Lityum piller için El araba şarj devresi. Li-ion piller nasıl düzgün şekilde şarj edilir: ipuçları

Li iyon piller için şarj cihazışeması bu makalede verilen, bu tür şarj cihazlarını tasarlama deneyimine, hataları ortadan kaldırma ve maksimum basitliğe ulaşma çabalarına dayanarak geliştirilmiştir. Şarj cihazı, çıkış voltajının yüksek kararlılığı ile karakterize edilir.

Lityum iyon piller için şarj açıklaması

Ana tasarım öğesi (IO1) - bir referans voltaj kaynağı. Kararlılığı izin verilenden çok daha iyidir ve bilindiği gibi lityum iyon piller için bu çok önemli özellikşarj ederken.

TL431 elemanı bu devrede T1 ve T2 transistörlerinin çalışmasında akım dengeleyici olarak kullanılır. Şarj akımı R1 üzerinden akar. Bu direnç üzerindeki voltaj düşüşü yaklaşık 0,6 voltu aşarsa, T1 ve T2 transistörlerinden geçen akım sınırlanır. Direnç R1'in değeri, şarj akımına eşdeğerdir.

Çıkış voltajı yukarıda bahsedilen TL431 elemanı tarafından kontrol edilir. Değer, çıkış voltajı bölücü (R5, R7, P1) tarafından belirlenir.

Parazit bastırma için R4, C1 bileşenleri. Şarj akımının değerinin LED1 kullanılarak gösterilmesi çok uygundur. Kızdırma, çıkış akımıyla orantılı olan transistör T2'nin temel devresinde ne kadar akım aktığını gösterir. Lityum iyon pil şarj olurken, LED'in parlaklığı kademeli olarak azalır.

Diyot D1, giriş voltajı olmadığında lityum iyon pilin boşalmasını önlemek için tasarlanmıştır. şarj cihazı. Akü şarj devresinin korunmasına gerek yoktur. yanlış bağlantı polariteli li-ion pil.

Tüm bileşenler, tek taraflı baskılı devre kartı üzerine yerleştirilmiştir.

Akım sensörü - direnç R1, paralel bağlanmış birkaç dirençten oluşur. Transistör T2, ısı emici üzerine yerleştirilmelidir. Boyutu, şarj akımına ve şarj cihazının girişi ile çıkışı arasındaki voltaj farkına bağlıdır.

Lityum-iyon pil şarj cihazı devresi o kadar basittir ki, radyo bileşenlerinin doğru kurulumu ile ilk seferde çalışması gerekir. Gerekli olabilecek tek şey, çıkış voltajının ayarlanmasıdır. Lityum iyon pil için bu yaklaşık 4,2 volttur. Boşta, transistör T2 sıcak olmamalıdır. Giriş voltajı, istenen çıkış voltajından en az 2 volt daha yüksek olmalıdır.

Devre, 1 ampere kadar şarj akımı için tasarlanmıştır. Li-ion pilin şarj akımını artırmanız gerekiyorsa, direnç R6'nın direncini azaltmanız gerekir ve T2 çıkış transistörünün gücü artırılmalıdır.

Şarj işleminin sonunda LED hala biraz yanıyor, bunu ortadan kaldırmak için LED'e paralel olarak 10 ... 56 kOhm dirençli bir direnç bağlayabilirsiniz. Böylece şarj akımı 10 mA'nın altına düştüğünde LED'in parlaması duracaktır.

http://web.quick.cz/PetrLBC/zajic.htm

Basit lityum iyon piller için şarj cihazı, ayrıca lityum polimer piller, iyi bilinen LM317 üzerine inşa edilmiştir.

Şarj işlemi aşağıdaki grafikte gösterilmiştir. Şarj işleminin ilk anında şarj akımı sabittir, akü üzerinde hedeflenen voltaj düzeyine (Umax) ulaşıldığında şarj cihazı voltajın sabit kaldığı moda geçer ve akım asimptotik olarak sıfıra yönelir.

Lityum iyon ve lityum polimer pillerin çıkış voltajı tipik olarak 4,2 V'tur (bazı tipler için 4,1 V). Genellikle çıkış voltajı, 3,7 V (bazen 3,6 V) olan nominal voltajla eşleşmez.

Şarj edilmesi önerilmez verilen tip pil ömrünü kısalttığı için pilleri tam 4,2 V'a getirin. Çıkış voltajını 4,1 V'a düşürürseniz kapasitans %10 düşer, ancak aynı zamanda hizmet ömrü (döngü sayısı) neredeyse iki katına çıkar. Pilleri çalıştırırken, anma gerilimi 3,4 ... 3,3V'un altına düşürülmemelidir.

Şarj cihazı açıklaması

Daha önce de belirtildiği gibi, şarj işlemi LM317 dengeleyici üzerine kuruludur. Li-Ion ve Li-Pol, şarj voltajının doğruluğu konusunda oldukça talepkar. Tam voltajda (genellikle 4,2V) şarj etmek istiyorsanız, bu voltajı artı / eksi% 1 doğrulukla ayarlamanız gerekir. %90 kapasiteye (4,1 V) kadar şarj ettikten sonra doğruluk biraz daha az olabilir (yaklaşık %3).

LM317'yi kullanan devre, oldukça doğru voltaj stabilizasyonu sağlar. Hedef voltaj R2 tarafından ayarlanır. Akım stabilizasyonu, voltaj regülasyonu kadar kritik değildir, bu nedenle şönt direnci Rx ile stabilize etmek yeterlidir ve NPN transistörü(VT1).

Direnç Rx üzerindeki voltaj düşüşü yaklaşık 0,95V'a ulaşırsa, transistör açılmaya başlar. Bu, Lm317 dengeleyicinin "Ortak" pimindeki voltajı azaltır ve böylece akımı dengeler.

Belirli bir lityum-iyon (Li-Ion) ve lityum-polimer (Li-Pol) pil için gereken şarj akımı, direnç Rx değiştirilerek seçilir. Direnç Rx yaklaşık olarak şu orana karşılık gelir: 0,95/Imaks. Diyagramda gösterilen Rx direncinin değeri 200mA'lık bir akıma karşılık gelir.

Şarj cihazı giriş voltajı 9 ile 24 volt arasında olmalıdır. Aşırı verilen seviye LM317 devresindeki güç kayıplarını artırır, bir azalma ihlal eder doğru iş(şöntteki gerilim düşüşünü ve “Ortak” kontaktaki minimum gerilimi yeniden hesaplamak gerekir). Transistör VT1, BC237, KC507, C945 veya yerli ile değiştirilebilir

Modern cep telefonunda elektronik aletler, güç tüketimini en aza indirmek için tasarlanmış olanlar bile, yenilenemeyen pillerin kullanımı geçmişte kalıyor. Ve ekonomik açıdan, zaten kısa bir süre içinde, gerekli sayıda tek kullanımlık pilin toplam maliyeti, bir pilin maliyetini hızla aşacaktır ve kullanıcı rahatlığı açısından, yeniden şarj edilmesi daha kolaydır. Pil, yeni bir pilin nereden alınacağını aramak için. Buna göre, akü şarj cihazları garantili talep gören bir meta haline geliyor. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, neredeyse tüm üreticiler Entegre devreler güç kaynağı cihazları için "şarj" yönüne de dikkat edilir.

Beş yıl önce, pilleri şarj etmek için mikro devreler (Pil Şarj Cihazları IC) tartışması, ana pil türlerinin - nikel ve lityum - karşılaştırılmasıyla başladı. Ancak şimdi nikel pillerin kullanımı pratikte sona erdi ve çoğu şarjlı mikro devre üreticisi ya nikel piller için mikro devreler üretmeyi tamamen durdurdu ya da pil teknolojisine (sözde Multi-Chemistry IC) değişmeyen mikro devreler salıyor. STMicroelectronics ürün yelpazesi şu anda yalnızca lityum pillerle çalışmak üzere tasarlanmış mikro devreler içermektedir.

Ana özellikleri kısaca hatırlayın lityum piller. Avantajlar:

• Yüksek özgül elektrik kapasitesi. Tipik değerler, nikel piller için analog parametreden 1,5…2,0 kat daha yüksek olan 110…160W*h*kg'dir. Buna göre, eşit boyutlarda bir lityum pilin kapasitesi daha yüksektir.
• Düşük kendi kendine deşarj: ayda yaklaşık %10. Nikel pillerde bu parametre %20 ... 30'dur.

Bu pilin bakımını kolaylaştıran "bellek etkisi" yoktur: yeniden şarj etmeden önce pili en aza indirmeye gerek yoktur.

Lityum pillerin dezavantajları:

• Akım ve gerilim koruması ihtiyacı. Özellikle, olasılığı dışlamak gerekir. kısa devre akü terminalleri, ters kutuplu voltaj beslemesi, şarj etme.
• Aşırı ısınma koruması ihtiyacı: Batarya belirli bir sıcaklığın üzerine ısıtılırsa kapasitesi ve kullanım ömrü olumsuz etkilenir.

Lityum piller için iki endüstriyel üretim teknolojisi vardır: lityum-iyon (Li-Ion) ve lityum-polimer (Li-Pol). Ancak bu pillerin şarj algoritmaları aynı olduğu için şarj çipleri lityum iyon ve lityum polimer teknolojilerini birbirinden ayırmıyor. Bu nedenle literatüre bakarak Li-Ion ve Li-Pol pillerin avantaj ve dezavantajlarına ilişkin tartışmayı atlıyoruz.

Şekil 1'de gösterilen lityum pil şarj algoritmasını düşünün.

Pirinç. 1.

Ön şarj olarak adlandırılan ilk aşama, yalnızca pil aşırı derecede boşaldığında kullanılır. Akü voltajı 2,8 V'un altındaysa, mümkün olan maksimum akımla hemen şarj edilmemelidir: bu, akü ömrü üzerinde çok olumsuz bir etkiye sahip olacaktır. Önce pili yaklaşık 3,0 V'a kadar küçük bir akımla "şarj etmelisiniz" ve ancak bundan sonra maksimum akımla şarj kabul edilebilir hale gelir.

İkinci aşama: sabit akım kaynağı olarak şarj cihazı. Bu aşamada, verilen koşullar için maksimum akım aküden akar. Aynı zamanda akü voltajı 4,2 V sınır değerine ulaşana kadar kademeli olarak artar. Kesin olarak söylemek gerekirse, ikinci aşama tamamlandığında şarj durdurulabilir ancak akünün bittiği unutulmamalıdır. şu an kapasitesinin yaklaşık %70'ine şarj olur. Çoğu şarj cihazında maksimum akımın hemen sağlanmadığını, ancak birkaç dakika içinde kademeli olarak maksimuma yükseldiğini unutmayın - Yumuşak Başlatma mekanizması kullanılır.

Bataryayı% 100'e yakın kapasite değerlerine şarj etmek isteniyorsa, üçüncü aşamaya geçiyoruz: sabit voltaj kaynağı olarak şarj cihazı. Bu aşamada aküye 4,2 V'luk sabit bir voltaj uygulanır ve şarj sırasında aküden akan akım bir maksimumdan önceden belirlenmiş belirli bir minimum değere düşer. O an akım değeri bu sınıra düştüğünde pil şarjı tamamlanmış sayılır ve işlem biter.

Hatırlayın ki bir anahtar parametreler pil kapasitesidir (birim - A * saat). Bu nedenle, AAA boyutunda bir lityum iyon pilin tipik kapasitesi 750 ... 1300 mAh'dir. Bu parametrenin bir türevi olarak, "akım 1C" karakteristiği kullanılır, bu, nominal kapasiteye sayısal olarak eşit olan akım değeridir (verilen örnekte, 750 ... 1300 mA). "Akım 1C" değeri, yalnızca pili şarj ederken maksimum akımın ve şarjın tamamlanmış kabul edildiği akım miktarının bir tanımı olarak anlamlıdır. Genel olarak maksimum akım değerinin 1*1C'yi geçmemesi gerektiği ve akım 0,05 ... 0,10*1C değerine düştüğünde pil şarjının tamamlanmış kabul edilebileceği kabul edilmektedir. Ancak bunlar, belirli bir pil türü için en uygun kabul edilebilecek parametrelerdir. Gerçekte, aynı şarj cihazı farklı üreticilerin ve farklı kapasitelerin pilleriyle çalışabilirken belirli bir pilin kapasitesi şarj cihazı tarafından bilinmez. Sonuç olarak, genel durumda herhangi bir kapasitedeki bir pilin şarjı, pil için en uygun modda değil, şarj cihazı için önceden ayarlanmış modda gerçekleşecektir.

STMicroelectronics şarj hattı mikro devrelerini dikkate almaya geçelim.

Cips STBC08 ve STC4054

Bu mikro devreler, lityum pilleri şarj etmek için oldukça basit ürünlerdir. Mikro devreler sırasıyla DFN6 ve TSOT23-5L gibi minyatür paketlerde yapılır. Bu, bu bileşenlerin kullanılmasını mümkün kılar. mobil cihazlar ağırlık ve boyut özellikleri için oldukça katı gereklilikler (örneğin, cep telefonları, MP3 çalarlar). Anahtarlama şemaları STBC08 Ve STC4054Şekil 2'de gösterilmiştir.

Pirinç. 2.

Paketlerdeki minimum harici pin sayısının getirdiği sınırlamalara rağmen, mikro devreler oldukça geniş bir işlevselliğe sahiptir:

• Harici bir MOSFET'e, engelleme diyotuna ve akım direncine gerek yoktur. Şekil 2'den aşağıdaki gibi, harici bağlama girişte bir filtreleme kapasitörü, bir programlama direnci ve iki (STC4054 için bir) gösterge LED'i ile sınırlıdır.
• Şarj akımının maksimum değeri, harici direncin değeri ile programlanır ve 800mA değerine ulaşabilir. Şarjın sona ermesi gerçeği, sabit voltaj modunda şarj akımının değerinin 0,1 * I BAT'a düştüğü, yani harici direncin değeri tarafından da ayarlandığı anda belirlenir. Maksimum şarj akımı şu orandan belirlenir:

BAT = (V PROG / R PROG) * 1000;

I BAT, Amper cinsinden şarj akımıdır, R PROG, direncin Ohm cinsinden direncidir, V PROG, PROG çıkışındaki 1,0 Volt'a eşit voltajdır.

• Sabit voltaj modunda, çıkışta% 1'den daha kötü olmayan bir doğrulukla 4,2 V'luk sabit bir voltaj oluşur.
• Aşırı boşalmış pillerin şarj edilmesi otomatik olarak ön şarj modunda başlar. Akü çıkışındaki voltaj 2,9V'a ulaşana kadar, şarj 0,1 * I BAT'lik zayıf bir akımla gerçekleştirilir. Daha önce belirtildiği gibi benzer bir yöntem, aşırı derecede boşalmış pilleri şarj etmeye çalışırken çok olası bir arızayı önler. her zamanki gibi. Ek olarak, şarj akımının başlangıç ​​değerinin değeri zorunlu olarak sınırlandırılır, bu da pillerin kullanım ömrünü artırır.
• Otomatik damla şarj modu uygulanır - akü voltajı 4,05V'a düştüğünde, şarj döngüsü yeniden başlatılır. Bu, pilin nominal kapasitesinin %80'inden daha düşük olmayan bir seviyede sürekli olarak şarj edilmesini sağlamanıza olanak tanır.
• Aşırı gerilim ve aşırı ısınma koruması. Giriş voltajı değeri belirli bir sınırı (özellikle 7,2V) aşarsa veya kasa sıcaklığı 120°C'yi aşarsa şarj cihazı kapanarak kendini ve pili korur. Elbette, düşük giriş voltajı koruması da uygulanmaktadır - giriş voltajı belirli bir seviyenin (U VLO) altına düşerse, şarj cihazı da kapanacaktır.
• LED göstergeleri bağlayabilme özelliği, kullanıcının pil şarj işleminin mevcut durumu hakkında fikir sahibi olmasını sağlar.

L6924D ve L6924U Pil Şarj Yongaları

Bu mikro devreler, STBC08 ve STC4054'ten daha fazla özelliğe sahip cihazlardır. Şekil 3 gösterir tipik şemalar mikro devreleri açmak L6924D Ve L6924U .

Pirinç. 3.

Bunları düşünün fonksiyonel özellikler pil şarj işleminin parametrelerini ayarlamakla ilgili olan L6924 yongaları:

1. Her iki modifikasyonda da, DC stabilizasyon moduna geçiş anından başlayarak pil şarjının maksimum süresini ayarlamak mümkündür (“mod” terimi de kullanılır). hızlı şarj"- Hızlı şarj aşaması). Bu moda geçildiğinde, T PRG terminaline bağlı kondansatörün değeri ile belirli bir süre T PRG için programlanan bir bekçi uygulaması zamanlayıcısı başlatılır. İşlemden önce ise bu zamanlayıcı pil şarjı standart algoritmaya göre sonlandırılmayacaktır (pilden geçen akımın I END değerinin altına düşürülmesi), ardından zamanlayıcının süresi dolduktan sonra şarj işlemi zorla durdurulacaktır. Aynı kapasitörün yardımıyla, ön şarj modunun maksimum süresi ayarlanır: sürenin 1/8'ine eşittir T PRG . Ayrıca bu süre zarfında hızlı şarj moduna geçiş olmazsa devre kapanır.

2. Ön şarj modu. STBC08 cihazı için bu moddaki akım I BAT'ın %10'una eşit bir değer olarak ayarlanmışsa ve DC moduna anahtarlama voltajı sabitlenmişse, L6924U modifikasyonunda bu algoritma değişmeden kaldı, ancak L6924D çipinde her ikisi de Bu parametrelerden biri, I PRE ve V PRE girişlerine bağlı harici dirençler kullanılarak ayarlanır.

3. STBC08 ve STC4054 cihazlarında üçüncü fazda (sabit voltaj stabilizasyon modu) şarjın tamamlanma işareti I BAT'ın %10'una eşit bir değer olarak ayarlandı. L6924 yongalarında bu parametre I END pinine bağlı harici bir direncin değeri ile programlanır. Ek olarak, L6924D için V OUT pinindeki voltajı genel olarak kabul edilen 4,2 V değerinden 4,1 V değerine düşürmek mümkündür.

4. Bu mikro devrelerdeki maksimum şarj akımı I PRG'nin değeri, harici direncin değeri aracılığıyla geleneksel şekilde ayarlanır.

Gördüğünüz gibi, STBC08 ve STC4054'ün basit "şarjlarında", harici bir direnç kullanılarak yalnızca bir parametre ayarlandı - şarj akımı. Diğer tüm parametreler ya sabit kodlanmıştır ya da I BAT'ın bir işlevidir. L6924 mikro devrelerinde, birkaç parametreye daha ince ayar yapmak mümkündür ve ek olarak, pil şarj işleminin maksimum süresi için "sigorta" gerçekleştirilir.

L6924'ün her iki modifikasyonu için, giriş voltajı şebeke AC/DC adaptörü tarafından üretiliyorsa iki çalışma modu sağlanır. Birinci - standart mod lineer buck çıkış voltaj regülatörü. İkincisi, yarı impuls denetleyici modudur. İlk durumda, yüke, değeri adaptörden alınan giriş akımının değerinden biraz daha düşük olan bir akım sağlanabilir. DC stabilizasyon modunda (ikinci aşama - Hızlı şarj aşaması), giriş voltajı ile pilin "artı" noktasındaki voltaj arasındaki fark termal enerji olarak dağıtılır ve bunun sonucunda bu şarj aşamasındaki güç kaybı maksimum. Bir anahtarlama regülatörü modunda çalışırken, yüke, değeri giriş akımının değerinden daha yüksek olan bir akım sağlanabilir. Aynı zamanda, ısıya çok daha az enerji gider. Bu da öncelikle kasa içindeki sıcaklığı düşürüyor ve ikinci olarak da cihazın verimini artırıyor. Ancak, mevcut stabilizasyonun doğruluğunun doğrusal mod yaklaşık %1'e ve darbeli olarak yaklaşık %7'ye eşittir.

L6924 mikro devrelerinin doğrusal ve yarı darbe modlarında çalışması Şekil 4'te gösterilmektedir.

Pirinç. 4.

Ek olarak L6924U yongası, ağ adaptörü, ancak USB bağlantı noktasından. Bu durumda, L6924U yongası bazı teknik çözümler, şarj süresini artırarak güç kaybını daha da azaltabilir.

L6924D ve L6924U yongaları, şarjın zorla kesilmesi (yani yük bağlantısının kesilmesi) SHDN için ek bir girişe sahiptir.

Basit şarj mikro devrelerinde, sıcaklık koruması, mikro devre kasasının içindeki sıcaklık 120 ° C'ye yükseldiğinde şarjın sonlandırılmasından oluşur. Bu, elbette, tamamen koruma olmamasından daha iyidir, ancak kasadaki 120 ° C değeri, pilin sıcaklığıyla koşullu olarak ilişkili olmaktan daha fazladır. L6924 ürünleri, doğrudan pil sıcaklığıyla ilgili bir termistörü bağlama olanağı sağlar (Şekil 3'teki direnç RT1). Bu durumda, pil şarjının mümkün olacağı sıcaklık aralığını ayarlamak mümkün hale gelir. Bir tarafta, lityum piller sıfırın altındaki sıcaklıklarda şarj edilmesi önerilmez ve diğer yandan şarj sırasında pilin 50°C'den fazla ısınması da son derece istenmeyen bir durumdur. Bir termistörün kullanılması, pilin yalnızca uygun sıcaklık koşullarında şarj edilmesini mümkün kılar.

doğal olarak ek işlevsellik L6924D ve L6924U mikro devrelerinin birleştirilmesi, yalnızca tasarlanan cihazın yeteneklerini genişletmekle kalmaz, aynı zamanda hem mikro devre paketinin kendisi hem de harici çemberleme elemanları tarafından işgal edilen panodaki alanda bir artışa yol açar.

STBC21 ve STw4102 pil şarj çipleri

Bu, L6924 çipinin daha da geliştirilmesidir. Bir yandan, yaklaşık olarak aynı işlevsel paket uygulanmaktadır:

• Doğrusal ve yarı darbe modu.
• Aküye bağlı termistör anahtar eleman sıcaklık koruması
• Şarj işleminin her üç aşaması için nicel parametreler ayarlayabilme.

Bazı Ek özellikler, L6924'te eksik:

• Ters polarite koruması.
• Kısa devre koruması.
• L6924'ten önemli bir fark, varlığıdır dijital arayüz I 2 C parametre değerlerini ve diğer ayarları yapmak için. Sonuç olarak, şarj işleminin daha hassas ayarları mümkün hale gelir. Önerilen bağlantı şeması STBC21Şekil 5'te gösterilmiştir. bu durum tahta alanından ve katı ağırlık ve boyut özelliklerinden tasarruf etme sorunu buna değmez. Ancak bu mikro devrenin küçük boyutlu ses kayıt cihazlarında, oynatıcılarda ve cep telefonları basit modeller beklenmiyor Aksine, bunlar dizüstü bilgisayar pilleri ve benzer cihazlar pil değiştirmenin seyrek bir prosedür olduğu, ancak aynı zamanda ucuz olmadığı.

Pirinç. 5.

5. Camiolo Jean, Scuderi Giuseppe. Pil Şarj Cihazlarının ve Adaptör Uygulamalarının Toplam Yüksüz Güç Tüketiminin Azaltılması Polimer// STMicroelectronics'ten Malzeme. Çevrimiçi yerleşim:

Herhangi bir pili şarj etme ve boşaltma işlemleri kimyasal bir reaksiyon olarak ilerler. Ancak, lityum iyon pillerin şarj edilmesi kuralın bir istisnasıdır. Bilimsel araştırma iyonların kaotik hareketi gibi pillerin enerjisini gösterin. Uzmanların iddiaları dikkati hak ediyor. Bilime göre şarj etmek doğruysa lityum iyon piller o zaman bu cihazlar sonsuza kadar dayanmalıdır.

Bilim adamları, pilin yararlı kapasitesinin kaybının pratikte doğrulanan gerçeklerini, sözde tuzaklar tarafından engellenen iyonlarda görüyorlar.

Bu nedenle, diğer benzer sistemlerde olduğu gibi, lityum-iyon cihazlar da pratikte uygulanma sürecindeki kusurlardan muaf değildir.

Li-ion tasarımları için şarj cihazlarının, kurşun-asit sistemleri için tasarlanmış cihazlarla bazı benzerlikleri vardır.

Ancak bu tür şarj cihazları arasındaki temel fark, hücrelere yüksek voltaj sağlanmasında görülür. Buna ek olarak, daha sıkı akım toleransları ve pil tamamen şarj olduğunda kesintili veya dalgalı şarjın ortadan kaldırılması not edilir.

Voltaj bağlantıları / bağlantı kesmeleri açısından bazı esnekliklerde farklılık gösteriyorlarsa, lityum iyon sistem üreticileri kategorik olarak bu yaklaşımı reddederler.

Li-ion piller ve bu cihazların çalışma kuralları, sınırsız bir aşırı şarj olasılığına izin vermemektedir.

Bu nedenle, lityum iyon piller için hizmet ömrünü uzun süre uzatabilen sözde "mucizevi" bir şarj cihazı yoktur.

Darbe yükü veya diğer bilinen hileler nedeniyle Li-ion'dan ek kapasite elde etmek imkansızdır. Lityum-iyon enerjisi, kesinlikle sınırlı miktarda enerjiyi kabul eden bir tür “temiz” sistemdir.

Kobalt karışımlı pilleri şarj etme

Klasik tasarımlar lityum iyon piller yapısı malzemelerden oluşan katotlarla donatılmıştır:

• kobalt,
• nikel,
• manganez,
• alüminyum.

Hepsi genellikle 4.20V / I'e kadar voltajla şarj edilir. İzin verilen sapma +/- 50 mV/I'den fazla değildir. Ancak, 4,10 V/m'ye kadar şarj voltajına izin veren belirli türde nikel bazlı lityum iyon piller de vardır.

Lityum yüzdesinin artırıldığı lityum iyon pillerde de gelişmeler var. Onlar için şarj voltajı 4.30V/I ve üzeri bir değere ulaşabilir.

Voltajı arttırmak kapasitansı arttırır, ancak voltaj spesifikasyonun ötesine geçerse, pil yapısının tahrip olmasıyla doludur.

Bu nedenle, çoğunlukla lityum iyon piller, amacı yerleşik normu korumak olan koruyucu devrelerle donatılmıştır.

Tam veya kısmi ücret

Bununla birlikte, uygulama, en güçlü lityum-iyon pillerin daha fazlasını alabileceğini göstermektedir. yüksek seviye Kısa bir süre için voltaj.

Bu seçenekle, şarj verimliliği yaklaşık %99'dur ve hücre tüm şarj süresi boyunca soğuk kalır. Doğru, bazı lityum-iyon piller tam doluluğa ulaştıklarında hâlâ 4-5C kadar ısınıyor.

Belki de bu, koruma nedeniyle veya yüksek iç direnç. Bu tür piller için, sıcaklık makul bir şarj hızında 10ºC'nin üzerine çıktığında şarj işlemi durdurulmalıdır.

Kobalt karışımlı sistemlerin tam şarjı, bir eşik voltaj değeri ile gerçekleşir. Bu durumda akım, nominal değerin %3-5'ine kadar düşer.

Batarya, uzun süre değişmeden kalan belirli bir kapasite seviyesine ulaşıldığında bile tam şarj gösterecektir. Bunun nedeni, pilin kendi kendine boşalmasının artması olabilir.

Artan şarj akımı ve doygunluk şarjı

Şarj akımının arttırılmasının, tam şarj durumuna ulaşılmasını hızlandırmadığına dikkat edilmelidir. Lityum - tepe voltajına daha hızlı ulaşacaktır, ancak şarjın kapasitenin tam doygunluğuna ulaşması daha fazla zaman alır. Ancak, pili yüksek akımla şarj etmek, pil kapasitesini hızla yaklaşık %70'e çıkarır.

Lityum-iyon piller, kurşun asitli cihazlarda olduğu gibi tam şarj gerektirmez. Üstelik Li-ion için istenmeyen bu şarj seçeneğidir. Aslında, pili tamamen şarj etmemek daha iyidir, çünkü yüksek voltaj pili zorlar.

Eşik seçimi alçak gerilim veya doygunluk yükünün tamamen ortadan kaldırılması, lityum iyon pilin ömrünün uzamasına katkıda bulunur. Doğru, bu yaklaşıma pil enerjisi geri dönüş süresinde bir azalma eşlik ediyor.

Burada not edilmelidir: ev tipi şarj cihazları, kural olarak, maksimum güç ve şarj akımı (voltaj) ayarını desteklemez.

Lityum-iyon pil şarj cihazlarının üreticileri, uzun ömrü, devre karmaşıklığı masrafından daha az sorun olarak görüyor.

Li-ion pil şarj cihazları

Bazı ucuz ev tipi şarj cihazları genellikle basitleştirilmiş bir yöntem kullanır. Lityum iyon pili doygunluğa girmeden bir saat veya daha az şarj edin.

Bu tür cihazlarda hazır göstergesi, pil ilk aşamada voltaj eşiğine ulaştığında yanar. Bu durumda şarj durumu, çoğu kullanıcıyı genellikle tatmin eden yaklaşık %85'tir.

Profesyonel şarj cihazları (pahalı), şarj voltajı eşiğini daha düşük ayarlamaları ve böylece lityum iyon pilin ömrünü uzatmaları bakımından farklıdır.

Tablo, bu tür cihazlar tarafından doygunluk şarjlı ve doyumsuz farklı voltaj eşiklerinde şarj edildiğinde hesaplanan güçleri gösterir:

Lityum-iyon pil şarj olmaya başlar başlamaz voltajda hızlı bir artış olur. Bu davranış, bir gecikme etkisi olduğunda bir yükü lastik bantla kaldırmaya benzer.

Pil tamamen şarj olduğunda kapasite sonunda dolacaktır. Bu şarj özelliği, tüm piller için tipiktir.

Şarj akımı ne kadar yüksek olursa, etki o kadar parlak olur lastik bant. Düşük sıcaklık veya yüksek iç dirence sahip bir hücrenin varlığı sadece etkiyi arttırır.

Şarjlı bir pilin voltajını okuyarak şarj durumunu değerlendirmek pratik değildir. Akü birkaç saat oturduktan sonra açık devre voltajının (boşta) ölçülmesi en iyi değerlendirme göstergesidir.

Diğer pillerde olduğu gibi sıcaklık, bir lityum iyon pilin aktif maddesini etkilediği gibi rölantiyi de etkiler. , dizüstü bilgisayarlar ve diğer cihazlar coulomb sayılarak tahmin edilir.

Lityum-iyon pil: doyum eşiği

Bir lityum-iyon pil fazla şarjı ememez. Bu nedenle, pil tamamen dolduğunda, şarj akımı hemen kaldırılmalıdır.

Sabit bir akım şarjı, bu tür pillerin çalışma güvenliğini sağlama ilkesini ihlal eden lityum hücrelerin metalleşmesine yol açabilir.

Arıza oluşumunu en aza indirmek için, şarj doruğa ulaştığında lityum iyon pili mümkün olan en kısa sürede çıkarmanız gerekir.

Şarj durur durmaz, lityum iyon pilin voltajı düşmeye başlar. Fiziksel stresi azaltmanın etkisi kendini gösterir.

Bir süre gerginlik boş hareket 3,70 V ve 3,90 V voltaj ile eşit olmayan şekilde şarj edilmiş hücreler arasında dağıtılacaktır.

Burada, tam doymuş şarj almış bir lityum-iyon pil, doygunluk şarjı almamış komşu pili (devrede varsa) şarj etmeye başladığında da süreç dikkat çekiyor.

Lityum İyon pillerin hazır olmalarını sağlamak için her zaman şarj cihazında tutulmaları gerektiğinde, kısa süreli yavaş şarj işlevine sahip şarj cihazlarına güvenmelisiniz.

Kısa süreli yavaş şarj işlevine sahip bir şarj cihazı, açık devre voltajı 4,05 V/ch'ye düştüğünde açılır ve voltaj 4,20 V/ch'ye ulaştığında kapanır.

Bekleme veya bekleme modu için tasarlanmış şarj cihazları genellikle pil voltajının 4,00 V/m'ye düşmesine izin verir ve tam 4,20 V/m'ye ulaşmadan yalnızca Lityum İyon pilleri 4,05 V/m'ye şarj eder.

Bu teknik, teknik voltajın doğasında bulunan fiziksel voltajı azaltır ve pilin ömrünün uzamasına yardımcı olur.

Kobaltsız pilleri şarj etme

Geleneksel pillerin nominal hücre voltajı 3,60 volttur. Ancak kobalt içermeyen cihazlarda bu değer farklıdır.

Bu nedenle, lityum fosfat pillerin değeri 3,20 volttur (şarj voltajı 3,65 V). Ve yeni lityum-titanat piller (Rusya'da üretilmiştir) 2,40 V (şarj cihazı 2,85) nominal hücre voltajına sahiptir.

Bu tür piller için, pili patlama tehdidiyle aşırı yükledikleri için geleneksel şarj cihazları uygun değildir. Tersine, kobaltsız piller için bir şarj sistemi, 3,60V geleneksel Li-Ion pil için yeterli şarj sağlamayacaktır.

Lityum iyon pilin aşırı şarjı

Lityum-iyon pil, belirtilen çalışma voltajlarında güvenli bir şekilde çalışır. Ancak, çalışma limitlerinin üzerinde şarj edilirse pilin performansı kararsız hale gelir.

4.20V çalışma değeri için tasarlanmış, 4.30V'un üzerinde bir voltaja sahip bir lityum-iyon pilin uzun süreli şarjı, anodun lityum kaplamasıyla doludur.

Katot malzemesi ise oksitleyici bir maddenin özelliklerini kazanır, durum kararlılığını kaybeder ve karbondioksit salar.

Akü hücresi basıncı oluşur ve şarj devam ederse dahili koruma cihazı 1000 kPa ile 3180 kPa arasındaki bir basınçta devreye girer.

Bundan sonra basınç artışı devam ederse koruyucu membran 3.450 kPa basınç seviyesinde açılır. Bu durumda, lityum-iyon pil hücresi patlamanın eşiğindedir ve sonunda olan tam olarak budur.

Lityum-iyon pil içindeki korumanın etkinleştirilmesi, dahili içeriğin sıcaklığındaki artıştan kaynaklanır. Tam olarak şarj akümülatör pili kısmen yüklü olandan daha yüksek bir iç sıcaklığa sahiptir.

Bu nedenle, lityum-iyon piller, düşük seviyeli şarj koşullarında daha güvenli olarak görülüyor. Bu nedenle bazı ülkelerin yetkilileri, uçaklarda tam kapasitelerinin %30'undan fazla olmayan enerji ile doymuş Li-ion pillerin kullanılmasını şart koşuyor.

Pil dahili sıcaklık eşiği tamamen dolu dır-dir:

• 130-150°C (lityum-kobalt için);
• 170-180°C (nikel-mangan-kobalt için);
• 230-250°C (lityum-mangan için).

Lityum fosfat pillerin, lityum manganez pillerden daha iyi sıcaklık stabilitesine sahip olduğuna dikkat edilmelidir. Lityum-iyon piller, aşırı enerji yüklemesi koşullarında tehlike oluşturan tek piller değildir.

Örneğin, kurşun-nikel piller, pasaport rejimine aykırı olarak enerji doygunluğu gerçekleştirilirse, erimeye ve ardından yangına eğilimlidir.

Bu nedenle, aküye en uygun şarj cihazlarının kullanılması tüm lityum-iyon aküler için büyük önem taşımaktadır.

Analizden bazı sonuçlar

Lityum iyon pillerin şarj edilmesi, nikel sistemlere kıyasla basitleştirilmiş bir yöntemle karakterize edilir. Şarj devresi, voltaj ve akım limitleri ile basittir.

Böyle bir devre, pil kullanıldıkça değişen karmaşık voltaj imzalarını analiz eden bir devreden çok daha basittir.

Lityum-iyon pillerin doyma süreci kesintiye uğrayabilir, bu pillerin kurşun-asit pillerde olduğu gibi tamamen doymasına gerek yoktur.

Lityum-iyon pillerin özellikleri, yenilenebilir enerji kaynaklarının işletilmesinde avantajlar vaat ediyor ( Solar paneller ve rüzgar türbinleri). Kural olarak, bir rüzgar jeneratörü nadiren pilin tam şarjını sağlar.

Lityum-iyon için kararlı şarj gereksinimlerinin olmaması, şarj kontrol devresini basitleştirir. Bir lityum-iyon pil, kurşun-asit pillerin gerektirdiği gibi voltaj ve akımı eşitleyen bir kontrolör gerektirmez.

Tüm ev tipi ve endüstriyel lityum iyon şarj cihazlarının çoğu pili tamamen şarj eder. Fakat mevcut cihazlar lityum iyon pillerin genel olarak şarj edilmesi, döngünün sonunda voltaj regülasyonu sağlamaz.

Lityum-iyon piller bu günlerde çok popüler, çeşitli gadget'lar, örneğin telefonlar, akıllı saat, oyuncular, fenerler, dizüstü bilgisayarlar. İlk kez, bu tür bir pil (Li-ion) tanınmış Japon şirketi Sony tarafından piyasaya sürüldü. devre şeması en basit piller aşağıdaki resimde gösterilmektedir, monte ederek pillerdeki şarjı bağımsız olarak geri yükleme olanağına sahip olacaksınız.

Ev yapımı lityum pil şarjı - elektrik devresi

Bu cihazın temeli, iki dengeleyici yonga 317 ve 431 ()'dir. Entegre stabilizatör LM317 bu durumda bir akım kaynağı olarak hizmet ediyor, bu parçayı TO-220 paketinde alıyoruz ve termal macun kullanarak ısı emiciye taktığınızdan emin olun. Texas Instruments tarafından üretilen TL431 voltaj regülatörü ayrıca SOT-89, TO-92, SOP-8, SOT-23, SOT-25 ve diğer paketlerde mevcuttur.

Sizin için hoş olan herhangi bir renkte ışık yayan diyotlar (LED) D1 ve D2. Aşağıdakileri seçtim: LED1 kırmızı dikdörtgen 2,5 mm (2,5 mil Candel) ve LED2 yeşil dağınık 3 mm (40-80 mil Candel). Uygulamak için uygun smd led'ler eğer yüklemezsen hazır tahta vücudun içine.

Direnç R2'nin (22 Ohm) minimum gücü 2 watt ve R5 (11 Ohm) 1 watt'tır. Tümü uzak 0,125-0,25W.

22 kilo-ohm'luk bir değişken direnç SP5-2 tipinde (ithal 3296W) olmalıdır. Bu tür değişken dirençler çok hassas bir direnç ayarına sahiptir ve bu ayar, bronz cıvataya benzeyen bir solucan çiftinin döndürülmesiyle sorunsuz bir şekilde ayarlanabilir.

Bir li-ion pilin voltajını ölçmenin fotoğrafı cep telefonuşarj etmeden önce (3,7V) ve sonra (4,2V), kapasite 1100 mA*h.

Lityum şarj cihazı için PCB

Baskılı devre kartı (PCB) iki formatta mevcuttur. farklı programlar- arşiv bulunur. Bitmiş boyutlar baskılı devre kartı benim durumumda 5'e 2,5 cm Yanlarda bağlantı elemanları için boşluk bırakıldı.

Şarj nasıl çalışır?

Böyle bir şarj cihazının hazır devresi nasıl çalışır? Önce pil şarj edilir doğru akım standart değeri 11 ohm olan R5 direncinin direnci ile belirlenen yaklaşık 100 mA olacaktır. Ayrıca, şarj edilebilir enerji kaynağının voltajı 4,15-4,2 volt olduğunda şarj işlemi başlayacaktır. sabit voltaj. Şarj akımı küçük değerlere düştüğünde LED D1 söner.

Bildiğiniz gibi, standart voltaj Li iyon şarj 4.2V, verilen şekil devrenin yüksüz çıkışında bir voltmetre kullanılarak ayarlanmalıdır, böylece pil tam olarak şarj olur. Voltajı 0,05-0,10 Volt kadar biraz düşürürseniz, piliniz tam olarak şarj olmaz, ancak bu şekilde daha uzun süre dayanır. makale yazarı EGOR.

LİTYUM PİLLER İÇİN ŞARJ CİHAZI makalesini tartışın