Зарядка для Li-Ion

Автор: Soir. Опубликовано в Источники питания

View 21. Возможность зарядки и разрядки аккумулятора.
2. Измерение емкости аккумулятора в mA*h и W*h . (В режиме заряд и режиме разряд ).
3. Контроль температуры аккумулятора. Настройка критического напряжения аккумулятора.
4. Максимальный ток заряда 5А, разряда  2А .
5. Настройка максимального напряжения заряда и минимального напряжения разряда аккумулятора.
6. Установка емкости и ток заряда (разряда) аккумулятора в главном меню.
7. Звуковая индикация.

 

 

Всем привет. В сегодняшней статье, хочу вам рассказать о зарядном устройство для Li-Ion  аккумуляторов. Последнее время литиевые аккумуляторы очень сильно заполонили рынок, стали одними из первых, ни одно мобильное устройство не обходится без  литиевого аккумулятора. В настоящее время известно 3 типа самых популярных литиевых аккумуляторов

1. Литий-ионные (Li-ion). Номинальное напряжение (Uном.) - 3,6V;
2. Литий-полимерные (Li-Po, Li-polymer или «липо»). Uном. - 3,7V;
3. Литий-железо фосфатные (Li-Fe или LFP). Uном. - 3,3V.

В данной статье мы будем рассматривать литий ионные аккумуляторы.

Давайте для начала кратко рассмотрим алгоритм зарядки Li-ion аккумулятора, так как он является очень важным для нас. Сохранение алгоритма зарядки аккумулятора гарантирует нам полную зарядку аккумулятора и увеличивает время его жизни.

graf

Первая фаза: так называемый предварительный заряд, используется только в тех случаях, когда батарея сильно разряжена. Если напряжение батареи
ниже 2,8В, то ее нельзя сразу заряжать максимально возможным током: это крайне отрицательно скажется на сроке службы аккумулятора. Необходимо сначала «подзарядить» батарею малым током примерно до 3,0 В, и только после этого заряд максимальным током становится допустим.

Вторая фаза: зарядное устройство как источник постоянного тока. На этом этапе через батарею протекает максимальный для заданных условий ток. При этом, напряжение аккумулятора постепенно растет до тех пор, пока не достигнет предельного значения, равного 4,2 В. Строго говоря, по завершению второго этапа заряд можно прекратить, но при этом следует иметь в виду, что аккумулятор на данный момент заряжен примерно на 70% своей емкости. Отметим, что во многих зарядных устройствах максимальный ток подается не сразу, а плавно нарастает до максимума в течение нескольких минут – используется механизм «плавного старта» (SoftStart).

Если желательно зарядить батарею до значений емкости, близких к 100%, то переходим к третьей фазе: зарядное устройство как источник постоянного напряжения. На этом этапе к батарее приложено постоянное напряжение 4,2 В, а ток, протекающий через батарею, в процессе заряда уменьшается от максимума до некоторого заранее заданного минимального значения. В тот момент, когда значение тока уменьшается до этого предела, заряд батареи считается законченным и процесс завершается.

Напомним, что одним из ключевых параметров аккумуляторной батареи является ее емкость (единица измерения – А*час). Так, типичная емкость литий-ионного аккумулятора типоразмера ААА равна 750...1300 мА*ч. Как производная от этого параметра используется характеристика «ток 1С», это величина тока, численно равная номинальной емкости (в приведенном примере – 750...1300 мА). Значение «тока 1С» имеет смысл только как определение величины максимального тока при заряде батареи и величины тока, при которой заряд считается законченным. Принято считать, что величина максимального тока не должна превышать величины 1*1С, а заряд батареи можно считать завершенным при снижении тока до величины 0,05...0,10*1С. Но это те параметры, которые можно считать оптимальными для конкретного типа батареи. В реальности одно и то же зарядное устройство может работать с аккумуляторами различных производителей и различной емкости, при этом емкость конкретной батареи остается для зарядного устройства неизвестной. Следовательно, заряд батареи любой емкости в общем случае будет происходить не в оптимальном для батареи режиме, а в режиме, предустановленном для зарядного устройства.

Наше ЗУ полностью следует по алгоритму зарядки. Также в главном меню можно настроить емкость (мА*ч) аккумулятора и ток зарядки (С)

Возможности зарядного устройства.

1. Возможность зарядки и разрядки аккумулятора.

2. Измерение емкости аккумулятора в mA*h и W*h . (В режиме заряд и режиме разряд ).

3. Контроль температуры аккумулятора. Настройка критического напряжения аккумулятора.

4. Максимальный ток заряда 5А, разряда 2А .

5. Настройка максимального напряжения заряда и минимального напряжения разряда аккумулятора.

6. Установка емкости и ток заряда (разряда) аккумулятора в главном меню.

7. Звуковая индикация.

Напряжение питания прибора 9-12 вольт. Ток зависит от тока заряда аккумулятора. При разрядке аккумулятора можно использовать блок питания с током на выходе 0.5 А .

Описание прибора.

1. Включение ЗУ сопровождается звуковым сигналом, и экраном приветствия.

2. На экране отображается:

– верхняя строка левая сторона – напряжение аккумулятора;

– верхняя строка правая сторона – температура аккумулятора;

– верхняя строка правый угол – индикатор состояния батареи;

– нижняя строка слева – емкость аккумулятора "C", которую можно настраивать в диапазоне 100 ÷ 5000 мА*ч, шаг 100 мА*ч;

– нижняя строка справа – настройка основного тока зарядки 0,1С ÷ 1С, шаг 0,1С.

            3. Управление осуществляется кнопками PLUS, MINUS, SET и MODE.

– кнопка PLUS – увеличение параметра в настройках, в основном окне – вывод на индикатор дополнительных данных заряда/разряда: время, чч:мм:сс; ток, мА; величина заряда, мА*ч; энергетическая емкость, мВт*ч;

– кнопка MINUS – уменьшение параметра в настройках;

– кнопка SET выбор окна настроек;

– кнопка MODE переключение между настраиваемыми параметрами в пределах выбранного окна. В основном окне длительное удержание – запуск/остановка программы заряда/разряда.

4. При превышении установленной максимальной температуры раз в секунду раздается короткий звуковой сигнал.

Настройка.

1. После нажатия на кнопку SET в основном окне можно установить емкость батареи и ток заряда.

2. Повторное нажатие на SET вход в окно выбора режима заряд/разряд. Также в этом окне устанавливается максимальная температура, при которой включается звуковая сигнализация.

3. Следующее окно – установка минимального и максимального напряжений. Диапазон установки 0,0 ÷ 9,99 В. Программа отслеживает, чтобы минимальное напряжение не было больше либо равным максимальному и наоборот.

4. Через 10 секунд после завершения настроек или при запуске программы новые параметры записываются в энергонезависимую память.

Алгоритм разрядки.

Если выбран режима разрядки, то разряд ведется тем же установленным током, что и заряд до достижения минимального напряжения. Завершение разряда оповещается коротким звуковым сигналом.


Схема ЗУ.

CHARGE 2

Примечания по схеме.

Элементы которые отвечают за звуковую сигнализацию и измерения температуры можно не устанавливать. (BUZZER, T1, R3, R4, C8, DS18B20)

В качестве ОУ можно использовать LM324 . Но лучше использовать ОУ типа Rail to Rail, Я использовал MCP604 это намного улучшит точность измерения ЗУ.

Фото прибора.

 

IMG 9031

FUSE биты.

FUSE 8MHz Ext

 

Стоит обратить внимание. При зарядке большим током (больше чем 2А). Транзистор стоит посадить на радиатор. Если ток больше, чем 4А. то нужно задуматься об установке маленького вентилятора.
Следует использовать нагрузочный резистор сопротивлением  2 Ом - + 20% , мощностью 10 Вт. (Я использовал нихромовую спираль, как на фото).
Видео демонстрация работы ЗУ. https://youtu.be/Apg0P5qyfWU
Если у вас возникли какие-то дополнительные вопросы вы можете задать на форуме - http://sxem.org/forum/bloki-pitaniya/56-pribor-dlya-zaryadki-i-izmereniya-emkosti-li-ion-akkumulyatorov

В архиве все необходимые материалы для изготовления устройства.

Также хочу сказать большое спасибо пользователю под ником Soir , який дуже допоміг з написанням прошивки.
Всем желаю удачи с сборке данного устройства, Samodelkin.