0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Балансировочное устройство для заряда аккумуляторов LiPo

Балансировочное устройство для заряда аккумуляторов LiPo

В статье предложена схема автоматического балансировочного устройства для выравнивания потенциалов 2—5 литиевых аккумуляторов.

Достоинств у литиево-полимерных аккумуляторов (LiPo) гораздо больше, чем у любых других: небольшой вес, высокая плотность энергии, малый ток разряда, относительно быстрый процесс заряда (1—3 ч). Однако в случае перезаряда или неправильных условий заряда они могут взорваться или ухудшить характеристики, поэтому для литиевых батарей требуется специализированное зарядное устройство со схемой мониторинга и балансировки тока.

Балансировка тока

При заряде литиево-полимерных батарей необходимо соблюдать несколько правил: сила тока должна поддерживаться на уровне 0,5С…1С 1, а напряжение аккумулятора не должно превышать 4,1…4,2 В.

Если в сборке присутствует несколько последовательно соединенных элементов, то небольшие отклонения в одном из них со временем приводят к преждевременной порче аккумуляторов, если схема не сбалансирована. Этот эффект не наблюдается у аккумуляторов NiCd или NiMh.

Как правило, в сборке все элементы имеют близкую, но не одинаковую, емкость. Если два элемента с разными емкостями соединены последовательно, то элемент с меньшей емкостью заряжается быстрее, чем с большей. Поскольку процесс заряда происходит до тех пор, пока не зарядится элемент с самой большой емкостью, то аккумулятор с меньшей емкостью будет перезаряжен. Во время разряда, наоборот, элементы с меньшей емкостью разряжаются быстрее. Это приводит к тому, что после многих циклов заряда-разряда различие емкостей увеличивается, а из-за частого перезаряда элементы с самой малой емкостью быстро приходят в негодность.

Эту проблему легко можно устранить, если контролировать потенциал элементов и следить, чтобы все элементы в блоке имели абсолютно одинаковое напряжение.

Самый простой способ балансировки — «в лоб», то есть полностью разряжать элементы после каждых двух циклов заряда. Тогда все аккумуляторы в сборке будут приведены к одному потенциалу, а накопленные отклонения устранятся. Недостаток этого подхода заключается в том, что энергия, выделяющаяся при разряде, рассеивается впустую. Кроме того, перед следующим использованием требуется зарядить батареи.

В ноутбуках обычно состояние аккумулятора контролируется микроконтроллером, который проверяет напряжение каждого элемента и регулирует силу зарядного тока.

Мы предлагаем читателям альтернативный способ с автоматической балансировкой и малым расходом энергии. Внешний вид устройства показан на рисунке 1.

Читать еще:  Как увеличить функционал болгарки съемной оснасткой

Описание устройства

Для балансировки потенциалов двух элементов потребуется операционный усилитель (ОУ) класса В и три резистора (см. рис. 2). В центральной точке делителя R1—R2 напряжение равно половине суммы напряжений верхнего и нижнего аккумуляторов. Когда напряжение верхнего аккумулятора превышает напряжение нижнего, ток течет в нижнее плечо до тех пор, пока они не сравняются. Для расчета схемы требуется только подобрать номинал R3 так, чтобы сила тока составляла 0,02…0,1С.

Если в сборке присутствует больше элементов, то необходимы дополнительные ОУ. Например, для балансировки пяти аккумуляторов требуются четыре ОУ класса В. Вместо ОУ можно использовать составные транзисторы, что позволяет снизить стоимость схемы.

На рисунке 3 показана полная принципиальная схема балансировочного устройства для 2—5 элементов емкостью 2…10 А.ч.

Кабель балансировки подключается к разъему К1 на плате (см. рис. 4). С помощью перемычек JP2—JP5 задается количество элементов (2—5), напряжение которых требуется выровнять. На первый вывод перемычки подается напряжение аккумулятора, а на второй — эталонное напряжение. Для сборок из 2—4 элементов необходимо установить две перемычки, а если в сборке пять элементов, то одну.

Полностью заряженная батарея из 5 элементов имеет напряжение до 21 В (по 4,2 В на элемент). ОУ сравнивает текущее напряжение каждого элемента с эталонным. Если они различаются, то усилитель переключает один из составных транзисторов на заряд (если потенциал элемента ниже) или разряд. В итоге напряжение всех элементов выравнивается.

Рассмотрим верхний каскад. Если выравнивающий ток больше 20 мА, то соответствующий светодиод горит. В зависимости от степени заряда загорается диод D1 или D5. Падение напряжения на светодиоде составляет около 1,8 В. Вычитая падение напряжения на D10 и D11 и падение напряжения эмиттерного перехода составных транзисторов (примерно 1,0…1,1 В), получаем, что на резистор в цепи эмиттера приходится около 0,2…0,3 В, поэтому выходной ток составляет примерно 250 мА.

Конструкция

Печатная плата устройства показана на рисунке 4. Видно, что на плате нет компонентов с поверхностным монтажом (SMD), а все элементы располагаются на достаточном расстоянии друг от друга. Таким образом, собрать схему не представляет труда. На плате установлен алюминиевый профиль (см. рис. 1), который служит теплоотводом для выходных транзисторов. В случае необходимости транзисторы можно расположить вертикально, чтобы освободить место для радиатора большего размера.

Важно убедиться, что транзисторы гальванически развязаны с теплоотводом с помощью слюды или другого диэлектрика и изолирующей втулки на крепежных винтах. Для лучшего отвода тепла под транзисторы также кладется немного теплопроводящего вещества.

Готовую схему перед подключением следует проверить на целостность цепей. Затем необходимо задать количество элементов в сборке. Для определенности будем считать, что у нас 5 элементов, поэтому соединяем контакты JP5 (см. рис. 1).

Читать еще:  Пускатель мыльных пузырей

Установим выходное напряжение источника питания (ИП) на уровне 10 В и подсоединим его к крайним выводам разъема К1, соблюдая полярность. При этом должен загореться диод D9. Если все в порядке, увеличиваем напряжение до 20 В. Диод станет гореть ярче, а напряжение на выводах 2—5 разъема К1 примет значения 4, 8, 12 и 16 В, соответственно. Установив на ИП ограничение тока на уровне 0,5 А, соединим накоротко любые два вывода К1. Потечет ток примерно 200 мА.

После проверки схемы ее можно подключать к выводу балансировки аккумулятора (предварительно следует задать количество элементов в сборке). Процесс выравнивания потенциалов идет до тех пор, пока все светодиоды, кроме D9, не погаснут.

Проводить балансировку достаточно один раз на 10 циклов заряда.

С помощью предлагаемого устройства можно выравнивать потенциал двух сборок по 5 соединенных последовательно элементов. При этом следует установить перемычку на выводы JP2. Для двух сборок из 4 элементов или одной из пяти в качестве IC1 можно использовать микросхему LM324, выдерживающую до 32 В. В остальных случаях лучше поставить LM348, выдерживающую до 44 В.

Табл. 1. Перечень элементов

R1—R5 = 10 кОм (0,1%), R6—R9 = 1,5 кОм, R10—R13 = 1,2 Ом, R14—R17 = 1 Ом, R18 = 8,2 кОм

С1—С4 = 10 нФ (шаг выводов 5 мм), С5, С6 = 100 нФ (шаг выводов 5 мм)

Светодиоды с малым рабочим током, 5 мм: D1 — D4 = зеленый, D5 — D8 = желтый, D9 = красный; D10—D17 = 1N4148, Т1—Т4 = TIP120, T5—T8 = TIP125, IC1 = LM324 или LM348N

К1 = 6-выводной разъем, шаг выводов 2,54 мм, JP2-1—JP4-2, JP5 = штырьевой двухрядный разъем, шаг выводов 2,54 мм; 14-контактный держатель для IC1, алюминиевый теплоотвод

Схема подключения к балансировочному разъему Imax B6 от SkyRC. Балансировка аккумуляторов 18650.

В данной статье рассмотрим принцип и схему подключения к балансировочному разъему, а так же сам процесс баланса аккумуляторов на примере элементов 18650 всем известного зарядного устройства IMAX B6. Так же обратим внимание ряд важных вопросов возникающих у пользователей ставших счастливыми обладателями данного девайса (где взять сами балансировочные кабеля, боксы (холдеры) для аккумуляторов 18650, ):) А теперь рассмотрим каждый пункт по порядку.

Зачем необходимо балансировать аккумуляторы.

Сразу оговорюсь, что балансировка используется только для бывших в употреблении литийсодержащих (LiIon, LiPo, LiFe) аккумуляторов, для «никеля» балансировка не нужна. При использовании в сборке нескольких аккумуляторов необходимо избегать перезарядки, а также превышения порога подачи максимального тока заряда. Обычно LiIon, LiPo, LiFe заряжают током до 1С, это значит что аккумулятор емкостью 1000mAh можно заряжать током МАКСИМУМ 1А. Превышение тока заряда или времени заряда (перезарядки) может привести к порче аккумулятора, его нагреву или даже возгоранию и взрыву. Если взять сборку из нескольких разных по емкости и остаточному заряду литийсодержащих аккумуляторов и начать их просто заряжать, то гарантированно одни «банки» перезарядятся, другие начнут греться (из-за возможной подачи тока более 1С). Что бы этого избежать аккумуляторы заряжают через балансировочный разъем.

Читать еще:  Органайзер для косметики

В моем случае аккумуляторы 18650 балансировались для постановки в Power Bank и работы в параллельном соединении, являлись бывшими в употреблении, сняты с 2х разных ноутбучных АКБ.

Схема подключения к балансировочному разъему Imax B6

Независимо от того оригинальное Ваше устройство или нет , оно имеет 5 разъемов для балансировки LiIon LiPo аккумуляторов (от 3-х до 7-пинового от 2 до 6 банок соответственно). Для людей немного отличающих полярность и знающих закон Ома, скажу просто: что бы подключить аккумуляторы к соответствующему балансировочному разъему соедините банки ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО, затем 1й пин разъема ляжет на плюс сборки, а последний пин на минус сборки, а промежуточные соединения лягут на соответствующие промежуточные пины разъема. А также на плюс и минус сборки необходимо подцепить соответствующие щупы Imax-а. Для лучшего понимания внизу приведена схема для подключения максимального количества банок (6 cells).

Рассмотренный случай рассчитан на максимальное количество аккумуляторов для балансировки (6 «банок»), для подключения меньшего количества поступаем по аналогии соблюдая полярность.

Где достать штекер балансировочного разъема для IMax B6 от SkyRC.

Штекер балансировочного разъема, а так же боксы (холдеры, держатели), например для аккумуляторов 18650 можно приобрести на любой торговой площадке типа Prom.ua, Avito или же на всем известном Aliexpress.com. Но есть возможность изготовить штекер балансировочного разъема IMAX B6 самостоятельно. Для этого подойдут:

— аудио-кабель от CD/DVD привода компьютера, он 4-х пиновый, но задействовано только 3 из них.

— штекер подключения кнопок power, reset, usb старых системных блоков

— любой другой подходящий штекер от аудио-видео или компьютерной техники

В моем случае был выбран первый вариант, аудио-кабель от старого CD-шника был разрезан по середине, крайние пины вытянуты и поставлены подряд, а так же были срезаны пластиковые защелки разъема. Таким образом мы получили два 3-х пиновых разъема, но для балансировки 6 батарей нужно 7 пинов. Для этого можно найти одиночный штекер.

Испытания

Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения — зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

Обсудить статью ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector