Li-ion и Li-polymer аккумуляторы в наших конструкциях. Li-ion и Li-polymer аккумуляторы в наших конструкциях Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Аккумулятор – распространённый источник питания различных мобильных устройств, гаджетов, роботов… Без него класс портативных устройств, наверное, бы не существовал или был бы не узнаваемым. Одними из самых современных типов аккумуляторов по праву можно считать литий-ионные и литий-полимерные. Но устройство отработало, аккумулятор скушало, теперь нужно воспользоваться его главным отличием от простых батарей – зарядить.

В статье будет кратко рассказано о двух распространенных микросхемах (точнее об одной распространённой LTC4054 и её аналогичной замене STC4054) заряда одно баночных Li-ion аккумуляторов.

Эти микросхемы идентичны, разница только в производителе и в цене. Ещё один огромный плюс – малое количество обвязки – всего 2 пассивных компонента: входной 1 мкФ конденсатор и токозадающий резистор. По желанию можно добавить светодиод – индикатор статуса процесса заряда, горит – зарядка идёт, погас – заряд окончен. Напряжение питания 4.25-6.5 В, т.е. питается зарядка от привычных 5В, не даром на основе этих микросхем построено большинство простых зарядок питаемых от USB. Заряжает до 4.2В. Максимальный ток 800мА.

Основа платы микросхема зарядки LTC4054 или STC4054. Входной конденсатор емкостью 1мкФ типоразмера 0805. Токозадающий резистор 0805, сопротивление рассчитывается ниже. И светодиод 0604 или 0805 с токоограничивающим резистором типоразмера 0805 на 680Ом.

Резистор (или ток заряда) рассчитывается по следующим формулам:

Т.к. Vprog=~1В, получаем следующие упрощенные формулы

Некоторые примеры расчета:

На последок пара фоток варианта самодельной USB зарядки для литий полимерных аккумуляторов маленького вертолётика.

Литиевые аккумуляторы становятся всё популярнее, но наряду с множеством достоинств у них есть очень существенный недостаток – невозможность зарядки без специального контроллера.
Если заряжать литиевый аккумулятор напрямую, он перегреется и может загореться и/или взорваться!
Конечно, контроллер для литиевого аккумулятора купить можно готовый, но если вы разбираетесь в электронике, почему бы не сделать его самостоятельно?
Проще всего собрать контроллер для зарядки литиевых аккумуляторов на специализированной микросхеме. Одна из самых популярных микросхем контроллера заряда LTC4054.

В простейшем варианте зарядное на LTC4054 выглядит так:

Ток зарядки в LTC4054 задается резистором, подключенным к выводу PROG – чем меньше сопротивление этого резистора, тем больший ток зарядки выдает микросхема! Резистор подбирается экспериментально, обычно его номинал около 3.3 кОм.
Печатная плата для LTC4054 по размеру в несколько раз меньше спичечного коробка и можно сказать, что это фактически самый маленький контроллер для зарядки литиевого аккумулятора. К тому же он очень простой в изготовлении для тех, кто умеет паять SMD детали.

Однако следует учесть, что это всего лишь контроллер заряда – от переразряда он не защищает, следовательно, в аккумуляторе должна быть плата защиты!

Если вы не хотите приобретать её отдельно, целесообразнее купить универсальный контроллер для аккумулятора со встроенной защитой (см. фото ниже)!

Это самый простой способ заменить батарейки литиевым аккумулятором! Достаточно подпаять четыре провода – два к «банке» аккумулятора и два к устройству (разумеется, если напряжение питания подойдёт).

Обратите внимание, что в этом контроллере индикатор заряда выполнен на двух светодиодах:
- непрерывное свечение красного показывает, что идёт зарядка!
- синего, что она завершена!
Если синий горит, а красный мерцает – скорее всего, аккумулятор не подключен либо неисправен!!!

Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

• с катодом из кобальтата лития;
• с катодом на основе литированного фосфата железа;
• на основе никель-кобальт-алюминия;
• на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .

Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.

На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.

За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.

Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.

На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.

Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?

Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.

2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / I зар.

Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.

Что такое плата защиты?

Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:

В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.

Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:

Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).

Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя - .

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из :

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.

Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.

Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).

Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).

Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).

Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:

Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:

1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
2. Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
3. Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
4. При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
5. При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
6. После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.

Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:

Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).

Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.

Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.

Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).

Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).

LTC1734

Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).

Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.

Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).

Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.

Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).

MCP73812

Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.

Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).

В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).

Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.

Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:

1. Минимальное количество деталей обвеса.
2. Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
3. Определение окончания зарядки.
4. Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
5. Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
6. Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).

Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.

Более подробное описание находится в .

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.

Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.

Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.

О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.

http://4pda.ru/forum/index.php?showtopic=64541&st=1140

Микросхема выгляди следующим образом:
.
Схема обвязки следующая:

Зарядка литиевых батарей

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=114759

Http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/405442xf.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3622.pdf
http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/dat ... TP4056.pdf

Форум по литиевым АКБ.

http://radioskot.ru/forum/2-846-2

Схема устройства очень проста. При подключении у порту USB компьютера после нажатия кнопки "Старт" начинается процесс зарядки. Три резистора на 1,6 Ом служат в роли ограничителя тока и в качестве датчика тока. Протекающий через них ток создает падение напряжения, которое прикладываясь к базе Т2 держит его в открытом состоянии. В результате светится светодиод и открывается полевой транзистор Т1. Транзистор я выпаял из платы защиты от старого литиевого аккумулятора, но его вполне можно заменить таким распространенным транзистором, как IRLML2502. Ток в аккумулятор будет течь до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет 4,25в. При этом напряжении срабатывает компаратор защитной платы, расположенной внутри каждого аккумулятора для мобильных телефонов и фотоаппаратов. Ток в цепи заряда падает до нуля, Т2 закрывается и обесточивает светодиод и затвор Т1.
Устройство переходит в неактивное состояние и не потребляет ток ни от USB ни от аккумулятора.

________________________________________________________________________
http://radioskot.ru/forum/2-846-7

haos_84 , схему эту выкладывал я, но схема не моя, у меня данное зарядное успешно используется уже около 2-х лет именно для заряда блока из 3-х литиевых банок 18650. Теперь по самой схеме, на lm317 собран стабилизатор тока, который будет ограничивать максимальный ток заряда, на lm2576 собран импульсный регулируемый источник напряжения 12,6в, ну а на операционниках собран так называемый балансир, светодиоды как раз индицируют процесс балансировки.

МОДУЛЬ ЗАРЯДА LI-ION АККУМУЛЯТОРОВ НА МИКРОСХЕМЕ TP4056 ИЗ ПОДНЕБЕСНОЙ

Вот такую весьма полезную штуку я сегодня получил на почте. Это, небольших размеров, плата содержит контроллер заряда Li-Ion аккумуляторов TP4056 (Datasheet) Микросхема имеет индикацию процесса заряда и сама отключает аккумулятор при достижении напряжения на нем 4,2 В. Судя по схеме из даташита, микросхема имеет вход для подключения терморезистора АКБ. Но на плате первая ножка микросхемы сидит на земле и для подключения аккумулятора доступны только выводы питания. Ток заряда зависит от номинала резситора Rprog на 2 ножке микросхемы. На плате которая пришла ко мне стоит резистор 1,2 кОм. Что, судя по таблице из даташита, соответствует току заряда 1000мА При таком токе, мой подсевший аккумулятор (от Nokia что на фото) зарядился примерно за час с начального напряжения 3,4 до 4,19 Вольт. На вход зарядника подавал 5 вольт от USB компьютера. Пощупал, ничего не нагрелось. Боялся что при максимальном токе будет нагреваться аккумулятор, тем более что обратная связь отсутствует. Но ничего, обошлось. При первом запуске ничего не взорвалось и не грелось за все вермя работы:) В общем по впечатлениям контроллер понравился, и в первую очередь ценой. За 1,5$ получаем полноценный контроллер с индикацией и в готовом исполнении, удобном для применения в своих проектах. Вот, кому интересно, ссылка на лот http://www.ebay.com/1497.l2649

http://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?t=11538

http://shemu.ru/zarydnoe/169-easy-ch...-from-usb.html

http://www.hobbielektronika.hu/kapcs...sor_tolto.html

Параллельное соединение Li-Ion аккумуляторов различной емкости

http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=15615

Ну что же. оказывается, некоторое количество людей до сих пор больше верит в магию чем в физику.

и такой простой случай, как параллельное включение химических источников тока вызывает разброд и шатание в умах.

итак, к счастью наиболее часто используемый и разумный способ параллельного соединения аккумуляторов, а именно одинаковых, одного производителя и одной номинальной емкости, не вызывает почти ни у кого сомнений - общая емкость равна емкости одного аккумулятора умноженной на их количество. хорошо.

но периодически возникают вопросы типа "а вот если соединить хороший заряженный аккумулятор с плохим разряженным который нашли в помойке", то общая емкость будет равна емкости самого большого аккумулятора, самого маленького, средней арифметической емкости, и вообще неизвестно чему, ибо хороший аккумулятор будет тратить часть своей энергии на заряд плохого, и вообще там будут происходить непонятные процессы, один будет разряжаться раньше другого и прочая и прочая...

кроме того, если запараллелить хороший заряженный с плохим разряженным то они каааааак падзарвуца! поэтому параллелить надо только аккумуляторы с защитой

нет. нет. Нет и НЕТ!

емкости всегда складываются при параллельном соединениии. ни средняя, ни минимальная или максимальная, а просто сумма.

хороший аккумулятор не будет подзаряжать плохой, потому что для появления зарядного тока нужна разность потенциалов между аккумуляторами, а она при параллельном соединении равна нулю.

всегда. и поэтому при разряде происходит автоматическое перераспределение токоотдачи с каждого аккумулятора таким образом, что в итоге они разряжаются одновременно, независимо от их разрядных характеристик и начальной емкости.

переходим к практическим занятиям.

берем 2 аккумулятора - Panasonoc CGR18650E и, насколько я помню, Ultrafire 18650 (обложка с маркировкой не сохранилась) категории DOA.

предварительно заряжаем и разряжаем каждый током 0.5А до напряжения 2.8В

емкости получились соответственно 2403 и 171 мАч.

внутренние сопротивления 85 и 400мОм.

соединяем в параллельную сборку, заряжаем и разряжаем током 1А (т.е формально теми же самыми 0.5А на каждый, в случае если бы это были одинаковые аккумуляторы) до того же самого напряжения 2.8В.

отданная такой сборкой емкость получилась 2661 мАч, что на 87мАч больше суммарной емкости отдельных аккумуляторов. удивительно? нисколько. потому что разряд происходит не общим током поделенным на количество аккумуляторов, а различным, зависящим от внутреннего сопротивления и емкости каждого аккумулятора. понятно, что плохой аккумулятор разряжается гораздо меньшим током чем хороший, а потому отдает несколько больше мАч. но в общем хорошо видно, что емкость хорошего не тратится на подзаряд плохого.

далее. животрепещущий вопрос, что же будет, если мы в дорогущий фонарик за 200 с лишним баксов понапихаем различных аккумуляторов, среди которых обязательно должен затесаться как минимум один, полностью разряженный и вообще чудом избежавший этапирования в мусорное ведро.

да ничего не будет:

и этот ток стремительно падает, через 5-8 секунд уже немногим больше 600мА

напомню, что сила тока зависит от сопротивления цепи и разности потенциалов, которая в свою очередь определяется разностью эдс аккумуляторов и падением напряжений на их внутренних сопротивлениях. т.е чем больше ток, тем больше напряжение на разряженном и меньше на заряженном, что снижает разность потенциалов и вызывает уменьшение тока в цепи. и этот процесс развивается в далее в сторону снижения тока вплоть до 0.

второй вариант - параллельное соединение заряженных и разряженных, но качественных, живых аккумуляторов (менее интересный, почему-то большинство заботит именно первый вариант, с плохим аккумулятором, а хорошие все собираются использовать исключительно равнозаряженными)

ток прилично выше. но он так же постепенно падает.

в любом случае, индивидуальная защита аккумуляторов ни в том ни в другом случае просто не сработала бы, ток недостаточен. а с платами защиты будет еще меньше, т.к. это добавочное сопротивление.

даже если включить 3 заряженных и 1 разряженный, скорее всего ток не будет сильно выше, потому как больший ток вызовет увеличение напряжения на разряженном аккумуляторе, что приведет к снижению разности потенциалов и т.д.

ну и напоследок коснусь попадающихся иногда вопросов, что будет происходить при заряде и разряде параллельной сборки аккумуляторов с индивидуальными защитами. якобы при заряде один из аккумуляторов перезарядится до срабатывания защиты, отключится, и на остальные пойдет больший ток.

нет, не может какой-то один аккумулятор перезарядиться. в сборке напряжение одинаковое по всем аккумуляторам, все они зарядятся одновременно.

равно как и при разряде - не может один отключиться по переразряду вызвав тем самым повышенную нагрузку на остальные. не может. потому что опять таки одинаковое напряжение на каждом. параллельное соединение ибо.

Специализированные микросхемы TC4054, STC4054, LTC4054 (контроллеры питания) идентичны и различаются лишь производителем и ценой. Их большой плюс - малое количество обвязки - всего 2 пассивных элемента. По желанию можно включить светодиод с ограничительным резистором, который будет индицировать процесс заряда: горит при заряде и гаснет по его окончании.

Напряжение питания микросхемы лежит в пределах 4.25 - 6.5 вольт, таким образом ЗУ на этой микросхеме можно питать от USB разъёмов (кстати, на основе этих микросхем и построено большинство простых зарядок питаемых от USB). Заряжает до 4.2 В с максимальным током до 800 мА. Имеет защиту от к.з. на выходе и от перегрева.

Такие микросхемы можно обнаружить, например, на платах телефонов от Samsung (модели X100, C100, С110, E700, E800, E820, P100, P510 и некоторых других). Микросхема выпускается в небольшом корпусе, но паять её относительно удобно. Маркировка на корпусе может быть «LTH7» или «LTADY».

Цоколёвка микросхемы:

Схема зарядного на TC4054

Вот схема ЗУ на основе этой микросхемы. Ток заряда задается резистором R2 по формуле I = 1000 / R2 , где I - ток в амперах, R2 - сопротивление в омах.

Следует заметить, что при высоких токах заряда микросхема весьма ощутимо греется и оптимальным для неё будет ток заряда 300 мА (при сопротивлении R2 = 3 кОм). При перегреве микросхемы встроенная схема защиты автоматически снижает ток в нагрузке!

Корпус микросхемы не предназначен для установки её на радиатор, поэтому производитель рекомендует оставлять на печатной плате вокруг нее большое количество меди (особенно на общем «земляном» и на 3-м выводах) и делать на печатной плате по возможности более широкие дорожки.

В некоторых источниках встречалась субъективная информация о том, что микросхемы в корпусе LTH7 в отличие от LTADY могут «поднять» сильно севший аккумулятор даже с напряжение меньше 2.9 вольт, но у меня лично не было возможности проверить эту информацию.

Аналоги TC4054

У этой микросхемы существует множество аналогов (по данным справочной литературы):

MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051...

Естественно перед использованием аналогов, рекомендуется сверяться с их даташитами ().