Зарядки литий ионных аккумуляторов схема: Схемы контроллеров заряда-разряда Li-ion аккумуляторов и микросхемы модулей защиты литиевых батарей

Схемы контроллеров заряда-разряда Li-ion аккумуляторов и микросхемы модулей защиты литиевых батарей

Содержание статьи:

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки — сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде — это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.

Исходя из своего опыта могу сказать, что под контроллером заряда/разряда на самом деле понимают схему защиты аккумулятора от слишком глубокого разряда и, наоборот, перезаряда.

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Сама микросхема DW01 — шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 — это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 — датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А — это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

Решение от Advanced Analog Technology — AAT8660 Series.

Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).

FS326 Series

Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора — FS326.

В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, — от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.

LV51140T

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы — вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки — порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

ОбозначениеПорог отключения по перезаряду, ВГистерезис порога перезаряда, мВПорог отключения по переразряду, ВПорог включения перегрузки по току, мВ
R5421N111C4.250±0.0252002.50±0.013200±30
R5421N112C4.350±0. 025
R5421N151F4.250±0.025
R5421N152F4.350±0.025

SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

ОбозначениеПорог отключения по перезаряду, ВГистерезис порога перезаряда, мВПорог отключения по переразряду, ВПорог включения перегрузки по току, мВ
SA57608Y4.350±0.0501802.30±0.070150±30
SA57608B4.280±0.0251802.30±0.05875±30
SA57608C4.295±0.0251502.30±0.058200±30
SA57608D4.350±0.0501802. 30±0.070200±30
SA57608E4.275±0.0252002.30±0.058100±30
SA57608G4.280±0.0252002.30±0.058100±30

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме — порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor — контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет ~11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда — 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 — 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Схемы правильных зарядок для литиевых аккумуляторов приведены в этой статье.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Схемы для зарядного устройства для литиевых аккумуляторов

Литиевые аккумуляторы изготавливаются с использованием различных ионных компонентов, с неизменным присутствием иона лития. Другим составляющим может быть сухой ионит с кобальтом, фосфатом железа, комплекс никель-кобальт алюминий и прочие. Подбор активных составов продолжается. В зависимости от гальванической пары меняется мощность аккумуляторов, их напряжение и емкость, но способы сбора в батареи с обвязкой для всех одинаковы.

Схема подключения литиевых аккумуляторов

Установка литиевой батареи решает разные задачи. В случаях, когда нужно иметь токовую нагрузку, измеряемую десятками ампер используют высокотоковые элементы. Это касается ручного инструмента, тяговых батарей для транспортировки. Средние нагрузки лежат на ноутбуках, фотоаппаратах, фонарях.

Рассмотрим высокотоковые аккумуляторы на основе литий-ионных банок с номинальным напряжением 3,7 В. Они могут иметь разные размеры, емкость, но напряжение будет только 3,7. Изготовлены элементы:

  • катод из алюминиевой фольги, на которую нанесен мелкодисперсный графит;
  • анод из медной подложки, на которую нанесен LiCoO2:
  • сепаратор, ячеистый состав пропитан неводным раствором соли Li.

Именно такие комплектующие используют в цилиндрических элементах, аккумулятор называют литий-ионным. Чаще всего схема питания шуруповертов, ноутбуков, фонарей, биноклей изготовлены с применением литиевых аккумуляторов форм-фактора 18650. Элемент имеет в длину 65 мм, диаметр 18 мм. Напряжение рабочее 3,0-4,2 В. Относится в высокотоковым, то есть может отдавать ток силой до 10 С.

Для питания инструмента большей мощности необходимо соединять последовательно несколько банок, по расчету. При этом емкость измеряется по самому слабому элементу.

Для повышения емкости нужно использовать параллельное соединение. Банки, соединенные одинаковыми полюсами суммируют емкость. Если нужно поднять емкость и напряжение, используют комбинирование. Соединяют группы банок параллельно. Потом каждый комплект соединяют последовательно.

Для шуруповертов с рабочим напряжением 12,14,18 В используется последовательная схема литиевого аккумулятора. Зная, что отдельные элементы не должны перезаряжаться выше 4,20 В, разряжаться ниже 2,5 В, требуется обеспечить равномерное напряжение во всех банках и защиту от опасного для них напряжения. Батарея может быть собрана из защищенных аккумуляторов. Тогда на них есть маркировка «protected» («защищенные»). В корпусе имеется плата, отключающая элемент при достижении критичных параметров.

Защищенный цилиндр на 2 мм длиннее стандартного, незащищенного и немного толще, за счет дополнительной обертки. Если используются незащищенные литиевые аккумуляторы, в схему заряда литиевых  аккумуляторов устанавливается плата защиты MBS, рассчитанная на максимальную токовую нагрузку, количество банок. Часто там же встроен балансир.

Схемы балансиров для литиевых аккумуляторов

В чем заключается балансировка при сборке батареи последовательно? Когда соединение банок идет противоположными полюсами, напряжение суммируется. Ток протекает одинаковый. По разным причинам разница в емкости может немного отличаться. Но если не поставить преграду, самая малая банка переполнится, то есть перезарядится. Это плохо. При работе ток отбирается в равных количествах. Банка, у которой емкость немного ниже, разрядится настолько, что может выйти из строя, пока другие элементы сборки отдают энергию до нормы.

Балансир представляет схему, которая создает препятствия для прохождения тока в заряженную батарею, направляя ее через дополнительные сопротивления, резисторы. Балансир включает стабилитрон TL431A и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40

Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Их маркировка Turnigy Accucel-6 50W 6A и iMAX B6.

Перед вами простая и понятная схема балансировки литиевых аккумуляторов, которую можно сделать самостоятельно.

Схема светодиодов для контроля разряда литиевых аккумуляторов

Актуально узнать, когда аккумулятор сядет. Разряжать литиевые батареи до 2,5 В не стоит, будут трудности с предзарядом. Резкое мигание светодиода послужит заметным аварийным сигналом.

Несложная схема с применением монитора напряжения еще и компактная. Неоспоримое достоинство – низкое потребление энергии. При севшей батарее это важно. Хорошо с задачей справится мигающий светодиод L-314.

Можно купить готовый прибор –MAX9030. Схема компоновки представлена. При понижении напряжения до 3,0 В начинает вспыхивать ярко светодиод с длинным интервалом. В спящем режиме расходуется 50 наноампер (10-9), при вспышках 35 мкА.

Вывод

Для каждого устройства можно составить литиевую батарею, отвечающую запросам. Но необходимо подобрать параметры комплектующих в соответствии с видом литиево-ионных аккумуляторов. Марганцевые имеют напряжение 4 В, кобальтовые 3,7 В, а железо-фосфатные 3,3 В. Собирая батарею, нужно брать элементы одного вида, лучше из одной партии.

Видео

Посмотрите ход подключения защиты и сбора батареи.

Простой индикатор разряда Li-ion аккумуляторов

Как же плотно вошли в нашу жизнь Li-ion аккумуляторы. То, что они применяются почти во все микропроцессорной электронике это уже норма. Так и радиолюбители уже давно взяли их себе на вооружение и используют в своих самоделках. Способствую этому значительные плюсы Li-ion аккумуляторов, такие как небольшой размер, большая емкость, большой выбор исполнений различных ёмкостей и форм.

Самый распространенный аккумулятор имеет марку 18650 его напряжение составляет 3,7 В. Для которого я у буду делать индикатор разряда.
Наверное, не стоит рассказывать, как вредна для аккумуляторов кране низкая их разрядка. Причем для аккумуляторов всех разновидностей. Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей продлит их жизнь в несколько раз и сэкономит ваши деньги.

Схема индикатора зарядки

Схема довольно универсально и может работать в диапазоне 3-15 вольт. Порог срабатывания можно настроить переменным резистором. Так что устройство можно использовать почти для любых аккумуляторов, будь то кислотные, никелево-кадмиевые (nicd) или литий-ионные (Li-ion).
Схема отслеживает напряжение и как только оно упадет ниже заданного уровня – загорится светодиод, сигнализируя о низкой разрядке батареи.
В схеме используется регулируемый стабилитрон TL431 (ссылка где брал). Вообще этот стабилитрон является очень интересным радиоэлементом, который может существенно облегчить жизнь радиолюбителям, при построении схем, завязанных на стабилизации или пороговом срабатывании. Так что берите его на вооружение, особенно при постройке блоков питания, схем стабилизации токов и т.п.
Транзистор можно заменить любым другим NPN структуры, отечественный аналог КТ315, КТ3102.
R2- регулирует яркость светодиода.
R1 – переменный резистор номиналом от 50 до 150 кОм.
Номинал R3 можно прибавить до 20-30 кОм для экономии энергии, если использован транзистор с высоким коэффициентом передачи.
Если у вас не окажется регулируемого стабилизатора TL431, то можно использовать проверенную советскую схему на двух транзисторах.

Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Вместо них можно запаять один переменный, чтобы дать возможность регулировки и уменьшить количество элементов. Советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Схему можно собрать на плате или навесным монтажом. Одеть термоусадочную трубку и обдуть термофеном. Приклеить на двухсторонний скотч к тыльной стороне корпуса. Я лично установил данную плату в шуруповерт и теперь не до вожу его аккумуляторы до критического разряда.
Так же параллельно резистору со светодиодом можно подключить зуммер (пищалку) и тогда вы точно будете знать о критических порогах.

Простое ЗУ для литиевых аккумуляторов

Довольно простое ЗУ для литиевых аккумуляторов было предложено одним из хороших друзей нашего сайта. Это зарядное устройство полностью автоматическое и может заряжать литий-ионные или полимерные аккумуляторы. Схема имеет три основных узла — блок питания, ограничитель тока и регулятор напряжения.

Электрическая схема зарядки литиевых аккумуляторов

Мною схема была собрана свыше 10 раз — всегда отличные результаты при зарядке даже последовательно подключенных аккумуляторов. Можно зарядить как литиевые, так и никелевые или свинцовые аккумуляторы, максимальный ток заряда нужно будет выставить опытным путем.

Ограничитель тока и напряжения соответственно собраны на линейных стабилизаторах с регулируемым выходным напряжением — LM317. При токах до 300 мА микросхемы не нужно установить на теплоотвод. Светодиод горит в процессе заряда и потухает при полной зарядке АКБ. Шунтирующий резистор подбираем исходя из формулы R1=U/A, где U — напряжение, которое нужно для полного свечения светодиода (для обычных светодиодов 2,7 Вольт), A — выходной ток с зарядного устройства в Амперах.

Дальше все, что нужно сделать — выставить нужное выходное напряжение вращением переменника, его желательно взять многооборотным, для точной настройки или же можно воспользоваться калькулятором расчета выходного напряжения LM317, путем подбора двух резисторов можно выставить любое выходное напряжение, от 1,2-1,7 до максимального выходного напряжения с блока питания (не выше 40 Вольт, это максимальное допустимое напряжение для LM317).

Схема простого ЗУ для литиевых аккумуляторов прекрасно работает и с импульсными источниками питания, как только напряжение на аккумуляторе ровняется выходному напряжению зарядника, то процесс заряда прекращается, этим светодиод потухает. Свечение светодиода постепенно меняется по мере заряда аккумулятора. Выходной ток схемы можно выставить путем подбора резистора R2, его номинал тоже можно узнать используя калькулятор LM317 в режиме стабилизатора тока. Дополнив микросхемы теплоотводом, можно заряжать и автомобильный аккумулятор, разумеется, из за максимального допустимого тока микросхем (1,5A) процесс заряда будет идти очень долго, но как вариант — вполне рабочий.

Зарядка литиевых аккумуляторов по беспроводной схеме

Зарядка литиевых аккумуляторов — беспроводное устройство зарядки Li-Ion аккумуляторов для носимых гаджетов


Зарядка литиевых аккумуляторов: LTC4126 представляет собой полнофункциональное беспроводное зарядное устройство для литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов, отдающее ток до 7. 5 мА и предназначенное для слуховых аппаратов, беспроводных наушников и других носимых продуктов ограниченного объема, требующих беспроводной зарядки.

Чтобы создать законченное беспроводное зарядное устройство, микросхему LTC4126 можно объединить с однотранзис-торным передатчиком на основе микросхемы LTC6990, переключающимся при нулевом напряжении (Zero Voltage Switching -ZVS).

Эффективный контроллер питания с беспроводным входом

В настоящее время все популярнее становится зарядка литиевых аккумуляторов носимых устройств беспроводным способом, что повышает удобство использования, устраняя необходимость в кабелях или открытых разъемах на носимых устройствах. DC/DC преобразователь зарядного устройства LTC4126 оснащен беспроводным контроллером питания, позволяющим ему беспроводным путем принимать энергию от переменного магнитного поля, создаваемого передающей катушкой (например, в решении с микросхемой LTC6990).

Беспроводной контроллер питания выпрямляет переменное напряжение, поступающее с резонансного контура приемной стороны, в постоянное напряжение на выводе Vcc. Это постоянное напряжение питает линейное зарядное устройство, которое регулирует заряд аккумулятора.

Когда микросхема LTC4126 принимает больше энергии, чем ей требуется, беспроводной контроллер питания регулирует входное напряжение VCc линейного зарядного устройства, шунтируя резонансный контур на землю. Благодаря этому линейная зарядка литиевых аккумуляторов работает с высоким КПД, поскольку напряжение, поддерживаемое на его входе, лишь ненамного выше напряжения аккумулятора VBAT (Рисунок 1).

Кроме того, при подключенной шунтирующей цепочки резонансный контур принимает меньше энергии, поскольку резонансная частота отстраивается от частоты передатчика.

Полнофункциональное линейное зарядное устройство — зарядка литиевых аккумуляторов

Интегрированное в LTC4126 устройство зарядки Li-Ion аккумуляторов, поддерживающее режимы стабилизации тока и напряжения, обеспечивает надежность циклов заряда благодаря полному набору защитных функций, включающему автоматическую перезарядку, автоматическое отключение по таймеру безопасности, обнаружение неисправного аккумулятора и приостановку зарядки при выходе температуры аккумулятора из заданного диапазона. LTC4126 формирует выходные сигналы индикатора статуса зарядки и уровня напряжения батареи, которые могут быть переданы системному микроконтроллеру.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками

Многие могут сказать, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, посредством которой можно заряжать литиевые аккумуляторы через USB. Она будет стоить около 1 доллара.

Но нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут. Не стоит забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит столько удовольствия, как сделанное своими руками.
Первоначально планировалось собрать зарядное устройство на базе микросхемы LM317.

Но тогда для питания этой зарядки потребуется более высокое напряжение, чем 5 В. Микросхема должна иметь разницу в 2 В между входящим и выходящим напряжениями. Заряженный литиевый аккумулятор имеет напряжение 4,2 В. Это не соответствует описанным требованиям (5-4,2=0,8), поэтому необходимо поискать другое решение.

Зарядку, которая будет рассматриваться в этой статье, способен повторить практически каждый. Ее схема довольно проста для повторения.

Идея этой схемы состоит в том, что здесь присутствует и ограничение зарядного тока аккумулятора, и стабилизация напряжения. Последняя построена на основе стабилитрона TL431.
В роли усиливающего элемента выступает транзистор. А резистор R1 регулирует ток заряда, значение которого зависит лишь от параметров аккумулятора. Рекомендуется использовать 1-ваттный резистор. Оставшиеся резисторы могут иметь мощность 250 или 125 мВт.
На выходе зарядника необходимо установить напряжение 4,2 В, поскольку оно соответствует напряжению полностью заряженного литиевого аккумулятора. Оно задается резисторами R2 и R3.
В сети имеется большое количество софта для расчета напряжения стабилизации TL431.

Одну из таких программ можно скачать в конце статьи.
Чтобы осуществить более точную настройку напряжения на выходе, можно поменять резистор R2 на многооборотный. Его сопротивление должно составлять порядка 10 кОм.

Можно применить и такую схему:

В качестве индикатора используется светодиод. Годится любой. Его цвет не имеет значения.
Настройка заключается лишь в установке напряжения 4,2 В на выходе схемы. Микросхема TL431 встречается довольно часто, особенно в БП компьютеров. Транзисторы можно использовать типа КТ819 или КТ805.
Представленная схема предназначается для заряда только одного Li-ion аккумулятора стандарта 18650.

Но, в принципе, можно использовать и для иных видов аккумуляторов. Требуется лишь выставить необходимое для этого значение выходного напряжения зарядки.
Если устройство не работает, то необходимо проверить управляющий вывод TL431 на наличие напряжения. Его значение должно быть не меньше 2,5 В.

Это наименьшее допустимое значение опорного напряжения для этой микросхемы. Хотя иногда можно встретить и на 3 В.

Рекомендуется перед пайкой изготовить тестовый стенд для проверки работоспособности схемы, а по окончании сборки основательно проверить монтаж.

Прикрепленные файлы: АРХИВ 1:  АРХИВ 2

Автор: Алексей Алексеевич.


Тестирование литий-ионных батарей

Intertek предоставляет широкий спектр услуг по обеспечению безопасности литий-ионных аккумуляторов во время транспортировки и использования потребителями.

Использование литий-ионных аккумуляторов дает явные преимущества по сравнению с обычными типами аккумуляторов, однако для снижения рисков, связанных с литий-ионными аккумуляторами, Intertek предлагает тестирование и валидацию литий-ионных аккумуляторов и устройств с литий-ионным питанием.

Наши услуги включают:

Транспортировочные испытания

Все литий-ионные батареи перед отправкой должны пройти испытания на соответствие требованиям ООН 38.3. Эти испытания подвергают батареи и элементы условиям, с которыми они могут столкнуться при транспортировке и транспортировке, включая экстремальные температурные условия, удары, удары и испытания на короткое замыкание, чтобы гарантировать стабильность батарей и элементов.

Литий-ионная безопасность и сертификационные испытания

Безопасность и сертификационные испытания относятся к условиям обращения и зарядки литий-ионных аккумуляторов, а также к испытаниям элементов на воздействие экстремальных температур, напряжений и токов.Тестирование включает IEC / EN 62133, UL 62133, CSA E62133, UL 1642, UL 2054, UL
2271 и UL 2272 (План исследования электрических систем самобалансирующихся скутеров). UL 2272 применяется, в частности, к системе электропривода для самобалансирующихся самокатов с электроприводом (также известных как ховерборды), включая источники питания и аккумуляторные батареи. Intertek как NRTL может тестировать и сертифицировать по UL 2272. Сертификация по проекту стандарта только для США .

Свяжитесь с нами для тестирования ховерборда

Тестирование электробезопасности зарядного устройства

Тестирование зарядного устройства учитывает риски и опасности, связанные с устройствами с питанием от переменного тока, которые содержат литий-ионные батареи. Это включает в себя проверку на возможность перегрева и поражения электрическим током от устройства. Тестирование включает IEC / EN 60950-1, IEC / EN 60335-2-29, UL 1310, UL 1012, UL 2575, UL 60950-1, CSA 22.2 # 107.2, CSA 22.2 # 223, CSA E60335-2-29 и CSA. 60950-1

Испытание на электромагнитную совместимость (ЭМС)

Испытания на электромагнитную совместимость предназначены для того, чтобы гарантировать, что любые устройства, содержащие литий-ионные батареи, не будут работать со сбоями из-за высокого уровня электромагнитных помех (ЭМП), а также сами устройства. создают электромагнитные помехи, вызывая неисправность соседних устройств.Тестирование распространяется на Северную Америку: FCC 47CFR, часть 15; ICES-003 и ЕС: Директива по электромагнитной совместимости 2014/30 / EU.

* После голосования и утверждения изменения могут быть реализованы до выпуска окончательной версии — проконсультируйтесь с Intertek по поводу последних обновлений UL 2272.

Есть вопрос?

Нужна помощь или есть вопрос?

Цепь предварительной зарядки литий-ионных аккумуляторов

| Аметерм

Когда батарея подключена к нагрузке с емкостным входом, возникает скачок пускового тока, поскольку емкость заряжается до напряжения батареи. Входной ток зависит от входной емкости; Чем больше батареи и чем мощнее нагрузка, тем больше входная емкость. Большой пусковой ток (в цепи предварительной зарядки, без защиты) может вызвать следующее:

  • Повреждение конденсаторов входного фильтра
  • Перегорание главного предохранителя, если он пропускает пусковой ток без защиты
  • Отказ контакта (и снижение допустимой нагрузки по току) из-за искрения и точечной коррозии из-за высокого пускового тока Повреждение аккумуляторной батареи, не рассчитанной на пусковой ток

Ниже представлена ​​типичная схема предварительной зарядки для работы от батареи и временная диаграмма, показывающая, как работает эта схема. (любезно предоставлено литиевой ионной BMS)

В своей основной форме схема предварительной зарядки работает следующим образом:

  • ВЫКЛ: Когда система выключена, все реле / ​​контакторы выключены.
  • Предварительная зарядка: при первом включении системы K1 и K3 включаются для предварительной зарядки нагрузки до тех пор, пока не спадет пусковой ток. R1 показывает расположение термистора в цепи предварительной зарядки.
  • ВКЛ: после предварительной зарядки контактор К2 включается (реле К1 должно быть выключено для экономии энергии катушки).

В этой статье мы сосредоточимся на выборе термистора.

Выбор термистора

Минимальное сопротивление термистора определяется следующим образом:

  1. Температура окружающей среды
  2. Значение входной емкости (цепи предварительного заряда)
  3. Напряжение аккумулятора

Импульсный ток предварительной зарядки достигает 63,2% (1 / e) от своего начального значения через время τ = RC.

При выборе термистора мы учитываем значение времени «пять постоянных времени», когда емкости полностью заряжены и импульсный ток достигает нормального рабочего тока.

Для данной конструкции мы примем следующие количественные значения:

  • 20 миллисекунд
  • Рабочая температура окружающей среды: Изменяется от 10 ° C до 50 ° C
  • Напряжение аккумулятора: 100 вольт
  • Банк конденсаторов: 50000 мкФ

5τ = RC
R = 5τ / C = 5 (0. 02 сек) / 0,05F = 2,0 Ом.

Если посмотреть на кривые R-T для термистора Ametherm при температуре окружающей среды 50 ° C, материал «C» показывает

R при 50 ° C / R при 25 ° C = 0,412 при R при 10 ° C / R при 25 ° C = 1,70

Следовательно, минимальное сопротивление при 25 ° C = 2,0 / 0,454 = 4,40 Ом, поэтому наша стандартная деталь имеет номинальное сопротивление 5,0 Ом

При 10 ° C стандартная часть будет иметь сопротивление 5,0 Ом x 1,70 = 8,50 Ом, что соответствует нашему минимальному сопротивлению.

Для определения энергии, которую термистор должен выдержать без самоуничтожения,

E = ½ C V2 = ½ (0.05) (100) 2 = 250 джоулей

Установившийся ток не рассчитывается, потому что в большинстве схем предварительной зарядки установившийся ток проходит через контактор. Деталь, которая соответствует вашим требованиям, — AS32 5R020.

Основные преимущества ограничителей пускового тока Ametherm AS

  • Более низкая плотность тока (по сравнению с традиционными типами ограничителей пускового тока)
  • Более быстрое время сброса
  • Отсутствие горячих точек от усталости благодаря более низкой плотности тока и равномерному градиенту температуры по всему диску
  • Более широкий диапазон рабочих температур без снижения номинальных значений

Использование стационарного источника питания для зарядки литий-ионных батарей

У Дэвида Джонса есть еще одно полезное видео-руководство о том, как безопасно заряжать литий-ионные и литий-полимерные батареи с помощью настольного источника питания. Цель этого руководства — научиться использовать лабораторный источник питания для зарядки литий-ионной батареи, когда у вас нет специальной схемы зарядного устройства для этого.

В своем руководстве он использовал NCR18650B, литий-ионный аккумулятор 3,6 В 3400 мАч от Panasonic.
Дэвид предупредил нас, что зарядка этого типа батарей довольно опасна, если мы не будем делать это правильно. Даже при наличии схемы защиты в литий-ионном аккумуляторе.

Вы можете найти диаграмму зарядки в листе данных батареи NCR18650B.

Согласно паспорту, ток зарядки составляет 1625 мА, а напряжение зарядки — 4,2 В. Зарядка состоит из двух этапов: первая — это ступень постоянного тока, на которой вы должны подать постоянный ток 1625 мА, а когда напряжение батареи достигает 4,20 В, запускается вторая ступень, которая является ступенью постоянного напряжения. На этом этапе ток естественным образом упадет, и отсечка обычно составляет около 10% от зарядного тока, то есть около 170 мА.
Это руководство применимо ко всем литий-ионным и литий-полимерным батареям, а не только к NCR18650B.

Вы можете выполнить эту двухэтапную зарядку от источника питания, но он должен поддерживать режимы CC (постоянный ток) и CV (постоянное напряжение). Вы можете прочитать следующие вопросы и ответы на сайте electronics.stackexchange, чтобы узнать, что означают режимы постоянного тока и напряжения. Вы можете построить себе источник питания с режимами CC и CV, если у вас нет средств на покупку готового.

Настройка источника питания Дэвида с 4,2 В постоянного тока и 1700 мА постоянного тока Заряд батареи на первой ступени CC составляет 1698 мА

Дэвид сказал, что использование этого типа подзарядки / подзарядки не рекомендуется, поскольку при этом будут накапливаться металлические детали внутри аккумулятора. Так что лучше использовать специальные ИС, предназначенные для плавающей зарядки.

Дэвид упомянул в своем видео, что полное руководство доступно для тех, кто хочет подробно узнать, как заряжать литий-ионный аккумулятор.

Литиевые батареи

заряжаются быстрее, работают дольше> ENGINEERING.com

(Изображение любезно предоставлено Дарреном Смитом, специалистом по электромобилям Glyn Hopkin.)

Технология литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов переживает период интенсивного развития и совершенствования, в основном из-за роста рынка электромобилей (EV).Поскольку время зарядки электромобилей все еще далеко от времени, необходимого для заправки автомобилей с бензиновым двигателем, это, безусловно, ключевой параметр, который необходимо уменьшить.

Быстрая зарядка аккумуляторов — настоящая проблема для исследователей, потому что технология должна обеспечивать быструю зарядку литий-ионных аккумуляторов, сохраняя при этом длительный срок службы элементов и минимизируя их деградацию.

Исследователи из Корейского университета Сунгюнкван представили новый подход к модели быстрой зарядки в статье, опубликованной в журнале Applied Sciences .Новая модель быстрой оптимизации увеличивает срок службы элементов на 45 процентов по сравнению с обычными схемами быстрой зарядки и решает проблему падения емкости во второй половине срока службы элементов во время быстрой зарядки.

В обычных типичных схемах быстрой зарядки используются одно- или многоступенчатые процессы зарядки постоянным током и постоянным напряжением (CCCV). Чтобы ускорить процесс зарядки, традиционные методы используют постоянный высокий ток в области, в которой емкость аккумулятора все еще низкая.Зарядный ток постепенно уменьшается по мере увеличения уровня заряда (SoC) (когда батарея заряжается), что сводит к минимуму деградацию элемента. Эти методы не принимают во внимание ни переменные окружающей среды, влияющие на батарею, ни влияние внутренней деградации, которая влияет на быструю деградацию элементов.

Оценка срока службы: (a) обычный профиль зарядки в соответствии с методом зарядки; и (b) срок службы элемента батареи на основе зарядки. (Изображение любезно предоставлено Applied Sciences.)

Другие методы быстрой зарядки, которые были недавно введены, включают импульсную зарядку и ускоренную зарядку, которые включают прерывистые паузы, чтобы избежать литиевого покрытия. Покрытие вызвано высокой концентрацией ионов лития вокруг анода из-за высокого зарядного тока. Недостатком этих методов является использование более высоких зарядных токов для компенсации времени паузы, что приводит к быстрой потере емкости батареи. Как правило, конструкция быстрой зарядки предполагает правильный баланс времени зарядки и срока службы батареи.

Поскольку применение литий-ионных аккумуляторов и среды, в которых они используются, становятся все более разнообразными, понимание поведения аккумуляторов является ключом к разработке правильных методов зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы для электромобилей отличаются высокой плотностью энергии и высокой производительностью, поэтому они более сложны и имеют более высокую плотность упаковки. Прогнозирование характеристик батареи становится более сложной задачей, поскольку срок службы увеличивается. Следовательно, понимание литий-ионных аккумуляторов EV в контексте схемы зарядки трудно достичь с помощью обычных подходов, таких как использование моделирования для прогнозирования производительности аккумулятора на основе лабораторного анализа.

Чтобы улучшить свои оценки, команда Университета Сунгюнкван использовала анализ дифференциального напряжения (DVA) для определения изменений напряжения с изменяющейся емкостью (метод CV) dV / dQ (dV = увеличение напряжения, dQ = увеличение емкости). Пиковые значения и внезапные изменения на графике dV / dQ указывают на потери активного материала и химические изменения.

Два новых метода зарядки объединены для создания эффективной схемы зарядки, схемы ступенчатой ​​зарядки с постоянным напряжением и схемы с постоянным временем (CT).Схема быстрой зарядки CV позволяет управлять самозарядом для отражения деградации элементов и сокращает сокращение срока службы. Шаблон CT управляет C-скоростью этапа зарядки на основе снижения емкости цикла батареи, чтобы в конечном итоге настроить время зарядки до первоначально установленного времени быстрой зарядки.

«Здесь мы сообщаем о нашем исследовании характеристик сопротивления ячеек на основе DVA и далее предлагаем две адаптивные модели быстрой зарядки, которые отражают внутренние характеристики ячеек в конкретной SoC, в дополнение к рассмотрению изменений характеристик деградации по мере увеличения срока службы батареи, »- сказала команда.

Эксперименты, проведенные на цилиндрическом элементе из оксида лития-кобальта / графита 18650 емкостью 3,3 Ач, показали, что количество возможных циклов для нового метода быстрой зарядки с 20-процентным снижением емкости увеличилось на 61,7 процента по сравнению с обычной ступенчатой ​​зарядкой CCCV. Новый метод не привел к падению мощности в начале цикла. Новый метод быстрой зарядки эффективен для контроля нежелательных побочных реакций между анодом и электролитом, что предотвращает потерю емкости.