วงจรชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (Lipo)

โพสต์นี้อธิบายถึงแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (Lipo) แบบธรรมดาที่มีคุณสมบัติตัดกระแสไฟเกิน ความคิดดังกล่าวได้รับการร้องขอจากคุณอรุณประจันทร์

การชาร์จเซลล์ไลโปเดี่ยวด้วย CC และ CV

ฉันเจองานของคุณเรื่อง“ Bicycle Dynamo Battery Charger Circuit” ในบล็อกการออกแบบวงจรแบบโฮมเมด มันเป็นข้อมูลจริงๆ

ฉันอยากจะถามอะไรบางอย่างเกี่ยวกับบทความนั้น ฉันกำลังทำงานกับหุ่นยนต์หกเหลี่ยมที่มีกลไกการเปลี่ยนแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรี่หลักเกินแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้แบตเตอรี่สำรองจะเปิดระบบของหุ่นยนต์ ความกังวลของฉันไม่ได้เกี่ยวกับวงจรสวิตชิ่ง

ด้วยสิ่งนี้ฉันกำลังทำงานเกี่ยวกับการสร้างพลังงานโดยการติดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับมอเตอร์แต่ละตัว กระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ LiPo ขนาด 30C 11.1V 2200mAh 3 เซลล์

ฉันทราบว่าวงจรที่กล่าวถึงใน 'วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ไดนาโมสำหรับจักรยาน' จะไม่เป็นประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์ของฉัน คุณสามารถให้ตัวเลือกอื่น ๆ เกี่ยวกับปัญหาของฉันได้ไหม ฉันแค่ต้องรู้วิธีปรับเปลี่ยนวงจรเพื่อให้ LiPo เข้ากันได้กับแรงดันคงที่และกระแสคงที่หรืออัตรา CC และ CV ขอบคุณรอการตอบกลับ

ความนับถือ,

อรุณประสาน

มาเลเซีย

การออกแบบ

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์หรือแบตเตอรี่ลิโพเป็นสายพันธุ์ขั้นสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ได้รับความนิยมมากกว่าและเช่นเดียวกับแบตเตอรี่รุ่นเก่าที่ระบุด้วยพารามิเตอร์การชาร์จและการคายประจุที่เข้มงวด

อย่างไรก็ตามหากดูข้อกำหนดเหล่านี้โดยละเอียดเราพบว่าค่อนข้างผ่อนปรนเท่าที่อัตราที่เกี่ยวข้องเพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้นแบตเตอรี่ Lipo สามารถชาร์จได้ที่อัตรา 5C และปล่อยออกมาแม้ในอัตราที่สูงกว่ามากที่นี่ 'C 'คือระดับ AH ของแบตเตอรี่

ข้อกำหนดข้างต้นทำให้เรามีอิสระในการใช้อินพุตกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นมากโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับสถานการณ์กระแสเกินสำหรับแบตเตอรี่ซึ่งโดยปกติจะเป็นกรณีที่แบตเตอรี่กรดตะกั่วเกี่ยวข้อง

หมายความว่าในกรณีส่วนใหญ่การให้คะแนนแอมป์ของอินพุตอาจถูกละเว้นเนื่องจากเรตติ้งต้องไม่เกิน 5 x AH spec ของแบตเตอรี่ในกรณีส่วนใหญ่ ต้องบอกว่าเป็นความคิดที่ดีกว่าและปลอดภัยในการชาร์จอุปกรณ์ที่สำคัญเช่นนี้ด้วยอัตราที่อาจต่ำกว่าระดับสูงสุดที่ระบุไว้ C x 1 อาจเป็นอัตราการชาร์จที่เหมาะสมและปลอดภัยที่สุด

เนื่องจากที่นี่เราสนใจในการออกแบบวงจรชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (Lipo) เราจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งนี้มากขึ้นและดูว่าแบตเตอรี่ lipo จะชาร์จได้อย่างปลอดภัย แต่ใช้ส่วนประกอบที่อาจนั่งอยู่ในกล่องขยะอิเล็กทรอนิกส์ของคุณได้อย่างเหมาะสมที่สุด

อ้างอิงจากแผนภาพวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Lipo ที่แสดงการออกแบบทั้งหมดสามารถเห็นได้รับการกำหนดค่ารอบ ๆ IC LM317 ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นชิปควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายและมีคุณสมบัติการป้องกันทั้งหมดในตัวโดยจะไม่อนุญาตให้เกิน 1.5 แอมป์ในเอาต์พุตและ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงระดับแอมป์ที่ปลอดภัยสำหรับแบตเตอรี่

โดยทั่วไปแล้ว IC ที่นี่ใช้สำหรับการตั้งค่าระดับแรงดันการชาร์จที่ต้องการสำหรับแบตเตอรี่ lipo ซึ่งอาจทำได้โดยการปรับหม้อ 10k ที่มาพร้อมกันหรือค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

แผนภูมิวงจรรวม

ส่วนที่อยู่ทางขวาสุดซึ่งรวม opamp คือขั้นตอนการตัดกระแสไฟเกินและตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ไม่ได้รับอนุญาตให้ชาร์จไฟมากเกินไปและตัดการจ่ายไฟไปยังแบตเตอรี่ทันทีที่ถึงเกณฑ์การชาร์จเกิน

การทำงานของวงจร

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 10 k ที่ตำแหน่ง pin3 ของ opamp ใช้สำหรับการตั้งค่าระดับการชาร์จไฟเกินสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ 3.7 V ซึ่งอาจถูกตั้งค่าให้เอาต์พุตของ opamp สูงขึ้นทันทีที่ชาร์จแบตเตอรี่เป็น 4.2 V (สำหรับเซลล์เดียว) เนื่องจากไดโอดอยู่ในตำแหน่งที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่จึงต้องตั้งค่าเอาต์พุต LM 317 ไว้ที่ประมาณ 4.2 + 0.6 = 4.8 V (สำหรับเซลล์เดียว) เพื่อชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงไปข้างหน้าของไดโอด สำหรับ 3 เซลล์ในอนุกรมค่านี้จะต้องปรับเป็น 4.2 x 3 + 0.6 = 13.2 V

เมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก (ต้องทำหลังจากเชื่อมต่อแบตเตอรี่ในตำแหน่งที่แสดง) แบตเตอรี่ที่อยู่ในสถานะคายประจุจะดึงแหล่งจ่ายจาก LM317 ไปยังระดับแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่สมมติว่าเป็น 3.6 V .

สถานการณ์ข้างต้นทำให้ pin3 ของ opamp อยู่ต่ำกว่าระดับแรงดันอ้างอิงคงที่ที่ pin2 ของ IC สร้างลอจิกต่ำที่พิน 6 หรือเอาต์พุตของ IC

ขณะนี้เมื่อแบตเตอรี่เริ่มสะสมประจุระดับแรงดันไฟฟ้าจะเริ่มสูงขึ้นจนกระทั่งถึงเครื่องหมาย 4.2 V ซึ่งจะดึงศักยภาพ pin3 ของ opamp ที่อยู่เหนือ pin2 เพื่อบังคับให้เอาต์พุตของ IC สูงขึ้นทันทีหรือที่ระดับอุปทาน

ด้านบนจะแจ้งให้ LED แสดงสถานะสว่างขึ้นบนทรานซิสเตอร์ BC547 ที่เชื่อมต่อผ่านพิน ADJ pf LM 317

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นขา ADJ ของ LM 317 จะถูกต่อสายดินบังคับให้ปิดแหล่งจ่ายเอาต์พุตไปยังแบตเตอรี่ lipo

อย่างไรก็ตาม ณ จุดนี้วงจรทั้งหมดจะถูกล็อคในตำแหน่งที่ถูกตัดออกเนื่องจากแรงดันป้อนกลับไปยัง pin3 ของ opamp ผ่านตัวต้านทาน 1K การดำเนินการนี้ทำให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ไม่ได้รับอนุญาตให้รับแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จเมื่อถึงขีด จำกัด การชาร์จเกิน

สถานการณ์ยังคงล็อคอยู่จนกว่าระบบจะปิดและรีเซ็ตเนื่องจากอาจเริ่มรอบการชาร์จใหม่

การเพิ่ม CC ปัจจุบันคงที่

ในการออกแบบข้างต้นเราจะเห็นสิ่งอำนวยความสะดวกควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่โดยใช้ LM338 IC อย่างไรก็ตามกระแสคงที่ดูเหมือนจะหายไปที่นี่ ในการเปิดใช้งาน CC ในวงจรนี้การปรับแต่งเล็กน้อยอาจเพียงพอที่จะรวมคุณสมบัตินี้ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

ดังที่เห็นได้การเพิ่มตัวต้านทาน จำกัด กระแสและลิงค์ไดโอดอย่างง่าย ๆ จะเปลี่ยนการออกแบบให้เป็น CC ที่มีประสิทธิภาพหรือเครื่องชาร์จเซลล์ Lipo กระแสคงที่ ตอนนี้เมื่อเอาต์พุตพยายามดึงกระแสเกินขีด จำกัด CC ที่ระบุศักยภาพที่คำนวณได้จะถูกพัฒนาข้าม Rx ซึ่งผ่านไดโอด 1N4148 ที่เรียกใช้ฐาน BC547 ซึ่งจะดำเนินการและกำหนดพิน ADJ ของ IC LM338 บังคับให้ IC เพื่อปิดแหล่งจ่ายไปยังเครื่องชาร์จ

Rx สามารถคำนวณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

Rx = ขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ BC547 และ 1N41448 / ขีด จำกัด กระแสแบตเตอรี่สูงสุด

ดังนั้น Rx = 0.6 + 0.6 / ขีด จำกัด กระแสแบตเตอรี่สูงสุด

แบตเตอรี่ลิโพพร้อมเซลล์ 3 ซีรี่ส์

ในชุดแบตเตอรี่ 11.1V ที่นำเสนอข้างต้นมี 3 เซลล์ในซีรีส์และขั้วแบตเตอรี่จะถูกยกเลิกแยกกันผ่านขั้วต่อ
ขอแนะนำให้ชาร์จแบตเตอรี่แต่ละก้อนแยกกันโดยวางเสาให้ถูกต้องจากขั้วต่อ แผนภาพแสดงรายละเอียดการเดินสายพื้นฐานของเซลล์ที่มีขั้วต่อ:

อัปเดต: เพื่อให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่ Lipo แบบหลายเซลล์โดยอัตโนมัติได้อย่างต่อเนื่องคุณสามารถดูบทความต่อไปนี้ซึ่งอาจใช้สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ Lipo ทุกประเภทโดยไม่คำนึงถึงจำนวนเซลล์ที่รวมอยู่ในนั้น วงจรนี้ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบและถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จไปยังเซลล์โดยอัตโนมัติซึ่งอาจมีการคายประจุและจำเป็นต้องชาร์จ:

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Lipo