4 วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion แบบง่าย - ใช้ LM317, NE555, LM324

โพสต์ต่อไปนี้อธิบายสี่วิธีง่ายๆ แต่ปลอดภัยในการชาร์จแบตเตอรี่ Li-ion โดยใช้ IC ธรรมดาเช่น LM317 และ NE555 ซึ่งสามารถสร้างได้อย่างง่ายดายที่บ้านโดยมือสมัครเล่นใหม่ ๆ

แม้ว่าแบตเตอรี่ Li-Ion จะเป็นอุปกรณ์ที่มีช่องโหว่ แต่ก็สามารถชาร์จผ่านวงจรที่ง่ายกว่าได้หากอัตราการชาร์จไม่ทำให้แบตเตอรี่ร้อนขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและหากผู้ใช้ไม่คำนึงถึงความล่าช้าเล็กน้อยในระยะเวลาการชาร์จของเซลล์

สำหรับผู้ใช้ที่ต้องการชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วต้องไม่ใช้แนวคิดที่อธิบายไว้ด้านล่างนี้ แต่จะใช้วิธีใดวิธีหนึ่งก็ได้ การออกแบบที่ชาญฉลาดระดับมืออาชีพ .

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับการชาร์จ Li-Ion

ก่อนที่จะเรียนรู้ขั้นตอนการสร้างเครื่องชาร์จ Li-Ion สิ่งสำคัญคือเราต้องทราบพารามิเตอร์พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ Li-Ion สำหรับชาร์จ

แตกต่างจากแบตเตอรี่กรดตะกั่วแบตเตอรี่ Li-Ion สามารถชาร์จได้ที่กระแสเริ่มต้นสูงมากซึ่งอาจสูงถึงระดับ Ah ของแบตเตอรี่เอง เรียกว่าการชาร์จที่อัตรา 1C โดยที่ C คือค่า Ah ของแบตเตอรี่

เมื่อพูดอย่างนี้ไม่แนะนำให้ใช้อัตราที่รุนแรงเช่นนี้เนื่องจากจะหมายถึงการชาร์จแบตเตอรี่ในสภาวะที่ตึงเครียดเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นอัตรา 0.5C จึงถือเป็นค่าแนะนำมาตรฐาน

0.5C หมายถึงอัตราการชาร์จปัจจุบันที่ 50% ของค่า Ah ของแบตเตอรี่ ในสภาพอากาศร้อนชื้นแม้อัตรานี้อาจกลายเป็นอัตราที่ไม่เอื้ออำนวยต่อแบตเตอรี่เนื่องจากอุณหภูมิแวดล้อมที่สูงอยู่

การชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion จำเป็นต้องมีการพิจารณาที่ซับซ้อนหรือไม่?

ไม่ได้อย่างแน่นอน. เป็นแบตเตอรี่รูปแบบที่เป็นมิตรอย่างยิ่งและจะถูกเรียกเก็บเงินโดยคำนึงถึงน้อยที่สุดแม้ว่าการพิจารณาขั้นต่ำเหล่านี้จะมีความสำคัญและต้องปฏิบัติตามโดยไม่ล้มเหลว

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ แต่ง่ายต่อการนำไปใช้บางประการ ได้แก่ ระบบตัดไฟอัตโนมัติที่ระดับประจุเต็มแรงดันไฟฟ้าคงที่และแหล่งจ่ายกระแสไฟคงที่

คำอธิบายต่อไปนี้จะช่วยให้เข้าใจสิ่งนี้ได้ดีขึ้น

กราฟต่อไปนี้แสดงขั้นตอนการชาร์จในอุดมคติของเซลล์ Li-Ion 3.7 V มาตรฐานซึ่งได้รับการจัดอันดับด้วย 4.2 V เป็นระดับการชาร์จเต็ม

ด่าน # 1 : ในขั้นตอนแรก # 1 เราจะเห็นว่าแรงดันแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นจาก 0.25 V ถึง 4.0 V ในเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงที่อัตราการชาร์จกระแสคงที่ 1 แอมป์ แสดงด้วยเส้นสีน้ำเงิน 0.25 V ใช้เพื่อจุดประสงค์ในการบ่งชี้เท่านั้นไม่ควรปล่อยให้เซลล์ 3.7 V ที่แท้จริงต่ำกว่า 3 V

ด่าน # 2: ในขั้นตอนที่ 2 การชาร์จจะเข้าสู่ สถานะประจุอิ่มตัว โดยที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงระดับการชาร์จเต็ม 4.2 V และปริมาณการใช้กระแสไฟฟ้าจะเริ่มลดลง การลดลงของอัตราปัจจุบันนี้จะดำเนินต่อไปในสองสามชั่วโมงถัดไป กระแสไฟจะแสดงด้วยเส้นประสีแดง

ด่าน # 3 : เมื่อกระแสลดลงจะถึงระดับต่ำสุดซึ่งต่ำกว่า 3% ของระดับ Ah ของเซลล์

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นแหล่งจ่ายอินพุตจะปิดและเซลล์จะได้รับอนุญาตให้ปักหลักต่อไปอีก 1 ชั่วโมง

หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมงแรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะบ่งชี้ความเป็นจริง State-Of-Charge หรือ SoC ของเซลล์ SoC ของเซลล์หรือแบตเตอรี่คือระดับการชาร์จที่เหมาะสมที่สุดซึ่งได้มาหลังจากการชาร์จเต็มและระดับนี้จะแสดงระดับที่แท้จริงซึ่งสามารถใช้กับแอปพลิเคชันที่กำหนดได้

ในสถานะนี้เราสามารถพูดได้ว่าสภาพเซลล์พร้อมใช้งาน

ด่าน # 4 : ในสถานการณ์ที่ไม่ได้ใช้งานเซลล์เป็นเวลานานจะมีการใช้การชาร์จแบบเติมเงินเป็นครั้งคราวซึ่งกระแสไฟฟ้าที่เซลล์ใช้จะต่ำกว่า 3% ของค่า Ah

โปรดจำไว้ว่าแม้ว่ากราฟจะแสดงเซลล์ที่ถูกชาร์จแม้ว่าจะถึง 4.2 V แล้วก็ตาม นั่นคือ ไม่แนะนำอย่างเคร่งครัดในระหว่างการชาร์จเซลล์ Li-Ion ในทางปฏิบัติ . อุปทานจะต้องถูกตัดโดยอัตโนมัติทันทีที่เซลล์ถึงระดับ 4.2 V

กราฟแนะนำอะไรโดยทั่วไป?

1. ใช้แหล่งจ่ายอินพุตที่มีกระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น (โดยทั่วไปอาจเป็น = แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าค่าที่พิมพ์ 14% ปัจจุบัน 50% ของค่า Ah กระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่านี้จะทำงานได้ดีแม้ว่าเวลาในการชาร์จจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนก็ตาม)
2. เครื่องชาร์จควรมีระบบตัดไฟอัตโนมัติตามระดับการชาร์จเต็มที่แนะนำ
3. อาจไม่จำเป็นต้องมีการจัดการหรือควบคุมอุณหภูมิสำหรับแบตเตอรี่หากกระแสไฟฟ้าเข้าถูก จำกัด ไว้ที่ค่าที่ไม่ทำให้แบตเตอรี่ร้อนขึ้น

หากคุณไม่มีระบบตัดไฟอัตโนมัติเพียง จำกัด อินพุตแรงดันคงที่ไว้ที่ 4.1 V

1) เครื่องชาร์จ Li-Ion ที่ง่ายที่สุดโดยใช้ MOSFET เดียว

หากคุณกำลังมองหาวงจรชาร์จ Li-Ion ราคาถูกและง่ายที่สุดก็ไม่มีทางเลือกที่ดีไปกว่าวงจรนี้

การออกแบบนี้ไม่มีการควบคุมอุณหภูมิดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้กระแสอินพุตที่ต่ำกว่า

MOSFET ตัวเดียวพรีเซ็ตหรือทริมเมอร์และตัวต้านทาน 470 โอห์ม 1/4 วัตต์คือทั้งหมดที่คุณต้องใช้เพื่อสร้างวงจรเครื่องชาร์จที่ง่ายและปลอดภัย

ก่อนที่จะเชื่อมต่อเอาท์พุทกับเซลล์ Li-Ion ให้แน่ใจว่ามีสองสิ่ง

1) เนื่องจากการออกแบบข้างต้นไม่รวมการควบคุมอุณหภูมิกระแสอินพุตจึงต้องถูก จำกัด ให้อยู่ในระดับที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อนอย่างมีนัยสำคัญของเซลล์

2) ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้ได้ 4.1V ตรงกับขั้วชาร์จที่ควรเชื่อมต่อเซลล์ วิธีที่ยอดเยี่ยมในการแก้ไขปัญหานี้คือการเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอดที่แม่นยำแทนค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและแทนที่ 470 โอห์มด้วยตัวต้านทาน 1 K

สำหรับกระแสโดยทั่วไปอินพุตกระแสคงที่ประมาณ 0.5C จะถูกต้องนั่นคือ 50% ของค่า mAh ของเซลล์

การเพิ่มตัวควบคุมปัจจุบัน

หากแหล่งอินพุตไม่ได้รับการควบคุมกระแสในกรณีนี้เราสามารถอัพเกรดวงจรข้างต้นได้อย่างรวดเร็วด้วยขั้นตอนการควบคุมกระแส BJT อย่างง่ายดังที่แสดงด้านล่าง:

RX = 07 / กระแสไฟชาร์จสูงสุด

ข้อดีของแบตเตอรี่ Li-Ion

ข้อได้เปรียบหลักของเซลล์ Li-Ion คือความสามารถในการรับประจุในอัตราที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามเซลล์ Li-Ion มีชื่อเสียงที่ไม่ดีว่าไวต่ออินพุตที่ไม่เอื้ออำนวยมากเกินไปเช่นไฟฟ้าแรงสูงกระแสไฟฟ้าสูงและที่สำคัญที่สุดคือเงื่อนไขการชาร์จ

เมื่อชาร์จภายใต้เงื่อนไขใด ๆ ข้างต้นเซลล์อาจร้อนเกินไปและหากเงื่อนไขยังคงอยู่อาจส่งผลให้ของเหลวในเซลล์รั่วไหลหรือแม้กระทั่งการระเบิดในที่สุดก็ทำลายเซลล์อย่างถาวร

ภายใต้สภาวะการชาร์จที่ไม่เอื้ออำนวยสิ่งแรกที่เกิดขึ้นกับเซลล์คืออุณหภูมิที่สูงขึ้นและในแนวคิดวงจรที่นำเสนอเราใช้คุณลักษณะนี้ของอุปกรณ์เพื่อดำเนินการด้านความปลอดภัยที่จำเป็นโดยที่เซลล์ไม่ได้รับอนุญาตให้อยู่ในอุณหภูมิสูง พารามิเตอร์ที่ดีภายใต้ข้อกำหนดที่จำเป็นของเซลล์

2) ใช้ LM317 เป็น Controller IC

ในบล็อกนี้เราเจอมามากมาย วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้ IC LM317 และ LM338 ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่หลากหลายและเหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่กล่าวถึง

ที่นี่เราใช้ IC LM317 ด้วยเช่นกันแม้ว่าอุปกรณ์นี้จะใช้เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าควบคุมที่จำเป็นเท่านั้นและกระแสสำหรับเซลล์ Li-Ion ที่เชื่อมต่อ

ฟังก์ชั่นการตรวจจับที่แท้จริงทำโดยทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวซึ่งอยู่ในตำแหน่งที่สัมผัสทางกายภาพกับเซลล์ที่อยู่ภายใต้ประจุ

ดูแผนภาพวงจรที่กำหนดเราจะได้รับ การป้องกันสามประเภท พร้อมกัน:

เมื่อใช้พลังงานกับการตั้งค่า IC 317 จะ จำกัด และสร้างเอาต์พุตเท่ากับ 3.9V ไปยังแบตเตอรี่ Li-ion ที่เชื่อมต่ออยู่

1. ตัวต้านทาน 640 โอห์ม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้านี้ไม่เกินขีด จำกัด การชาร์จเต็ม
2. ทรานซิสเตอร์ NPN สองตัวเชื่อมต่อในโหมดดาร์ลิงตันมาตรฐานกับขา ADJ ของ IC ควบคุมอุณหภูมิของเซลล์
3. ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ยังทำงานเช่น ตัว จำกัด ปัจจุบัน ป้องกันไม่ให้เกินสถานการณ์ปัจจุบันสำหรับเซลล์ Li-Ion

เราทราบดีว่าหากขา ADJ ของ IC 317 ต่อสายดินสถานการณ์จะปิดแรงดันไฟฟ้าขาออกอย่างสมบูรณ์

หมายความว่าหากตัวนำทรานซิสเตอร์จะทำให้เกิดการลัดวงจรของขา ADJ กับกราวด์ทำให้เอาต์พุตไปยังแบตเตอรี่ปิด

ด้วยคุณสมบัติข้างต้นคู่ Darlingtom จึงทำหน้าที่ด้านความปลอดภัยที่น่าสนใจสองสามอย่าง

ตัวต้านทาน 0.8 ที่เชื่อมต่อระหว่างฐานและกราวด์ จำกัด กระแสสูงสุดไว้ที่ประมาณ 500 mA หากกระแสมีแนวโน้มที่จะเกินขีด จำกัด นี้แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทาน 0.8 โอห์มจะเพียงพอที่จะเปิดใช้งานทรานซิสเตอร์ซึ่ง 'chokes' เอาท์พุทของ IC และยับยั้งการเพิ่มขึ้นของกระแส ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ได้รับกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่ไม่ต้องการ

ใช้การตรวจจับอุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์

อย่างไรก็ตามฟังก์ชันความปลอดภัยหลักที่ดำเนินการโดยทรานซิสเตอร์คือการตรวจจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ Li-Ion

ทรานซิสเตอร์เช่นเดียวกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มักจะนำกระแสไฟฟ้าตามสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแวดล้อมหรือร่างกาย

ตามที่กล่าวไว้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ต้องอยู่ในตำแหน่งที่สัมผัสใกล้ชิดกับแบตเตอรี่

ตอนนี้สมมติว่าในกรณีที่อุณหภูมิของเซลล์เริ่มสูงขึ้นทรานซิสเตอร์จะตอบสนองต่อสิ่งนี้และเริ่มดำเนินการการนำไฟฟ้าจะทำให้ขา ADJ ของ IC อยู่ภายใต้ศักย์กราวด์มากขึ้นในทันทีส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จลดลงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ Li-Ion ที่เชื่อมต่อก็จะลดลงเช่นกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือการควบคุมการชาร์จของเซลล์ทำให้แน่ใจว่าเซลล์จะไม่ตกอยู่ในสถานการณ์ที่หนีไปและรักษาโปรไฟล์การชาร์จที่ปลอดภัย

วงจรข้างต้นทำงานโดยใช้หลักการชดเชยอุณหภูมิ แต่ไม่รวมคุณสมบัติการตัดกระแสไฟอัตโนมัติดังนั้นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของการชาร์จจึงถูกกำหนดไว้ที่ 4.1 V

ไม่มีการชดเชยอุณหภูมิ

หากคุณต้องการหลีกเลี่ยงความยุ่งยากในการควบคุมอุณหภูมิคุณสามารถละเว้นคู่ของดาร์ลิงตัน BC547 และใช้ BC547 ตัวเดียวแทน

ตอนนี้สิ่งนี้จะทำงานเป็นแหล่งจ่ายกระแส / แรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมสำหรับเซลล์ Li-Ion เท่านั้น นี่คือการออกแบบที่ปรับเปลี่ยนที่จำเป็น

หม้อแปลงสามารถเป็นหม้อแปลง 0-6 / 9 / 12V

เนื่องจากที่นี่ไม่ได้ใช้การควบคุมอุณหภูมิตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า Rc ถูกกำหนดขนาดอย่างถูกต้องสำหรับอัตรา 0.5 C สำหรับสิ่งนี้คุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

Rc = 0.7 / 50% ของค่า Ah

สมมติว่าพิมพ์ค่า Ah เป็น 2800 mAh จากนั้นสูตรข้างต้นสามารถแก้ไขได้ดังนี้:

Rc = 0.7 / 1400 mA = 0.7 / 1.4 = 0.5 โอห์ม

กำลังไฟ 0.7 x 1.4 = 0.98 หรือเพียง 1 วัตต์

ในทำนองเดียวกันตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 4k7 ได้รับการปรับเป็น 4.1 V ที่แน่นอนบนขั้วเอาต์พุต

เมื่อทำการปรับเปลี่ยนข้างต้นแล้วคุณสามารถชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion ที่ต้องการได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ต้องกังวลกับสถานการณ์ที่ไม่เป็นประโยชน์

เนื่องจากที่ 4.1 V เราไม่สามารถถือว่าแบตเตอรี่ชาร์จเต็มได้

เพื่อตอบโต้ข้อเสียเปรียบข้างต้นระบบตัดไฟอัตโนมัติจึงเป็นที่นิยมมากกว่าแนวคิดข้างต้น

ฉันได้พูดคุยเกี่ยวกับวงจรเครื่องชาร์จอัตโนมัติของแอมป์หลายตัวในบล็อกนี้สามารถใช้วงจรใดก็ได้ในการออกแบบที่เสนอ แต่เนื่องจากเราสนใจที่จะให้การออกแบบมีราคาถูกและใช้งานง่ายจึงสามารถลองใช้แนวคิดทางเลือกอื่นที่แสดงด้านล่างได้

การใช้ SCR สำหรับการตัด

หากคุณสนใจที่จะมีระบบตัดไฟอัตโนมัติเท่านั้นโดยไม่มีการตรวจสอบอุณหภูมิคุณสามารถลองใช้การออกแบบตาม SCR ที่อธิบายไว้ด้านล่าง SCR ถูกใช้ข้าม ADJ และกราวด์ของ IC สำหรับการล็อก ประตูถูกยึดด้วยเอาท์พุตซึ่งเมื่อศักย์สูงถึงประมาณ 4.2V SCR จะยิงและสลักเปิดซึ่งจะตัดพลังงานไปยังแบตเตอรี่อย่างถาวร

อาจมีการปรับเกณฑ์ในลักษณะต่อไปนี้:

ในขั้นต้นให้ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 1K ไว้ที่ระดับพื้นดิน (ขวาสุด) ใช้แหล่งจ่ายแรงดันภายนอก 4.3V ที่ขั้วเอาต์พุต
ตอนนี้ค่อยๆปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจนกว่า SCR จะเริ่มทำงาน (LED ส่องสว่าง)

นี่เป็นการตั้งค่าวงจรสำหรับการดำเนินการปิดอัตโนมัติ

วิธีการตั้งค่าวงจรด้านบน

ในขั้นต้นให้แขนเลื่อนกลางของค่าที่ตั้งไว้สัมผัสกับรางกราวด์ของวงจร

ตอนนี้โดยไม่ต้องเชื่อมต่อสวิตช์เปิดแบตเตอรี่ให้ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาออกซึ่งจะแสดงระดับการชาร์จเต็มตามที่กำหนดโดยตัวต้านทาน 700 โอห์ม

ถัดไปอย่างชำนาญและค่อยๆปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจนกว่า SCR จะยิงโดยการปิดแรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นศูนย์

ตอนนี้คุณสามารถสมมติว่าวงจรถูกตั้งค่าทั้งหมด

เชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่หมดแล้วเปิดเครื่องและตรวจสอบการตอบสนองโดยสันนิษฐานว่า SCR จะไม่ทำงานจนกว่าจะถึงเกณฑ์ที่ตั้งไว้และจะถูกตัดทันทีที่แบตเตอรี่ถึงเกณฑ์การชาร์จเต็มที่ตั้งไว้

3) วงจรชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion โดยใช้ IC 555

การออกแบบที่เรียบง่ายครั้งที่สองอธิบายวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion อัตโนมัติที่ตรงไปตรงมา แต่แม่นยำโดยใช้ IC 555 ที่แพร่หลาย

การชาร์จแบตเตอรี่ Li-ion อาจเป็นเรื่องสำคัญ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างที่เราทราบกันดีว่าต้องได้รับการชาร์จภายใต้สภาวะควบคุมหากชาร์จด้วยวิธีธรรมดาอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายหรือถึงขั้นระเบิดได้

โดยทั่วไปแบตเตอรี่ Li-ion ไม่ชอบชาร์จเซลล์มากเกินไป เมื่อเซลล์ถึงเกณฑ์ด้านบนควรตัดแรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จออก

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion ต่อไปนี้มีประสิทธิภาพมากตามเงื่อนไขข้างต้นเช่นไม่อนุญาตให้แบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออยู่เกินขีด จำกัด การชาร์จไฟ

เมื่อใช้ IC 555 เป็นตัวเปรียบเทียบพิน # 2 และพิน # 6 จะกลายเป็นอินพุตการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพสำหรับการตรวจจับขีด จำกัด ของแรงดันไฟฟ้าล่างและบนขึ้นอยู่กับการตั้งค่าพรีเซ็ตที่เกี่ยวข้อง

Pin # 2 ตรวจสอบระดับขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าต่ำและทริกเกอร์เอาต์พุตเป็นลอจิกสูงในกรณีที่ระดับลดลงต่ำกว่าขีด จำกัด ที่ตั้งไว้

ในทางกลับกันพิน # 6 จะตรวจสอบขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าด้านบนและเปลี่ยนเอาต์พุตเป็นระดับต่ำเพื่อตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าขีด จำกัด การตรวจจับสูงที่ตั้งไว้

โดยพื้นฐานแล้วการดำเนินการเปิดสวิตช์บนและสวิตช์ล่างจะต้องถูกตั้งค่าด้วยความช่วยเหลือของค่าที่ตั้งล่วงหน้าที่เกี่ยวข้องซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานของ IC เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

ต้องตั้งค่าพรีเซ็ตที่เกี่ยวข้องกับพิน # 2 ให้ขีด จำกัด ล่างตรงกับ 1 ใน 3 ของ Vcc และต้องตั้งค่าพรีเซ็ตที่เกี่ยวข้องกับพิน # 6 ในทำนองเดียวกันเพื่อให้ขีด จำกัด การตัดส่วนบนตรงกับ 2/3 ของ Vcc ตามที่ ตามกฎมาตรฐานของ IC 555

มันทำงานอย่างไร

การทำงานทั้งหมดของวงจรเครื่องชาร์จ Li-Ion ที่นำเสนอโดยใช้ IC 555 เกิดขึ้นตามที่อธิบายไว้ในการอภิปรายต่อไปนี้:

สมมติว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่คายประจุจนเต็ม (ที่ประมาณ 3.4V) เชื่อมต่ออยู่ที่เอาต์พุตของวงจรที่แสดงด้านล่าง

สมมติว่าขีดต่ำกว่ากำหนดไว้ที่ใดที่หนึ่งเหนือระดับ 3.4V พิน # 2 จะตรวจจับสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าต่ำทันทีและดึงเอาท์พุทสูงที่ขา # 3

ความสูงที่ขา # 3 จะเปิดใช้งานทรานซิสเตอร์ซึ่งจะเปิดพลังงานอินพุตไปยังแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

ตอนนี้แบตเตอรี่ค่อยๆเริ่มชาร์จ

ทันทีที่แบตเตอรี่ชาร์จเต็ม (@ 4.2V) โดยสมมติว่าเกณฑ์การตัดด้านบนที่ขา # 6 ตั้งไว้ที่ประมาณ 4.2v ระดับจะถูกตรวจจับที่ขา # 6 ซึ่งจะเปลี่ยนเอาต์พุตกลับเป็นต่ำทันที

เอาต์พุตต่ำจะปิดทรานซิสเตอร์ทันทีซึ่งหมายความว่าอินพุตการชาร์จถูกยับยั้งหรือถูกตัดออกจากแบตเตอรี่

การรวมขั้นตอนของทรานซิสเตอร์ช่วยให้สามารถชาร์จเซลล์ Li-Ion ที่มีกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นได้เช่นกัน

ต้องเลือกหม้อแปลงที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 6V และพิกัดกระแสไฟฟ้า 1/5 ของระดับแบตเตอรี่ AH

แผนภูมิวงจรรวม

หากคุณรู้สึกว่าการออกแบบข้างต้นซับซ้อนมากคุณสามารถลองใช้การออกแบบต่อไปนี้ซึ่งดูง่ายกว่ามาก:

วิธีการตั้งค่าวงจร

เชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วข้ามจุดที่แสดงและปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้รีเลย์ปิดการทำงานจากตำแหน่ง N / C ไปยังตำแหน่ง N / O .... ทำได้โดยไม่ต้องเชื่อมต่ออินพุต DC ที่ชาร์จเข้ากับวงจร

เมื่อเสร็จแล้วคุณสามารถสมมติว่าวงจรถูกตั้งค่าและใช้งานได้สำหรับการตัดการจ่ายแบตเตอรี่อัตโนมัติเมื่อชาร์จเต็ม

ในระหว่างการชาร์จจริงตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสอินพุตการชาร์จต่ำกว่าระดับ AH ของแบตเตอรี่เสมอซึ่งหมายความว่าหากสมมติว่าแบตเตอรี่ AH คือ 900mAH อินพุตไม่ควรเกิน 500mA

ควรถอดแบตเตอรี่ออกทันทีที่รีเลย์ปิดเพื่อป้องกันการคายประจุแบตเตอรี่เองโดยใช้ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 1K

IC1 = IC555

ตัวต้านทานทั้งหมดคือ 1/4 วัตต์ CFR

IC 555 Pinout

สรุป

แม้ว่าการออกแบบที่นำเสนอข้างต้นทั้งหมดจะถูกต้องในทางเทคนิคและจะดำเนินการตามข้อกำหนดที่เสนอไว้ แต่จริงๆแล้วการออกแบบเหล่านี้ดูเหมือนจะเกินความจำเป็น

มีการอธิบายวิธีการชาร์จ Li-Ion Cell ที่เรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย ในโพสต์นี้ และวงจรนี้อาจใช้ได้กับแบตเตอรี่ทุกรูปแบบเนื่องจากดูแลพารามิเตอร์ที่สำคัญสองอย่างอย่างสมบูรณ์แบบ: กระแสคงที่และการตัดไฟอัตโนมัติเต็มรูปแบบ จะถือว่าแรงดันไฟฟ้าคงที่จากแหล่งชาร์จ

4) การชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion จำนวนมาก

บทความนี้อธิบายถึงวงจรง่ายๆที่สามารถใช้ในการชาร์จเซลล์ Li-Ion อย่างน้อย 25 nos แบบขนานกันอย่างรวดเร็วจากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเดียวเช่นแบตเตอรี่ 12V หรือแผงโซลาร์เซลล์ 12V

ความคิดนี้ได้รับการร้องขอจากผู้ติดตามที่กระตือรือร้นของบล็อกนี้มาฟังกัน:

ชาร์จแบตเตอรี่ Li-ion จำนวนมากเข้าด้วยกัน

คุณสามารถช่วยฉันออกแบบวงจรเพื่อชาร์จแบตเตอรี่เซลล์ 25 Li-on (3.7v- 800mA แต่ละก้อน) ในเวลาเดียวกันได้ไหม แหล่งพลังงานของฉันมาจากแบตเตอรี่ 12v - 50AH แจ้งให้เราทราบด้วยว่าจะใช้แบตเตอรี่ 12v ได้กี่แอมป์ต่อชั่วโมง ... ขอบคุณล่วงหน้า

การออกแบบ

เมื่อพูดถึงการชาร์จเซลล์ Li-ion ต้องการพารามิเตอร์ที่เข้มงวดมากขึ้นเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเซลล์ Li-ion มีแนวโน้มที่จะสร้างความร้อนจำนวนมากในระหว่างกระบวนการชาร์จและหากการสร้างความร้อนนี้เกินการควบคุมอาจนำไปสู่ความเสียหายร้ายแรงต่อเซลล์หรือแม้กระทั่งการระเบิดที่เป็นไปได้

อย่างไรก็ตามสิ่งที่ดีอย่างหนึ่งเกี่ยวกับเซลล์ Li-ion ก็คือสามารถชาร์จได้ในอัตรา 1C เต็มในตอนแรกตรงกันข้ามกับแบตเตอรี่กรดตะกั่วซึ่งไม่อนุญาตให้มีอัตราการชาร์จมากกว่า C / 5

ข้อได้เปรียบข้างต้นช่วยให้เซลล์ Li-ion สามารถชาร์จได้เร็วกว่าส่วนเคาน์เตอร์กรดตะกั่ว 10 เท่า

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเนื่องจากการจัดการความร้อนกลายเป็นปัญหาสำคัญหากพารามิเตอร์นี้ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสมสิ่งที่เหลือก็ค่อนข้างง่าย

หมายความว่าเราสามารถชาร์จเซลล์ Li-ion ในอัตรา 1C เต็มโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับสิ่งใด ๆ ตราบเท่าที่เรามีสิ่งที่ตรวจสอบการสร้างความร้อนจากเซลล์เหล่านี้และเริ่มมาตรการแก้ไขที่จำเป็น

ฉันได้พยายามใช้สิ่งนี้โดยติดวงจรตรวจจับความร้อนแยกต่างหากซึ่งจะตรวจสอบความร้อนจากเซลล์และควบคุมกระแสชาร์จในกรณีที่ความร้อนเริ่มเบี่ยงเบนจากระดับที่ปลอดภัย

การควบคุมอุณหภูมิที่อัตรา 1C เป็นสิ่งสำคัญ

แผนภาพวงจรแรกด้านล่างแสดงวงจรเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่แม่นยำโดยใช้ IC LM324 มีพนักงานสามคนที่นี่

ไดโอด D1 คือ 1N4148 ซึ่งทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่นี่อย่างมีประสิทธิภาพ แรงดันไฟฟ้าของไดโอดนี้จะลดลง 2mV เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นทุกองศา

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าใน D1 นี้จะแจ้งให้ A2 เปลี่ยนตรรกะของเอาต์พุตซึ่งจะเริ่มต้น A3 เพื่อค่อยๆเพิ่มแรงดันเอาต์พุตตามลำดับ

เอาต์พุตของ A3 เชื่อมต่อกับออปโตคัปเตอร์ LED ตามการตั้งค่าของ P1 เอาต์พุต A4 มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นตามการตอบสนองต่อความร้อนจากเซลล์จนกระทั่งในที่สุด LED ที่เชื่อมต่อจะสว่างขึ้นและทรานซิสเตอร์ภายในของออปโปจะดำเนินการ

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นทรานซิสเตอร์ opto จะจ่ายไฟ 12V ให้กับวงจร LM338 เพื่อเริ่มการดำเนินการแก้ไขที่จำเป็น

วงจรที่สองแสดงแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมอย่างง่ายโดยใช้ IC LM338 หม้อ 2k2 ได้รับการปรับให้ผลิต 4.5V สำหรับเซลล์ Li-ion ที่เชื่อมต่อ

วงจร IC741 ก่อนหน้านี้เป็นวงจรตัดกระแสไฟเกินซึ่งจะตรวจสอบประจุไฟฟ้าเหนือเซลล์และตัดการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายเมื่อถึง 4.2V

BC547 ทางด้านซ้ายใกล้ ICLM338 ถูกนำมาใช้เพื่อใช้การดำเนินการแก้ไขที่เหมาะสมเมื่อเซลล์เริ่มร้อน

ในกรณีที่เซลล์เริ่มร้อนเกินไปแหล่งจ่ายจากออปโปคัปเตอร์เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะไปกระทบทรานซิสเตอร์ LM338 (BC547) ทรานซิสเตอร์จะดำเนินการและปิดเอาต์พุต LM338 ทันทีจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงสู่ระดับปกติกระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่า เซลล์จะชาร์จเต็มเมื่อ IC 741 เปิดใช้งานและตัดการเชื่อมต่อเซลล์อย่างถาวรจากแหล่งที่มา

ในเซลล์ทั้ง 25 เซลล์อาจเชื่อมต่อกับวงจรนี้แบบขนานเส้นบวกแต่ละเส้นต้องรวมไดโอดแยกต่างหากและตัวต้านทาน 5 โอห์ม 1 วัตต์เพื่อการกระจายประจุที่เท่ากัน

ควรยึดแพ็คเกจเซลล์ทั้งหมดไว้บนแท่นอลูมิเนียมทั่วไปเพื่อให้ความร้อนกระจายไปทั่วแผ่นอลูมิเนียมอย่างสม่ำเสมอ

D1 ควรติดกาวอย่างเหมาะสมบนแผ่นอะลูมิเนียมนี้เพื่อให้เซ็นเซอร์ D1 ตรวจจับความร้อนที่กระจายได้อย่างเหมาะสมที่สุด

วงจรชาร์จและตัวควบคุมเซลล์ Li-Ion อัตโนมัติ

สรุป

• เกณฑ์พื้นฐานที่ต้องดูแลรักษาแบตเตอรี่คือชาร์จภายใต้อุณหภูมิที่สะดวกและตัดการจ่ายไฟทันทีที่ชาร์จเต็ม นั่นคือสิ่งพื้นฐานที่คุณต้องปฏิบัติตามโดยไม่คำนึงถึงประเภทแบตเตอรี่ คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ด้วยตนเองหรือทำให้เป็นแบบอัตโนมัติในทั้งสองกรณีแบตเตอรี่ของคุณจะชาร์จอย่างปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
• กระแสไฟในการชาร์จ / การคายประจุเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของแบตเตอรี่หากสูงเกินไปเมื่อเทียบกับอุณหภูมิโดยรอบแบตเตอรี่ของคุณจะต้องทนทุกข์ทรมานอย่างมากในระยะยาว
• ปัจจัยสำคัญประการที่สองคืออย่าปล่อยให้แบตเตอรี่คายประจุมาก ให้เรียกคืนระดับการชาร์จเต็มหรือเติมเงินทุกครั้งที่ทำได้ เพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่จะไม่ถึงระดับการคายประจุที่ต่ำกว่า
• หากคุณพบว่ายากที่จะตรวจสอบสิ่งนี้ด้วยตนเองคุณสามารถไปที่วงจรอัตโนมัติตามที่อธิบายไว้ ในหน้านี้ .

มีข้อสงสัยเพิ่มเติมหรือไม่? โปรดแจ้งผ่านช่องแสดงความคิดเห็นด้านล่าง