Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. Схема

Большинство современных гаджетов получают питание двумя способами: от сети, от батареек. Какой из них выберете вы? Наверное, второй, как наиболее удобный. Но тогда придется позаботиться об их регулярной зарядке. Для этого имеется специальное оснащение – зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. Выбирая его, обычно интересуются скоростью заряда и количеством одновременно восстанавливаемых батарей.

Но при этом не стоит забывать о том, что оно должно быть оптимизировано для работы с конкретными аккумуляторами. Большинство зарубежных производителей батареек выпускают и собственные зарядные устройства, что избавляет вас от утомительных поисков подходящей модели. В чем состоит их отличие и как ориентироваться в этом море продукции? Сейчас мы расскажем более подробно.

Зарядка для пальчиковых батареек

Этот прибор является необходимым предметом для людей, предпочитающих активный образ жизни, которые перевели максимальное количество используемых гаджетов на работу от аккумуляторов. Одним из самых распространенных среди таких приборов является мобильный телефон.

Все они оснащены батареями на литиевой основе. Поэтому для них рекомендуют приобретать зарядное устройство для литиевого аккумулятора 18650. Так как попытка восстановить емкость батареи используя прибор неподходящей модели приведет к ее порче.

Обычно для зарядки аккумуляторов на литиевой основе используют устройства с маркировкой EP. В мобильном телефоне батарея считается самым уязвимым местом. И при использовании неподходящей зарядки срок ее службы может сократиться, она начнет быстро разряжаться, что доставим массу неудобных моментов. Чтобы избежать этого необходимо правильно подбирать оборудование для восстановления. Причем не обязательно приобретать готовую модель можно сделать зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками. Такой прибор обойдется дешевле, чем промышленное изделие.

Конструктивные особенности ЗУ

Классическая схема зарядного устройства для литиевого аккумулятора 18650 включает в себя две основные детали:

Трансформатор;
Выпрямитель.

Используется он для выработки постоянного тока с напряжением 14,4В. Такое значение параметра выбрано не случайно. Оно необходимо для того, чтобы ток смог проходить через разряженный аккумулятор. А так как в это время напряжение батареи составляет около 12В, то зарядить ее устройством, у которого на выходе такое же значение невозможно. Вот поэтому и была выбрана величина в 14,4В.

Принцип работы ЗУ

Восстановление емкости батареи начинается при включении ЗУ в сеть. При этом внутреннее сопротивление аккумулятора растет, а ток снижается. Как только напряжение на батарее достигнет отметки в 12В, ток приблизится к нулевой отметке. Такие параметры говорят о том, что зарядка аккумулятора выполнена успешно и устройство может быть отключено.

Кроме обычного процесса, занимающего довольно продолжительное время, существует и ускоренный. Стремительная зарядка значительно сокращает сроки, но в то же время негативно влияет на работу батареи, поэтому пользоваться этим методом специалисты не рекомендуют.

Критерии выбора прибора зарядки

Определить насколько качественным будет покупаемый прибор можно по следующим моментам:

Наличию независимых каналов заряда;
Току;
Функции разряда.

Рассмотрим каждый из них подробно. Начнем с самого значимого – независимых каналов заряда. Наличие их у выбранной модели говорит о том, что ее электронная начинка способна раздельно контролировать процесс зарядки и прекращать его, как только емкость аккумулятора будет восстановлена. Но при этом все остальные не успеют восстановить свое емкость, что при постоянном повторении такой ситуации ведет к быстрому выходу из строя батарей.

Пополнение энергии аккумулятора возможно тремя способами:

Слабым током;
Средним;
Высоким.

Первый предполагает выбор зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов с учетом номинальной емкости батареи. При этом вырабатываемый им ток не должен превышать 10%. Такой способ зарядки самый медленный и щадящий. При его постоянном использовании срок службы аккумуляторов практически не сокращается.

Использование приборов, с током, составляющим меньше половины номинальной емкости батареи считают золотой серединкой. При нем аккумулятор практически не нагревается и время цикла не очень затянутое, как в первом случае.

Последний способ или зарядка большим током практически равным номинальной емкости – это в своем роде стресс для батареи, приводящий к весомому сокращению срока службы. При нем происходит сильный нагрев, требующий активного вентиляторного охлаждения. Его используют только в крайних случаях, когда требуется зарядить аккумулятор за пару часов.

Смотрим видеообзор зарядников для литьевых батарей:

Существуют и так называемые интеллектуальные устройства. Они используются для зарядки аккумуляторов профессиональными фотографами, используемых в осветительных приборах и других аналогичных случаях. Стоимость такого зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов достаточно велика, но если вам важна безупречная работа гаджета, то лучше инвестировать в покупку прибора, чем постоянно менять батареи.

У интеллектуальных зарядных устройств имеется функция разряда. Она необходима чтобы полностью разрядить аккумулятор, исключив тем самым эффект памяти. Это несколько удлиняет цикл зарядки, но тем самым продлевает срок службы батареи.

В некоторых моделях присутствует и функция тренировки. Ее используют для возвращения в рабочее состояние частично испорченных аккумуляторов.

Лучшие производители

Каждый продукт имеет свои особенности. Поэтому выбирая конкретную марку необходимо в первую очередь ориентироваться на количество и тип аккумуляторов, которые придется заряжать. Если предполагается работа с 4-мя батареями, то можно остановиться на модели Rodition Ecocharger. Это небольшое устройство, способное восстанавливать даже одноразовые щелочные батарейки. Включение этой функции производится тумблером, расположенным на боковой панели корпуса.

Прибор имеет четыре канала и способен контролировать уровень заряда каждого элемента в отдельности. На панели устройства имеется световая индикация, показывающая, какой из аккумуляторов уже восстановился. Купить такое устройство можно за 20 долларов.

Смотрим видео о продукции Rodition Ecocharger:

Одним из наиболее популярных и многофункциональных считается зарядное устройство для литиевых аккумуляторов марки La Crosse BC-700. Оно относится к продвинутым и рассчитано на восстановление пальчиковых баьаоеек форматов АА и ААА на основе никеля. Особенности прибора таковы, что он способен одновременно осуществлять зарядку 4 батарей разной емкости.

Устройства работает в нескольких режимах. Имеется регулятор тока, позволяющий выбирать наиболее оптимальную его величину для каждого случая.

Этапы зарядки

Процесс восстановления батареи специалисты рекомендуют начинать с ее полной разрядки. Если по каким-либо причинам приходится заряжать аккумулятор которые еще не полностью разрядился, то стоит выбирать продвинутую модель устройства.

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.

Для зарядки литий-ионных аккумуляторных батарей, когда нет специального зарядного устройства. Такие АКБ очень распространены, вот только купить ЗУ для его грамотной зарядки может (или хочет) не каждый, часто заряжая их обычными регулируемыми БП. Давайте рассмотрим как это нужно делать.

Возьмём для примера литий-ионный аккумулятор от Panasonic ncr18650b на 3.6 V 3400 mah. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно. Некоторые образцы издевательства выдерживают, а некоторые китайские "сверхэкономные" не обладают защитами и могут взорваться.

АКБ с протекцией

Защищенный аккумулятор должен иметь следующие элементы защиты:

PTC , защита от перегрева и, косвенно, по току.
CID , клапан давления, отключит ячейку, если давление высокое внутри, что может возникнуть из-за слишком мощной зарядки.
PCB , плата защиты от чрезмерной разрядки, сброс выполняется автоматически или при помещении в зарядное устройство.

На приведенном выше рисунке показано, как устроена защита банки. Эта конструкция используется для любого типа современных защищённых литий-ионных батарей. PTC и клапан давления не будет видно, так как он является частью оригинальной батареи, но все остальные части защиты можно разглядеть. Ниже показаны варианты исполнения электронных защитных модулей, которые встречаются в стандартных круглых Li-Ion АКБ наиболее часто.

Зарядка лития

Вы можете найти типовую схему и принцип зарядки на ncr18650b батареи в даташите . Согласно документации, ток зарядки 1600 мA и напряжение 4.2 вольт.

Сам процесс состоит из двух этапов, первый - это постоянный ток, где необходимо задать значение в 1600 мA постоянного тока, а когда напряжение батареи достигает 4.20 V, начнется вторая стадия - постоянное напряжение. На этой стадии ток будет немного падать, и от ЗУ будет поступать около 10% от зарядного тока - это около 170 мА. Данное руководство относится ко всем литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам не только 18650 типа.

Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда (схемы смотрите в ). Как крайний случай, можно заряжать стабильным током в 30-40% полной (паспортной) ёмкости АКБ, пропустив второй этап, но это несколько уменьшит ресурс элемента.

Практически у всех современных литий-ионных аккумуляторов отличная энергоёмкость, а также высокие малогабаритные показатели. Именно с их помощью можно питать устройства высокой мощности с наибольшей эффективностью. И совершенно не обязательно для этого покупать готовое зарядное устройство в магазине, ведь есть вариант более бюджетный, который особенно понравится радиолюбителям - собрать зарядное для литий-ионных аккумуляторов своими руками.

Меры предосторожности: перезаряд недопустим

Крайне важно перед началом сборки АКБ для батарей запомнить одну простую вещь - литиевые аккумуляторы строго запрещено перезаряжать. У них очень строгие требования к режиму зарядки и эксплуатации, поэтому их нельзя заряжать до напряжения больше 4,2 В. А ещё лучше руководствоваться информацией о безопасном пороге для каждой отдельно взятой банки. Кстати, там может быть указан даже меньший порог, который считается допустимым для этого экземпляра.

Ещё лучше, если вы собираетесь делать зарядку для литиевых аккумуляторов своими руками, несколько раз проверить используемые материалы и оборудование. Если у вас сомнения относительно точности показаний вашего вольтметра или происхождения банок, а также максимально допустимой мощности их заряда, лучше ставить порог ещё меньше. Оптимально будет в пределах 4.1–4.15 В. В этом случае заряжать АКБ, у которых нет встроенной платы защиты, будет безопасно для вас.

В противном случае велика вероятность сильного нагрева и вздутия банок, обильного выделения газа с резким неприятным запахом и даже их последующего взрыва. Проверьте все несколько раз перед тем, как приступать к сборке и зарядке.

Собираем зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками

Чтобы собрать зарядное устройство для литиевых аккумуляторов, достаточно будет одной упрощённой схемы. ЗУ, созданное по такой схеме, практически не нужно будет регулировать, а для работы вам понадобится:

Задать Uвых=4.2 В без подключённой батареи (с помощью R8);
Установить зарядный ток, используя R6 и R

В роли индикатора работы ЗУ отлично проявит себя светодиод типа «заряд». Он будет подсвечивать, если подключённый к нему аккумулятор разряжен , и погаснет, когда тот полностью зарядится.

Последовательность сбора зарядки литиевых аккумуляторов своими руками такова:

подбираете подходящий корпус;
крепите к нему блок питания (5 В) и элементы указанной схемы (обязательно в правильном порядке);
берете латунь и вырезаете из неё две полоски, крепите их на гнёзда;
используя гайку, устанавливаете расстояние между контактами и АКБ, которые собираетесь подключать;
крепите переключатель, если хотите впоследствии иметь возможность изменять полярность на гнёздах (если - нет, оставляете все как есть).

Как собрать зарядку для литий-ионных аккумуляторов своими руками?

Поскольку Li-Ion батареи чувствительны к резкому напряжению во время зарядки , в фирменных АКБ встроены специальные микросхемы. Они обеспечивают контроль напряжения и не позволяют превышать допустимые пределы. Поэтому для того чтобы собрать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, нужна более сложная схема, чем та, о которой шла речь выше.

Такой вариант АКБ будет создать намного сложнее, чем предыдущий и в домашних условиях это возможно, только если есть определённые навыки и соответствующий опыт. В теории вы сможете получить зарядное устройство , которое по характеристикам ничем не будет уступать фирменным АКБ. Но на практике это далеко не всегда так.

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.
Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.

«С» значит Capacity

Часто встречается обозначение вида «xC». Это просто удобное обозначения тока заряда или разряда аккумулятора с долях его ёмкости. Образовано от английского слова «Capacity» (вместимость, ёмкость).
Когда говорят о зарядке током 2С, или 0.1С, обычно имеют в виду, что ток должен составлять (2 × емкость аккумулятора)/h или (0.1 × емкость аккумулятора)/h соответственно.
Например, аккумулятор емкостью 720 mAh, для которого ток заряда составляет 0.5С, надо заряжать током 0.5 × 720mAh/h = 360 мА, это относится и к разряду.

А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.

Схема простого зарядного устройства на LM317

Рис. 5.

Схема с применением обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения, которое устанавливается потенциометром R2.
Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно стабилизировать ток с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN-транзистора (VT1).

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.

Надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.

Схема простого зарядного устройства на LTC4054

Рис. 6.

Можно выпаять контролер заряда LTC4054 из старого сотового телефона, к примеру, Samsung (C100, С110, Х100, E700, E800, E820, P100, P510).

Рис. 7. У этого мелкого 5-ногого чипа маркировка «LTH7» или «LTADY»

Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.

Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле

I=1000/R,
где I - ток заряда в Амперах, R - сопротивление резистора в Омах.

Индикатор разрядки литиевого аккумулятора

Вот простая схема, которая зажигает светодиод, когда батарея разряжена и её остаточное напряжение близко к критическому.

Рис. 8.

Транзисторы любые маломощные. Напряжение зажигания светодиода подбирается делителем из резисторов R2 и R3. Схему лучше подключать после блока защиты, чтоб светодиод не разрядил аккумулятор совсем.

Нюанс долговечности

Производитель обычно заявляет 300 циклов, но если заряжать литий всего на 0,1 Вольта меньше, до 4.10 В, то количество циклов возрастает до 600 и даже более.

Эксплуатация и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» аккумуляторы из существующих, то есть требуют обязательного соблюдения нескольких несложных, но обязательных правил, из-за несоблюдения которых случаются неприятности.
1. Не доспускается заряд до напряжения, превышающего 4.20 Вольт на банку.
2. Не доспускается короткое замыкание аккумулятора.
3. Не доспускается разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С. 4. Вреден разряд ниже напряжения 3.00 Вольта на банку.
5. Вреден нагрев аккумулятора выше 60°С. 6. Вредна разгерметизация аккумулятора.
7. Вредно хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных - к полной или частичной потере ёмкости.

Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления - создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.

Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.

Из старой ноутбучной батареи можно вытащить много вполне рабочих аккумуляторов формата 18650.

Где я применяю литиевые батареи

Давно переделал шуруповерт и электроотвертку на литий. Пользуюсь этими инструментами нерегулярно. Теперь даже через год неиспользования они работают без подзарядки!

Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.

Ставлю в светодиодные фонарики.

В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.

Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.