טעינה בטוחה של סוללות Li-ion. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

טעינה בטוחה של סוללות Li-ion. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מטענים, סוללות, תאים גלווניים

בשנים האחרונות, מגזין "רדיו" תיאר מטענים רבים, כולל אלה המכונים "חכמים", שלא רק הופכים את תהליך טעינת הסוללה לאוטומטי במידה המקסימלית (הם מווסתים את זרם הטעינה בהתאם למתח שבו, וכן כבה אותו כשהוא טעון במלואו), אך גם פרק אותו למתח ההתחלתי הנדרש לפני הטעינה. עם זאת, כל המכשירים הללו מיועדים לסוללות Ni-Cd ו-Ni-MH ואינם מתאימים במיוחד לטעינת סוללות Li-ion (ליתיום-יון) בשל התכונות הספציפיות שלהן. המאמר שפורסם מתאר מטען פשוט שנועד להטעין בדיוק סוללות כאלה.

למרות שפע המידע על סוללות Li-ion, האינטרנט מלא במחלוקות משתמשים המעידות על הצורך במכשיר פשוט ואמין למדי לטעינתן. העיצוב המוצע הוא רק אחת מהאפשרויות האפשריות לפתרון בעיה זו, המתמקדת בעיקר בעלות הנמוכה של ייצורו. בניגוד, למשל, למכשיר המתואר ב-[1], עלות המיקרו-מעגלים המשמשים בו לא תעלה על 1$.

כמובן, יש אינדיקטורים שאסור להזניח למען הזולות. העיקרי שבהם הוא בטיחות תפעולית, שהפכה ל"דמות" בסיפורי רדיו חובבים על פיצוצים של סוללות Li-ion במהלך ניסויים רשלניים בהן. ב-[2] מתוארים בפירוט מספיק האמצעים שנקטו חברות כדי למנוע הרס לא מכוון של סוללות ליתיום נטענות. עם זאת, היצרנים מזהירים מפני פריקתם למתח של פחות מ-2,5 וולט או זרמים גבוהים (יותר מ-2,5 A), כמו גם טעינת יתר. גם פריקה עמוקה וגם טעינה ארוכת טווח עם זרם, אפילו רק כמה מיקרואמפר, יכולים לעורר היווצרות דנדריטים על האלקטרודות של הסוללה ולגרום לכשל בטרם עת שלה. לכן, המסקנה מציעה את עצמה: כדי להאריך את "חיים" של סוללת Li-ion, עדיף להטעין אותה בזמן (מבלי לחכות שהמתח יירד ל-2,5 וולט), מבלי להשיג בהכרח מלא (100 וולט). %) לחייב.

העיקרון הזה הוא שעומד בבסיס הפעולה של המכשיר המתואר, שנועד לטעון את סוללת LGR18650E (המאפיינים שלו כמעט זהים לאלו של ICR-18650 מבית NEC [2]). במידת הצורך, באמצעות נוסחאות החישוב המפורטות במאמר, אתה יכול לשנות את המכשיר כדי לטעון את הסוללה עם מאפיינים אחרים.

תרשים המעגל החשמלי של המכשיר מוצג באיור. הבסיס שלו הוא המיקרו-מעגל המיוחד DA1 TSM101A, המיוצר בחבילות D1P8 ו-S08.

(לחץ להגדלה)

כידוע, יש לטעון תחילה את סוללות ה-Li-ion בזרם קבוע, ועם הגעה לרמת מתח נתונה עליה לרדת לפי חוק אקספוננציאלי [2]. במכשיר המוצע, op-amp DA1.2 משווה את האות מחישן זרם הטעינה - הנגד R3 - עם חלק ממתח הייחוס Uo6p = 1,24 V, שנלקח מהמחוון של הנגד R7, ופותח את הטרנזיסטור VT1 בדיוק כמו הכרחי כדי ליצור את ירידת המתח הנדרשת על פני חיישן הזרם. יתר על כן, המכשיר מספק מה שנקרא מצב מיזוג בעת טעינת סוללה פרוקה עמוקה.

בואו לחשב את הפרמטרים של המכשיר. מכיוון שלא ניתן במקרה זה ניטור תרמי של הסוללה הנטענת, נגביל את עצמנו לזרם הטעינה המקסימלי Icharge = 1 A. כמובן שניתן להגדיל אותו ל-1,6 A, אך במקרה זה יש צורך לקחת בחשבון התחשב בהמלצות המפורטות, למשל, ב-[3]. מגבר ההפעלה של שבב DA2, שאינו בשימוש במקרה זה, מקל על יישום בקרה תרמית על הסוללה הנטענת.

עבור הערך המקובל של זרם הטעינה, ירידת המתח על הנגד R3 היא 0,22 וולט. מתח זה חייב להיות מוגדר על המנוע של הנגד R7 לפני ההתקנה במכשיר, תוך הפעלת מתח של 1,24 וולט ממקור מתח מיוצב למסוף העליון שלו (לפי המעגל).

מצב המיזוג של הסוללה הטעונה G1 אמור להידלק אוטומטית אם המתח עליה בתחילת הטעינה אינו עולה על 2,5 V. לשם כך, המשווה DA3.1 מנטר את המתח ב-G1 (באמצעות מחלק - נגד חיתוך R11 ), ואם הוא קטן מ-2,5 B, טרנזיסטור המוצא של המשווה נפתח לרוויה, מחבר את פין 2 של המיקרו-מעגל DA1 לחוט המשותף ובכך מפעיל את מקור זרם הייחוס. כמו במקרה הקודם, לפני התקנת הנגד R11 במכשיר, מסופק מתח מכויל למסוף העליון שלו (על פי התרשים) (אבל כעת - 2,5 וולט) ובאמצעות סיבוב המחוון מושג מתח של 1,24 וולט ב- לאחר הפעלת מקור זרם הייחוס, Iobr = המתח של 1,4 mA בכניסה ההפוכה של OP-amp DA1.2 הוא הסכום האלגברי של נפילות המתח על פני נגדים R3 ו-R4, R6 המחוברים במקביל. בהזנחה של מפל המתח שנוצר על ידי זרם Iobr על חיישן הזרם R3, אנו מחשבים את ההתנגדות של הנגד R4 עבור הערך המקובל בדרך כלל של אייקון זרם המיזוג - 0,1 Icharge:

הדרך הקלה ביותר לבחור את ההתנגדות הנדרשת היא לחבר במקביל ל-R4 את הנגד R6 של הערך הנומינלי המצוין בתרשים.

אז, ההתנגדות של נגדי הגדרת הזרם המצוינים בתרשים מבטיחות טעינה של סוללה פרוקה עמוקה עם זרם של לא יותר מ-100 mA, וכאשר המתח עליה גדל ל-2,5 וולט, עם זרם של 1 A.

עד כה דיברנו על השלב הראשוני של טעינת הסוללה. בסיום, OP-amp DA1.1 מתחיל לעבוד. בהשוואת מתח הייחוס בכניסה הבלתי מתהפכת עם חלק מהמתח שנלקח מהנגד R10, הוא פותח את הטרנזיסטור VT1 בדיוק מספיק כדי שהמתח בסוללה לא יעלה על הרמה המצוינת של 4,2 V. כדי לעשות זאת, לפני התקנתו במכשיר במסוף העליון (לפי המעגל) של הנגד R10 מספקת מתח של 4,2 וולט ומגדירה את המנוע למצב בו המתח עליו הוא 1,24 וולט.

כפי שהוזכר לעיל, טעינת סוללת ליתיום צריכה להסתיים בערך זרם מסוים. במקרה זה, הוא נבחר להיות 95 mA, המתאים לכ-90% מהקיבולת שלו [2]. מחוון זרם הטעינה הוא נורית HL2 המחוברת ליציאה של המשווה DA3.2. האחרון משווה את האות של משדר הזרם R3 עם מתח הייחוס. בשלב הסופי של הטעינה האות הזה קטן מאוד, וכדי לבטל את השפעת פרמטרי ההשוואה והצורך בבחירתו, הוכנס למכשיר מגבר OP-DA2.1. על ידי שינוי ההתנגדות של הנגד R9 במעגל OOS המקיף אותו, אנו מבטיחים שהמשווה יפעל בזרם טעינה של 95 mA. עם נגדים R8, R9 של הערכים המצוינים בתרשים, הבהירות של LED HL2 בזרם זה מופחתת בכמחצית, וכאשר היא יורדת ל-93 mA, המחוון כבה. התנהגות זו של הנורית נובעת מהתרחשות של "קפיצות" מתח במוצא המשווה כאשר הוא מתקרב לנקודת הכיבוי ונצפה אם הסוללה מחוברת ישירות למעגל הטעינה, תוך עקיפת המגעים של ממסר K1. הצגת האחרון אפשרה לא רק לחסל "חבטות" לא רצויות, אלא גם ליישם כיבוי אוטומטי של הסוללה עם השלמת הטעינה.

זה קורה כדלקמן. כאשר אתה לוחץ על כפתור SB1, מתח של קוטביות חיובית מופעל על בסיס הטרנזיסטור VT2 (דרך נגדים R15, R16) והוא נפתח. כתוצאה מכך, ממסר K1 מופעל ועם המגעים K1.1 שלו מחבר את הסוללה למעגל הטעינה. מכיוון שגם במהלך מיזוג וגם בעת טעינה בזרם גבוה, המשווה DA3.2 מדליק את ה-HL2 LED ואת הדיודה הפולטת של המצמד האופטו U1, הפוטו-טרנזיסטור שנפתח מחבר את הנגד R14 ל-+7 V, ולאחר מכן הלחצן לחוץ ניתן לשחרר את SB1.

הזוהר של HL2 מאפשר לנו לשפוט את מהימנות החיבור בין המכשיר לסוללה: אם איכות המגעים ירודה (התנגדות המעבר גבוהה), הוא אינו נדלק. במקרה זה, לאחר שחרור הכפתור, הממסר חוזר למקומו המקורי, ומנתק את הסוללה ממעגל הטעינה.

אם התנגדות המגע נמוכה מספיק, הטעינה ממשיכה לפי האלגוריתם המתואר. כאשר הזרם יורד בשלב הסופי והמשוואה מנסה ליצור "הקפצה", שחרור הממסר גורם לניתוק הסוללה ממעגל הטעינה ולחיבור ה-LED HL3 עם נגד מגביל זרם R18 במקום זאת. זוהר HL3 מציין את סיום הטעינה. קבל C4 במעגל הבסיס של טרנזיסטור VT2 מדכא רעש.

על מנת לא לבזבז את המשאב של סוללת ה-Li-ion, מומלץ להשתמש בסוללה של שתיים או שלוש סוללות Ni-Cd בקיבולת של 0,5...1 Ah כעומס בעת הגדרת המכשיר, אשר בשעה השלב הראשון מחובר ישירות לקתודה VD1, עוקף את קבוצת המגעים של הממסר. אם תעקבו בקפידה אחר ההמלצות להתקנה ראשונית של מנועי נגד גוזם R7, R10, R11, יתכן שאפילו לא יהיה צורך בהגדרת המכשיר, אך בדוק את האינדיקטורים הראשיים (זרם מיזוג, מתח סף להפעלת זרם הטעינה המלא, הערך ההתחלתי, המתח הסופי בסוללה הנטענת, הערך של זרם סוף הטעינה המוצג) עדיין נחוץ.

במהלך ההגדרה, מחוברים למעגל הטעינה מד מתח דיגיטלי ומד זרם של 1 A, ובמקום סוללת Li-ion, מחוברת סוללה של שני תאי Ni-Cd שפרוק ל-1 V. לאחר הפעלת מתח אספקה של 7 וולט, מצב מיזוג האוויר אמור להידלק. הזרם הנדרש (0,1 A) נקבע על ידי בחירת הנגד R6. ככל שהטעינה מתמשכת, המתח על הסוללה יגדל, וברגע שהוא ישתווה ל-2,5 וולט, זרם הטעינה צריך לעלות ל-1 A. במידת הצורך, ערך זרם זה נקבע על ידי נגד חיתוך R7, וכדי שישנו אותו. מתרחש במתח של 2,5 וולט, התאם את המיקום של מחוון הנגד R11.

לאחר מכן מחברים למכשיר סוללה של שלוש סוללות ונצפה כיצד לאחר הגדלת המתח בו לכ-4 V, זרם הטעינה מתחיל לרדת. בערכו של 95 מיליאמפר, יש לצמצם את הבהירות של נורית ה-HL2, כאמור, בחצי, וב-93 מיליאמפר היא אמורה לכבות. במהלך המעבר של מרווח זרם הטעינה שצוין, הפטפוט של מגעי הממסר יהיה נשמע בבירור. כיוון שקבוצת המגעים שלו בשלב זה מחליפה זרם של כ-5 mA בלבד (מפעיל ומכבה את HL3), מצבו לא יתדרדר לאחר בדיקה כזו. במהלך הטעינה הראשונה, תהליך זה ממשיך לאט למדי, אך אם מכבים את המכשיר ומדליקים אותו שוב (עם סוללה טעונה), הזרם יורד תוך שניות ומשיג את ההתנהגות הרצויה של הנורית בגבולות שצוינו של שינוי הנוכחי (על ידי בחירת הנגד R9) אינו קשה. כפי שצוין, המתח הסופי בסוללה מוגדר ל-4,18 וולט באמצעות נגד חיתוך R10.

לאחר מכן, הסוללה מחוברת דרך מגעי הממסר ונבדקת פעולת מעגל ההתנעה, כמו גם ניתוק ברור של הסוללה לאחר סיום הטעינה. במקרה זה, ייתכן שתידרש פריקה ראשונית קצרת טווח של הסוללה הטעונה דרך נגד עם התנגדות של 5 ... 10 אוהם.

להשלמת ההגדרה יש לחבר סוללת Li-ion למכשיר ותוך כדי טעינתו לבדוק שהמתח (מלבד 2,5 V כמובן) וזרם הטעינה תואמים לערכים שנקבעו. בשל כמה הבדלים בהתנגדות הפנימית של סוללות Li-ion ו-Ni-Cd, ייתכן שיהיה צורך להתאים מחדש את המכשיר.

המכשיר מורכב על לוח לחם בגודל 60X45 מ"מ (לא פותח מעגל מודפס). טרנזיסטור VT1 מותקן על גוף קירור עם שטח קירור של כ-100 סמ"ר. אנחנו יכולים להחליף את דיודה 2N1 בכל דיודה אחרת של Schottky עם זרם הפעלה של עד 5822 A. נגדי גוזם R3, R7, R10 הם חוט רב-סיבובי, למשל, SP11-5. קבל C3 - כל קיבול תחמוצת של 5...6,8 μF עם מתח נקוב של 10...10 V. במקום KT35A, אתה יכול להשתמש בכל טרנזיסטור מרוכב חזק אחר עם מקדם העברת זרם בסיס סטטי h829E 21... 750 .

המכשיר משתמש בממסר ריד RES55A עם דרכון RS4.569.604 (כינוי חדש RS4.569.600-16). מכיוון שמתח הפעולה שלו נמוך משמעותית מ-7 וולט, הנגד R17 מחובר בסדרה עם הפיתול. מותר להשתמש בממסר מסוג זה עם דרכון RS4.569.603 (RS4.569.600-15). במקרה זה, יש להפחית את ההתנגדות של הנגד הסופג מתח עודף ל-43 אוהם.

כמקור לזרם טעינה, אתה יכול להשתמש במתאם הרשת המתואר ב-[1], להגדיר את מתח המוצא שלו ל-7 V.

מידע על השבבים TSM101A, LM358 ו-LM393

ספרות

Kosenko S. מטען "Intelligent" לסוללות Ni-Cd. - רדיו, 2004, מס' 5, עמ'. 32-35.
סוללות ליתיום-יון ("חו"ל"). - רדיו, 2001, מס' 7, עמ'. 44, 45.
Tkachev F. חישוב גשר רגיש לחום. - רדיו, 1995, מס' 8, עמ' 46.

מחבר: S. Kosenko, Voronezh

ראה מאמרים אחרים סעיף מטענים, סוללות, תאים גלווניים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

קצף אלומיניום בסוללה 14.10.2011

בסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות, האלקטרודה החיובית היא רדיד אלומיניום. מומחי החברה היפנית "Sumitomo-Electric" מתכוונים להחליף את נייר הכסף ב"קצף" מוצק העשוי מאלומיניום.

משטח תגובה גדול יגדיל את קיבולת הסוללות פי אחד וחצי עד שלוש, וגם טווח הנסיעה במכונית חשמלית מטעינה אחת יגדל באותה כמות. אז, דגם טסלה רודסטר על סוללות חדשות במקום 352 קילומטרים יוכל לנהוג ביותר מ-1150, וזה די דומה למכונית בנזין. לחלופין, אם אתה מרוצה ממרחק הנסיעה הקודם, אתה יכול להפחית את קיבולת הסוללה פי אחד וחצי עד שלוש.

עוד חדשות מעניינות:

▪ טרקטורון DJI עם מצלמה מיוצבת

▪ UCC28780 בקר Flyback מיתוג מתח אפס

▪ מעבדי Intel Atom Z5xx

▪ אף אלקטרוני לבגדים

▪ השפעת הקפה על הזיכרון

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר פרמטרים, אנלוגים, סימון רכיבי רדיו. בחירת מאמרים

▪ מאמר משורר, אל תוקיר את אהבת העם. ביטוי עממי

▪ מאמר מי מדורג במקום השני אחרי ארה"ב ברווחי יצוא חקלאי? תשובה מפורטת

▪ מאמר סוכן נדל"ן מסחרי. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה