторов

Зарядное устроиство состоит из таких узлов-собственно стабилизатора на LM317T и TL431,на резисторах R3-R7 собран ограничитель и датчик тока.Работает схема следущим образом -при подключении аккамулятора согласно полярности и устороиства в сеть нажимаем кнопку SB1, начинает протекать ток заряда. При протекании тока через резисторы R3-R7 на нем падает напряжение около 3V срабатывает реле К2 которое своими контактами включает реле К1. Реле К1 своими конактами блокирует кнопку SB1.Светлодиод HL2 индицирует включение в сеть, а HL1 что идет зарядка. Налаживание заключаеться в установке на выходе LM317 напряжение согласно с аккамулятором, с максимальной возможной точностю. Реле К1 с напряжением срабатывания 12V током через контакты не менее 2A,К2 РЕС64А паспорт РС4,569,724. LM317T установить на радиатор. В моем варианте ток при котором срабатывает К2 примерно 300мА,ток отпускания 80мА. При замыкании выхода и нажатии кнопки SB1 ток не превысил 1,4A Которого недостаточно вывести LM317T из строя. Трансформатор 220/12V и ток 1-1,2A.Диодный мост на ток не менее 3-5A.

Для зарядки литий-ионных аккумуляторных батарей, когда нет специального зарядного устройства. Такие АКБ очень распространены, вот только купить ЗУ для его грамотной зарядки может (или хочет) не каждый, часто заряжая их обычными регулируемыми БП. Давайте рассмотрим как это нужно делать.

Возьмём для примера литий-ионный аккумулятор от Panasonic ncr18650b на 3.6 V 3400 mah. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно. Некоторые образцы издевательства выдерживают, а некоторые китайские "сверхэкономные" не обладают защитами и могут взорваться.

АКБ с протекцией

Защищенный аккумулятор должен иметь следующие элементы защиты:

PTC , защита от перегрева и, косвенно, по току.
CID , клапан давления, отключит ячейку, если давление высокое внутри, что может возникнуть из-за слишком мощной зарядки.
PCB , плата защиты от чрезмерной разрядки, сброс выполняется автоматически или при помещении в зарядное устройство.

На приведенном выше рисунке показано, как устроена защита банки. Эта конструкция используется для любого типа современных защищённых литий-ионных батарей. PTC и клапан давления не будет видно, так как он является частью оригинальной батареи, но все остальные части защиты можно разглядеть. Ниже показаны варианты исполнения электронных защитных модулей, которые встречаются в стандартных круглых Li-Ion АКБ наиболее часто.

Зарядка лития

Вы можете найти типовую схему и принцип зарядки на ncr18650b батареи в даташите . Согласно документации, ток зарядки 1600 мA и напряжение 4.2 вольт.

Сам процесс состоит из двух этапов, первый - это постоянный ток, где необходимо задать значение в 1600 мA постоянного тока, а когда напряжение батареи достигает 4.20 V, начнется вторая стадия - постоянное напряжение. На этой стадии ток будет немного падать, и от ЗУ будет поступать около 10% от зарядного тока - это около 170 мА. Данное руководство относится ко всем литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам не только 18650 типа.

Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда (схемы смотрите в ). Как крайний случай, можно заряжать стабильным током в 30-40% полной (паспортной) ёмкости АКБ, пропустив второй этап, но это несколько уменьшит ресурс элемента.