Ochrana autobatérií pred prebitím. Obvody na ochranu Li-ion batérií pred nadmerným vybitím (regulátory vybíjania) Ochranný obvod pre lítiové batérie

Potreboval som chrániť batériu pred hlbokým vybitím. A hlavnou požiadavkou na ochranný obvod je, že po vybití batérie vypne záťaž a nedokáže ju sám zapnúť po tom, čo batéria vytvorí malé napätie na svorkách, bez záťaže.

Obvod je založený na 555. časovači, zapojenom ako jeden generátor impulzov, ktorý po dosiahnutí minimálneho prahového napätia zatvorí hradlo tranzistora VT1 a vypne záťaž. Obvod bude môcť zapnúť záťaž až po odpojení a opätovnom pripojení napájania.

Poplatok (nie je potrebné zrkadliť):

SMD doska (vyžaduje zrkadlenie):

Všetky odpory SMD sú 0805. Balík MOSFET je D2PAK, ale je možný aj DPAK.

Pri montáži si treba dať pozor na to, aby sa pod čipom (v doske s DIP súčiastkami) nachádzala prepojka a hlavne na ňu nezabudnúť!

Obvod je nakonfigurovaný nasledovne: rezistor R5 je nastavený do hornej polohy podľa obvodu, potom ho pripojíme k zdroju napájania s nastaveným napätím, pri ktorom by mal vypnúť záťaž. Ak veríte Wikipédii, potom napätie úplne vybitej 12-voltovej batérie zodpovedá 10,5 voltu, toto bude naše napätie na odpojenie záťaže. Potom otáčajte regulátorom R5, kým sa záťaž nevypne. Namiesto tranzistora IRFZ44 môžete použiť takmer akýkoľvek výkonný nízkonapäťový MOSFET, len treba počítať s tým, že musí byť dimenzovaný na prúd 2x väčší ako je maximálny zaťažovací prúd a hradlové napätie musí byť v rámci zdroja. Napätie.

Ak je to potrebné, orezávací odpor môže byť nahradený konštantným s nominálnou hodnotou 240 kOhm a v tomto prípade musí byť rezistor R4 nahradený 680 kOhm. Za predpokladu, že prahová hodnota TL431 je 2,5 V.

Prúdový odber dosky je cca 6-7 mA.

Ochrana lítium-iónových batérií (Li-ion). Myslím, že mnohí z vás vedia, že napríklad vo vnútri batérie z mobilný telefón Nechýba ani ochranný obvod (kontrolér ochrany), ktorý zabezpečuje, aby sa batéria (článok, banka atď...) neprebíjala nad napätie 4,2 V, ani nevybíjala pod 2...3 V. obvod šetrí pred skratmi vypnutím samotnej nádoby od spotrebiteľa v čase skratu. Keď batéria dosiahne koniec svojej životnosti, môžete z nej odstrániť riadiacu dosku ochrany a vyhodiť samotnú batériu. Ochranná doska môže byť užitočná na opravu inej batérie, na ochranu plechovky (ktorá nemá ochranné obvody), alebo môžete dosku jednoducho pripojiť k napájaciemu zdroju a experimentovať s ňou.

Mal som veľa ochranných dosiek pre batérie, ktoré sa stali nepoužiteľnými. Vyhľadávanie označení mikroobvodov na internete však neprinieslo nič, ako keby boli mikroobvody klasifikované. Na internete bola dokumentácia len pre zostavy tranzistorov s efektom poľa, ktoré sú súčasťou ochranných dosiek. Pozrime sa na návrh typického ochranného obvodu lítium-iónovej batérie. Nižšie je doska riadiacej jednotky ochrany zostavená na čipe riadiacej jednotky označenom VC87 a zostave tranzistora 8814 ():

Na fotke vidíme: 1 - regulátor ochrany (srdce celého obvodu), 2 - zostavu dvoch tranzistorov s efektom poľa (o nich budem písať nižšie), 3 - odpor nastavenie pracovného prúdu ochrany (napr. skrat), 4 - napájací kondenzátor, 5 - rezistor (na napájanie čipu regulátora), 6 - termistor (nachádza sa na niektorých doskách na ovládanie teploty batérie).

Tu je ďalšia verzia ovládača (na tejto doske nie je žiadny termistor), je zostavená na čipe s označením G2JH a na zostave tranzistora 8205A ():

Sú potrebné dva tranzistory s efektom poľa, aby ste mohli samostatne ovládať ochranu proti nabíjaniu (Charge) a ochranu proti vybitiu (Discharge) batérie. Takmer vždy existovali dátové listy pre tranzistory, ale žiadne pre čipy radičov!! A druhý deň som zrazu narazil na zaujímavý technický list pre nejaký druh ochrany lítium-iónovej batérie ().

A potom sa z ničoho nič objavil zázrak - po porovnaní obvodu z údajového listu s mojimi ochrannými doskami som si uvedomil: Obvody sa zhodujú, sú to jedno a to isté, klonové čipy! Po prečítaní údajového listu môžete podobné ovládače použiť vo svojich domácich výrobkoch a zmenou hodnoty odporu môžete zvýšiť povolený prúd, ktorý môže ovládač dodať pred spustením ochrany.

Len je v tom taká malá nevýhoda, že tento obvod nedokáže rozpoznať stupeň vybitia batérie, čo umožňuje pripojiť aj vybité batérie (skratované, rozpadajúce sa atď.), pokiaľ je dostatočné napätie na zatvorenie kontaktov relé. A to môže viesť k hrozným následkom a oheň nie je najhoršia vec!

A len nedávno som prišiel s inteligentným obvodom na ochranu proti prepólovaniu, ktorý by bol schopný určiť, či je možné túto batériu nabíjať alebo nie, a zachovať predchádzajúci parameter na určenie, či sú svorky správne pripojené k batérii.

V skutočnosti je všetko jednoduché, obvod jednoducho určuje, aké napätie je na batérii, to znamená stupeň nabitia, a ak spĺňa požadované limity, zatvorí kontakty relé a spustí nabíjací prúd!

Z diagramu je zrejmé, že ide o bežný porovnávač operačného zosilňovača, ktorý porovnáva referenčné napätie zozbierané na obvode R7-VD3 s napätím batérie. A ak napätie na neinv.(+) vstupe stúpne o niečo vyššie ako na inv.(-), tranzistor VT1 zopne relé.
Všetko je nastavené veľmi jednoducho. Na + svorku batérie sa pohodlne privedie napätie 10,5-11V (napätie vybitej, pracovnej batérie) a pomocou stavebného odporu R4 (v smere zvyšovania odporu) nastavíme moment, kedy klikne spínač K1. . Tu sa nastavenie končí :) Mimochodom, je vhodné ho použiť na nastavenie

Tento obvod bol z dobrého dôvodu zostavený na operačnom zosilňovači, pretože na druhom operačnom zosilňovači je možné namontovať ďalšie zariadenie; Neprišiel som s tým, ale už existuje vývoj. Napríklad na druhom operačnom zosilňovači môžete vytvoriť zariadenie, ktoré ukáže, že je všetko správne pripojené
Ale ak nemáte príležitosť čakať a nechcete jednoducho plytvať operačným zosilňovačom, potom môžem ponúknuť obvod o niečo jednoduchší a s rovnakým princípom činnosti

Mnoho ľudí nevie, ale TL431 je bežný komparátor a na porovnanie napätia je v ňom už 2,5 V ION. Preto namiesto zväzku káblov okolo operačného zosilňovača môžete použiť TL431 s jedným jediným odporovým deličom, ktorého napätie by malo byť o niečo viac ako 2,5 V, aby sa relé zaplo :)

Tento obvod má ešte jednu výhodu: možno ho úspešne použiť pre 6V batérie. Aby ste to dosiahli, musíte vymeniť relé za 5V a dva odpory R1 a R3 asi o polovicu.

Spôsob nastavenia je rovnaký ako v predchádzajúcej schéme, iba na svorku + batérie musí byť privedené napätie pre 6V v rozsahu 5-5,5V

To je všetko, s takouto ochranou sa nemusíte báť, že vaša batéria, ak je vo „vreci“, jednoducho exploduje. Tak veľa šťastia pri opakovaní vzoru.

Veľa šťastia pri opakovaní a teším sa na vaše otázky v komentároch.

Pre bezpečné, kvalitné a spoľahlivé nabíjanie akýchkoľvek typov batérií odporúčam

Aby ste nezmeškali najnovšie aktualizácie z workshopu, prihláste sa na odber aktualizácií v V kontakte s alebo Odnoklassniki, môžete sa tiež prihlásiť na odber e-mailových aktualizácií v stĺpci napravo

Nechcete sa ponoriť do rutiny rádiovej elektroniky? Odporúčam venovať pozornosť návrhom našich čínskych priateľov. Za veľmi rozumnú cenu si môžete kúpiť celkom kvalitné nabíjačky

Jednoduchá nabíjačka s LED indikátorom nabíjania, zelená batéria sa nabíja, červená batéria je nabitá.

K dispozícii je ochrana proti skratu a ochrana proti prepólovaniu. Ideálne pre nabíjanie Moto batérií s kapacitou až 20A/h, 9A/h batéria sa nabije za 7 hodín, 20A/h za 16 hodín. Cena za túto nabíjačku je len 403 rubľov, bezplatné doručenie

Tento typ nabíjačky je schopný automaticky nabíjať takmer všetky typy 12V autobatérií a motocyklov až do 80A/H. Má jedinečný spôsob nabíjania v troch fázach: 1. Nabíjanie DC, 2. Nabíjanie konštantným napätím, 3. Pokles nabíjania až na 100 %.
Na prednom paneli sú dva indikátory, prvý indikuje napätie a percento nabíjania, druhý indikuje nabíjací prúd.
Celkom kvalitný prístroj pre domáce potreby, cena akurát 781,96 RUR, bezplatné doručenie. V čase písania týchto riadkov počet objednávok 1392, stupňa 4,8 z 5. Eurovidlica

Nabíjačka pre širokú škálu typov 12-24V batérií s prúdom do 10A a špičkovým prúdom 12A. Schopný nabíjať héliové batérie a SA\SA. Technológia nabíjania je rovnaká ako predchádzajúca v troch stupňoch. Nabíjačka je schopná nabíjať automaticky aj manuálne. Panel má LCD indikátor zobrazujúci napätie, nabíjací prúd a percento nabíjania.

Dobré zariadenie, ak potrebujete nabiť všetky možné typy batérií akejkoľvek kapacity, až do 150Ah

Cena za tento zázrak 1 625 rubľov, doručenie je bezplatné. V čase písania týchto riadkov je číslo 23 objednávok, stupňa 4,7 z 5. Pri objednávke nezabudnite uviesť Eurovidlica

Ak sa niektorý produkt stal nedostupným, napíšte do komentára v spodnej časti stránky.

Nabíjacie moduly Li-ion batérií na báze ovládača TP4056 boli na mySKU popísané už mnohokrát. Existuje mnoho spôsobov použitia - od prerábania hračiek až po domáce remeslá. Obľúbený modul TP4056 so zabudovanou ochranou na báze DW01A je výborný vo všetkom, len spodná hranica napäťovej ochrany je 2,5 ± 0,1 V, t.j. 2,4V v najhoršom prípade. To je vhodné pre väčšinu moderných batérií, pretože... majú prah 2,5 V. Čo ak máte vrece batérií s nižším prahom 2,75 V? S takýmto modulom ich môžete pľuvať a používať. Jednoducho zvyšuje riziko, že batéria po vybití zlyhá. Alebo môžete použiť prídavnú ochrannú dosku, ktorej spodná hranica napätia zodpovedá batériám. Toto je presne ten typ dosky, o ktorej dnes budem hovoriť.

Chápem, že väčšina ľudí sa o túto tému nezaujíma, ale nech je to pre históriu, lebo... niekedy padne otázka.

Ak používate batérie so zabudovanou ochranou, tak túto dosku nepotrebujete, pokojne môžete použiť „ľudový“ modul na báze TP4056 bez ochrany. Ak používate batérie bez ochrany s minimálnym napätím 2,5 V, potom môžete pokojne použiť „ľudový“ modul na báze TP4056 s ochranou.

V predaji som nenašiel žiadne moduly založené na TP4056 s prahom 2,75 V. Začal som hľadať moduly individuálnej ochrany - je veľký výber, sú veľmi lacné, ale väčšina z nich je vyrobená na rovnakom ovládači DW01A. Modul z recenzie je najlacnejší, aký som našiel. 275 rubľov za 5 kusov.

Modul je malý, 39,5 x 4,5 x 2 mm.

Kontaktné plôšky sú štandardné pre ochranu jedného článku: B+, B- pre pripojenie batérie a P+, P- pre pripojenie nabíjačky a záťaže.

Oficiálne špecifikácie:

Modul je vyrobený na báze regulátora. Verzia BM112-LFEA. Technické špecifikácie zodpovedá. Tranzistor je dvojitý N-kanálový MOSFET tranzistor.

Schéma zapojenia je jednoduchá:

Na aktiváciu ochranného modulu stačí napájať P+, P-. TP4056 samozrejme nie je potrebné pripájať, batéria s ochranným modulom si môže pokojne žiť vlastným životom (ako bežná batéria s ochranou).

Cvičný test

Toto nie je laboratórny test, chyby môžu byť veľké, ale veľký obraz predvedie.

Prevodník použijem ako regulovaný zdroj, tester EBD-USB a bojovú batériu TrustFire na testovanie ochrany proti skratu.

Minimálne napätie:

Napätie znižujem pomocou potenciometra. Ochrana sa spúšťa pri napätí 2,7 V. Nie je to deklarovaných 2,88 V, ale vzhľadom na možnú chybu je 2,75 V vhodné pre batérie s nižším prahom napätia.

Maximálne pracovná sila aktuálne:

Maximálny prevádzkový prúd je 3,6 A. Pri prekročení sa spustí ochrana. Čas odozvy závisí od zahrievania tranzistora. Ak je horúci, spustí sa okamžite pri nastavení 3,7 A. Ak je studený, tak po 30 sekundách. Pri prúde 4 A sa ochrana v každom prípade spustí takmer okamžite. Tie. Nie sú tam deklarované 4 A, ale 3,6 A je tiež dobré.

Teplota modulu:

Po 5 minútach prevádzky pri maximálnom prúde sa tranzistor zahrial na 60 ºC, t.j. Počas inštalácie je lepšie nepripájať modul blízko batérie (bez tesnenia).

Ochrana sa po určitom čase resetuje alebo môžete použiť napätie z pamäte, aby ste vynútili reset.

Je tam ochrana proti skratu... jednorazove pouzitie :). Pripojil som svoj bojový TrustFire k ochrannému modulu a pomocou multimetra som uzavrel kontakty P+, P-. Na multimetri zablikal prúd 14 A a okamžite nastal „zilch“. Tranzistor na ochrannej doske vyhorel. Súčasne ochranná doska už neprechádzala prúdom k spotrebiteľovi, ale v podstate už nefungovala.

V prvom rade som do puzdra zabudoval jeden modul na inštaláciu 18650 batérií (USB konektor je tam len pre pohodlie, bez konvertora). Deti a ja to zvyčajne používame na remeslá pomocou mini vŕtačky.

Záver

Ochranné moduly sú vynikajúce. Deklarované charakteristiky takmer zodpovedajú skutočným. Jediným sklamaním je cena, ale nenašiel som lacnejšiu pre batérie s prahom 2,75 V. Plánujem kúpiť +77 Pridať k obľúbeným Recenzia sa mi páčila +49 +103

Pokrok ide dopredu a lítiové batérie čoraz viac nahrádzajú tradične používané NiCd (nikel-kadmiové) a NiMh (nikel-metal hydridové) batérie.
Pri porovnateľnej hmotnosti jedného prvku má lítium vyššiu kapacitu, navyše napätie prvku je trikrát vyššie – 3,6 V na prvok namiesto 1,2 V.
Cena lítiových batérií sa začala približovať k bežným alkalickým batériám, ich hmotnosť a veľkosť sú oveľa menšie a okrem toho sa môžu a mali by sa nabíjať. Výrobca hovorí, že vydržia 300-600 cyklov.
Existujú rôzne veľkosti a vybrať si tú správnu nie je ťažké.
Samovybíjanie je také nízke, že sedia roky a zostanú nabité, t.j. Zariadenie zostáva funkčné, keď je to potrebné.

„C“ znamená kapacitu

Často sa vyskytuje označenie ako „xC“. Ide jednoducho o pohodlné označenie nabíjacieho alebo vybíjacieho prúdu batérie s podielmi jej kapacity. Odvodené od anglické slovo"Capacity" (kapacita, kapacita).
Keď sa hovorí o nabíjaní prúdom 2C alebo 0,1C, zvyčajne tým myslia, že prúd by mal byť (2 × kapacita batérie)/h, respektíve (0,1 × kapacita batérie)/h.
Napríklad akumulátor s kapacitou 720 mAh, u ktorého je nabíjací prúd 0,5 C, je potrebné nabíjať prúdom 0,5 × 720 mAh / h = 360 mA, to platí aj pre vybíjanie.

Jednoduchú alebo nie veľmi jednoduchú nabíjačku si môžete vyrobiť sami, v závislosti od vašich skúseností a možností.

Schéma zapojenia jednoduchej nabíjačky LM317

Ryža. 5.

Aplikačný obvod poskytuje pomerne presnú stabilizáciu napätia, ktorá sa nastavuje potenciometrom R2.
Stabilizácia prúdu nie je taká kritická ako stabilizácia napätia, takže stačí stabilizovať prúd pomocou bočného odporu Rx a tranzistora NPN (VT1).

Požadovaný nabíjací prúd pre konkrétnu lítium-iónovú (Li-Ion) a lítium-polymérovú (Li-Pol) batériu sa volí zmenou odporu Rx.
Odpor Rx približne zodpovedá nasledovnému pomeru: 0,95/Imax.
Hodnota odporu Rx uvedená v diagrame zodpovedá prúdu 200 mA, je to približná hodnota, závisí aj od tranzistora.

Je potrebné zabezpečiť radiátor v závislosti od nabíjacieho prúdu a vstupného napätia.
Vstupné napätie musí byť aspoň o 3 V vyššie ako napätie batérie pre normálnu prevádzku stabilizátora, čo je pre jednu plechovku 7-9 V.

Schéma zapojenia jednoduchej nabíjačky na LTC4054

Ryža. 6.

Regulátor nabíjania LTC4054 môžete odstrániť zo starého mobilného telefónu, napríklad Samsung (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).

Ryža. 7. Tento malý 5-nohý čip je označený ako „LTH7“ alebo „LTADY“

Nebudem zachádzať do najmenších detailov práce s mikroobvodom; všetko je v technickom liste. Popíšem len tie najnutnejšie vlastnosti.
Nabíjací prúd až 800 mA.
Optimálne napájacie napätie je od 4,3 do 6 Voltov.
Indikácia nabitia.
Ochrana proti skratu na výstupe.
Ochrana proti prehriatiu (zníženie nabíjacieho prúdu pri teplotách nad 120°).
Nenabíja batériu, ak je jej napätie nižšie ako 2,9 V.

Nabíjací prúd je nastavený odporom medzi piatou svorkou mikroobvodu a zemou podľa vzorca

I=1000/R,
kde I je nabíjací prúd v ampéroch, R je odpor odporu v ohmoch.

Indikátor vybitia lítiovej batérie

Tu jednoduchý obvod, ktorý rozsvieti LED, keď je batéria takmer vybitá a jej zvyškové napätie je blízko kritickej hodnoty.

Ryža. 8.

Akékoľvek tranzistory s nízkym výkonom. Napätie zapaľovania LED sa volí deličom z rezistorov R2 a R3. Je lepšie pripojiť obvod za ochrannú jednotku, aby LED úplne nevybila batériu.

Nuansa trvanlivosti

Výrobca zvyčajne uvádza 300 cyklov, ale ak nabíjate lítium len o 0,1 V menej, na 4,10 V, počet cyklov sa zvýši na 600 alebo dokonca viac.

Prevádzka a bezpečnostné opatrenia

Dá sa s istotou povedať, že lítium-polymérové batérie sú najjemnejšie existujúce batérie, to znamená, že vyžadujú povinné dodržiavanie niekoľkých jednoduchých, ale povinných pravidiel, ktorých nedodržanie môže spôsobiť problémy.
1. Nabíjanie na napätie presahujúce 4,20 V na nádobu nie je povolené.
2. Neskratujte batériu.
3. Vybíjanie prúdmi, ktoré presahujú nosnosť alebo zahrievanie batérie nad 60°C, nie je povolené. 4. Výboj pod napätím 3,00 V na nádobu je škodlivý.
5. Zahrievanie batérie nad 60 °C je škodlivé. 6. Odtlakovanie batérie je škodlivé.
7. Skladovanie vo vybitom stave je škodlivé.

Nedodržanie prvých troch bodov vedie k požiaru, zvyšok - k úplnej alebo čiastočnej strate kapacity.

Zo skúseností z dlhoročného používania môžem povedať, že kapacita batérií sa mení málo, ale zvyšuje sa vnútorný odpor a batéria začína pracovať kratšie pri veľkom odbere prúdu - zdá sa, že kapacita klesla.
Z tohto dôvodu väčšinou inštalujem väčšiu nádobu, ako to rozmery prístroja dovoľujú a celkom dobre fungujú aj staré plechovky, ktoré majú desať rokov.

Pre nie veľmi vysoké prúdy sú vhodné staré batérie do mobilných telefónov.

Zo starej batérie notebooku môžete získať veľa perfektne fungujúcich batérií 18650.

Kde môžem použiť lítiové batérie?

Už dávno som prerobil svoj skrutkovač a elektrický skrutkovač na lítium. Tieto nástroje nepoužívam pravidelne. Teraz aj po roku nepoužívania fungujú bez dobíjania!

Malé batérie som vložil do detských hračiek, hodiniek atď., kde boli z výroby nainštalované 2-3 „gombíkové“ články. Tam, kde je potrebné presne 3V, pridám jednu diódu do série a funguje tak akurát.

Dal som ich do LED bateriek.

Namiesto drahej a malokapacitnej Krony 9V som do testera nainštaloval 2 plechovky a zabudol som na všetky problémy a náklady navyše.

Vo všeobecnosti to dávam všade, kde sa dá, namiesto batérií.