Умный зарядник для литиевых аккумуляторов. Схема зарядного устройства для литиевых Li-Ion аккумуляторов

В предыдущей статье я рассматривал вопрос о замене никель-кадмиевых (никель-марганцевых) NiСd(NiMn) аккумуляторов шуруповерта на литиевые. Надо рассмотреть несколько правил по зарядке аккумуляторов.

Литий ионные аккумуляторы размера 18650 в основном могут заряжаться до напряжения 4,20В на ячейку с допустимым отклонением не больше 50 мВ потому, что увеличение напряжения может привести повреждению структуры батареи. Ток заряда аккумулятора может составлять 0,1хС до 1хС (здесь С-емкость). Лучше выбрать эти значение по даташиту. Я применил в переделке шуруповерта аккумуляторы марки . Смотрим даташит-ток зарядки -1,5А.

Наиболее правильным будет провести заряд литиевых аккумуляторов в два приема по методике CCCV (ток постоянный, постоянное напряжение).

Первый этап- должен обеспечить постоянный ток заряда. Величина тока равна 0.2-0.5С. Я применил аккумулятор емкостью 3000 мА/ч, значит номинальный ток заряда будет 600-1500мА. После зарядка банки идет на неизменном напряжении, ток постоянно уменьшается.

Поддерживается напряжение на аккумуляторе в пределах 4.15-4.25В. Аккумулятор зарядился если ток уменьшится до 0.05-0.01С. Принимая во внимание вышесказанное используем электронные платы с Алиэкспресс. Понижающая плата CC/CV с ограничением по току на микросхеме XL4015E1 или на LM2596. Предпочтительней плата на так, как она более удобна в настройках.

Характеристики XL4015E1.
Максимальный выходной ток до 5 А.
Напряжение на выходе: 0.8 В-30 В.
Напряжение на входе 5 В-32 В.
имеет аналогичные параметры, только ток до 3 А.

Перечень инструментов и материалов.

Адаптер 220\12 В, 3 А -1шт;
-штатное зарядное устройство шуруповерта (или источник питания);
-плата заряда CC/CV на или на -1шт;
-соединительные провода -паяльник;
-тестер;
-пластмассовая коробка для плата заряда -1шт;
-минивольтметр -1шт;
-переменный резистор (потенциометр) на 10-20 кОм -1шт;
-разъем питания для аккумуляторного отсека шуруповерта -1шт.

Шаг первый . Сборка ЗУ аккумуляторов шуруповерта на адаптере.

Плату cccv мы уже выбрали выше. В качестве источника питания можно применить любой с такими параметрами-выходное напряжение не ниже 18 В (для схемы 4S),ток 3 А. В первом примере изготовления зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов шуруповерта я использовал адаптер 12 В, 3 А.

Предварительно я проверил какой ток он может выдать пир номинальной нагрузке. Подключил к выходу автолампу и выждал полчаса. Выдает свободно без перегруза 1,9 А. Также измерил температуру на радиаторе транзистора-40°C. Вполне нормальный режим.

Но в этом случае не хватает напряжения. Это легко исправимо, с помощью всего одной копеечной радиодетали-переменного резистора (потенциометр) на 10-20 кОм. Рассмотрим типовую схему адаптера.

На схеме есть управляемый стабилитрон TL431, он находится в цепи обратной связи. Его задача поддерживать стабильное выходное напряжение в соответствие с нагрузкой. Через делитель из двух резисторов он подключен к плюсовому выходу адаптера. Нам нужно припаять к резистору(или выпаять его совсем и на его место припаять, тогда напряжение будет регулироваться и в меньшую сторону) который подключен к выводу 1 стабилитрона TL431 и к минусовой шине переменный резистор. Вращаем ось потенциометра и выставляем нужное напряжение. В моем случае я задал 18 В (небольшой запас от 16,8 В для падения на плате CC/CV). Если у вас напряжение указанное на корпусах электролитических конденсаторах стоящих на выходе схемы будет больше нового напряжения они могут взорваться. Тогда надо заменить их с запасом 30% по напряжению.

Далее подключаем к адаптеру плату для управление зарядом. Выставляем подстроечным резистором на плате напряжение 16,8 В. Другим подстроечным резистором выставляем ток 1,5 А, предварительно подключаем тестер в режиме амперметра к выходу платы. Теперь можно подсоединить литий-ионной сборку шуруповерта. Зарядка прошла нормально, ток к концу заряда упал до минимума, батарея зарядилась. Температура на адаптере была в пределах 40-43°C, что вполне нормально. В перспективе можно в корпусе адаптера для улучшения вентиляции (особенно в летнее время) насверлить отверстия.

Окончание заряда батареи можно увидеть по включению светодиода на плате на XL4015E1. В данном примере я использовал другую плату на LM2596 так, как случайно в ходе экспериментов сжег XL4015E1. Советую делать зарядку лучше на плате XL4015E1.

Шаг второй . Сборка схемы зарядного устройства аккумуляторов шуруповерта на штатном зарядном.

У меня было штатное зарядное от другого шуруповерта. Оно рассчитано на зарядку никель-марганцевых аккумуляторов. Задача стояла в том чтобы заряжать и никель-марганцевые аккумуляторы и литий-ионные.

Так с помощью маленькой коробочки, а вернее ее содержимым можно зарядить аккумуляторы нашего шуруповерта.

Если у вас штатное зарядное на трансформаторе то можно подключить плату CC/CV после диодного мостика выпрямителя.

Способ переделки адаптера под силу начинающим и может пригодиться в других целях, в результате получим бюджетный блок для питания различных устройств.

Подробнее в ролике:

Всем желаю здоровья и успехов в жизни и творчестве!

Современные электронные устройства (типа сотовых телефонов, портативных компьютеров или планшетов) питаются от литий-ионных аккумуляторов, которые пришли на смену щелочным аналогам. Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные акб уступили место Li─Ion батареям за счет лучших технических и потребительских качеств последних. Имеющийся от момента производства заряд в таких батареях составляет от четырех до шести процентов, после чего начинает снижаться по мере использования. В течение первых 12 месяцев емкость аккумуляторов снижается от 10 до 20 %.

Оригинальные зарядные устройства

Зарядные агрегаты для ion аккумулятора весьма похожи на аналогичные устройства для свинцово-кислотных, однако у них на элементах питания, названных за внешнюю схожесть «банками», напряжение выше, поэтому существуют более строгие требования к допуску (например, допустимое расхождение в напряжении всего 0,05 в). Чаще всего встречается формат банки ионных аккумуляторов 18650, это значит, что у нее диаметр – 1,8 см, а высота –6,5 см.

На заметку. Стандартная литий-ионная батарея требует для зарядки до трех часов, а более точно время определяется изначальной ее емкостью.

Производители Li-ion аккумуляторов рекомендуют для зарядки использовать только оригинальные зарядные устройства, которые гарантированно дадут нужное напряжение для батареи и не погубят часть ее емкости перезарядкой элемента и нарушением химической системы, также нежелательна полная зарядка батареи.

Обратите внимание! При длительном хранении литиевые аккумуляторы должны оптимально иметь маленький (не более 50%) заряд, также необходимо вытащить их из агрегатов.

Если у литиевых аккумуляторах имеется плата защиты, то перезарядка им не грозит.

Встроенная плата защиты отсекает чрезмерное напряжение (более 3,7 вольт на банку) во время зарядки и отключает аккумулятор, если уровень заряда упал до минимального, обычно до 2,4 вольт. Контроллер заряда определяют момент, когда напряжение на банке достигает 3,7 вольт, и отключает зарядное устройство от аккумулятора. Также это необходимое устройство контролирует температуру батареи, чтобы исключить перегрев и перегрузку по току. Защита компонуется на базе микросхемы ДВ01-П. После того, как цепь прерывается контроллером, ее восстановление осуществляется автоматически при нормализации параметров.

На микросхеме красный индикатор означает заряд, а зеленый или голубой сигнализирует о том, что акб заряжена.

Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы

Известные производители li-ion аккумуляторов (например, такие, как «Сони») применяют в своих зарядниках двух или трех этапный принцип зарядки, что позволяет значительно продлить срок службы батарей.

На выходе зарядник имеет напряжение в пять вольт, а величина тока колеблется от 0,5 до 1,0 номинальной емкости акб (например, для элемента, имеющего емкость 2200 миллиампер-час, ток зарядного устройства должен быть от 1,1 ампер.)

В начальный этап, после подключения зарядки для литиевых аккумуляторов, величина тока составляет от 0,2 до 1,0 номинальной емкости, при этом напряжение 4,1 вольт (на одну банку). В таких условиях батареи заряжаются от 40 до 50 минут.

Для достижения постоянства тока схема зарядного устройства должна быть в состоянии поднять напряжение на клеммах батареи, в это время зарядник для большинства литий ионных аккумуляторов работает в качестве обычного стабилизатора напряжения электротока.

Важно! Если необходима зарядка литий-ионных батарей, у которых имеется встроенная плата защиты, то напряжение холостого хода не должно быть больше шести-семи вольт, иначе она испортится.

В то время, как напряжение достигнет 4,2 вольт, емкость аккумулятора составит от 70 до 80 процентов емкости, что будет сигналом об окончании начального этапа зарядки.

Следующий этап осуществляется при наличии постоянного напряжения.

Дополнительная информация. В некоторых агрегатах для более быстрой зарядки применяется импульсный метод. Если в литий-ионном аккумуляторе имеется графитовая система, то для них необходимо соблюдать ограничение напряжения в 4,1 вольта на одну банку. При превышении этого параметра энергетическая плотность акб возрастет и запустит окислительные реакции, сокращающие срок эксплуатации аккумулятора. В современных моделях батарей применяют специальные добавки, которые позволяют повышать напряжение при подключении зарядного устройства для li ion аккумуляторов до 4,2 вольт плюс/минус 0,05 вольт.

В простых литиевых батареях зарядные устройства держат уровень напряжения в 3,9 вольт, что для них является надежной гарантией долгой службы.

При выдаче тока в 1 величину емкости акб время получения оптимально заряженного аккумулятора составит от 2 до 3 часов. Как только заряд станет полным, напряжение достигнет нормы отсечки, величина тока стремительно падает и остается на уровне пары процентов от начального значения.

Если зарядный ток искусственно увеличивать, что время использования зарядного устройства для питания литий ионных аккумуляторов почти не уменьшится. В таком случае первоначально быстрее растет напряжение, но в то же время увеличивается длительность второго этапа.

Некоторые зарядные устройства могут полностью зарядить акб за 60-70 минут, в процессе такой зарядки исключен второй этап, и аккумулятор можно использовать уже после начальной стадии (уровень зарядки также будет на уровне 70 процентов емкости).

На третьем завершающем этапе зарядки проводится компенсирующий заряд. Он осуществляется не каждый раз, а всего один раз в 3 недели, при хранении (а не использовании) аккумуляторов. В условиях хранения батарей невозможно использовать струйную зарядку, потому что в таком случае происходит металлизация лития. Однако небольшие по времени подзарядки током постоянного напряжения помогают избежать потерь заряда. Прекращение зарядки заканчивается, как только напряжение достигнет 4,2 вольт.

Металлизация лития опасна выделением кислорода и резким нагнетением давления, что может привести к воспламенению и даже взрыву.

Зарядка для аккумулятора своими руками

Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов стоит недорого, но при наличии небольших познаний в электронике можно изготовить ее самостоятельно. Если нет точной информации о происхождении элементов АКБ, и есть сомнения в точности работы измерительных приборов, следует выставить порог заряда в районе от 4,1 до 4,15 вольт. Это особенно актуально, если акб не имеет защитной платы.

Для сборки зарядки для литиевых аккумуляторов своими руками хватит одной упрощенной схемы, которых очень много в свободном доступе в Интернете.

Для индикатора можно использовать светодиод зарядного типа, который подсвечивает, когда зарядка аккумулятора значительно снижена, и гаснет при разрядке в «ноль».

Сборка зарядного устройства производится в следующем порядке:

• находится подходящий корпус;
• монтируется блок питания на пять вольт и другие детали схемы (строго следить за последовательностью!);
• вырезается пара латунных полосок и крепится на гнездные отверстия;
• с помощью гайки определяется расстояние между контактами и подключаемым аккумулятором;
• устанавливается переключатель для изменения полярности (опционально).

Если ставится задача собрать своими руками зарядку для аккумуляторов 18650, то потребуются более сложная схема и больше технических навыков.

Все литий-ионные аккумуляторы время от времени требуют подзарядки, однако, следует избегать слишком полной зарядки, а также полной разрядки. Поддержание работоспособности батарей и сохранение их рабочей емкости в течение длительного времени возможно с помощью специальных зарядных устройств. Зарядники желательно использовать оригинальные, но можно собрать их самостоятельно.

Видео

Потерял в командировку родное зарядное устройство от цифрового фотоаппарата. Купить новое типа "лягушка". Жаба задавила, ведь я радиолюбитель и поэтому смогу сам спаять зарядку литиевых аккумуляторов своими руками, к тому же сделать это очень легко. Зарядное устройство абсолютно любого литиевого аккумулятора это источник постоянного напряжения на 5 вольт, отдающий ток заряда, равный 0.5-1.0 емкости батареи. Например, если емкость аккумулятора 1000 mAh , зарядное устройство должно выдавать ток не менее 500 mA.

Не верите, так попробуйте, а мы поможем.

Процесс заряда показан на графике. В первоночальный момент зарядный ток постоянен, при достижении уровня напряжения Umax на аккумуляторе, ЗУ переходит в режим, когда напряжение будет постоянным, а ток асимптотически стремится к нулю.

Зарядка литиевых аккумуляторов график процесса

Выходное напряжение литиевых аккумуляторов, обычно, составляет 4,2В, а номинальное напряжение составляет порядка 3,7В. Не рекомендуется заряжать эти батареи до полных 4,2В, так как это снижает их срок службы. Если снизить выходное напряжение до 4,1В, емкость упадет почти на 10%, но в тоже время количество циклов заряд-разряд возрастет почти в два раза. При эксплуатации этих батарей, крайне нежелательно доводить номинальное напряжение ниже уровня 3,4…3,3В.

Зарядка литиевых аккумуляторов схема на LM317

Как видим схема достаточно простая. Построена на стабилизаторах LM317 и TL431. Еще из радиокомпонентов присутствуют пару диодов, сопротивлений и конденсаторов. Устройство почти не требует регулировки, достаточно подстроечным сопротивлением R8 задаем напряжение на выходе устройства на номинале 4,2 вольта без подключенного аккумулятора. Сопротивлениями R4 и R6 устанавливаем зарядной ток. Для индикации работы конструкции предназначен светодиод "заряд", который при подключенной пустой батареи горит, а по мере зарядки он тухнет.

Приступаем к сборке конструкции для зарядки литиевых аккумуляторов. Находим подходящий корпус в нем можно разместить простой трансформаторный блок питания на пять вольт, и выше рассмотренную схему.

Для подключения заряжаемой батареи вырезал две латунные полоски и установил их на гнезда. Гайкой настраивается расстояние между контактами, которые подключаются к заряжаемой батареи.

Сделал, что-то вроде прищепки. Можно также установить переключатель, для смены полярности на гнездах зарядного устройства - в некоторых случаях это может сильно выручить. Печатную плату предлагаю изготовить по методу ЛУТ, рисунок в формате Sprint Layout забираем по ссылке выше.

При огромной массе положительных характеристик имеется у литиевых батарей и существенные недостатки, такие как высокая чувствительность к превышению напряжения заряда, что может повлечь за собой нагрев и интенсивное газообразование. А так как батарея имеет герметичную конструкцию, избыточное выделение газа привидеть к вздутию или взрыву. Кроме того литиевые батареи терпеть не могут перезаряд.

Благодаря использованию специализированных микросхем в фирменных зарядках, которые контролируют напряжение, такая проблема многим пользователям не знакома, но это не значит, что ее не существует. Поэтому для зарядки литиевых аккумуляторов нам нужно именно такое устройство, а схема рассмотренная выше является лишь его прототипом.

Зарядка литиевых аккумуляторов схема универсальная

Устройство позволяет заряжать литиевые батареи с напряжением 3,6В или 3,7В. На первом этапе заряд осуществляется стабильным током 245мА или 490мА (устанавливается вручную), при увеличении напряжения на батареи до уровня 4,1В или 4,2В заряд продолжается при поддержании стабильного напряжения и уменьшающемся значении зарядного тока, как только последний упадет до порогового значения (задается вручную от 20мА до 350мА) заряд батареи автоматически прекращается.

Стабилизатор LM317 поддерживает напряжение на сопротивлении R9 на уровне около 1,25В тем самым поддерживая стабильное значение тока идущего через него, а значит и через заряжаемый аккумулятор. Выходное напряжение ограничивается стабилизатором TL431, подключенного к управляющему входу LM317. Значение напряжения ограничения выбирается с помощью делителя на сопротивлениях R12…R14. Сопротивление R11 ограничивает ток питания TL431.

На операционном усилителе DA2.2 LM358, сопротивлениях R5…R8 и биполярном транзисторе VT2 построен преобразователь ток-напряжение. Напряжение на его выходе пропорционально току, протекающему через сопротивление R9 и вычисляется по формуле:

При значениях, на схеме коэффициент преобразования тока в напряжение равен 10, т.е. при токе через сопротивление R9 245мА напряжение на R5 равно 2,45В.

С R5 напряжение следует на неинвертирующий вход ОУ DA2.1. На инвертирующий вход компаратора поступает напряжение с регулируемого делителя на сопротивлениях R2…R4. Напряжение питания делителя стабилизируется LM78L05. Порог переключения компаратора устанавливается номиналом переменного сопротивления R3.

Зарядка литиевых аккумуляторов настройка схемы.

Вместо тумблера SB1 поставить перемычку и подав напряжение на схему, подбором сопротивлений R12…R14 сделать выходное напряжение 4,1В и 4,2В для разомкнутого и замкнутого состояния тумблера SA2.

Тумблером SA1 устанавливаем значение тока заряда (245мА или 490мА) . Тумблером SA2 выбираем максимальное значение напряжения, для аккумуляторов на 3,6В выбираем 4,1В, на 3,7В - 4,2В. Движком переменного сопротивления R3 задаем значение тока, при котором должен завершиться заряд батареи (ориентировочно 0,07…0,1С), подсоединяем аккумулятор и нажимаем тумблер SB1. Должен стартовать процесс заряда литиевой батареи и загорается индикатор на светодиоде VD2. При уменьшении тока заряда ниже порогового высокий уровень на выходе DA2.1 поменяется на низкий, полевой транзистор VT1 закрывается и катушка реле K1 отключается, разрывая своим фронтовым контактом K1 батарею от зарядного устройства.

Привожу рисунок печатной платы зарядного устройство и рекомендую ее изготовить своими руками по

Для возможности заряда литиевых аккумуляторов от мобильных телефонов и смартфонов был сделан универсальный адаптер:

Все аккумуляторы этого типа необходимо эксплуатировать в соответствии с определенными рекомендациями. Эти правила можно условно поделить на две группы: Не зависящие и зависящие от пользователя.

В первую группу попадают основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторных батарей, которые контролируются специальным контроллером зарядного устройства:

Литиевый аккумулятор должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не должно быть более 4.2 вольта и не опускаться ниже 2.7 вольта. Эти пределы являются уровнями максимального и минимального заряда. Минимальный уровень в 2,7 вольта актуален для батарей с электродами из кокса, однако современные литиевые аккумуляторы изготавливаются с электродами из графита. Для них минимальный предел равен 3 вольтам.
Количество энергии, отдаваемой батареей при изменении заряда от 100% до 0%, - это емкость аккумулятора . Ряд производителей ограничивает максимальное напряжение уровнем в 4.1 вольта, при этом литиевая батарея прослужит гораздо больше, но потеряет в емкости где-то на 10%. Иногда нижний предел повышается до 3.0 и даже 3.3 вольт, но также с снижением уровня емкости.
Наибольший срок эксплуатаии аккумуляторов бывает при 45% зхаряде, а при увеличении или уменьшении срок жизни сокращается. Если заряд находится в указанном выше диапазоне изменение срока эксплуатации не значительно.
Если напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на короткое время, срок его эксплуатации резко падает.
Контроллеры аккумуляторов зарядных устройств никогда не дают напряжению на аккумуляторе во время заряда стать выше 4.2 вольта, но могут по-разному ограничивать минимальный уровень при разряде.

Ко второй группе зависящих от пользователя входят следующие правила:

Старайтесь не разряжать аккумулятор до минимального уровня заряда и, тем более, до состояния, когда устройство само отключается, ну, а если это произошло, то желательно зарядить батарею как можно быстрее.
Не бойтесь частых подзарядок, в том числе и неполных литиевому аккумулятору это совершенно пофигу.
Емкость аккумулятора зависит от температуры. Так, при 100% уровне заряда при комнатной температуре, при выходе на мороз заряженность батареи упадет до 80%, что в принципе не опасно и не критично. Но может быть и наоборот если 100% заряженный аккумулятор положить на батарею, его уровень заряда увеличится до 110%, а это для него очень опасно и может резко сократить срок его жизни.
Идеальным условием для длительного хранения аккумулятора является нахождение вне девайса с зарядом около 50%
Если после приобретения батареи повышенной ёмкости через несколько дней эксплуатации. Устройство с батареей начинает глючить и виснуть или отключается зарядка аккумулятора, то скорей всего ваше зарядное устройство, которое отлично работало на старом аккумуляторе, просто не способно обеспечить необходимый ток зарядки для большой емкости.

Подборка оригинальных зарядок для телефонов состоящая только из простых и интересных радиолюбительских идей и разработок

Эта радиолюбительская конструкция предназначено для зарядки литиевых аккумуляторов от мобильных телефонов и типа 18650, а самое главное обеспечивает правильную зарядку аккумулятора. Устройство обладает светодиодным индикатором заряда. Красный цвет говорит о том, что батарея заряжается, зеленый - аккумулятор полностью заряжен. Умная зарядка получается благодоря применению специализированного контролера заряда на микросхеме BQ2057CSN.

В современных литиевых аккумуляторах чистый литий не используют. Поэтому получили распространены три основных разновидности литиевых аккумуляторов: Литий-ионные (Li-ion) Uном. - 3,6V; Литий-полимерные (Li-Po, Li-polymer или «липо»). Uном. - 3,7V; Литий-железо фосфатные (Li-Fe или LFP). Uном - 3,3V.

Недостатки

Основным недостатком Li-ion аккумуляторов, я бы выделил их пожароопасность из-за превышении напряжения или перегреве. Но, литий-железо-фосфатные аккумуляторы не имеют такого жирного минуса - они полностью пожаробезопасны.
Литиевые аккумуляторы очень чувствительны к холоду и быстро теряют свою ёмкость и перестают заряжаться.
Требуют обязательного наличия контроллера заряда
При глубоком разряде литиевые батареи теряют свои начальные свойства.
Если аккумулятор не будет "работать" продолжительное время, то сначала напряжение на нем упадет до порогового уровня, а затем начнётся глубокий разряди как только напряжение снизится до 2,5V, то это приведет к выходу его из строя. Поэтому время от времени подзаряжаем аккумуляторы ноутбуков, сотовых телефонов, mp3-плееров.

Аккумуляторы играют важную роль в любом механизме, работающим не от сети. Перезаряжаемые аккумуляторные батареи стоят довольно дорого, из-за того, что вместе с ними нужно приобретать зарядное устройство. В аккумуляторных батареях используются разные комбинации проводниковых материалов и электролитов – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионполимерные (Li-Po).

Я использую литий-ионные аккумуляторы в своих проектах, поэтому решил сделать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, а не покупать дорогое, так что приступим.

Шаг 1: Видео

В видео показана сборка зарядного устройства.
Ссылка на youtube

Шаг 2: Список электрокомпонентов

Показать еще 3 изображения

Список компонентов, необходимых для сборки зарядного устройства для аккумуляторных батареек 18650:

• Модуль зарядного устройства на базе чипа TP4056 с защитой аккумулятора
• Стабилизатор напряжения 7805, вам понадобится 1 шт
• Конденсатор 100 нФ, 4 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)

Шаг 3: Список инструментов

Для работы вам будут нужны следующие инструменты:

• Горячий нож
• Пластиковая коробочка 8х7х3 см (или близкая по размерам)

Теперь, когда все нужные инструменты и компоненты подготовлены к работе, займемся модулем ТР4056.

Шаг 4: Модуль зарядного устройства Li-io аккумуляторов на основе чипа ТР4056

Немного подробнее об этом модуле. На рынке представлены два варианта этих модулей: с защитой аккумулятора и без нее.

Коммутационная плата, содержащая схему защиты, осуществляет контроль напряжения с помощью фильтра цепи питания DW01A (интегральная схема защиты батареи) и FS8205A (N-канальный транзисторный модуль). Таким образом, коммутационная плата содержит три интегральных схемы (TP4056+DW01A+FS8205A), в то время как модуль зарядного устройства без защиты батареи содержит лишь одну интегральную схему (TP4056).

TP4056 – модуль заряда одноэлементных Li-io аккумуляторов с линейным зарядом постоянного тока и напряжения. Корпус SOP и малое число внешних компонентов делают этот модуль прекрасным вариантом для использования в самодельных электроприборах. Он заряжает через USB так же хорошо, как через обычный блок питания. Распиновка модуля TP4056 прилагается (рис.2), как и график цикла зарядки (рис.3) с кривыми постоянного тока и постоянного напряжения. Два диода на коммутационной плате показывают текущий статус заряда – заряд, прекращение заряда и тд (рис.4).

Чтобы не повредить аккумулятор, заряд 3,7 В литий-ионных аккумуляторов должен осуществляться при значении постоянного тока 0,2-0,7 от их емкости, пока выходное напряжение не достигнет 4,2 В, после чего заряд будет осуществляться постоянным напряжением и постепенно снижающимся (до 10% от первоначального значения) током. Мы не можем прервать заряд при напряжении 4,2 В, так как уровень заряда будет 40-80% от полной емкости аккумулятора. За этот процесс отвечает модуль TP4056. Еще один важный момент – резистор, соединенный с выводом PROG, определяет зарядный ток. В модулях, представленных на рынке, обычно с этим выводом соединен 1,2 КОм резистор, что соответствует зарядному току 1А (рис.5). Чтобы получить другие значения зарядного тока, можно попробовать ставить другие резисторы.

DW01A – интегральная схема защиты батареи, на рис.6 показана обычная схема подключения. Полевые МОП-транзисторы М1 и М2 соединены внешне интегральной схемой FS8205A.

Эти компоненты установлены на коммутационной плате модуля заряда литий-ионных батарей TP4056, ссылка на который есть в Шаге 2. Мы должны сделать только две вещи: дать напряжение в диапазоне 4-8 В на входной разъем, и соединить полюса аккумулятора и контактами + и – модуля TP4056.

После этого продолжим сборку зарядного устройства.

Шаг 5: Схема проводки

Чтобы завершить сборку электрокомпонентов, спаяем их в соответствии со схемой. Я приложил схему в программе Fritzing и фото физического соединения.

1. + контакт разъема питания соединяем с одним из контактов выключателя, а – контакт разъема питания соединяем с пином GND стабилизатора 7805
2. Второй контакт выключателя соединяем с пином Vin стабилизатора 7805
3. Устанавливаем три конденсатора 100 нФ параллельно между Vin и GND пинами стабилизатора напряжения (для этого используйте макетную плату)
4. Устанавливаем конденсатор 100 нФ между пинами Vout и GND стабилизатора напряжения (на макетной плате)
5. Соедините Vout пин стабилизатора напряжения с IN+ пином модуля TP4056
6. Соедините пин GND стабилизатора напряжения с IN- пином модуля TP4056
7. Соедините + контакт батарейного отсека с B+ пином модуля TP4056, а – контакт батарейного отсека соедините с В- пином модуля TP4056

На этом соединения завершены. Если вы используете 5 В блок питания, пропускайте все пункты с подключениями к стабилизатору напряжения 7805, и подключайте + и – блока напрямую к IN+ и IN- пинам модуля TP4056 соответственно.
Если вы будете использовать 12В блок питания, при прохождении тока 1А стабилизатор 7805 будет нагреваться, это можно исправить теплоотводом.

Шаг 6: Сборка, часть 1: прорезаем отверстия в корпусе

Показать еще 7 изображений

Для того, чтобы правильно уместить все электрокомпоненты в корпусе, в нем нужно прорезать отверстия:

1. Лезвием ножа отметьте на корпусе границы батарейного отсека (рис.1).
2. Горячим ножом прорежьте отверстие по сделанным меткам (рис.2 и 3).
3. После прорезания отверстия, корпус должен выглядеть как на рис.4.
4. Отметьте место, где будет находиться USB-разъем модуля TP4056 (рис.5 и 6).
5. Горячим ножом прорежьте в корпусе отверстие для USB-разъема (рис. 7).
6. Отметьте места на корпусе, где будут находиться диоды модуля TP4056 (рис. 8 и 9).
7. Горячим ножом прорежьте отверстия под диоды (рис. 10).
8. Таким же образом сделайте отверстия под разъем питания и выключатель (рис.11 и 12)

Шаг 7: Сборка, часть 2: устанавливаем электрокомпоненты

Следуйте инструкции, чтобы установить компоненты в корпусе:

1. Установите батарейный отсек так, чтобы монтажные точки были снаружи отсека/корпуса. Клеевым пистолетом приклейте отсек (рис.1).
2. Установите на место модуль TP4056 так, чтобы USB0разъем и диоды попали в соответствующие отверстия, зафиксируйте термоклеем (рис.2).
3. Установите на место стабилизатор напряжения 7805, зафиксируйте термоклеем (рис.3).
4. Установите на свои места разъем питания и выключатель, зафиксируйте их термоклеем (рис.4).
5. Расположение компонентов должно выглядеть так же, как на рис.5.
6. Нижнюю крышку закрепите на месте винтами (рис.6).
7. Позже я закрыл неровности, оставшиеся от горячего ножа, черной изолентой. Также их можно сгладить наждачкой.

Завершенное зарядное устройство показано на рис.7. теперь его нужно испытать.

Шаг 8: Испытание

Установите разряженный аккумулятор в зарядное устройство. Включите питание в разъем 12В или USB. Красный диод должен моргать, это значит, что идет процесс заряда.

Когда заряд будет завершен, должен загореться синий диод.
Прикладываю фото зарядного устройства в процессе заряда и фото с заряженным аккумулятором.
На этом работа завершена.

Так как число заходов на страницы сайта по запросу «схема зарядки li-ion аккумулятора» существенно возросло. Можно даже сказать этих запросов большинство за день. Поэтому дабы удовлетворить информационный спрос, посвятим этой теме отдельную рубрику.

Для начала представляю вам простейшую схему зарядки для 3,7 вольтовых, литий ионных аккумуляторов. Питание 5 вольт, в данной схеме осуществляется от USB компьютера, Адаптера постоянного тока на 5 вольт (например зарядное от мобильного телефона) или маломощной солнечной батареи. Мощность зарядного устройтва предполагается около 1 ампера.

Мозгом и сердцем схемы служит микрочип MCP73831. Весьма легко достать или приобрести в радио магазине. Средняя цена около 1,5 — 2 американских вечнозелёных. Можно заказать у китайцев по ссылке всего за $3.88 за 10 шт. MCP73831 является одним из не дорогих микрочипов в линейке контролёров управления заряда для использования на ограниченном пространстве на плате. Даташит на MCP73831 можно посмотреть по . Эта микросхема использует постоянный ток / постоянный алгоритм заряда. А так же прекращает зарядку при полностью заряженном аккумуляторе.

Приведу общую схему:

Стали популярными в портативной электронике, потому что они могут похвастаться самой высокой плотностью энергии среди любой батареи, используемой в коммерческих целях. Преимущества включают в себя тысячи перезарядок и не возникновение « », в отличии от аккумуляторов. Тем не менее, Литий-ионные аккумуляторы должны заряжаться при тщательном контроле постоянного тока и постоянного напряжения. Переизбыток заряда и неосторожное обращение с литий-ионными элементами может привести к повреждению или нестабильной работе батареи.

Итак, как уже говорилось, ток заряда должен быть около 1 ампера. Подаваемое напряжение не должно превышать 5 вольт. Предполагаемые размеры платы зарядного устройства, не велики, около 25 х 19 х 10 мм.

Все необходимые элементы показаны на схеме. В качестве приемника 5 вольт служит гнездо под мини USB, но ваша фантазия не ограничена. Можно хоть напрямую впаять провода от адаптера 5 v.

• Амперметр может быть подключен, только ко входу +5 v.
• Ели входное напряжение, всё же будет незначительно больше, то ток заряда соответственно тоже будет больше. Но это ничего страшного, так как микрочип MCP73831 отсечет излишнее напряжение на выходе.
• Так же микросхема прекратит зарядку при достижении аккумулятором напряжения в 3,7 v.
• Лучше всего, чтобы зарядный ток составлял 35 — 37 % от ёмкости заряжаемого аккумулятора. Тоесть если АКБ на 1000 мА, то ток заряда должен быть около 400 мА.

Готовые платки под пайку:

Вот так выглядит готовая плата зарядного устройства литий ионных аккумуляторов.

Напомню, размеры должны получиться около 25 х 19 х 10 мм.

Хотя схема крайне проста в разработке и сборке и собрать её не составит особого труда, считаю за необходимое вас уведомить, что данную схему вы можете приобрести по цене не более $2, как вы уже догадались, у китайцев.

Крепить же саму банку аккумулятора можно, например, с помощью неодимовых магнитов, а так же смотрите другие варианты крепления контактов для баночных аккумуляторов

На этом всё, скоро покажу другие и схемы балансирующих зарядный устройств.