Domowy balanser do akumulatorów litowo-jonowych. Funkcje ładowania akumulatorów szeregowych

Podczas pracy nad niektórymi konstrukcjami zasilanymi z autonomicznego źródła zasilania pojawiło się pytanie o wybór tego drugiego.

Moim zdaniem akumulatory LI-ION są najlepsze z dostępnych, zwłaszcza, że ​​posiadam pewną ilość niezabezpieczonych puszek po bateriach do laptopów. Ale pojawia się z nimi dobrze znany problem - ich złożony algorytm ładowania, jeśli nie będzie przestrzegany, akumulator będzie stale niedoładowany i szybko ulegnie awarii, a jeśli zostanie przeładowany, stanie się to samo, ale z aktywnym zniszczeniem. Gwałtowne przeładowanie występuje, gdy napięcie na naładowanym elemencie przekracza wymagane napięcie o 1-2 setne wolta, śledzenie tego jest prawie niemożliwe, dlatego producenci zalecają automatyczne ograniczniki.

Istnieją rozwiązania i gotowe urządzenia do tego celu, zarówno przystawki do ładowarek do akumulatorów niezabezpieczonych, jak i te wbudowane w akumulator.

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory niezabezpieczone wymagają stabilizatora - ogranicznika napięcia ładowania i zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem. Nie ma jeszcze sensu robić wielu małych urządzeń do każdej puszki, więc postanowiłem zrobić przystawkę do ładowarki.

Czesi znaleźli ciekawe i proste rozwiązanie. Jest to potężna dioda Zenera, która działa przy limicie napięcia elementu. Powtarzalność obwodu jest doskonała, ze znanymi dobrymi częściami.

Schemat jednego modułu.

Balancer składa się z trzech identycznych niezależnych modułów i przeznaczony jest do ładowania akumulatora jednoogniwowego, akumulatora składającego się z dwóch lub trzech akumulatorów połączonych szeregowo.

Ładowanie jednego akumulatora Li-ION element jest możliwy przy różnych napięciach, balanser tutaj służy również jako dzielnik napięcia, jeśli ładowarka jest przeznaczona na większą liczbę elementów.

Również przy ładowaniu dwóch kolejnych ogniw z różnych napięć

Ładowanie akumulatora trójogniwowego. Dla 4 i więcej puszek rozwiązanie myślę, że jest jasne - zwiększenie ilości modułów w obwodzie.

Rodzaj gotowego limitera sprzedawanego przez firmę E-Fly.

Co się dla mnie stało. Przy takim radiatorze przy ładowaniu kilku akumulatorów połączonych równolegle prądem do 1-3 amperów, lub gdy na końcu ładowania jest bardzo duża różnica w pojemności elementów, nie muszę martwić się o stan tranzystorów.

Z podniesionym panelem ochronnym.

Tranzystory zaprojektowane bez radiatorów wytrzymują prądy do 0,5 A; przy dużych prądach (do 3 amperów) wymagane jest dobre odprowadzanie ciepła.

Nagrzewanie tranzystorów następuje dopiero wtedy, gdy akumulator osiągnie napięcie graniczne ładowania, gdy nadmiar napięcia zostanie wygaszony przez rezystancję otwartego tranzystora. Jest to zasada ochrony przed przeładowaniem. Jest to bardzo wygodne podczas ładowania akumulatora szeregowego z nierównomiernie naładowanych ogniw. Po osiągnięciu napięcia granicznego elementu tranzystor otwiera się i prąd główny przepływa przez akumulator; inne ogniwa akumulatora, które nie osiągnęły jeszcze końcowego naładowania, kontynuują ładowanie. Odłączony w ten sposób akumulator będzie w dalszym ciągu ładowany bardzo niskim prądem o stabilizowanym napięciu (ładowanie podtrzymujące). Po uruchomieniu ochrony wszystkich modułów ładowanie zostaje warunkowo zakończone i system można wyłączyć, w przypadku prostego urządzenia taka praca jest całkiem przyzwoita.

Ustawienia

Próg reakcji ogranicznika wynosi 4200 woltów, przy początkowej konfiguracji urządzenia należy ustawić tę wartość z dużą precyzją.

Urządzenie bez podłączonych akumulatorów zasilane jest napięciem ze źródła prądu, ładowarki z ogranicznikiem prądu w zakresie 0,15-1A. Napięcie można podać albo do osobnego modułu 4,5-5 V, albo do całego obwodu 13,5-15 V, a za pomocą rezystora dostrajającego w każdym module ustawiamy próg zapłonu diody LED na 4,16 V, kontrolując napięcie na zaciskach wyjściowych. Wszystkie moduły muszą być ustawione na ten sam próg z dokładnością do 0,001 V.

Nawet nowe, ale tanie woltomierze i inne połączone przyrządy mają błędy, należy to wziąć pod uwagę. Użyj stabilizowanego źródła zasilania z dobrą filtracją. Ładowarka, do której przeznaczony jest ten ogranicznik, musi także posiadać funkcję ograniczania prądu, dobry filtr wyjściowy i być zaprojektowana na napięcie równe całkowitemu napięciu naładowanych akumulatorów + 1-3 wolty. Jeśli planujesz używać tego urządzenia jako wyważarki do poziomowania puszek z gotową ładowarką akumulatorów, w której napięcie pełnego ładowania jest już automatycznie kontrolowane przy późniejszym wyłączeniu, musisz znaleźć próg tego wyłączenia i wyregulować ogranicznik do istniejącej ładowarki może wynosić 4,10 - 4,19 V lub coś w tym stylu.

Dostosowałem próg odpowiedzi w ten sposób:

Podłączyłem szeregowo zasilacz laboratoryjny, żarówkę samochodową 12 V i 1 amper jako ogranicznik prądu i sam ogranicznik. Przyłożyłem napięcie 15 woltów i mierząc napięcie na wyjściu modułu za pomocą multimetru, regulując trymer, uzyskałem odczyt 4,16 wolta na każdym module, ponieważ nie miałem pod ręką bardziej precyzyjnego urządzenia, i zasilacz ma na wyjściu pewne tętnienie napięcia, pomimo wszystkich filtrów. Ten zasilacz służy mi jako ładowarka.

Zamiast wskazanych mocnych tranzystorów można zastosować KT818, ich układ pinów jest nieco inny i bez zmiany płytki drukowanej można je instalować od strony torów, lutować jak obudowy DPAK lub „skierować” w przeciwnym kierunku.

Płytka drukowana w formacie Sprint-layout 6.0, sprawia, że ​​jest ona lustrzana podczas drukowania. Numery części pozycyjnych są wskazane na korze.

Baterie litowe (Li-Io, Li-Po) to obecnie najpopularniejsze, wielokrotnego ładowania źródła energii elektrycznej. Bateria litowa ma napięcie nominalne 3,7 V, które jest wskazane na obudowie. Natomiast akumulator naładowany w 100% ma napięcie 4,2 V, a rozładowany „do zera” ma napięcie 2,5 V. Nie ma sensu rozładowywać akumulatora poniżej 3 V, bo po pierwsze ulegnie zniszczeniu, a po drugie, w zakresie od 3 do 2,5 Dostarcza do akumulatora zaledwie kilka procent energii. Zatem zakres napięcia roboczego wynosi 3 – 4,2 V. W tym filmie możesz obejrzeć mój wybór wskazówek dotyczących używania i przechowywania baterii litowych

Istnieją dwie możliwości podłączenia akumulatorów, szeregowo i równolegle.

W przypadku połączenia szeregowego napięcie na wszystkich akumulatorach jest sumowane, po podłączeniu obciążenia z każdego akumulatora płynie prąd równy całkowitemu prądowi w obwodzie; ogólnie rzecz biorąc, rezystancja obciążenia określa prąd rozładowania. Powinieneś to pamiętać ze szkoły. Teraz przychodzi najciekawsza część, czyli pojemność. Pojemność zestawu z tym połączeniem jest w przybliżeniu równa pojemności akumulatora o najmniejszej pojemności. Wyobraźmy sobie, że wszystkie akumulatory są naładowane w 100%. Spójrz, prąd rozładowania jest wszędzie taki sam, a akumulator o najmniejszej pojemności zostanie rozładowany jako pierwszy, jest to przynajmniej logiczne. A gdy tylko zostanie rozładowany, nie będzie już możliwe załadowanie tego zestawu. Tak, pozostałe akumulatory są nadal naładowane. Jeśli jednak będziemy nadal usuwać prąd, nasza słaba bateria zacznie się nadmiernie rozładowywać i ulegnie awarii. Oznacza to, że prawidłowe jest założenie, że pojemność zestawu połączonego szeregowo jest równa pojemności najmniejszego lub najbardziej rozładowanego akumulatora. Stąd dochodzimy do wniosku: aby złożyć akumulator szeregowy, po pierwsze, należy użyć akumulatorów o jednakowej pojemności, a po drugie, przed montażem wszystkie muszą być naładowane równomiernie, innymi słowy w 100%. Istnieje coś takiego jak BMS (Battery Monitoring System), potrafi monitorować każdy akumulator w akumulatorze i gdy tylko jeden z nich się rozładuje, odłącza cały akumulator od obciążenia, o czym będzie mowa poniżej. Teraz co do ładowania takiego akumulatora. Musi być ładowany napięciem równym sumie maksymalnych napięć na wszystkich akumulatorach. Dla litu jest to 4,2 wolta. Oznacza to, że ładujemy trzy akumulatory napięciem 12,6 V. Zobacz, co się stanie, jeśli baterie nie będą takie same. Najszybciej ładuje się akumulator o najmniejszej pojemności. Ale reszta nie została jeszcze obciążona. A nasza słaba bateria będzie się smażyła i ładowała, dopóki reszta nie zostanie naładowana. Przypomnę, że lit też bardzo nie lubi przeładowań i ulega zniszczeniu. Aby tego uniknąć, przypomnijmy sobie poprzedni wniosek.

Przejdźmy do połączenia równoległego. Pojemność takiego akumulatora jest równa sumie pojemności wszystkich akumulatorów w nim zawartych. Prąd rozładowania dla każdego ogniwa jest równy całkowitemu prądowi obciążenia podzielonemu przez liczbę ogniw. Oznacza to, że im więcej Akum w takim zestawie, tym więcej prądu może dostarczyć. Ale ciekawa rzecz dzieje się z napięciem. Jeśli zbierzemy akumulatory, które mają różne napięcia, czyli z grubsza naładowane w różnym procencie, to po podłączeniu zaczną wymieniać energię, aż napięcie na wszystkich ogniwach stanie się takie samo. Dochodzimy do wniosku: przed montażem akumulatory należy ponownie równomiernie naładować, w przeciwnym razie po podłączeniu popłyną duże prądy, a rozładowany akumulator ulegnie uszkodzeniu, a najprawdopodobniej może nawet się zapalić. Podczas procesu rozładowywania akumulatory również wymieniają energię, czyli jeśli jedna z puszek ma mniejszą pojemność, pozostałe nie pozwolą jej rozładować się szybciej niż same, czyli w montażu równoległym można zastosować akumulatory o różnych pojemnościach . Jedynym wyjątkiem jest praca przy dużych prądach. Na różnych akumulatorach pod obciążeniem napięcie spada inaczej, a prąd zacznie płynąć między „silnymi” i „słabymi” akumulatorami, a my tego wcale nie potrzebujemy. To samo tyczy się ładowania. Możesz całkowicie bezpiecznie ładować akumulatory o różnych pojemnościach równolegle, to znaczy równoważenie nie jest potrzebne, zespół sam się zrównoważy.

W obu przypadkach należy zwrócić uwagę na prąd ładowania i prąd rozładowania. Prąd ładowania dla Li-Io nie powinien przekraczać połowy pojemności akumulatora w amperach (akumulator 1000 mah - ładowanie 0,5 A, akumulator 2 Ah, ładowanie 1 A). Maksymalny prąd rozładowania jest zwykle wskazany w karcie katalogowej (TTX) akumulatora. Przykładowo: akumulatorów do laptopów i smartfonów 18650 nie można ładować prądem przekraczającym 2 pojemności akumulatorów w amperach (przykład: akumulator o pojemności 2500 mAh, co oznacza, że ​​maksimum, jakie należy z niego pobrać, to 2,5 * 2 = 5 Amperów). Istnieją jednak akumulatory wysokoprądowe, w których prąd rozładowania jest wyraźnie wskazany w charakterystyce.

Funkcje ładowania akumulatorów za pomocą chińskich modułów

Standardowo zakupiony moduł ładowania i ochrony dla 20 rubli do baterii litowej ( link do Aliexpress)
(ustawiony przez sprzedawcę jako moduł na jedną puszkę 18650) może i będzie ładować każdą baterię litową, niezależnie od kształtu, rozmiaru i pojemności do prawidłowego napięcia 4,2 V (napięcie w pełni naładowanego akumulatora do pojemności). Nawet jeśli jest to ogromny pakiet litowy 8000mah (oczywiście mówimy o jednym ogniwie 3,6-3,7V). Moduł zapewnia prąd ładowania o natężeniu 1 ampera, oznacza to, że mogą bezpiecznie ładować dowolny akumulator o pojemności 2000 mAh i większej (2Ah, co oznacza, że ​​​​prąd ładowania jest o połowę mniejszy, 1A) i odpowiednio czas ładowania w godzinach będzie równy pojemności akumulatora w amperach (w rzeczywistości trochę więcej, półtorej do dwóch godzin na każde 1000 mah). Nawiasem mówiąc, akumulator można podłączyć do obciążenia podczas ładowania.

Ważny! Jeśli chcesz naładować akumulator o mniejszej pojemności (na przykład jedną starą puszkę 900 mAh lub mały pakiet litowy 230 mAh), to prąd ładowania 1 A jest za duży i należy go zmniejszyć. Odbywa się to poprzez wymianę rezystora R3 na module zgodnie z załączoną tabelą. Rezystor niekoniecznie smd, wystarczy ten najzwyklejszy. Przypomnę, że prąd ładowania powinien wynosić połowę pojemności akumulatora (lub mniej, nic wielkiego).

Ale jeśli sprzedawca twierdzi, że ten moduł jest na jedną puszkę 18650, to czy może ładować dwie puszki? Albo trzy? A co jeśli potrzebujesz złożyć pojemny power bank z kilku akumulatorów?
MÓC! Wszystkie baterie litowe można łączyć równolegle (wszystkie plusy do plusów, wszystkie minusy do minusów) BEZ WZGLĘDU NA POJEMNOŚĆ. Baterie lutowane równolegle utrzymują napięcie robocze 4,2 V, a ich pojemność jest sumowana. Nawet jeśli weźmiesz jedną puszkę o pojemności 3400 mah, a drugą o pojemności 900, otrzymasz 4300. Baterie będą działać jako całość i będą się rozładowywać proporcjonalnie do swojej pojemności.
Napięcie w połączeniu równoległym jest ZAWSZE TAKIE SAME NA WSZYSTKICH AKUMULATORACH! I żadna bateria nie może fizycznie rozładować się w zespole przed innymi, działa tutaj zasada naczyń połączonych. Ci, którzy twierdzą odwrotnie i twierdzą, że akumulatory o mniejszej pojemności szybciej się rozładują i umrą, są myleni z montażem SERIALNYM, pluną im w twarz.
Ważny! Przed połączeniem ze sobą wszystkie akumulatory muszą mieć w przybliżeniu to samo napięcie, aby w momencie lutowania nie płynęły między nimi prądy wyrównawcze, mogą być bardzo duże. Dlatego najlepiej jest po prostu naładować każdy akumulator osobno przed montażem. Oczywiście czas ładowania całego zestawu wzrośnie, ponieważ używasz tego samego modułu 1A. Można jednak połączyć równolegle dwa moduły, uzyskując prąd ładowania do 2A (o ile Twoja ładowarka może to zapewnić). Aby to zrobić, należy połączyć zworkami wszystkie podobne zaciski modułów (oprócz Out- i B+, są one zdublowane na płytkach innymi niklami i i tak zostaną już połączone). Lub możesz kupić moduł ( link do Aliexpress), na którym mikroukłady są już równoległe. Moduł ten może ładować prądem o natężeniu 3 amperów.

Przepraszam za oczywiste rzeczy, ale ludzie wciąż są zdezorientowani, więc będziemy musieli omówić różnicę między połączeniami równoległymi i szeregowymi.
RÓWNOLEGŁY połączenie (wszystkie plusy z plusami, wszystkie minusy z minusami) utrzymuje napięcie akumulatora na poziomie 4,2 V, ale zwiększa pojemność poprzez dodanie wszystkich pojemności do siebie. Wszystkie powerbanki wykorzystują równoległe połączenie kilku akumulatorów. Taki zespół można nadal ładować z USB, a napięcie jest podnoszone do wartości wyjściowej 5 V za pomocą konwertera podwyższającego napięcie.
SPÓJNY połączenie (każdy plus do minus kolejnego akumulatora) daje wielokrotny wzrost napięcia jednego naładowanego banku 4,2 V (2 s - 8,4 V, 3 s - 12,6 V itd.), ale pojemność pozostaje taka sama. Jeśli użyte zostaną trzy baterie 2000 mah, wówczas pojemność montażu wynosi 2000 mah.
Ważny! Uważa się, że do montażu sekwencyjnego bezwzględnie konieczne jest używanie wyłącznie akumulatorów o tej samej pojemności. W rzeczywistości nie jest to prawdą. Możesz użyć różnych, ale wtedy o pojemności akumulatora będzie decydować NAJMNIEJSZA pojemność w zestawie. Dodaj 3000+3000+800, a otrzymasz zestaw 800mah. Wtedy specjaliści zaczynają narzekać, że mniej pojemny akumulator będzie wtedy szybciej się rozładowywał i umrze. Ale to nie ma znaczenia! Główną i prawdziwie świętą zasadą jest to, że przy montażu sekwencyjnym zawsze konieczne jest zastosowanie płyty zabezpieczającej BMS na wymaganą liczbę puszek. Wykryje napięcie na każdym ogniwie i wyłączy cały zespół, jeśli jedno rozładuje się jako pierwsze. W przypadku banku 800 rozładuje się, BMS odłączy obciążenie od akumulatora, rozładowywanie ustanie i pozostały ładunek 2200mah na pozostałych bankach nie będzie już miał znaczenia - trzeba naładować.

Płyta BMS w odróżnieniu od pojedynczego modułu ładującego NIE JEST ładowarką sekwencyjną. Potrzebne do ładowania skonfigurowane źródło wymaganego napięcia i prądu. Guyver nakręcił o tym film, więc nie marnuj czasu, obejrzyj, jest o tym tak szczegółowo, jak to możliwe.

Czy możliwe jest ładowanie zestawu łańcuchowego poprzez podłączenie kilku pojedynczych modułów ładujących?
Faktycznie, przy pewnych założeniach jest to możliwe. W przypadku niektórych domowych produktów sprawdził się schemat wykorzystujący pojedyncze moduły, również połączone szeregowo, ale KAŻDY moduł potrzebuje własnego ODDZIELNEGO ŹRÓDŁA ZASILANIA. Jeśli ładujesz 3s, weź trzy ładowarki do telefonów i podłącz każdą do jednego modułu. Korzystając z jednego źródła - zwarcie zasilania, nic nie działa. System ten działa również jako zabezpieczenie zestawu (ale moduły są w stanie dostarczyć nie więcej niż 3 ampery) lub po prostu ładuj zestaw jeden po drugim, podłączając moduł do każdego akumulatora, aż do całkowitego naładowania.

Wskaźnik naładowania baterii

Kolejnym palącym problemem jest przynajmniej wiedzieć, ile energii pozostało w akumulatorze, aby nie rozładować się w najważniejszym momencie.
W przypadku równoległych zespołów 4,2 V najbardziej oczywistym rozwiązaniem byłoby natychmiastowe zakupienie gotowej płytki powerbanku, która ma już wyświetlacz pokazujący procent naładowania. Te wartości procentowe nie są zbyt dokładne, ale nadal pomocne. Cena emisyjna wynosi około 150-200 rubli, wszystkie są prezentowane na stronie internetowej Guyver. Nawet jeśli nie budujesz power banku, ale coś innego, ta płyta jest dość tania i mała, aby zmieścić się w domowym produkcie. Dodatkowo posiada już funkcję ładowania i zabezpieczania akumulatorów.
Istnieją gotowe miniaturowe wskaźniki na jedną lub kilka puszek, 90-100 rubli
Cóż, najtańszą i najpopularniejszą metodą jest użycie konwertera podwyższającego MT3608 (30 rubli), ustawionego na 5-5,1 V. Właściwie, jeśli zrobisz power bank za pomocą dowolnego konwertera 5 V, nie musisz nawet kupować niczego dodatkowego. Modyfikacja polega na zamontowaniu czerwonej lub zielonej diody LED (inne kolory będą działać przy innym napięciu wyjściowym, od 6 V wzwyż) poprzez rezystor ograniczający prąd 200-500 omów pomiędzy dodatnim zaciskiem wyjściowym (będzie to plus) a wejściowy zacisk dodatni (dla diody LED będzie to minus). Dobrze przeczytałeś, między dwoma plusami! Faktem jest, że gdy konwerter działa, między plusami powstaje różnica napięcia, +4,2 i +5 V dają sobie nawzajem napięcie 0,8 V. Kiedy akumulator się rozładuje, jego napięcie spadnie, ale sygnał wyjściowy z przetwornicy będzie zawsze stabilny, co oznacza, że ​​różnica będzie się zwiększać. A gdy napięcie na banku wyniesie 3,2-3,4 V, różnica osiągnie wartość wymaganą do zaświecenia diody LED - zaczyna pokazywać, że czas naładować.

Jak zmierzyć pojemność baterii?

Przyzwyczailiśmy się już do tego, że do pomiarów potrzebny jest Imax b6, ale to kosztuje i dla większości radioamatorów jest zbędne. Istnieje jednak sposób, aby z wystarczającą dokładnością i tanio zmierzyć pojemność akumulatora 1-2-3 puszek - prosty tester USB.

Oczywiście osobna opłata. Ale to dotyczy tylko mojego konkretnego przypadku.

Często trzeba pracować w terenie bez sieci, śrubokręt jest zawsze pod ręką. Baterie były już stare i wymagały ulepszenia. Wytrząsnąłem martwe NiCd z wkładów śrubokrętów i włożyłem je do obu skrzynek LiPo, każda mieszcząca 5 puszek. To błąd, ale trzeba go też ładować w terenie czy w samochodzie, a ładować warto balansując, bo wszystkie 5 puszek na każdym koncie zachowuje się inaczej, na co wpływa ketai. Równoważenie podczas ładowania można wykonać na różne sposoby, jest ich niezliczona ilość. Najprościej jest rozbić naładowane puszki ładunkiem i przenieść je na ciepło. Tak właśnie robi stacjonarny IMAX B6, ale nie podoba mi się, że przy włączonym balansowaniu ładowanie całej baterii zajmuje dużo czasu.

Rozgryzłem to i pomyślałem, że najłatwiejszym sposobem z punktu widzenia projektu obwodu będzie ładowanie każdego ogniwa akumulatora osobno. W jakiś sposób, przeglądając metody równoważenia w Google, natknąłem się na podobny pomysł:

„Cholerni oszuści... Kiedy o tym myślałem, miałem zamiar zbudować grupę DCDC, w których napięcie każdego styku jest indywidualnie kontrolowane => każde ogniwo może być ładowane według indywidualnego planu ładowania. Najwyraźniej jest to po prostu zbyt skomplikowane. "

Ale wydawało mi się to mniej skomplikowane: robimy DC-DC z 5 wyjściami i do każdego podłączamy mikroukład ładowarki, których jest legion dla Li-Ion! I pomyślałem, że powinno być mniej ciepła: nie ma potrzeby spowalniania banków! (Tak, w tej chwili ładujące mikruhy nagrzewają się jak dranie!)

Oto narysowany diagram:

Obwód jest prosty, jedynym problemem był dobór tranzystora. Szerokim gestem najpierw podłączyłem IRLS3034, którego pojemność migawki była za duża dla sterownika LM3478, więc musiałem zainstalować coś mniej krzykliwego. Dla każdego kanału - STC4054G, tania opcja, która spełnia zadanie. Oto zmontowana deska, rozłożona w jednej warstwie:

Producent układu ładującego STC4054G zaleca, aby ścieżki na płycie były jak najgrubsze i w miarę możliwości wykorzystywały wielokąty po obu stronach płytki w celu odprowadzania ciepła. Nie słuchałem idioty, ale na próżno: mikruhi nagrzewają się tak, jak powinny, nawet przy prądzie ładowania ustawionym na 400 mA na puszkę.
I z innego punktu widzenia:

Ładuje się i nagrzewa, infekcja:

Cóż, jeśli robi się gorąco, trzeba je schłodzić. Wybrałem wygodną aluminiową obudowę, wywierciłem osłonę na złącza, elementy złączne i diody LED. Otwory okrągłe - za pomocą frezu okrągłego, prostokątne - za pomocą prostokąta)

Zmontowane i gotowe do żeglugi:

Wpadłem na pomysł pomalowania go na czarno, ale byłem zbyt leniwy. I to jest rozpieszczanie - przeznaczeniem tego jeża jest życie w samochodzie pod jego stopami, bliżej zapalniczki.

Następnym razem pomyślę o balansowaniu. Bardzo podoba mi się pomysł transformatora Robinhood, który pobiera z bogatych banków i oddaje biednym bankom w akumulatorze. Wygląda na to, że wydajność jest wyższa, a ciepła jest mniej. Ale znowu bogate akumulatory są dojone tam i z powrotem, aż biedne się zapełnią; To nie jest zbyt dobre, prawda?

UPD: Według parametrów i wartości znamionowych transformatora. Transformator nawinięty na niezbyt dobrym rdzeniu jaki był pod ręką 2 x MP140-1, KP19x11x4,8. Uzwojenie pierwotne to 21 zwojów drutu 0,35, uzwojenie wtórne to jednocześnie 11 zwojów drutu 0,51. Ustawienie częstotliwości R1C1 - przy ~100 kHz, 4,7 kOhm/0,1 µF. Dzielnik sprzężenia zwrotnego R2R3 ma rezystancję 21 kOhm/8,2 kOhm. R4 - 75 kOhm, bocznik R5R6 - 0,1 oma każdy (łącznie 0,05 oma). VD1 - SMBJ15, VD2 - SM4005. VD4 to jakiś rodzaj Schottky'ego od 1 A, C5 - 330 µF x 25 V, VD8 - 5V1 dioda Zenera, C10 - 0,1 µF. R7 - 470 Ohm, R12 - 2 kOhm, co daje około 400 mA.

Z pewnością każdy radioamator spotkał się z problemem przy łączeniu akumulatorów litowych szeregowo, zauważył, że jeden szybko się wyczerpuje, a drugi nadal trzyma ładunek, lecz przez to drugie cały akumulator nie wytwarza wymaganego napięcia. Dzieje się tak dlatego, że podczas ładowania całego pakietu akumulatorów nie są one ładowane równomiernie i niektóre akumulatory uzyskują pełną pojemność, a inne nie. Prowadzi to nie tylko do szybkiego rozładowania, ale także do awarii poszczególnych elementów na skutek ciągłego niedostatecznego ładowania.
Rozwiązanie problemu jest dość proste, każde ogniwo akumulatora wymaga tzw. balansera, czyli urządzenia, które po całkowitym naładowaniu akumulatora blokuje jego dalsze ładowanie i wykorzystuje tranzystor sterujący do przepuszczania prądu ładowania przez ogniwo.
Obwód balansera jest dość prosty, zmontowany na precyzyjnie sterowanej diodzie Zenera TL431A i tranzystorze bezpośredniego przewodzenia BD140.

Czasami zachodzi potrzeba ładowania akumulatora Li-Ion składającego się z kilku ogniw połączonych szeregowo. W przeciwieństwie do akumulatorów Ni-Cd, akumulatory Li-Ion wymagają dodatkowego układu sterującego, który będzie monitorował równomierność ich ładowania. Ładowanie bez takiego systemu prędzej czy później uszkodzi ogniwa akumulatora, a cały akumulator będzie nieefektywny, a nawet niebezpieczny.

Równoważenie to tryb ładowania, który kontroluje napięcie poszczególnych ogniw akumulatora i nie pozwala, aby napięcie na nich przekroczyło ustawiony poziom. Jeżeli jedno z ogniw ładuje się wcześniej, balanser przejmuje nadmiar energii i zamienia ją na ciepło, zapobiegając przekroczeniu napięcia ładowania konkretnego ogniwa.

W przypadku akumulatorów Ni-Cd nie ma potrzeby stosowania takiego systemu, ponieważ każde ogniwo akumulatora przestaje otrzymywać energię po osiągnięciu odpowiedniego napięcia. Oznaką ładunku Ni-Cd jest wzrost napięcia do określonej wartości, po którym następuje spadek o kilkadziesiąt mV i wzrost temperatury, gdyż nadmiar energii zamienia się w ciepło.

Przed ładowaniem Ni-Cd musi zostać całkowicie rozładowany, w przeciwnym razie wystąpi efekt pamięci, który doprowadzi do zauważalnego spadku pojemności i będzie można ją przywrócić jedynie poprzez kilka pełnych cykli ładowania/rozładowania.

W przypadku akumulatorów litowo-jonowych jest odwrotnie. Rozładowanie do zbyt niskich napięć powoduje degradację i trwałe uszkodzenie ze zwiększoną rezystancją wewnętrzną i zmniejszoną pojemnością. Ponadto ładowanie pełnego cyklu powoduje szybsze zużycie akumulatora niż w trybie ładowania. Akumulator litowo-jonowy nie wykazuje objawów ładowania jak akumulator Ni-Cd, więc ładowarka nie jest w stanie wykryć, kiedy jest w pełni naładowany.

Li-Ion ładuje się najczęściej metodą CC/CV, czyli na pierwszym etapie ładowania ustawia się prąd stały, np. 0,5 C (połowa pojemności: dla akumulatora o pojemności 2000 mAh, prąd ładowania wyniesie 1000 mA). Następnie po osiągnięciu napięcia końcowego podanego przez producenta (np. 4,2 V) ładowanie jest kontynuowane przy stabilnym napięciu. A gdy prąd ładowania spadnie do 10..30 mA, akumulator można uznać za naładowany.

Jeśli mamy baterię akumulatorów (kilka akumulatorów połączonych szeregowo) to ładujemy z reguły tylko poprzez zaciski na obu końcach całego pakietu. Jednocześnie nie mamy możliwości kontrolowania poziomu naładowania poszczególnych linków.

Możliwe, że jeden z elementów będzie miał większą rezystancję wewnętrzną lub nieco mniejszą pojemność (w wyniku zużycia akumulatora), a szybciej od pozostałych osiągnie napięcie ładowania o 4,2 V, natomiast pozostałe będą miały jedynie 4,1 V B, a cały akumulator nie będzie wskazywał pełnego naładowania.

Kiedy napięcie akumulatora osiągnie napięcie ładowania, może się zdarzyć, że słabe ogniwo zostanie naładowane do 4,3 V lub nawet więcej. Z każdym takim cyklem taki element będzie się coraz bardziej zużywał, pogarszając swoje parametry, aż w końcu doprowadzi to do awarii całego akumulatora. Ponadto procesy chemiczne w Li-Ion są niestabilne i w przypadku przekroczenia napięcia ładowania temperatura akumulatora znacznie wzrasta, co może doprowadzić do samozapłonu.

Prosty balanser do akumulatorów litowo-jonowych

Co wtedy zrobić? Teoretycznie najprościej jest zastosować diodę Zenera połączoną równolegle do każdego ogniwa akumulatora. Kiedy napięcie przebicia diody Zenera osiągnie, zacznie ona przewodzić prąd, zapobiegając wzrostowi napięcia. Niestety diodę Zenera na napięcie 4,2 V nie tak łatwo znaleźć, a 4,3 V będzie już za dużo.

Wyjściem z tej sytuacji może być skorzystanie z popularnego. To prawda, że ​​​​w tym przypadku prąd obciążenia nie powinien przekraczać więcej niż 100 mA, co jest bardzo małe do ładowania. Dlatego prąd należy wzmocnić za pomocą tranzystora. Taki obwód, podłączony równolegle do każdego ogniwa, zabezpieczy je przed przeładowaniem.

Jest to nieco zmodyfikowany typowy schemat połączeń TL431, można go znaleźć w arkuszu danych pod nazwą „regulator bocznikowy wysokiego prądu” (regulator bocznikowy wysokiego prądu).