Circuit de echilibrare activ. Echilibrator pentru baterii li-ion

Echilibratoarele de încărcare ieftine nu sunt tocmai potrivite pentru încărcarea bateriilor LiPo de mare capacitate din cauza curentului de încărcare limitat, drept urmare încărcarea bateriilor de mare capacitate (2 ... 5 A) se întinde foarte mult timp. Încărcătorul propus este destinat încărcării bateriilor LiPo de mare capacitate 2S….3S cu echilibrarea și deconectarea individuală a cutiilor, la care tensiunea a ajuns la 4,2 Volți.

Acest circuit este conceput pentru a încărca bateriile 2S și 3S, dar dacă este necesar
încărcați bateriile 4S sau 5S, este suficient să creșteți numărul de celule. Toate celulele sunt la fel.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al memoriei folosind exemplul unei celule. Baza este precizia
Dioda Zener TL431 cu prag de pornire reglabil. Pragul de pornire este setat rezistiv
divizor de tensiune la ieșirea electrodului de control al diodei zener.
Până când dioda zener este pornită, tot curentul de încărcare trece prin baterie. dioda zener prin
un rezistor de 1 kΩ este conectat în paralel la baterie, iar tensiunea pe magistrala pozitivă, precum și pe divizorul rezistiv (și pe electrodul de control al diodei zener) crește treptat pe măsură ce bateria se încarcă. Când tensiunea bateriei atinge 4,2 volți
dioda zener se deschide și de la căderea de tensiune pe rezistorul de 1 kΩ deschide puterea
tranzistor KT816. Curentul de încărcare trece acum prin el. Semnalizarea
Dioda electro luminiscenta. Un lanț de 4 diode de putere conectate în serie și o joncțiune a tranzistorului QE
sunt o diodă zener puternică, cu o tensiune de stabilizare de aproximativ 4,2 volți, care
împiedică descărcarea bateriei prin joncțiunea deschisă a tranzistorului.
Rezistorul * 22 Kom selectați în așa fel încât atunci când ajungeți la cel adecvat
Baterie de +4,2 volți, dioda zener deschisă și lumina de semnalizare aprinsă
Dioda electro luminiscenta.

Transformator TH36 sau similar.
Tranzistoare KT816 (curent colector 3 A).
Diode - diode puternice ale KD226 cu un curent de cel puțin 2 A.
Rezistor variabil puternic bobinat 10…..20 Ohm pentru reglarea curentului de încărcare.
Ampermetru 1 ... .3 A, pentru controlul curentului de încărcare.

Fiecare tranzistor are un mic radiator de 20 mm x 40 mm realizat din aluminiu de 1 mm.

Tensiunea de ieșire de la redresor la echilibrator trebuie să depășească
voltajul bateriei. Redresorul folosește o punte de diode pentru un curent de 3 A
și un condensator de 2200 microfarad x 36 volți.

Pentru o bancă - tensiunea de la redresor ar trebui să fie de aproximativ 6 volți.
Pentru două cutii - tensiunea de la redresor ar trebui să fie de aproximativ 11 volți.
Pentru trei cutii, tensiunea de la redresor ar trebui să fie de aproximativ 15 volți.
Pentru patru cutii, tensiunea de la redresor ar trebui să fie de aproximativ 20 de volți.

Dacă este necesar, puteți comuta înfășurările transformatorului.
Tensiunea de întrerupere a unei cutii încărcate este de 4,2 volți.

Curentul de încărcare pentru baterii este stabilit de un rezistor variabil de fir puternic de 10 ... 20 Ohm în interval de 1 ... 2 A, iar pentru bateriile de capacitate mică în limita a 0,5 A.
Folosesc acest încărcător de doi ani. Încarc bateriile 1,8……….3,0 A.

Schema schematică a încărcării - echilibrator LiPo.

fișier .lay

Montaj

PCB negativ pentru trei celule de încărcare (3S LiPo). Vedere de pe poteci.

O variantă a designului memoriei. Vedere din față. Diodele sunt pornite - încărcarea sa terminat.

Vedere din spate. Axa rezistorului de fir variabil al setarii curentului este vizibila.

Vedere generală a interiorului.

Vedere generală a interiorului

Vedere a plăcii de circuit imprimat.

Vizibil - rezistor variabil, punte de diode, condensator de filtru.

Mai ales pentru scepticii și adepții microcontrolerelor, vreau să spun următoarele.
În niciun caz nu neg avantajele microcontrolerelor față de tehnologiile anilor 80!
Dar circuitele și tehnologiile anilor 80 sunt disponibile chiar și radioamatorilor începători, ceea ce nu se poate spune despre microprocesoare. În acest articol, vreau doar să le arăt colegilor mei că pe elemente radio sovietice simple, puteți asambla ceva în câteva zile fără prea mult efort și costuri materiale.
sau alt dispozitiv necesar afacerii!
De asemenea, vreau să subliniez - când inginerii noștri nu aveau încă calculatoare, ci contau pe rigle cu glisiere, atunci toate proiectele lor grandioase au funcționat! Destul de amintit
AMS „Venus” din anii 70, care a aterizat pe suprafața lui Venus și a transmis fotografii color pe Pământ. Și roverele lunare sovietice și cele mai bune avioane din lume din anii '50! Și desigur, zborul lui Yuri Gagarin! În acei ani, toate calculele se făceau pe reguli de calcul! Am, desigur, un calculator și mai mult de unul. Dar știu și cum să folosesc o regulă de calcul.

O caracteristică comună a tuturor bateriilor cu litiu este intoleranța la supraîncărcare și căderea profundă a tensiunii. Există aproximativ 10 varietăți de baterii litiu-ion și polimer care utilizează diferite compoziții de ingrediente active. Toate diferă în domeniul tensiunii de funcționare, dar solicită respectarea limitelor. Plăcile sunt circuite electrice încorporate în circuit pentru a menține parametrii doriti, deconectați bateria cu litiu în caz de defecțiune a acesteia. Pentru incarcarea, echilibrarea, controlul descarcarii si protectia bateriilor cu litiu se realizeaza placi separate sau combinate, care sunt realizate pe un substrat solid.

De ce am nevoie de un echilibrator când încarc o baterie? Când mai multe celule sunt conectate în serie, tensiunea este însumată, iar capacitatea bateriei va fi egală cu cea mai mică dintre toate celulele.

Pentru a preveni supraîncărcarea băncii „leneșe”, aceasta trebuie deconectată de la sursa de alimentare imediat ce este atinsă tensiunea de încărcare pe aceasta. Acest lucru va permite altor celule să continue încărcarea. Un echilibrator este utilizat pentru a controla încărcătura uniformă. Acesta trebuie să fie inclus într-un circuit cu o conexiune în serie de elemente. Pentru o conexiune paralelă, nu este nevoie de un echilibrator, unde nivelul de încărcare este distribuit uniform, ca în vasele comunicante.

Placa de echilibrare poate fi realizată separat sau inclusă în circuitul general de protecție MBS pentru bateriile cu litiu. Ansamblul se numește buclă de echilibrare.

Scopul implementării circuitului este de a preveni supraîncărcarea celulelor individuale. Dacă se folosește o singură baterie protejată, aceasta are un bloc de protecție la supraîncărcare.

Placă de protecție a bateriei cu litiu

Bateriile cu litiu pot lua foc sau exploda atunci când sunt supraîncărcate sau încălzite. Când tensiunea scade, devine dificil de încărcat. Fiecare caz de încălcare a regimului duce la o pierdere iremediabilă a capacității borcanului. Prin urmare, orice ansamblu de baterii cu litiu conține o placă de protecție.

Dacă sunt utilizate elemente neprotejate, este instalat fără greșeală un controler de încărcare-descărcare. Placa PCB este prevăzută ca element obligatoriu în toate bateriile pentru aparatele de uz casnic.

Plăcile PCB și modulele PCM nu sunt controlere, nu reglează curentul și tensiunea. Sarcina lor este să întrerupă circuitul dacă are loc un scurtcircuit sau supraîncălzire. Modulele permit o descărcare de până la 2,5 V, ceea ce este periculos. Toate modulele de protecție sunt chinezești, produsele sunt produse în milioane și este puțin probabil ca fiecare microcircuit să fie testat. Aceasta nu este o protecție completă, o urgență.

Pentru protectie se folosesc placi de incarcare si protectie MBS, selectate in functie de sarcina de curent dublu, cu echilibrator incorporat. Plăcile de încărcare și protecție a bateriilor cu litiu sunt controlere care asigură un proces în 2 pași și oferă parametrii doriti. O condiție indispensabilă pentru a doua etapă de încărcare este oprirea alimentării atunci când este atinsă tensiunea maximă de funcționare a bateriei cu litiu.

Schema plăcii de protecție a bateriei cu litiu

Toate bateriile litiu-ion și litiu polimer și bateriile asamblate trebuie protejate. Pentru a efectua încărcarea în 2 etape, este necesar să se asigure un mod de curent constant, tensiune constantă în serie. Folosit în ansamblul plăcii PCM sau MBS.

Asamblați-l singur sau cumpărați plăci gata făcute pentru conectare, alegeți. Pentru a încărca bateriile cu litiu, experții folosesc produse chinezești. Sunt comandate pe AliExpress, cu transport gratuit.

LM317

Incarcator simplu, stabilizator de curent.

Setarea constă în crearea unei tensiuni de 4,2 V prin reglarea rezistențelor R4, R6. Rezistența R8 este o rezistență de reglare. LED-ul stins va anunța sfârșitul procesului. Dezavantajul acestui dispozitiv este imposibilitatea de alimentare de la portul USB. Tensiune mare de alimentare 8-12 V, condiția pentru funcționarea acestei memorie.

TR4056

Experții sugerează că pentru a încărca o baterie cu litiu, folosiți placa chinezească TP4056, cu sau fără protecție împotriva inversării bateriei. Îl poți cumpăra de pe Aliexpress, costul unitar este de aproximativ 30 de cenți.

Curentul maxim de 1 A se reglează prin înlocuirea rezistenței R3. Tensiune 5 A, există un indicator de încărcare.

Etape de control:

• constant, tensiunea bateriei;
• preîncărcare dacă bornele sunt mai mici de 2,9V;
• curentul constant maxim este de 1A, când rezistorul este înlocuit, rezistența crește, curentul scade;
• la o tensiune de 4,2 V, o scădere treptată a curentului de încărcare începe la o tensiune constantă;
• La un curent de 0,1C, încărcarea este oprită.

Experții sfătuiesc să cumpărați o placă cu protecție sau un contact de ieșire pentru un senzor de temperatură.

NCP1835

Placa de încărcare oferă o stabilitate ridicată a tensiunii de încărcare cu o dimensiune miniaturală a plăcii - 3x3 mm. Acest dispozitiv asigură încărcarea acumulatorilor cu litiu de toate tipurile și dimensiunile.

Particularitati:

• un număr mic de elemente;
• încarcă bateriile puternic descărcate cu un curent de aproximativ 30 mA;
• detectează bateriile nereîncărcabile, dă semnal;
• puteți seta timpul de încărcare de la 6 la 748 de minute.

Video

Urmărește videoclipul pentru o revizuire completă a plăcii de încărcare TP4056

Particularitati:

-Echilibru

-

-Controlul curentului

-

Pin Descriere:

Particularitati:

-Echilibru Notă: Placa de control HCX-D119 pentru bateriile Li-Ion 3S/4S are o funcție de echilibrare încorporată. În același timp, în procesul de încărcare a bateriei, tensiunea de pe fiecare dintre celule este egalată la o valoare de 4,2V.
Pentru a utiliza funcția de egalizare a tensiunii, trebuie să mențineți bateria sub o tensiune de 12,6 / 16,8V timp de cel puțin 60 - 120 de minute după încheierea fazei active de încărcare a bateriei. Pentru ca balansierul să funcționeze, este important ca tensiunea să nu fie mai mare de 12,6 / 16,8V: dacă aceste tensiuni sunt depășite, controlerul va intra în starea de protecție și bateriile nu vor fi echilibrate.

-Controlul tensiunii pe fiecare dintre celule: Când tensiunea de pe oricare dintre celule depășește valorile de prag, întreaga baterie se oprește automat.

-Controlul curentului: Când curentul de sarcină depășește valorile de prag, întreaga baterie se oprește automat.

- Abilitatea de a lucra cu baterii 3S(3 baterii în serie) Controlerul HCX-D119 este 100% compatibil cu bateriile 3S Li-Ion (11,1 V). Pentru a comuta controlerul în modul 3S, este necesar să conectați contactele R8 și să mutați rezistorul R7 la R11 (R7, în același timp, rămâne rupt) și să închideți pad-ul "B1" pe pad-ul "B-"

Pin Descriere:

Desigur, o taxă separată. Dar asta e doar pentru cazul meu particular.

De multe ori trebuie să lucrezi pe teren fără rețea, o șurubelniță este mereu la îndemână. Bateriile sunt deja vechi, s-a sugerat o îmbunătățire. Am scuturat NiCd-ul mort din cartușele șurubelnițelor și l-am îndesat în ambele carcase LiPo, fiecare pentru 5 cutii. O gafa, dar trebuie sa o incarci la fel in camp sau in masina si este de dorit sa o incarci cu echilibrare, pentru ca toate cele 5 cutii din fiecare acc se comporta in felul lor, afecteaza ketai. Echilibrarea la încărcare se poate face în moduri diferite, căile sunt întunecate. Cel mai simplu este frânarea cutiilor reîncărcate de o sarcină, transfer la căldură. Asta face desktop-ul IMAX B6, dar nu-mi place că încarcă întreaga baterie mult timp atunci când echilibrarea este activată.

Mi-am dat seama și m-am gândit că cel mai simplu mod ar fi să încărc fiecare bancă din baterie separat. Cumva modalități de a echilibra pe google au dat peste un gând similar:

„Nenorociți trișori... Când mă gândeam la asta, aveam de gând să construiesc o grămadă de DCDC-uri în care tensiunea fiecărui contact este controlată individual => fiecare celulă ar putea fi încărcată cu un plan de încărcare individual. Aparent, acest lucru este prea complex. "

Și mi s-a părut mai puțin complicat: sculptăm un DC-DC cu 5 ieșiri și agățăm pe fiecare câte un cip încărcător, dintre care există o legiune pentru Li-Ion! Și, m-am gândit, ar trebui să fie mai puțin cald: nu trebuie să încetiniți băncile! (Da, chiar acum, mikruhii de încărcare sunt încălziți ca nenorociții!)

Iată diagrama care a apărut:

Circuitul este simplu, a existat o problemă doar cu alegerea tranzistorului. Am lipit mai întâi IRLS3034 cu un gest larg, în care capacitatea obturatorului s-a dovedit a fi prea grea pentru driverul LM3478, a trebuit să pun ceva mai puțin arătos. Pentru fiecare canal - conform STC4054G, opțiunea este ieftină și satisface sarcina. Iată placa asamblată, divorțată într-un singur strat:

Producătorul cipului de încărcare STC4054G recomandă să faceți urmele de pe placă cât mai groase posibil și, dacă este posibil, să folosiți poligoane pe ambele părți ale plăcii pentru disiparea căldurii. Nu am ascultat curgerea, dar în zadar: mikruhi-urile sunt încălzite așa cum ar trebui, chiar și cu un curent de încărcare de 400 mA per borcan.
Și din alt unghi:

Încărcări și încălzire, infecție:

Ei bine, dacă este cald, trebuie să fie răcit. Am luat o carcasă convenabilă din aluminiu, am găurit un capac pentru conectori, elemente de fixare și LED-uri. Găuri rotunde - tăietor rotund, dreptunghiular - dreptunghiular)

Asamblat și gata de navigare:

A fost o idee să-l vopsesc în negru, dar prea leneș. Da, și asta este răsfăț - acest arici este scris să trăiască într-o mașină sub picioarele tale, mai aproape de brichetă.

Mă voi gândi data viitoare la echilibru. Îmi place foarte mult ideea unui transformator Robin Hood, pe care îl ia din cutii bogate și îl dă băncilor sărace în baterie. Se pare că eficiența este mai mare și căldura este mai mică. Dar din nou, bateriile bogate sunt mulse înainte și înapoi până când cele sărace sunt inundate; asta nu este foarte bun, nu-i așa?

UPD:În funcție de parametrii transformatorului și de valori nominale. Transformatorul era infasurat pe un miez nu foarte bun, ce era la indemana, 2 x MP140-1, KP19x11x4.8. Primar 21 spire 0,35 fir, secundar simultan 11 spire fir 0,51. Setarea frecvenței R1C1 - la ~ 100 kHz, 4,7 kOhm / 0,1 uF. Divizor de feedback R2R3 - 21 kOhm / 8,2 kOhm. R4 - 75 kOhm, shunt R5R6 - 0,1 Ohm fiecare (total 0,05 Ohm). VD1 - SMBJ15, VD2 - SM4005. VD4 al unor Schottky de la 1 A, C5 - 330 uF x 25V, VD8 - dioda zener 5V1, C10 - 0,1 uF. R7 - 470 ohmi, R12 - 2 kOhm, ceea ce dă aproximativ 400 mA.

Trimis de:

Nu, nu este vorba despre momeală de pescuit și nici măcar despre acrobații de circ care se echilibrează sub dom. Va fi vorba despre cum să se realizeze un echilibru al parametrilor bateriilor conectate în serie.

După cum știți, o celulă a bateriei este un dispozitiv de tensiune destul de joasă, așa că sunt de obicei conectate în pachete în serie. În mod ideal, dacă parametrii tuturor bateriilor sunt aceiași, avem o sursă cu o tensiune de n ori mai mare decât o singură celulă și o putem încărca și descărca ca o singură baterie de tensiune mai mare.

Din păcate, asta ar fi doar ideal. Fiecare baterie din acest pachet, la fel ca tot ce este în această lume, este unică și este imposibil să găsești două baterii complet identice, iar caracteristicile lor - capacitatea, scurgerea, gradul de încărcare - se vor schimba cu timpul și temperatura.

Desigur, producătorii de baterii încearcă să selecteze cât mai aproape posibil din punct de vedere al parametrilor, dar există întotdeauna diferențe. Și în timp, astfel de dezechilibre ale caracteristicilor pot crește și ele.

Aceste diferențe în caracteristicile celulelor conduc la faptul că bateriile funcționează diferit și, ca urmare, capacitatea totală a bateriei compozite va fi mai mică decât cea a celulelor sale constitutive, de data aceasta și, în al doilea rând, resursa unui astfel de o baterie va fi si ea mai mica, pentru ca. este determinat de cea mai „slabă” baterie, care se va uza mai repede decât altele.
Ce să fac?

Există două criterii principale pentru evaluarea gradului de echilibrare celulară:
1. Egalizarea tensiunii pe celule,
2. Egalizarea sarcinii în celule.

De asemenea, vă puteți atinge obiectivele în realizarea acestor metode de echilibrare în două moduri:
1. Pasiv și
2. Activ.

Să explicăm ce s-a spus.
Cu criteriile de echilibrare, totul este clar, fie pur și simplu realizăm egalitatea tensiunilor pe celule, fie calculăm cumva încărcarea bateriei și ne asigurăm că aceste încărcări sunt egale (în acest caz, tensiunile pot diferi).

Nici cu metodele de implementare, nimic complicat. În metoda pasivă, pur și simplu transformăm energia din celulele bateriei cele mai încărcate în căldură până când tensiunile sau încărcările din ele sunt egale.
În metoda activă, în orice fel, transferăm încărcarea de la o celulă la alta, dacă este posibil cu pierderi minime. Circuitele moderne realizează cu ușurință astfel de abilități.

Este clar că este mai ușor să disipezi decât să pompezi și este mai ușor să compari tensiunile decât să compari sarcinile.

De asemenea, aceste metode pot fi aplicate atât la încărcare, cât și la descărcare. Cel mai adesea, desigur, echilibrarea se efectuează atunci când bateria se încarcă, când există multă energie și nu se poate economisi mult și, prin urmare, fără pierderi mari, puteți utiliza disiparea pasivă a „excesului” de electricitate.
La descărcare, se folosește întotdeauna doar transferul activ de încărcare, dar astfel de sisteme sunt foarte rare, datorită complexității mai mari a circuitului.

Să ne uităm la implementarea practică a celor de mai sus.
La incarcare, in cel mai simplu caz, la iesirea incarcatorului este plasat un dispozitiv numit "balancer".
Mai departe, pentru a nu mă compune, voi introduce pur și simplu o bucată de text dintr-un articol de pe site-ul http://www.os-propo.info/content/view/76/60/ . Vorbim despre încărcarea bateriilor cu litiu.

"Cel mai simplu tip de echilibrator este limitatorul de tensiune. Este un comparator care compară tensiunea de pe banca LiPo cu o valoare de prag de 4,20 V. La atingerea acestei valori, se deschide un puternic tranzistor cheie, conectat în paralel cu banca LiPo, trecând prin el însuși cea mai mare parte a curentului de încărcare ( 1A sau mai mult) și transformând energia în căldură. În același timp, o parte extrem de mică din curent ajunge la cota în sine, care practic oprește încărcarea acesteia, permițând celor vecini să se reîncarce. De fapt, egalizarea tensiunii pe celulele bateriei cu un astfel de echilibrator are loc abia la sfarsitul incarcarii, cand celulele ating valoarea de prag.

Într-o astfel de schemă, sarcina de a încărca și egaliza o pereche de pachete diferite este fezabilă în mod realist. Dar astfel de echilibrari în practică sunt doar de casă. Toate echilibrarele cu microprocesor proprietare folosesc un principiu diferit de funcționare.

În loc să disipeze curenții de încărcare completă la sfârșit, echilibratorul cu microprocesor monitorizează constant tensiunile de pe bănci și le egalizează treptat pe tot parcursul procesului de încărcare. La o bancă care este încărcată mai mult decât altele, balansierul conectează în paralel o rezistență (de ordinul a 50-80 ohmi la majoritatea balansoarelor), care trece o parte din curentul de încărcare prin ea însăși și încetinește doar puțin încărcarea acestei bănci. , fără a o opri complet. Spre deosebire de un tranzistor pe un radiator, care este capabil să preia curentul de încărcare principal, această rezistență oferă doar un curent de echilibrare mic - aproximativ 100mA și, prin urmare, un astfel de echilibrator nu necesită radiatoare masive. Acest curent de echilibrare este indicat în caracteristicile tehnice ale balansoarelor și de obicei nu depășește 100-300mA.

Un astfel de echilibrator nu se încălzește în mod semnificativ, deoarece procesul continuă pe toată durata încărcării, iar căldura la curenți scăzuti are timp să se disipeze fără calorifere. Evident, dacă curentul de încărcare este semnificativ mai mare decât curentul de echilibrare, atunci cu o tensiune mare răspândită pe bănci, echilibrerul nu va avea timp să le egalizeze înainte de momentul în care cel mai încărcat banc atinge tensiunea de prag."
Sfârșitul citatului.

Următoarele pot servi ca exemplu de schema de lucru a celui mai simplu echilibrator (preluat de pe site-ul http://www.zajic.cz/).

Fig.1. Un bilanț simplu.

De fapt, aceasta este o diodă zener puternică, apropo, foarte precisă, încărcată cu o sarcină cu rezistență scăzută, al cărei rol este jucat aici de diodele D2 ... D5. Cipul D1 măsoară tensiunea la plus și minus al bateriei, iar dacă se ridică peste prag, deschide un tranzistor puternic T1, trecând prin el însuși tot curentul din memorie.

Fig.2. Un bilanț simplu.

Al doilea circuit funcționează în mod similar (Fig. 2.), Dar în el toată căldura este eliberată în tranzistorul T1, care se încălzește ca un „ceainic” - radiatorul poate fi văzut în imaginea de mai jos.

Figura 3 arată că balansierul este format din 3 canale, fiecare dintre acestea fiind realizat conform schemei din Figura 2.

Desigur, industria stăpânește de mult timp astfel de circuite, care sunt produse sub forma unui microcircuit complet. Multe companii le produc. De exemplu, voi folosi materialele articolului despre metodele de echilibrare publicat pe site-ul Radio Lotsman http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=59991 , pe care le voi modifica sau elimina parțial astfel încât a nu umfla articolul.
Citat:
" Metoda de echilibrare pasivă.
Cea mai simplă soluție este egalizarea tensiunii bateriilor. De exemplu, cipul BQ77PL900 oferă protecție pentru pachetele de baterii cu 5-10 baterii conectate în serie. Microcircuitul este o unitate completă din punct de vedere funcțional și poate fi folosit pentru a lucra cu un compartiment pentru baterii, așa cum se arată în Figura 4. Comparând tensiunea celulei cu pragul, microcircuitul, dacă este necesar, pornește modul de echilibrare pentru fiecare dintre celule. .

Fig.4. Chip BQ77PL900, și al doilea analog, unde dispozitivul intern este mai bine văzut (luat de aici http://qrx.narod.ru/bp/bat_v.htm).

Pe Fig. 5 arată principiul funcționării acestuia. Dacă tensiunea oricărei baterii depășește un prag prestabilit, tranzistoarele cu efect de câmp pornesc și un rezistor de sarcină este conectat în paralel cu celula bateriei, prin care curentul ocolește celula și nu o mai încarcă. Restul celulelor continuă să se încarce.
Când tensiunea scade, supapa de câmp se închide și încărcarea poate continua. Astfel, la sfârșitul încărcării, aceeași tensiune va fi prezentă pe toate celulele.

Atunci când se aplică un algoritm de echilibrare care utilizează ca criteriu doar abaterea tensiunii, echilibrarea incompletă este posibilă datorită diferenței de rezistență internă a bateriilor (vezi Fig. 6.). Faptul este că o parte din tensiune scade pe această rezistență atunci când curentul trece prin baterie, ceea ce introduce o eroare suplimentară în răspândirea tensiunii în timpul încărcării.
Cipul de protecție a bateriei nu poate determina dacă dezechilibrul este cauzat de o capacitate diferită a bateriilor sau de o diferență a rezistențelor interne ale acestora. Prin urmare, cu acest tip de echilibrare pasivă, nu există nicio garanție că toate bateriile vor fi încărcate 100%.

BQ2084 folosește o versiune îmbunătățită de echilibrare, bazată tot pe variația tensiunii, dar pentru a minimiza efectul răspândirii rezistenței interne, BQ2084 se echilibrează mai aproape de sfârșitul procesului de încărcare atunci când cantitatea de curent de încărcare este scăzută.

Orez. 5. Metodă pasivă bazată pe echilibrarea tensiunii.

Orez. 6. Metoda de echilibrare pasivă a tensiunii.

Chipurile din familia BQ20Zxx utilizează tehnologia proprietății Impedance Track pentru a determina nivelul de încărcare, pe baza determinării stării de încărcare a bateriilor (SZB) și a capacității bateriei.

În această tehnologie, pentru fiecare baterie, se calculează Qneed-ul de încărcare necesară pentru a o încărca complet, după care se află diferența?Q între Qneed-ul tuturor bateriilor. Apoi microcircuitul pornește întrerupătoarele de alimentare, care descarcă toate celulele la nivelul celor mai puțin încărcate, până când încărcările sunt egalizate.

Datorită faptului că diferența de rezistență internă a bateriilor nu afectează această metodă, aceasta poate fi aplicată în orice moment, atât la încărcare, cât și la descărcarea bateriei. Cu toate acestea, după cum am menționat mai sus, la descărcare, această metodă este stupidă de utilizat, deoarece. energia nu este niciodată suficientă.

Principalul avantaj al acestei tehnologii este o echilibrare mai precisă a bateriei (vezi Fig. 7) în comparație cu alte metode pasive.

Orez. 7. Echilibrare pasivă bazată pe SSB și capacitate.

Echilibrare activă

În ceea ce privește eficiența energetică, această metodă este superioară echilibrării pasive, deoarece. pentru a transfera energie de la o celulă mai încărcată la una mai puțin încărcată, în loc de rezistențe, se folosesc inductanțe și capacități, în care practic nu există pierderi de energie. Această metodă este preferată în cazurile în care este necesară o durată maximă de viață a bateriei.

BQ78PL114, bazat pe tehnologia proprie PowerPump de la TI, este cea mai recentă componentă activă de echilibrare a bateriei TI și utilizează un convertor inductiv pentru a transfera puterea.

PowerPump folosește FET-uri cu canale p cu canale n și un șoc care se află între o pereche de baterii. Schema este prezentată în Fig.8. Lucrătorii de teren și inductorul formează un convertor buck/boost.

De exemplu, dacă BQ78PL114 determină că celula de sus este mai încărcată decât celula de jos, atunci la pinul PS3 este generat un semnal de deschidere a tranzistorului Q1 cu o frecvență de aproximativ 200 kHz și un ciclu de lucru de aproximativ 30%.

Cu Q2 închis, se obține un circuit regulator de comutare standard, cu dioda internă a lui Q2 care închide curentul inductorului în timpul stării oprite a lui Q1.

La pomparea din celula inferioară în cea superioară, când se deschide doar cheia Q2, obținem și un circuit tipic, dar deja un regulator de comutare step-up.

Cheile Q1 și Q2, desigur, nu ar trebui să fie deschise niciodată în același timp.

Orez. 8. Tehnologia de echilibrare PowerPump.

În acest caz, pierderile de energie sunt mici și aproape toată energia curge de la un borcan foarte încărcat la unul cu încărcare scăzută. Cipul BQ78PL114 implementează trei algoritmi de echilibrare:
- tensiune la bornele bateriei. Această metodă este similară cu metoda de echilibrare pasivă descrisă mai sus, dar nu există aproape nicio pierdere;
- tensiune în gol. Această metodă compensează diferența dintre rezistențele interne ale bateriilor;
- după starea de încărcare a bateriei (pe baza previziunii stării bateriei). Metoda este similară cu cea folosită în familia de microcircuite BQ20Zxx cu echilibrare pasivă pentru SSB și capacitatea bateriei. În acest caz, încărcarea care trebuie transferată de la o baterie la alta este determinată cu precizie. Echilibrarea are loc la sfârșitul încărcării. Când utilizați această metodă, se obține cel mai bun rezultat (vezi Fig. 9.)

Orez. 9. Algoritm activ de echilibrare pentru nivelarea stării de încărcare a bateriei.

Datorită curenților mari de echilibrare, tehnologia PowerPump este mult mai eficientă decât echilibrarea pasivă convențională cu disipare a energiei. În cazul echilibrării unui acumulator de laptop, curenții de echilibrare sunt de 25…50 mA. Prin selectarea valorii componentelor se poate obține o eficiență de echilibrare de 12-20 de ori mai bună decât prin metoda pasivă cu chei interne. O valoare tipică de dezechilibru (mai puțin de 5%) poate fi atinsă în doar unul sau două cicluri.

In plus, tehnologia PowerPump are si alte avantaje: echilibrarea poate avea loc in orice mod de functionare – incarcare, descarcare, si chiar si atunci cand bateria care da energie are o tensiune mai mica decat bateria care primeste energie." (Sfârșitul citatului parțial.)

Să continuăm descrierea metodelor active de transfer a încărcăturii de la o celulă la alta cu următoarea schemă, pe care am găsit-o pe Internet pe site-ul „HamRadio” http://qrx.narod.ru/bp/bat_v.htm.

Ca circuit de transfer de sarcină, nu a fost folosit un stocare inductiv, ci capacitiv. De exemplu, așa-numitele convertoare de tensiune cu condensator comutat sunt cunoscute pe scară largă. Unul dintre cele de masă este cipul ICL7660 (MAX1044 sau analogul intern KR1168EP1).

Practic, microcircuitul este folosit pentru a obține o tensiune negativă egală cu tensiunea sa de alimentare. Cu toate acestea, dacă dintr-un motiv oarecare tensiunea negativă la ieșire se dovedește a fi mai mare decât tensiunea de alimentare pozitivă, atunci microcircuitul va începe să pompeze sarcina „în direcția opusă”, luând-o din minus și dând-o în plus, adică ea încearcă constant să echilibreze aceste două tensiuni.

Această proprietate este utilizată pentru a echilibra două celule de baterie. Schema unui astfel de echilibrator este prezentată în Fig.10.

Fig.10. Schema unui echilibrator cu transfer capacitiv de sarcină.

Microcircuitul cu o frecvență înaltă conectează condensatorul C1 fie la bateria superioară G1, fie la G2 inferioară. În consecință, C1 va fi încărcat dintr-unul mai încărcat și descărcat într-unul mai descărcat, transferând de fiecare dată o parte din încărcare.
În timp, tensiunea bateriilor va deveni aceeași.

Energia din circuit nu este practic disipată, randamentul circuitului poate ajunge până la 95 ... 98%, în funcție de tensiunea de pe baterii și de curentul de ieșire, care depinde de frecvența de comutare și capacitatea C1.

În acest caz, consumul real al microcircuitului este de doar câteva zeci de microamperi, adică. este sub nivelul de auto-descărcare al multor baterii și, prin urmare, microcircuitul nici măcar nu poate fi deconectat de la baterie și va efectua constant încet munca de egalizare a tensiunii pe celule.

În realitate, curentul de pompare poate ajunge la 30 ... 40 mA, dar eficiența scade. De obicei zece mA. De asemenea, tensiunea de alimentare poate fi de la 1,5 la 10V, ceea ce înseamnă că microcircuitul poate echilibra atât degetele obișnuite Ni-Mh, cât și bateriile cu litiu.

Notă practică: în Fig.10. se arată un circuit care echilibrează bateriile cu o tensiune mai mică de 3V, deci al șaselea picior (LV) este conectat la ieșirea 3. Pentru a echilibra bateriile cu litiu cu o tensiune mai mare, pinul 6 trebuie lăsat liber, neconectat nicăieri.

De asemenea, cu această metodă este posibil să echilibrezi nu doar două, ci și mai multe baterii. Pe Fig.11. arăta cum se face.

Fig.11. Chip-uri de transfer de încărcare în cascadă.

Ei bine, și în sfârșit, un alt design de circuit care implementează transferul capacitiv de încărcare de la o baterie la alta.
Dacă în ICL7660 era un multiplexor care putea conecta condensatorul C1 la doar două surse, atunci luând un multiplexor cu un număr mare de canale de comutare (3, 4, 8), puteți egaliza tensiunile deja pe trei, patru sau opt bănci cu un microcircuit. Mai mult, băncile pot fi conectate în orice mod, atât în ​​serie, cât și în paralel. Principalul lucru este că tensiunea de alimentare a microcircuitului este mai mare decât tensiunea maximă de pe bănci.

Schema așa-numitului „convertor de tensiune reversibil”, descrisă în revista „Radio” 1989, nr. 8, este prezentată în Fig.12.

Fig.12. Convertor de tensiune reversibil ca echilibrator pe multiplexorul 561KP1..

La dispozitivul de nivelare pot fi conectate până la patru elemente. Condensatorul C2 este conectat la rândul său la diferite elemente, asigurând transferul de energie al acestor elemente și egalând tensiunea pe ele.

Numărul de celule dintr-o baterie poate fi redus. În acest caz, în locul elementelor excluse, este suficient să conectați un condensator cu o capacitate de 10..20 μF.

Curentul de echilibrare al unei astfel de surse este foarte mic, de până la 2 mA. Dar, deoarece funcționează în mod constant, fără a se deconecta de la baterii, își îndeplinește sarcina - egalând încărcările celulelor.

În concluzie, vreau să observ că elementul de bază modern permite echilibrarea celulelor unei baterii compozite practic fără pierderi și este deja suficient de simplu pentru a înceta să mai fie ceva „mișto” și inaccesibil.

Și, prin urmare, cred că un radioamator care proiectează dispozitive pe baterii ar trebui să se gândească la trecerea la metode active de transfer de energie între bănci într-o baterie, chiar dacă doar „în mod demodat”, concentrându-se pe egalitatea tensiunilor între celulele bateriei. , și nu taxe în ele.

Toate articolele de pe site au voie să fie copiate, dar cu indicarea obligatorie a unui link către noi.