Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Содержание

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от материала, из которого изготовлен положительный электрод литиевой батареи, бывает несколько разновидностей:

  • с кобальтлитиевым катодом;
  • с катодом на основе литированного фосфата железа;
  • на основе никель-кобальт-алюминий;
  • на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов есть свои особенности, но поскольку эти нюансы не имеют принципиального значения для обычного потребителя, в данной статье они рассматриваться не будут.

Кроме того, все литий-ионные батареи производятся в различных стандартных размерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусе (например, популярный сегодня 18650), так и в ламинированном или призматическом исполнении (гелевые полимерные батареи). Последние представляют собой герметично закрытые пакеты из специальной пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные размеры литий-ионных аккумуляторов показаны в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3,7 вольт):

Обозначение Размеры Аналогичные размеры
XXYY0,
где XX — обозначение диаметра в мм,
YY — значение длины в мм,
0 — отражает исполнение в виде цилиндра
101802/5 AAA
102201/2 AAA (Ø соответствует AAA, но на половину длины)
10280
10430AAA
10440AAA
142501/2 AA
14270Ø AA, длина CR2
14430Ø 14 мм (как AA), но короче
14500Аа
14670
15266, 15270CR2
16340CR123
17500150S / 300S
176702xCR123 (или 168S / 600S)
18350
18490
185002xCR123 (или 150A / 300P)
186502xCR123 (или 168A / 600P)
18700
22650
25500
26500С УЧАСТИЕМ
26650
32650
33600Д
42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и конструкции батареи, поэтому все нижеследующее в равной степени применимо ко всем литиевым батареям.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Правильный способ зарядки литиевых батарей — это зарядка в два этапа. Это метод, который Sony использует во всех своих зарядных устройствах. Несмотря на более сложный контроллер заряда, он обеспечивает более полную зарядку литий-ионных аккумуляторов без ущерба для их срока службы.

Здесь мы говорим о двухступенчатом профиле заряда литиевых батарей, сокращенно CC / CV (постоянный ток, постоянное напряжение). Также есть варианты с импульсным и ступенчатым токами, но в этой статье они не рассматриваются. Подробнее об импульсной зарядке можно прочитать здесь.

Итак, рассмотрим подробнее оба этапа зарядки.

1. На первом этапе должен быть обеспечен постоянный зарядный ток. Текущая стоимость 0,2-0,5С. Для ускоренной зарядки допускается увеличение силы тока до 0,5-1,0 С (где С — емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА / ч номинальный ток зарядки на первой стадии составляет 600-1500 мА, а ток ускоренной зарядки может составлять от 1,5 до 3 А.

Чтобы обеспечить постоянный зарядный ток определенного значения, цепь зарядки (зарядное устройство) должна иметь возможность повышать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе зарядное устройство работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если вы планируете заряжать батареи с помощью встроенной платы защиты (PCB), при проектировании схемы памяти вы должны убедиться, что напряжение холостого хода цепи никогда не может превышать 6-7 вольт. В противном случае заглушка может быть повреждена.

К тому моменту, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4,2 вольта, аккумулятор будет потреблять около 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависеть от тока зарядки: при ускоренной зарядке она будет немного меньше) меньше, с номиналом — чуть больше). Этот момент является окончанием первой фазы зарядки и действует как сигнал для перехода ко второй (и последней) фазе.

2. Вторая фаза зарядки заключается в зарядке аккумулятора постоянным напряжением, но с постепенным уменьшением (уменьшением) тока.

На этом этапе зарядное устройство поддерживает на батарее напряжение 4,15-4,25 В и контролирует текущее значение.

По мере увеличения емкости ток заряда будет уменьшаться. Как только его значение упадет до 0,05-0,01 С, процесс зарядки считается завершенным.

Важным нюансом правильного функционирования зарядного устройства является его полное отключение от АКБ после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов крайне нежелательно, чтобы они длительное время находились под напряжением, которое обычно обеспечивает зарядное устройство (т.е. 4,18-4,24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие, к снижению его емкости. Длительное пребывание означает десятки часов и более.

Во время второй фазы зарядки аккумулятор успевает набрать еще примерно 0,1-0,15 своей емкости. Таким образом, общий заряд аккумулятора достигает 90-95%, что является очень хорошим показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа зарядки. Однако решение проблемы зарядки литиевой батареи было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап зарядки, так называемая предварительная зарядка.

Фаза предварительной зарядки (предварительной зарядки) — эта фаза используется только для сильно разряженных аккумуляторов (ниже 2,5 В) для восстановления их нормальных рабочих условий.

В этой фазе заряд подается постоянным током пониженного значения до тех пор, пока напряжение на батарее не достигнет 2,8 В.

предварительный шаг необходим для предотвращения разбухания и разгерметизации (или даже взрыва при пожаре) поврежденных батарей, например, из-за внутреннего короткого замыкания между электродами. Если через такую ​​батарею сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к ее нагреву, а значит как ему повезло.

Еще одним преимуществом предварительной зарядки является предварительный нагрев аккумулятора, что важно при зарядке при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна иметь возможность отслеживать напряжение на аккумуляторе во время фазы предварительной зарядки и, если напряжение не повышается в течение длительного времени, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы зарядки литий-ионного аккумулятора (включая этап предварительной зарядки) схематично представлены на этом графике:

Превышение номинального напряжения заряда 0,15 В может сократить срок службы батареи вдвое. Понижение зарядного напряжения на 0,1 вольт снижает емкость заряженного аккумулятора примерно на 10%, но значительно продлевает срок его службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после снятия с зарядного устройства составляет 4,1-4,15 вольт.

Подводя итог вышесказанному, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать литий-ионный аккумулятор (типа 18650 или любой другой)?

Сила тока будет зависеть от того, насколько быстро вы хотите его зарядить, и может варьироваться от 0,2С до 1С.

Например, для аккумулятора размером 18650 емкостью 3400 мАч минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный — 3400 мА.

2. Сколько времени нужно на зарядку, например, тех же аккумуляторов 18650?

Время зарядки напрямую зависит от зарядного тока и рассчитывается по формуле:

Т = С / Ичар.

Например, время зарядки нашей батареи емкостью 3400 мАч при токе 1 А составит около 3,5 часов.

3. Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор?

Все литиевые батареи заряжаются одинаково. Неважно, литий-полимерный или литий-ионный. Для нас, потребителей, разницы нет.

Как работает зарядное устройство аккумуляторов мобильных устройств

Теперь все дорогие электронные устройства поставляются с собственными устройствами питания и зарядки.

Зарядное устройство
Доступны отдельные зарядные устройства для восстановления характеристик батарей, используемых по отдельности. К ним прилагаются инструкции и таблицы, в которых указана рекомендуемая продолжительность технологического цикла.

Зарядное устройство AA, AAA
Такие модели обычно обеспечивают стабилизированное напряжение на клеммах аккумулятора, электрическое сопротивление которого постепенно изменяется во время зарядки, что влияет на величину протекающего тока. Поэтому эти рекомендации носят средний характер.

Формы токов, создаваемые зарядными устройствами

Для зарядки аккумуляторов можно использовать не только постоянный ток, но и многие другие типы, которые решают конкретные проблемы.

Время зарядки
Чтобы обеспечить их протекание, создаются различные электронные схемы, которые подают соответствующий тип напряжения на клеммы аккумулятора.

Принципиальные схемы зарядных устройств

Учитывая их разнообразие, в качестве примеров приведем несколько типичных решений.

Схема создания постоянных токов

Напряжение снижается за счет трансформатора. Его гармоника выпрямляется диодным мостом, а пульсации ослабляются конденсатором большой емкости.

Схема с трансформаторной развязкой, диодным мостом и сглаживающим конденсатором
На выходе батареи обеспечиваются постоянные токи.

Схема создания пульсирующих токов

Схема с трансформаторной развязкой и диодным мостом без конденсатора
При удалении конденсатора из предыдущей цепочки на выводах батареи получаются пульсации напряжения, которые образуют токи аналогичной формы.

Схема создания пульсирующих токов с промежутком

Схема с развязкой трансформатора и диода
Заменяя диодный мост на один диод, мы получаем пульсацию частотных токов в два раза больше.

Сервисные зарядные устройства

За счет увеличения сложности внутренних схем для зарядных устройств создаются различные дополнительные функции.
Сервисное устройство «Электрон-6»

Рекомендации производителей по зарядке аккумуляторов

Во всех расчетах значения зарядного тока Ic в амперах в качестве базового значения принимается эмпирическое соотношение, измеряемое как процент от значения емкости C, выраженной в ампер-часах.

Читайте также  2 способа прослушать телефон жены или мужа

Однако для некоторых моделей производитель может сразу указать зарядный ток в числовом выражении в амперах, что не соответствует этому правилу. Понятно, что на это у него есть веские причины.

Свинцово кислотные АКБ

для зарядки принято использовать токи, равные 10% или 0,1 от емкости C. Они записываются как 1С.

Для этих аккумуляторов напряжение на одном элементе не должно превышать 2,3 В, что необходимо учитывать при зарядке аккумулятора, чтобы не превысить критическое значение.

Накопление емкости кислотной батареи после достижения 90% номинального значения происходит экспоненциально. Таким образом, дальнейшая зарядка осуществляется пониженными токами с регулировкой напряжения на банках, что увеличивает продолжительность процесса.

Свинцово-кислотные аккумуляторы должны периодически проводить контрольный тренировочный цикл с разрядом и полным зарядом.

Щелочные АКБ

Для них принято держать зарядный ток на уровне 25% от емкости или 0,25С.

Никель-кадмиевые модели аккумуляторов

Оптимальная температура для зарядки, а также для работы — в пределах + 10 ÷ 30 ° С. При ней кислород лучше абсорбируется на катоде.

Цилиндрические аккумуляторы крепятся электродами, плотно свернутыми в рулон. Это позволяет эффективно заряжать их токами в широком диапазоне 0,1 ÷ 1С. Стандартный режим обеспечивает ток 0,1С и время 16 часов. С каждым элементом напряжение повышается от единицы до 1,35 В.

Если в зарядном устройстве установлена ​​система контроля перегрузки, то повышенные токи постоянной формы со значением 0,2 ÷ 0,3 С. Это позволяет сократить время зарядки до 6 или 3 часов. Допускается также доплата в размере от 120 до 140%.

Характерным недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является эффект «памяти» или обратимая потеря емкости, которая проявляется при нарушении технологии зарядки, а точнее после начала зарядки аккумулятора с не полностью использованной емкостью.

Аккумулятор «запоминает» предел остаточного резерва и при следующем разряде в нагрузку сокращает свой ресурс при его достижении. Эта характеристика учитывается при эксплуатации и для хранения Ni-Cd аккумуляторов переводится в режим полного разряда.

Никель-металл-гидридные модели аккумуляторов

Они созданы для замены никель-кадмиевых аккумуляторов, не имеют эффекта памяти и обладают большей емкостью. Но, при подготовке к работе после месяца и более хранения требуется полный цикл разрядки с последующей заправкой. После выполнения 3 ÷ 5 таких циклов можно увеличить работоспособность.

Для хранения этих аккумуляторов их емкость преобразуется в 40% от номинала.

Зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов осуществляется по технологии 0,1С, но с контролем температуры. Его превышение более чем на 50 ° C недопустимо. В конце цикла происходит сильный нагрев, так как протекание химических реакций замедляется.

По этим причинам создаются специализированные зарядные устройства со встроенными датчиками температуры для никель-металлогидридных аккумуляторов.

Никель-цинковые модели аккумуляторов

Напряжение одной банки 1,6 В. Ток зарядки 0,25 С. Время зарядки 12 часов. Нет эффекта памяти. Рекомендуемый предел достижения емкости при зарядке составляет 90% от номинального значения.

Не нагревайте более 40 ° С. Ограниченный ресурс: в три раза короче, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов.

Литий-ионные модели аккумуляторов

Оптимальная зарядка осуществляется постоянным током в два этапа со следующими значениями:

  1. 0,2 ÷ 1С при напряжении 4 ÷ 4,2 В в первые 40 минут;
  2. поддержание постоянного напряжения на стенде 4,2 В до конца цикла.

допускается зарядка током 1С в течение 2 ÷ 3 часов.

Срок службы литий-ионных аккумуляторов сокращается на:

  • напряжение зарядки выше 4,2 В;
  • перезарядка, сопровождающая накопление лития на катоде и выделение кислорода на аноде.

В результате происходит резкое выделение тепловой энергии, повышение давления в теле и разгерметизация.

Чтобы повысить безопасность во время работы, производители этих аккумуляторов применяют одну или несколько защитных мер при зарядке:

  • схема отключения зарядного тока при достижении температуры в корпусе 90 ° C;
  • датчик избыточного давления;
  • система контроля зарядного напряжения.

Поскольку литий-ионный аккумулятор работает и заряжается внутри дорогих электронных устройств, его следует заряжать с осторожностью, используя только специальные зарядные устройства.

Особенности зарядки по глубине разряда

Влияние глубины разряда емкости литий-ионных аккумуляторов на срок службы
Скорость разряда аккумулятора от заводской емкостиПримерное количество рабочих циклов
0,1 ° C4700
0,25 ° C2500
0.5C1500
500

Особенности зарядки по температуре

Влияние температуры на потерю емкости литий-ионных аккумуляторов
Температура батареи в градусах ЦельсияПотеря мощности в год при среднем уровне заряда 40 ÷ 80% (рекомендуемые случаи)Потеря мощности в год при среднем уровне заряда 100% (типовой)
6025%40% (ежеквартально)
4016%35%
255%ветры%
2%6%

Правильный выбор этих параметров позволяет значительно продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов.

Что такое плата защиты?

В статье рассмотрены схемы защиты литиевых аккумуляторов от чрезмерного разряда.

Плата защиты (или PCB — плата управления питанием) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и чрезмерной разрядки литиевой батареи. Как правило, в модули защиты встроена и защита от перегрева.

Из соображений безопасности запрещается использовать литиевые батареи в бытовых приборах, если они не имеют встроенной платы защиты. Поэтому все аккумуляторы сотовых телефонов всегда имеют печатную плату. Выходные клеммы АКБ расположены прямо на плате:Плата защиты аккумулятора

На этих платах используется шестиногий контроллер заряда на базе специализированного микруха DW01 (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и др.). Задача этого контроллера — отключать аккумулятор от нагрузки при полном разряде аккумулятора и отключать аккумулятор от заряда при достижении 4,25В.

Например, вот схема платы защиты аккумулятора BP-6M, которая поставлялась со старыми телефонами Nokia:Плата Nokia BP-6M

Если говорить о 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты, так и без нее. Модуль защиты расположен в области отрицательного вывода аккумуляторной батареи.18650 модуль защиты
Схема защиты для аккумуляторов 18650

Плата увеличивает длину батареи на 2-3 мм.Аккумулятор с защитой и без - разной длины

Батареи без печатных плат обычно входят в состав батарей со своими собственными схемами защиты.

Любая защищенная батарея легко превращается в незащищенную, достаточно просто разобрать ее.Снятие защиты аккумулятора

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мАч. Защищенные батареи должны иметь маркировку на корпусе («Защищено»).18650 аккумулятор с защитой

Не путайте плату PCB с модулем PCM (PCM — power charge module). Если первые служат только для защиты аккумулятора, вторые предназначены для управления процессом зарядки: они ограничивают ток зарядки до определенного уровня, регулируют температуру и, в целом, обеспечивают весь процесс. Плата PCM — это то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь вопросов больше нет, как зарядить аккумулятор 18650 или любую другую литиевую батарею? Итак, перейдем к небольшой подборке готовых схемных решений зарядных устройств (те самые контроллеры заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с током зарядки и базой элемента.

Для некоторых диаграмм показан макет печатной платы Sprint Layout. Вы можете скачать шестую версию программы по этой ссылке.

LM317

Схема простого зарядного устройства на микросхеме LM317 с индикатором заряда:Зарядное устройство для 18650 на lm317

Схема простая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения на 4,2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (батарея не подключена!) И установки тока заряда подбором резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 не менее 1 Вт.

Как только светодиод погаснет, процесс зарядки можно считать завершенным (зарядный ток никогда не упадет до нуля). Не рекомендуется держать аккумулятор в таком заряде долгое время после того, как он будет полностью заряжен.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы переключения). Он продается на каждом углу и стоит всего копейки (10 штук можно получить всего за 55 рублей).

LM317 доступен в разных корпусах:Сорт lm317

Назначение контактов (распиновка):Распиновка LM317

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (два последних отечественного производства).

Ток зарядки можно увеличить до 3А, если взять LM350 вместо LM317. Правда будет дороже — 11 руб / шт.

Печатная плата и схематическая сборка показаны ниже:Печатная плата зарядного устройства для микросхем 18650 LM317

Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов lm317

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный pnp-транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйский 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно полностью снять, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на АКБ и напряжением питания должна быть не менее 4,25 вольт. Следовательно, он не будет работать от порта USB.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551 / MAX1555 — это специальные зарядные устройства Li +, которые могут получать питание через USB или отдельный адаптер питания (например, зарядное устройство для телефона).

MAX1555
Единственное различие между этими микросхемами состоит в том, что MAX1555 выдает сигнал для индикатора процесса зарядки, а MAX1551 выдает сигнал о включении питания. Те. 1555 все еще предпочтительнее в большинстве случаев, поэтому 1551 сейчас трудно найти в продаже.

Максимальное входное напряжение от адаптера постоянного тока составляет 7 В, при питании от USB — 6 В. При падении напряжения питания до 3,52 В микросхема отключается и зарядка прекращается.

Читайте также  Когтеточка для кошек своими руками: пошаговый процесс изготовления разных моделей

Микросхема сама определяет, на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание подается по шине ЮСБ, максимальный ток заряда ограничен 100 мА — это позволяет подключить зарядное устройство к USB-порту любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного источника питания типичный ток заряда составляет 280 мА.

Микросхемы имеют встроенную защиту от перегрева. Даже в этом случае схема продолжает работать, снижая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110 ° C.

Есть функция предварительной зарядки (см. Выше): пока напряжение на АКБ меньше 3В, микросхема ограничивает зарядный ток до 40 мА.

Микросхема имеет 5 контактов. Вот типовая схема подключения:Схема зарядного устройства для литий-полимерных аккумуляторов на микросхеме max1555

Если есть гарантия, что напряжение на выходе вашего адаптера ни в коем случае не будет превышать 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Опция USB-зарядки может быть установлена, например, на такой печатной плате.Перезарядка при макс. 1555

Микросхема не требует внешних диодов или внешних транзисторов. В общем конечно шикарные микрухи! Только они мелкие, сваривать неудобно. И они тоже дорогие (посмотрите на цены и сходите с ума).

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится National Semiconductors. Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать стабильный уровень зарядного напряжения литий-ионного аккумулятора на выходе схемы.

Значение зарядного напряжения составляет 4,08 — 4,26 вольт и устанавливается резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Рекомендую не превышать 4,2 В. Если вы заряжаете до 4.1-4.15, вы потеряете очень небольшую емкость, но аккумулятор выдержит гораздо больше циклов зарядки / разрядки.

Зарядный ток составляет 150 — 300 мА, это значение ограничено внутренними схемами микросхемы LP2951 (в зависимости от производителя).

Используйте диод с небольшим обратным током. Например, это может быть любая модель серии 1N400X, которую вы можете купить. Диод используется как блокирующий диод для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.Зарядное устройство LP2951 (для литиевых батарей)

Эта зарядка обеспечивает довольно низкий зарядный ток, так что любую батарею 18650 можно зарядить за ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе, так и в SOIC-корпусе (стоимость около 10 рублей за штуку).

MCP73831

Микросхема позволяет сделать правильные зарядные устройства и к тому же дешевле рекламируемого MAX1555.mcp73831 для литий-ионного аккумулятора

Типовая схема подключения:

Важным достоинством схемы является отсутствие силовых резисторов с низким сопротивлением, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5 выводу микросхемы. Его сопротивление должно быть в пределах 2-10 кОм.

Группа зарядки выглядит так:Литиевая перезарядка

Микросхема при работе достаточно хорошо нагревается, но это, похоже, ей не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы со светодиодом smd и разъемом micro USB:Литиевая зарядная карта MicroUSB

(скачать этот лист в формате * .lay)

Пожалуй, это одно из самых простых литий-ионных зарядных устройств DIY 18650. Также подходит для литий-полимерных аккумуляторов.

Если тока 500 мА не хватает, советую обратить внимание на схему с TP4056.

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА. Правда, он имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.Перезагрузить на ltc4054

Схема может быть значительно упрощена, отказавшись от одного или даже обоих светодиодов с транзистором. Так это будет выглядеть (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и кондер):Очень простая зарядка для ионов лития

Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Плата рассчитана на 0805 элементов типоразмера.

Зарядный ток (в амперах) рассчитывается по формуле I = 1000 / Р. Ставить сразу большой ток не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно нагреется микросхема. Для своих целей я взял резистор 2,7 кОм, при этом ток зарядки оказался около 360 мА.

радиатор для этой микросхемы вряд ли удастся приспособить и не факт, что он будет эффективным из-за высокого термического сопротивления перехода кристалла. Производитель рекомендует делать радиатор «сквозь штыри» — делать дорожки максимально толстыми и оставлять пленку под корпусом микросхемы. В общем, чем дольше останется «землистый» лист, тем лучше.

Кстати, большая часть тепла рассеивается через третью ножку, поэтому эту дорожку можно сделать очень широкой и толстой (залить излишками припоя).Lts4054 радиатор

Пакет микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 отличается от LTADY тем, что первый может поднять сильно разряженный аккумулятор (на котором напряжение меньше 2,9 вольт), а второй нет (качать нужно отдельно).

Микросхема оказалась очень удачной, поэтому у нее много аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS626102, CXY50 Q7051. Перед использованием любого из аналогов сверьтесь с техпаспортом.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе СОП-8, имеет на брюхе металлический коллектор тепла, не связанный с контактами, что позволяет более эффективно отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (сила тока зависит от тока установки сопротивления).TP4056 (распиновка)

Схема подключения требует минимум навесных элементов:Зарядка для 18650 на микросхеме TP4056

В схеме реализован классический процесс зарядки: сначала зарядка постоянным током, затем постоянным напряжением и уменьшающимся током. Все научно. Если разбирать заправку поэтапно, можно выделить несколько этапов:

  1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это всегда происходит).
  2. Фаза предварительной зарядки (если батарея разряжена ниже 2,9 В). Нагрузка с током 1/10 запрограммированного резистора Rprog (100 мА при Rprog = 1,2 кОм) на уровне 2,9 В.
  3. Зарядка постоянным максимальным током (1000 мА при Rпрог = 1,2 кОм);
  4. Когда аккумулятор достигает 4,2 В, напряжение на аккумуляторе фиксируется на этом уровне. Начинается постепенное уменьшение зарядного тока.
  5. Когда ток достигает 1/10 запрограммированного сопротивления Rprog (100 мА при Rprog = 1,2 кОм), зарядное устройство отключается.
  6. По окончании заряда контроллер продолжает контролировать напряжение аккумулятора (см. Пункт 1). Ток, потребляемый цепью контроля, составляет 2-3 мкА. После того, как напряжение упадет до 4,0В, зарядка снова включится. И так по кругу.

Зарядный ток (в амперах) рассчитывается по формуле I = 1200 / Rпрог. Максимально допустимый ток составляет 1000 мА.

На графике показан реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 3400 мАч:Проверка заряда литий-ионного аккумулятора

Преимущество микросхемы в том, что зарядный ток задается всего одним резистором. Мощные резисторы с низким сопротивлением не нужны. Дополнительно есть индикатор процесса зарядки и индикация окончания зарядки. Когда аккумулятор не подключен, индикатор мигает каждые несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно быть в пределах 4,5… 8 вольт. Чем ближе к 4.5В, тем лучше (так чип меньше нагревается).

Первая ножка используется для подключения встроенного датчика температуры в литий-ионном аккумуляторе (обычно это средний кабель аккумулятора сотового телефона). Если выходное напряжение составляет менее 45% или более 80% от напряжения питания, зарядка приостанавливается. Если вам не нужен контроль температуры, поставьте эту ногу на землю.

Внимание! У этой схемы есть существенный недостаток: отсутствие схемы защиты аккумулятора от обратной полярности. В этом случае гарантировано сгорание контроллера из-за превышения максимального тока. В этом случае напряжение питания схемы идет напрямую на аккумулятор, что очень опасно.

Уплотнение простое, делается за час на колено. Если времени мало, можно заказать готовые формы. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и от переразряда (здесь, например, вы можете выбрать, какая плата вам нужна, с защитой или без защиты и с каким разъемом).18650 литий-ионный модуль заряда на 4056

Также можно найти готовые платы с выходным контактом для датчика температуры. Или даже зарядный модуль с несколькими микросхемами TP4056 параллельно для увеличения зарядного тока и с защитой от обратной полярности (пример).

LTC1734

Это тоже очень простая схема. Ток зарядки устанавливается резистором Rprog (например, если вы вставите резистор 3 кОм, ток будет 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (часто встречается в старых телефонах Samsung).Схема зарядного устройства для литиевых аккумуляторов на ИМС LTC1734

Транзистор подходит вообще к любому pnp, главное, чтобы он был рассчитан на определенный ток зарядки.

На показанной диаграмме нет индикатора заряда, но на LTC1734 сказано, что контакт «4» (Prog) выполняет две функции: устанавливать ток и контролировать окончание заряда батареи. В качестве примера показана схема с контролем окончания заряда с помощью компаратора LT1716.LTC1734 Схема зарядки с индикатором окончания заряда

Компаратор LT1716 в этом случае можно заменить на недорогой LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, компоненты подешевле найти сложно. Сложная часть здесь — найти источник опорного напряжения TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически везде (редко какой блок питания обходится без этой микросхемы).Зарядное устройство для литий-ионных транзисторов и TL431

Что ж, транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим коллекторным током. Подойдут и старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы снижается до настройки выходного напряжения (без батареи !!!) с помощью отключающего резистора 4,2 В. Резистор R1 устанавливает максимальный ток заряда.

В этой схеме полностью реализован двухэтапный процесс зарядки литиевых батарей: сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и постепенного снижения тока почти до нуля. Единственный недостаток — плохая повторяемость схемы (капризность в настройке и требовательность к используемым компонентам).

MCP73812

Еще одна незаслуженно забытая микросхема от Microchip — MCP73812. Исходя из этого, вы получаете очень дешевый (и недорогой!) Вариант оплаты. Весь обвес — это просто резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе — СОТ23-5.Упрощенная схема зарядки лития 3,7 В на MCP73812

Читайте также  Поделки из подручных материалов - 125 фото идей стильных и красивых поделок для дома и дачи

Единственный минус — сильно греется и нет индикации заряда. Кроме того, он как-то не очень надежно работает при низком энергопотреблении (что вызывает падение напряжения).Простое зарядное устройство 18650

В общем, если индикация зарядки для вас не важна и вам подходит ток 500 мА, MCP73812 — отличный вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение — NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4,2 ± 0,05 В).

Пожалуй, единственный недостаток этой микросхемы — слишком малые размеры (корпус DFN-10, размер 3×3 мм). Обеспечить качественную сварку таких миниатюрных элементов удается далеко не каждому.Зарядное устройство на ncp1835

Среди неоспоримых достоинств хотелось бы выделить следующие:

  1. Минимальное количество деталей обвеса.
  2. Возможность зарядки полностью разряженного аккумулятора (предварительно заряженного током 30 мА);
  3. Определение конца офиса.
  4. Программируемый ток зарядки — до 1000 мА.
  5. Индикация заряда и ошибки (может обнаруживать неперезаряжаемые батареи и сообщать об этом).
  6. Защита от непрерывной зарядки (изменяя емкость конденсатора St, можно установить максимальное время зарядки от 6,6 до 784 минут).

Карта памяти в сборе на NCP1835

Стоимость микросхемы не настолько дешевая, но и не настолько высока (~ $ 1), чтобы вы отказались от ее использования. Если вы дружите со сварщиком, я бы порекомендовал выбрать этот вариант.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, ты можешь. Однако это потребует тщательного контроля зарядного тока и напряжения.

В общем, зарядить аккумулятор например наш 18650 без зарядного устройства не получится. Однако необходимо как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное зарядное устройство все же понадобится.

Самым простым зарядным устройством для любого литиевого аккумулятора является резистор, включенный последовательно с аккумулятором:Как зарядить 18650 без зарядки

Сопротивление и рассеиваемая мощность резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Рассчитаем сопротивление для блока питания на 5 вольт на примере. Заряжаем аккумулятор 18650 емкостью 2400 мАч.

Итак, в начале зарядки падение напряжения на резисторе будет:

Ur = 5 — 2,8 = 2,2 Вольт

Предположим, что наш блок питания на 5 В рассчитан на максимальный ток 1 А. Схема будет потреблять наибольший ток в начале заряда, когда напряжение на батарее минимально и составляет 2,7–2,8 В.

Предупреждение: эти расчеты не учитывают возможность того, что аккумулятор может разрядиться очень глубоко и напряжение на нем может быть намного ниже, вплоть до нуля.

Следовательно, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в начале заряда на уровне 1 Ампер, должно быть:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

Pr = I2R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 Вт

По окончании заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4,2В, зарядный ток будет:

Isar = (Uip — 4,2) / R = (5 — 4,2) / 2,2 = 0,3 А

То есть, как мы видим, все значения не выходят за пределы допустимого для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимого тока заряда для данного аккумулятора (2,4 А), а конечный ток превышает ток при котором батарея перестает набирать емкость (0,24 А).

Главный недостаток такой зарядки — необходимость постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключите заряд, как только напряжение достигнет 4,2 Вольта. Дело в том, что литиевые батареи очень плохо переносят даже кратковременный скачок напряжения — массы электродов начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потере емкости. При этом создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в вашем аккумуляторе есть встроенная плата защиты, о которой говорилось чуть выше, то все упрощается. При достижении на аккумуляторе определенного напряжения карта автоматически отключит его от зарядного устройства. Однако у этого способа зарядки есть существенные недостатки, о которых мы говорили в этой статье.

Встроенная защита аккумулятора никогда не позволит перезарядить его. Вам просто нужно проверить ток зарядки, чтобы он не превышал допустимые значения для этой батареи (к сожалению, карты защиты не знают, как ограничить ток зарядки).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если у вас ограниченный ток питания, вы в безопасности! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль зарядки, о котором мы писали выше (CC / CV).

Зарядка от лабораторного блока питания
Все, что вам нужно сделать для зарядки литий-ионных аккумуляторов, — это установить 4,2 вольта на блоке питания и установить желаемый предел тока. А аккумулятор можно подключить.

Первоначально, когда батарея еще разряжена, лабораторный источник питания будет работать в режиме защиты по току (т.е стабилизировать выходной ток на определенном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до заданного значения 4,2 В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения и ток начнет уменьшаться.

Когда ток упадет до 0,05-0,1 С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный блок питания — это практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, — это принять решение полностью зарядить аккумулятор и выключить его. Но это ерунда, на которую даже не стоит обращать внимание.

Как заряжать литиевые батарейки?

А если речь идет об одноразовой батарее, не предназначенной для подзарядки, правильный (и единственно правильный) ответ на этот вопрос — НЕТ.

Дело в том, что любой литиевый аккумулятор (например, широко распространенный CR2032 в виде плоского планшета) отличается наличием внутреннего пассивирующего слоя, покрывающего литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А внешний источник питания разрушает защитный слой наверху, вызывая повреждение аккумулятора.

Кстати, если говорить о неперезаряжаемой батарее CR2032, то есть LIR2032, которая очень на нее похожа, то это уже полноценный аккумулятор. Его можно и нужно заряжать. Только его напряжение не 3, а 3,6В.

О том, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, аккумулятор 18650 или любой другой литиево-ионный аккумулятор), было рассмотрено в начале статьи.

Как разобрать зарядное устройство телефона

Некоторые корпуса зарядных устройств собираются саморезами или шурупами. Но многие недорогие устройства завернуты в склеиваемые вместе ножны.

Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ
Разрезание клеевого шва.

Если возникнет необходимость разобрать такой переходник, его нужно будет разрезать по шву. Это можно сделать ножом или другим острым инструментом. Разрезать тело необходимо с соблюдением мер предосторожности, чтобы нож не соскользнул и не причинил травму. Также нужно быть осторожным, чтобы не повредить внутреннее содержимое во время процесса.
Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ
Корпус адаптера со снятой крышкой.

Если после ремонта устройство нужно будет собрать заново, его нужно будет приклеить. Это можно сделать с помощью дихлорэтана или другого клея. В крайнем случае можно обмотать корпус изолентой, жертвуя эстетикой.

Видео пример вскрытия оригинального зарядного устройства Samsung ETA-U90E.

Основные неисправности зарядных устройств

Зарядное устройство считается слабым звеном мобильных телефонов. Часто они выходят из строя из-за некачественных деталей, нестабильного сетевого напряжения или из-за обычных механических повреждений.

Самый простой и лучший вариант — купить новое устройство. Несмотря на разных производителей, общие схемы очень похожи друг на друга. По своей сути это стандартный блочный генератор, который выпрямляет ток с помощью трансформатора. Зарядные устройства аккумуляторов могут иметь разную конфигурацию разъемов, могут иметь разные схемы входного выпрямителя, выполненные в мостовом или полуволновом исполнении. Есть различия в мелочах, которые не имеют решающего значения.

Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Как показывает практика, основные неисправности памяти следующие:

  • Выход из строя конденсатора, установленного за сетевым выпрямителем. Из-за поломки выходит из строя не только сам выпрямитель, но и фиксированный низкоомный резистор, который просто перегорает. В таких ситуациях резистор практически действует как предохранитель.
  • Отказ транзистора. Как правило, во многих схемах используются высоковольтные элементы более высокого номинала с маркировкой 13001 или 13003. Для ремонта можно использовать самодельное изделие КТ940А.
  • Генерация не запускается из-за пробоя конденсатора. Выходное напряжение становится нестабильным при повреждении стабилитрона.

Большинство зарядных устройств не разбираются. Поэтому во многих случаях ремонт становится нецелесообразным и неэффективным. Готовый блок питания постоянного тока гораздо проще использовать, подключив его к необходимому кабелю и дополнив недостающими элементами.

Ремонт зарядника своими руками

Обладая некоторыми знаниями в области электротехники и практическим обращением с инструментами, вы можете попробовать отремонтировать зарядное устройство для мобильного телефона самостоятельно.

Первым делом нужно открыть корпус зарядного устройства. Если он складной, вам понадобится подходящая отвертка. В случае неразрывной версии придется действовать острыми предметами, разделяя заряд по линии, где встречаются половинки. Как правило, неразборная конструкция говорит о низком качестве зарядных устройств.

Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

После разборки проводится визуальный осмотр платы на предмет дефектов. Чаще всего на плохих местах отмечаются следы перегорания резисторов, да и сама плата в этих местах будет более темной. На механическое повреждение указывают трещины на корпусе и даже на самой плате, а также погнутые контакты. Просто сложите их по направлению к карте, чтобы возобновить подачу сетевого напряжения.

Нередко на выходе устройства перерезается кабель. Чаще всего разрывы происходят возле цоколя или непосредственно у вилки. Дефект обнаруживается по составу провода и измерениям сопротивления.

Если видимых повреждений нет, транзистор испаряется и звучит. Вместо бракованного элемента подойдут части перегоревших энергосберегающих ламп. Все остальные — резисторы, диоды и конденсаторы — проверяются таким же образом и при необходимости заменяются на ремонтируемые.