Меню

Пульсирующий ток для зарядки аккумуляторов

Пульсирующий ток для зарядки аккумуляторов

Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-08-27

По схеме 2-этапного режима подзарядки CC/CV, литий-ионные элементы питания заряжаются неизменным током до напряжения 4,2 В, восстанавливая порядка 80% предельной емкости. Далее достигнутое значение поддерживается еще некоторое время до окончательного набора емкости. Ток заряда уменьшается, но до нулевого значения не доходит. Процесс зарядки завершается, когда ток уменьшается примерно до 0,05 от номинальной емкости.

Описанный принцип зарядки имеет немало достоинств: позволяет оперативно набирать емкость, поддерживает необходимые параметры перехода к стадии уменьшения тока и четко задает критерии завершения зарядки. Ограничение напряжения на пределе 4,2 В оберегает аккумуляторы от потери емкости из-за деградации.

Но разумнее отслеживать напряжение на накопителе энергии не во время протекания через него значительного тока заряда, а при холостом ходе (ХХ). В зависимости от значения внутреннего сопротивления и тока, напряжение способно составить 4,3–4,4 В (если не используется PCB-модуль, отключающий источник питания при риске перенапряжения). В результате, зарядник быстрее переходит в стадию стабилизации напряжения, и общая длительность заряда увеличивается.

Зарядка Li-ion импульсным током

Альтернативный и более рациональный метод подзарядки Li-ion элементов питания – импульсами тока с промежуточными паузами. Импульсная зарядка вначале отключает зарядный ток, выдерживает незначительный промежуток времени, измеряет на накопителе энергии напряжение ХХ и, опираясь на полученные данные, принимает решение о последующих действиях. При близости напряжения к 4,15 В выдаваемые импульсы становятся короче, а при достижении этого порога подача импульсов прекращается.

Импульсная зарядка для аккумулятора бесперебойника и других устройств позволяет оставлять накопитель энергии подключенным на продолжительный период времени, чтобы при необходимости он подзаряжался. Зарядные устройства импульсного типа менее распространены, поскольку для их работы необходимо микропроцессорное управление. Оно усложняет схему и повышает стоимость устройства. Но есть упрощенная схема импульсного зарядника – без микропроцессора. Остановимся на ней подробнее.

Схема импульсного зарядного устройства

Реализовать импульсный принцип заряда Li-ion аккумуляторов можно и без использования микропроцессора, по приведенной схеме:

При включении элемент питания начинает заряжаться постоянным током, значение которого определяется напряжением питания и сопротивлением RD. Когда напряжение становится выше 4,15 В, компаратор реагирует на этот факт закрытием транзистора VT1. Затем выдерживается пауза, и напряжение уменьшается до реальной величины. Поскольку напряжение ХХ ниже 4,15 В, оно постепенно уменьшается, и компаратор заново отрывает зарядный ключ.

Далее процесс неоднократно повторяется, причем постепенно импульсы снижаются, а продолжительность пауз увеличивается. Ближе к завершению процесса зарядки продолжительность импульсов минимальна – она составляет доли % от срока выдерживаемых промежуточных пауз, а напряжение достигает величины, выставленной потенциометром R1 (4,15 В).

Особенности создания импульсной зарядки

Можно воспользоваться традиционным трансформатором без средней точки, взять однополупериодный выпрямитель или готовое 5 В зарядное устройство от мобильника. Чтобы защитить его, можно ограничить зарядный ток, подняв значение RD примерно до 0,47 Ом. Подойдет транзистор KTA1273. Силовой полевик желательно применять PHB108NQ03LT, выпаяв его из б/у материнской платы от компьютера.

Оптимальный вариант подстроечника – на 470 Ом. Если значение будет больше, возрастет гистерезис срабатывания микросхемы KIA, и вместо генерирования импульсов она будет выключать зарядку. Чтобы заряжать несколько последовательно объединенных элементов питания, можно аналогично соединять схемы.

Но для каждого конкретного элемента в таком случае должна применяться отдельная схема с источником питания – трансформатором или вторичной обмоткой. Они не должны иметь гальванической связи с остальными источниками, иначе в некоторых элементах возникнет короткое замыкание.

Схему допустимо упростить, убрав второстепенные цепи и используя вместо полевика простой биполярный транзистор.

Учитывая, что больше всего греется в импульсной зарядке конденсатор, лучше не превышать значение питания 6 В. Резистором R1 при сильно разряженном элементе питания следует ограничить ток на значении около 800 мА. При выборе резистора важно не превзойти предельную мощность силового транзистора и возможности источника питания.

Читайте в нашем предыдущем материале о первой зарядке Li-Ion аккумулятора.

Источник



Импульсная зарядка для li-ion аккумуляторов

Всем нам уже все уши прожужжали, что литий-ионные аккумуляторы правильнее всего заряжать постоянным током до напряжения 4.2 В. По достижении данного значения считается, что аккумулятор набрал где-то 70-80% своей максимальной емкости. К слову сказать, этот момент наступает достаточно быстро и чем больше был ток заряда, тем быстрее.

Теперь остается зафиксировать на аккумуляторе это напряжение и подержать его так еще какое-то время. За это время аккумулятор должен набрать еще процентов 20 емкости. Ток заряда при этом будет неуклонно снижаться но, что немаловажно, до нуля так никогда и не дойдет. Окончанием заряда можно считать снижение тока до

0.05 от номинальной емкости (той, которая указана на этикетке).

Описанная логика по своей сути очень правильная и в первом приближении не имеет недостатков: быстрый набор основной емкости, четко заданные критерии перехода к фазе снижения тока и момента окончания зарядки. Но так ли это?

Читайте также:  Браслет аккумулятор для зарядки

На самом деле, для описанной выше логике работы зарядных устройств порог в 4.2 вольта выбран далеко не случайно. Дело в том, что длительное прикладывание повышенного напряжение к li-ion аккумуляторам ведет к деградации их электродов и электродных масс (электролита) и, как следствие, потери емкости. А так как фаза заряда с фиксированным напряжением и падающим током обычно довольно длительная, то желательно ограничить напряжение сверху на уровне 4.2 (или 4.24В). Что и делается на практике.

Однако, более правильным было бы контролировать напряжение на аккумуляторе не тогда, когда через него протекает большой зарядный ток, а во время холостого хода. Дело в том, что в зависимости от величины внутреннего сопротивления батареи и тока, напряжение на аккумуляторе может запросто достигать 4.3 и даже 4.4 Вольта (если, конечно, нет PCB-модуля, который отрубит акб из-за перенапряжения). Таким образом, зарядное устройство перейдет в режим стабилизации напряжения немного раньше, чем хотелось бы, увеличивая тем самым общее время заряда.

Заряд импульсами тока с паузами между ними

Умная зарядка дейстовала бы следующим образом: сначала отключила бы зарядный ток, выждала бы небольшую паузу, измерила бы напряжение холостого хода на аккумуляторе и на основании этого приняла бы решение о своих дальнейших действиях. Чем ближе напряжение приблизилось к 4.15В (это напряжение полностью заряженного аккумулятора), тем более короткий импульс зарядного тока выдает зарядка. Как только напряжение достигнет заданного порога (4.15 вольта), импульсы тока совсем прекратятся.

Заряд литий-ионного аккумулятора импульсным током

Вот как это выглядит на графике:

В таком зарядном устройстве можно оставлять аккумулятор на сколь угодно длительное время, и он будет подзаряжаться по мере необходимости.

Мы только что описали еще один (более правильный) способ зарядки литиевых аккумуляторов — импульсный. Но такие зарядки менее распространены, так как для реализации этого алгоритма требуется микропроцессорное управление, что усложняет и удорожает схему.

Схема зарядника

Импульсная зарядка для li-ion

Но не надо грустить! Оказывается, существует схема импульсного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов БЕЗ МИКРОПРОЦЕССОРА. Вот она:

Как это ни удивительно эта несложная схема в полной мере реализует весь описанный выше алгоритм заряда при полном отсутствии «мозгов». Схема работает следующим образом.

С момент включения схема начинает заряжать аккумулятор постоянным током. Величина тока зависит от напряжения питания и сопротивления резистора RD.

В момент, когда напряжение на элементе при наличие зарядного тока начинает превышать 4,15 Вольта, компаратор (KA393 или KIA70XX) видит это и закрывает транзистор VT1. Далее следует пауза, за время которой напряжение на элементе снижается до своего истинного значения. Т.к. напряжение холостого хода на аккумуляторе ещё не достигло величины 4,15 В, оно вскоре упадет ниже этого значения. Компаратор, увидив это, вновь откроет зарядный ключ.

Процесс будет повторяться снова и снова, с той лишь разницей, что по мере зарядки аккумулятора импульсы зарядного тока будут всё время сокращаться, а длительность паузы между импульсами, наоборот, увеличиваться. То есть будет увеличиваться скважность импульсов.

Ближе к концу зарядки длительность импульса зарядного тока составляет доли процента от длительности паузы между ними, а напряжение на элементе будет практически равно 4,15 Вольта (конкретное значение выставляется потенциометром R1 при настройке схемы).

Теперь о деталях. Разумеется, можно использовать обычный трансформатор без средней точки. Прекрасно можно обойтись и однополупериодным выпрямителем. А еще проще взять в качестве питания какой-нибудь уже готовый 5-вольтовый зарядник от сотового телефона. Чтобы его не спалить возможно придется еще сильнее ограничить ток заряда, увеличив RD, например, до 0.47 Ом.

Транзисторы что-то типа KTA1273. Силовой полевик указан на схеме, но еще лучше взять PHB108NQ03LT (выпаять из старой материнской платы от компа).

Подстроечник 470 Ом. И не самых маленьких размеров, т.к. он все-таки должен рассеивать какую-то мощность. Брать более 470 ом не советую, т.к. это увеличивает гистерезис срабатывания микросхемы KIA (микросхема может просто вырубить зарядку вместо того, чтобы генерировать импульсы, как задумано).

Схемы можно объединять в последовательные цепочки. Это позволяет заряжать батареи из последовательно соединенных аккумуляторов.

Простейшие зарядники для лития (импульсным током)

Схему можно значительно упростить, выкинув необязательные цепи, а также заменив полевик на обычный биполярный транзистор. Вот, например, парочка вполне рабочих вариантов:

Транзистор можно заменить на наш дубовый КТ837. Питания лучше не делать больше 6 вольт, т.к. чем оно выше, тем сильнее все будет греться. Резистором R1 при сильно разряженном аккумуляторе нужно ограничить ток на уровне 700-800 мА, этого будет вполне достаточно для одного элемента li-ion. При подборе резистора главное не превысить максимальную мощность силового транзистора и способности источника питания.

Зарядка для 18650 на микросхеме BD4730

Если не получилось найти микросхемы KIA70хх, их можно заменить другими детекторами напряжения, например, BD4730. Вот вариант зарядки с этой микросхемой:

Читайте также:  Аккумулятор ионно литиевый для лодочного мотора

Для того, чтобы настроить схему, необходимо отловить момент, когда напряжение на аккумуляторе станет ровно 4.2В и в этот момент выставить на 5-ом выводе микросхемы напряжение 2.99 Вольта (при помощи резистора R6). Если есть регулируемый блок питания, можно выставить на нем ровно 4.2 Вольта и на время настройки подключить его вместо аккумулятора.

Любая из этих схем позволяет заряжать литиевые аккумуляторы любых типоразмеров и емкостей (с учетом коррекции зарядного тока) — от небольших элементов в призматических корпусах до циллиндрических 18650 или гигантских 42120.

Источник

Поделки своими руками для автолюбителей

импульсные зарядные устройства для аккумуляторов

Импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Импульсное зарядное устройство – помощник автомобилиста и не только. Оно заряжает аккумуляторную батарею в нескольких режимах, кроме импульсного. В режиме постоянного тока или комбинированном варианте. Такое зарядное устройство применимо для зарядки батареи с нулевым значением.

Принцип действия

Действие такого зарядного устройства основано на генерации высокой частоты, повышающей выходное напряжение, поступающее по сети. В устройстве содержится система фильтров, регулирующих величину напряжения.

Аккумулятор получает величину, необходимую для его зарядки. При полной батарее, зарядное устройство переходит в режим хранения, что способствует сохранению величины заряда.

Особенности

Предлагаемые в продаже зарядники делятся на несколько видов:

схема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

  • Ручные. Отличаются небольшой ценой. Но требуют пристального внимания в процессе зарядки.
  • Полуавтоматические. Отличаются от ручных, тем, что необходимо следить только за временем зарядки батареи.
  • Автоматические. Процесс зарядки полностью автоматизирован. Водителю нужно лишь подключить батарею к заряднику. Главное условие – соблюдение полярности.

Время зарядки зависит от степени разряженности батареи и вида зарядного устройства. Оно может быть до 20 часов.

Специальный режим зарядки

Интересно ИЗУ тем, что обладают особым режимом зарядки в экстренных ситуациях. Если аккумулятор полностью разряжен, а автомобиль необходим, то можно использовать BOOST.

Такой режим позволяет запустить аккумулятор даже в том случае, если батарея была в минусе. Этот метод можно использовать в крайних случаях, поскольку он приводит к быстрому износу батареи.

Преимущества и недостатки

ИЗУ имеют ряд преимуществ. Малые габариты позволяют взять его с собой в поездку и воспользоваться в критической ситуации. Несложное устройство, особенно у автоматов. Использовать его может даже начинающий автолюбитель.

Преимуществом, опять же, автомата является автономный процесс зарядки. Человеческое участие в нём не требуется. Наличие защитных функций. В продвинутых вариантах есть и подсказки, если действия совершаются не верно.

импульсный зарядник для автомобильного аккумулятора

Как недостатки таких устройств можно отметить достаточно высокую стоимость и сложность в починке. В остальном ИЗУ интересен и привлекателен для всех категорий автомобилистов.

Виды зарядных устройств

Срок эксплуатации аккумуляторной батареи не более 6 лет. При условии качественного его обслуживания и надлежащей эксплуатации. Соблюдение правил эксплуатации особенно актуально в зимних условиях. Даже в случае нормальной работы аккумулятор требует периодической проверки и подзарядки.

Для подзарядки батареи можно использовать трансформаторные или импульсные зарядники.

Недостатком трансформаторной зарядки является большой вес. Но они отличаются надежностью.

Исходя из ситуации можно использовать зарядное устройство, когда нужно зарядить аккумулятор или проверить его работоспособность.

В экстренной ситуации можно использовать пусковое устройство для батареи. Их главное отличие — портативность. Применять их можно тогда, когда нет возможности дать аккумулятору полноценную зарядку. Пуско-зарядное включает в себя функции и зарядки, но для работы такого устройства требуется подключение к сети.

Выбирая зарядное устройство, ориентироваться необходимо прежде всего на аккумуляторную батарею. Номинал АКБ может располагаться в диапазоне от 6 вольт. Наиболее востребованный вариант 12 вольт, но есть вариант с 24 вольт.

Универсальным решением будет импульсный автомат. Такой вид зарядника самостоятельно выбирает нужный режим работы и отслеживает уровень зарядки.

импульсная зарядка

В ситуации, когда есть нужда в зарядном устройстве, а его нет или оно не работает, зарядку можно изготовить самостоятельно.

Самодельные зарядки для АКБ

Для изготовления зарядника необходим паяльник и небольшие навыки и знания в области электротехники. С помощью варианта, рассчитанного на 6 и 12 В можно зарядить большинство АКБ с ёмкостью в диапазоне от 10 до 120 А/ч.

Для такого устройства понадобится выпрямитель и понижающий трансформатор Т1. Выпрямительные диоды VD2-VD5 позволяют отрегулировать ток зарядника. Для измерения нужен амперметр с диапазоном 30А.

импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками

Можно использовать и подручный материал. Например, компьютерный блок питания. Дополнительной составляющей будет ШИМ-контроллёр TL494. Таким устройством можно зарядить батарею до 10 А.

Схема зарядки для экстренных случаев

Если аккумулятор не заряжается после морозной ночи, а необходимость в автомобиле велика, помочь в ситуации могут источник постоянного напряжения и сопротивление ограничения тока.

Основной элемент — зарядное устройство ноутбука. Плюсом будет внутренний вход, а минусом внешний контур штекера. Ограничителем может выступать лампа из салона машины.

импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками, схема

Воспользоваться можно и блоком питания компьютера. Если есть не нужный рабочий блок, то он может послужить для создания вполне надежного зарядника. Минусом такой зарядки будет её длительность.

Читайте также:  Аккумулятор для гугл пиксель

После использования любого зарядного устройства обязательна проверка напряжения в АКБ. Для этого используется тестер.

Модели ИЗУ

Выбор ИЗУ должен основываться на характеристиках аккумулятора, который предполагается заряжать. Выбрать устройство можно из предлагаемых отечественными и зарубежными производителями.

Voin VL 156 (6-12) импульсный автомат с несколькими режимами зарядки и удобным дисплеем. Хорош наличием нескольких уровней защиты.

импульсные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов

Master Watt. Полуавтоматическое компактное импульсное устройство. Его можно применять для зарядки любых типов аккумуляторов. Поскольку это полуавтомат, то над процессом зарядки необходим периодический контроль.

KeePower Medium. Компактный «умный» автомат. Реализована возможность определения скорости зарядки в устройстве.

импульсное зарядное устройство для аккумулятора

Также может использовать для подзарядки любых видов аккумуляторных батарей. Отличительной чертой такого ИЗУ является функция диагностики возможных неисправностей АКБ.

Источник

Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов

Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-08-27

По схеме 2-этапного режима подзарядки CC/CV, литий-ионные элементы питания заряжаются неизменным током до напряжения 4,2 В, восстанавливая порядка 80% предельной емкости. Далее достигнутое значение поддерживается еще некоторое время до окончательного набора емкости. Ток заряда уменьшается, но до нулевого значения не доходит. Процесс зарядки завершается, когда ток уменьшается примерно до 0,05 от номинальной емкости.

Описанный принцип зарядки имеет немало достоинств: позволяет оперативно набирать емкость, поддерживает необходимые параметры перехода к стадии уменьшения тока и четко задает критерии завершения зарядки. Ограничение напряжения на пределе 4,2 В оберегает аккумуляторы от потери емкости из-за деградации.

Но разумнее отслеживать напряжение на накопителе энергии не во время протекания через него значительного тока заряда, а при холостом ходе (ХХ). В зависимости от значения внутреннего сопротивления и тока, напряжение способно составить 4,3–4,4 В (если не используется PCB-модуль, отключающий источник питания при риске перенапряжения). В результате, зарядник быстрее переходит в стадию стабилизации напряжения, и общая длительность заряда увеличивается.

Зарядка Li-ion импульсным током

Альтернативный и более рациональный метод подзарядки Li-ion элементов питания – импульсами тока с промежуточными паузами. Импульсная зарядка вначале отключает зарядный ток, выдерживает незначительный промежуток времени, измеряет на накопителе энергии напряжение ХХ и, опираясь на полученные данные, принимает решение о последующих действиях. При близости напряжения к 4,15 В выдаваемые импульсы становятся короче, а при достижении этого порога подача импульсов прекращается.

Импульсная зарядка для аккумулятора бесперебойника и других устройств позволяет оставлять накопитель энергии подключенным на продолжительный период времени, чтобы при необходимости он подзаряжался. Зарядные устройства импульсного типа менее распространены, поскольку для их работы необходимо микропроцессорное управление. Оно усложняет схему и повышает стоимость устройства. Но есть упрощенная схема импульсного зарядника – без микропроцессора. Остановимся на ней подробнее.

Схема импульсного зарядного устройства

Реализовать импульсный принцип заряда Li-ion аккумуляторов можно и без использования микропроцессора, по приведенной схеме:

При включении элемент питания начинает заряжаться постоянным током, значение которого определяется напряжением питания и сопротивлением RD. Когда напряжение становится выше 4,15 В, компаратор реагирует на этот факт закрытием транзистора VT1. Затем выдерживается пауза, и напряжение уменьшается до реальной величины. Поскольку напряжение ХХ ниже 4,15 В, оно постепенно уменьшается, и компаратор заново отрывает зарядный ключ.

Далее процесс неоднократно повторяется, причем постепенно импульсы снижаются, а продолжительность пауз увеличивается. Ближе к завершению процесса зарядки продолжительность импульсов минимальна – она составляет доли % от срока выдерживаемых промежуточных пауз, а напряжение достигает величины, выставленной потенциометром R1 (4,15 В).

Особенности создания импульсной зарядки

Можно воспользоваться традиционным трансформатором без средней точки, взять однополупериодный выпрямитель или готовое 5 В зарядное устройство от мобильника. Чтобы защитить его, можно ограничить зарядный ток, подняв значение RD примерно до 0,47 Ом. Подойдет транзистор KTA1273. Силовой полевик желательно применять PHB108NQ03LT, выпаяв его из б/у материнской платы от компьютера.

Оптимальный вариант подстроечника – на 470 Ом. Если значение будет больше, возрастет гистерезис срабатывания микросхемы KIA, и вместо генерирования импульсов она будет выключать зарядку. Чтобы заряжать несколько последовательно объединенных элементов питания, можно аналогично соединять схемы.

Но для каждого конкретного элемента в таком случае должна применяться отдельная схема с источником питания – трансформатором или вторичной обмоткой. Они не должны иметь гальванической связи с остальными источниками, иначе в некоторых элементах возникнет короткое замыкание.

Схему допустимо упростить, убрав второстепенные цепи и используя вместо полевика простой биполярный транзистор.

Учитывая, что больше всего греется в импульсной зарядке конденсатор, лучше не превышать значение питания 6 В. Резистором R1 при сильно разряженном элементе питания следует ограничить ток на значении около 800 мА. При выборе резистора важно не превзойти предельную мощность силового транзистора и возможности источника питания.

Читайте в нашем предыдущем материале о первой зарядке Li-Ion аккумулятора.

Источник