Захист від розряду літієвих акумуляторів. Схема розумного захисту акб від переполюсування. Інші наслідки перезарядження акумулятора

Захист літій-іонних акумуляторів (Li-ion). Я думаю, що багато хто з вас знає, що, наприклад, всередині акумулятора від мобільного телефону є ще й схема захисту (контролер захисту), яка стежить за тим, щоб акумулятор (комірка, банку, ітд ...) не був перезаряджений вище напруги 4.2 В , або розряджений менше 2…3 У. Також схема захисту рятує від коротких замикань, відключаючи саму банку від споживача на момент короткого замикання. Коли акумулятор вичерпує термін служби, з нього можна дістати плату контролера захисту, а сам акумулятор викинути. Плата захисту може стати в нагоді для ремонту іншого акумулятора, для захисту банки (у якої немає схем захисту), або ж можна підключити плату до блоку живлення, і поекспериментувати з нею.

У мене було багато плат захисту від акумуляторів, що прийшли в непридатність. Але пошук в інеті по маркуванням мікросхем нічого не давав, наче мікросхеми засекречені. В інеті знаходилася документація лише на складання польових транзисторів, які є у складі плат захисту. Погляньмо на пристрій типової схеми захисту літій-іонного акумулятора. Нижче представлена ​​плата контролера захисту, зібрана на мікросхемі контролера з позначенням VC87, та транзисторної збірки 8814 ():

На фото ми бачимо: 1 - контролер захисту (серце всієї схеми), 2 - складання з двох польових транзисторів (про них напишу нижче), 3 - резистор, що задає струм спрацьовування захисту (наприклад при КЗ), 4 - конденсатор живлення, 5 - резистор (на живлення мікросхеми-контролера), 6 - терморезистор (коштує деяких платах, контролю температури акумулятора).

Ось ще один варіант контролера (на цій платі терморезистор відсутній), зібраний на мікросхемі з позначенням G2JH, і на транзисторній збірці 8205A ():

Два польові транзистори потрібні для того, щоб можна було окремо керувати захистом при заряді (Charge) та захистом при розряді (Discharge) акумулятора. Даташити на транзистори знаходилися практично завжди, а ось на мікросхеми контролерів – ні в яку!! І днями раптом я натрапив на один цікавий даташит на якийсь контролер захисту літій-іонного акумулятора.

І тут, звідки не візьмись, з'явилося диво - порівнявши схему з даташита зі своїми платами захисту, я зрозумів: Схеми збігаються, це те саме, мікросхеми-клони! Прочитавши даташит, можна застосовувати подібні контролери у своїх саморобках, а змінивши номінал резистора, можна збільшити допустимий струм, який може віддати контролер до спрацьовування захисту.

В результаті кидка мережної напруги вийшли з ладу кілька включених в мережу електроприладів, у тому числі джерело безперебійного живлення (ДБЖ) ВК500 фірми АРС, який у момент аварії також був підключений до мережі, хоча вимикач на його передній панелі перебував у положенні "Вимкнено". "Розтин" показало, що в ДБЖ згоріла плавка вставка на 0,125 А, що захищає первинну обмотку трансформатора живлення. Як виявилося, цей трансформатор підключений до мережі постійно незалежно від положення мережевого вимикача.

Заміна плавкою вставки відновила працездатність джерела. Однак (мабуть, внаслідок міжвиткових замикань, що утворилися внаслідок аварії), струм холостого ходу первинної обмотки трансформатора збільшився до 200...300 мА. Оскільки трансформатор дуже сильно нагрівався, аж до появи характерного запаху його довелося замінити. Однотипного знайти не вдалося, тому був встановлений більш потужний трансформатор з напругою вторинної обмотки без навантаження 16,5 (замінний - 17 В) і струмом холостого ходу первинної обмотки, що не перевищує 40 мА.

Відремонтований ДБЖ кілька діб залишався включеним до мережі. Вимірювання показали, що струм зарядки акумуляторної батареї, напруга якої давно перевищила 14, залишається рівним приблизно 200 мА. Це набагато перевищує значення, необхідне для компенсації саморозрядження батареї, що небезпечно її перезарядженням та скороченням терміну служби.

Припущення, що несправний вузол ДБЖ. контролюючий ступінь зарядженості батареї, який повинен відключати зарядний ланцюг після досягнення певного значення напруги, не знайшло підтвердження. Більше того, вивчення схеми ДБЖ (її фрагмент наведено на рис. 1) показало, що такого вузла просто немає.

Швидше за все, до ремонту струм зарядки батареї GB1 обмежував підвищений внутрішній опір трансформатора. Однак аварійне збільшення напруги мережі призвело до значного підвищення зарядного струму, що вивело трансформатор з ладу.

Щоб уникнути майбутніх неприємностей в ДБЖ, доданий вузол контролю напруги на батареї, який зібраний за схемою, показаною на рис. 2. Тут діоди VD1-VD5, плавка вставка FU2 та акумуляторна батарея GB1 - елементи, що вже є в ДБЖ (див. рис. 1). Ланцюг, що з'єднує плюсовий виведення діодного мосту VD1-VD4 з анодом діода VD5, розірвано. У розрив, що утворився, включений транзистор VT1.

Поки напруга на вході (висновок 1) детектора зниження напруги DA1 менше порогового, відкритий його вихідний транзистор, колектор якого з'єднаний з висновком 3, а емітер - з висновком 2. В результаті транзистори VT1 ​​і VT2 також відкриті. Батарея GB1 заряджається. Невелике зменшення зарядного струму, викликане наявністю в зарядному ланцюгу транзистора, компенсовано меншим зниженням під навантаженням напруги вторинної обмотки потужнішого трансформатора живлення.

Як тільки напруга з виходу резистивного дільника R2-R4, пропорційна напрузі на батареї, перевищить пороговий рівень, вихідний транзистор детектора DA1 закриється, що призведе до закривання транзисторів VT1, VT2 і розмикання зарядного ланцюга. Заряджання знову буде увімкнено, коли напруга батареї зменшиться внаслідок саморозрядження або роботи ДБЖ у режимі живлення навантаження від акумулятора.

Точне значення порога спрацьовування пристрою (14,2...14,4) встановлюють підстроювальним резистором R2. Якщо застосувати інший детектор зниження напруги (поріг спрацьовування показаного на схемі КР1171СП73 дорівнює 7,3, в інших мікросхем тієї ж серії - значення, позначене двома останніми цифрами найменування), слід змінити і номінали резисторів R2-R4. Їхні приблизні значення в кілоомах можна обчислити за формулами

де Uдп - поріг спрацьовування детектора DA1, В; UП - напруга батареї GB1, при якому її зарядка повинна бути припинена,; Iд - Струм резистивного дільника, мА. Його значення вибирають у межах 0,2...1 мА. Врахуйте, що цей струм безперервно розряджає батарею. При її ємності 7 А-год та систематичній зарядці цим фактором можна знехтувати. Однак якщо ДБЖ потрібно кілька місяців зберігати не підключеним до мережі, акумулятор краще відключити. Для цього достатньо зняти з контактної пластини на платі ДБЖ наконечник червоного дроту, що йде від батареї.

Проста схема захисту автомобільного АКБ від перезарядки на TL431 та реле.

Перезаряджання веде до википання електроліту, осипання та руйнування позитивних пластин, а тривалий перезаряд може викликати вибух, пожежу і навіть нещасний випадок. Шкідливий будь-який перезаряд малим або великим струмом.

Промислові зазвичай мають вбудований захист від перезаряду, але багато його не мають, а часто для заряду використовуються будь-які джерела постійного струму.

Для захисту від перезаряду запропоновано багато різних схемних рішень.

Приставка, що описується, - один з таких пристроїв. Вона проста для повторення, компактна, виконана окремим блоком і може з'єднуватися з будь-яким зарядним пристроєм.

Основний елемент схеми – регульований крем'яний стабілітрон TL 431 (КР142ЕН19А), який використовується як компаратор. На відміну від відомих компараторів TL431 має лише один вхід, а стабілізована опорна напруга виробляється у самій мікросхемі, що помітно спрощує конструкцію приставки.

Навантаження мікросхеми – реле із опором обмотки 280 Ом.
Допустимий струм мікросхеми - 100 МА, тому опір обмотки реле при напрузі 14 ... 16 вольт має бути, принаймні, не менше 150 Ом.

Робота пристрою

Напруга на керуючому електроді мікросхеми 1 задається дільником R1, R2. Коли виведення 1 напруга більше 2,5 вольт мікросхема відкрита. Менше 2,5 вольт – закрито. Регулюючи R2 можна домогтися включення мікросхеми при заданій напрузі U. Дільник не обов'язково має бути номіналів, які вказані на схемі. Їх можна вибрати із співвідношення

R2/R1=2,5/ (U-2,5)

Налаштування

Підключіть пристрій до джерела постійного струму та встановіть на ньому напругу U, за якої акумулятор повинен вимкнутися. Щодо величини U існують різні думки.

Одні автори рекомендують загальноприйняту напругу 14,4 вольт, інші 14,6 вольт, деякі навіть 14,7 вольт (2,45 вольт на банку). Важко сказати хто з них має рацію, але у кожного є свій резон. Тепер змінним резистором R2 досягайте увімкнення реле при заданому U.

Якщо у вас резистор із гвинтовим регулюванням, а саме такі застосовують для точного налаштування, то намацати момент включення дуже важко. Не зрозуміло, в який бік треба крутити гвинт.

Приєднайте до висновків 1 і 2 мікросхеми в режимі вимірювання напруги і, повертаючи гвинт налаштування резистора, слідкуйте за зміною напруги. Відразу стає зрозуміло, в який бік треба крутити гвинт.

При 2,5 вольтах реле має спрацювати. У розробленому пристрої висновки 1 і 2 з'єднані з гніздами, що виведені на лицьову панель.

Тепер перевірте роботу пристрою навпаки. Встановіть U менше 14 вольт і поступово збільшуйте напругу. Коли U досягне встановленого вами значення реле спрацьовує. За потреби налаштуйте налаштування.

Діод у плюсовому проводі встановлений для захисту схеми від переплюсування.

Застосоване реле містить дві групи потужних перекидних контактів, що працюють на замикання та розмикання.

Клеми контактів реле встановлені на лицьовій панелі.

Використовувати контакти можна по-різному. Якщо заряджати акумулятор струмом 5,5 ампер, то контакти обох груп потрібно запаралелити. Якщо струм менше, то одну групу контактів можна використовувати для індикації кінця заряджання, наприклад, за допомогою контрольної лампи. Саме так зроблено на демонстраційній фотографії.

Тільки ось є в ній такий невеликий недолік, ця схема не вміє розпізнавати ступінь розрядження акумулятора, що дає можливість підключати навіть вбиті АКБ (замкнуті, розсипалися і т.д.), чи вистачало б напруги замкнути контакти реле. А це може призвести до жахливих наслідків, і пожежа не найстрашніше!

І ось зовсім недавно спала мені на думку розумна схема захисту від переполюсування, яка зуміла б визначати, чи можна заряджати цей акумулятор чи ні і зберегла попередній параметр визначення правильності підключення клем до Акумулятора

Насправді все просто, схема просто визначає яку напругу на АКБ, тобто ступінь зарядки, і якщо вона відповідає потрібним межам, то замикає контакти реле і пускає струм заряду!

Зі схеми видно, що це звичайний компаратор на ОУ, що порівнює опорну напругу, зібрану на ланцюгу R7-VD3, з напругою АКБ. І якщо напруга на неінв.(+) вході піднімається трохи вище ніж на инве.(-), транзистор VT1 включає реле.
Налаштовується все дуже просто. На клему + АКБ подається напруга 10.5-11В (напруга розрядженого, робочого АКБ) зручно і за допомогою резистора будівельного R4 (у бік збільшення опору) виставляємо момент, коли клацне релюха K1. На цьому налаштування закінчується:) До речі, зручно використовувати для налаштування

Дана схема зібрана на ОУ не дарма, оскільки на другому ОУ можна зібрати ще один пристрій, я його не придумав, але напрацювання вже є. Наприклад на другій ОУ можна створити пристрій, який буде показувати, що все підключено правильно
Але якщо у вас немає можливості чекати, і не хочеться витрачати просто операційник, то можу запропонувати схему трохи простіше і з таким же принципом роботи

Багато хто не знає, але TL431 це звичайний компаратор, і для порівняння напруги всередині нього вже присутній ІОН 2,5В. Тому замість купи обв'язки навколо ОУ можна використовувати TL431 з одним єдиним резисторним дільником, напруга на якому має бути трохи більше 2.5В, щоб реле включилося:)

Ця схема має ще одну перевагу, її можна з успіхом використовувати і для 6В АКБ. Для цього треба замінити реле на 5В, і два резистори R1 та R3 приблизно на половину.

Спосіб налаштування такий же, як і в попередній схемі, тільки на клему +АКБ для 6В напругу треба подавати в районі 5-5.5В

Все, з таким захистом можна не бояться, що ваш АКБ, ну якщо йому “торба”, просто вибухне. Тому удачі із повторенням схеми.

Успіхів вам з повторенням і чекаю ваших питань у коментарях

Для безпечної, якісної та надійної зарядки будь-яких типів акумуляторів, рекомендую

Щоб не пропустити останні оновлення в майстерні, підписуйтесь на оновлення в Вконтактеабо Однокласниках, також можна підписатися на оновлення електронною поштою в колонці праворуч

Не хочеться вникати у рутини радіоелектроніки? Рекомендую звернути увагу на пропозиції наших китайських друзів. За цілком прийнятну ціну можна придбати якісні зарядні пристрої

Простий зарядний пристрій з світлодіодним індикатором заряджання, зелений акумулятор заряджається, червоний акумулятор заряджено.

Є захист від короткого замикання, є захист від переполюсування. Відмінно підійде для зарядки Мото АКБ ємністю до 20А, АКБ 9А зарядить за 7 годин, 20А - за 16 годин. Ціна на це зарядне 403 рубля, доставка безкоштовна

Цей тип зарядного здатний автоматично заряджати практично будь-які типи автомобільних та мото акумуляторів 12В до 80А\Ч. Має унікальний спосіб заряджання в три етапи: 1. Заряджання постійним струмом, 2. Заряджання постійною напругою, 3. Крапельна дозарядка до 100%.
На передній панелі два індикатори, перший вказує напругу та відсоток заряджання, другий вказує струм заряджання.
Досить якісний прилад для домашніх потреб, ціна всього 781,96 руб, доставка безкоштовна.На момент написання цих рядків кількість замовлень 1392,оцінка 4,8 із 5. Євровилку

Зарядний пристрій для найрізноманітніших типів акумуляторів 12-24В із струмом до 10А та піковим струмом 12А. Вміє заряджати Гелієві АКБ та СА\СА. Технологія зарядки як і в попереднього у три етапи. Зарядний пристрій здатний заряджати як в автоматичному режимі, так і вручну. На панелі є РК індикатор, що вказує напругу, струм заряду та відсоток заряджання.

Хороший прилад, якщо вам треба заряджати всі можливі типи АКБ будь-яких ємностей, аж до 150Ач

Ціна на це диво 1625 рублів, доставка безкоштовна.На момент написання цих рядків кількість замовлень 23,оцінка 4,7 із 5.При замовленні не забудьте вказати Євровилку

Якщо якийсь товар став недоступним, будь ласка, напишіть у коментарі внизу сторінки.