О контроллере заряда аккумулятора: как сделать своими руками в домашних условиях
Опубликовано: 03.09.2018
В состав портативных устройств в обязательном порядке входит аккумулятор, обычно для этих целей используется литиево-ионная батарея. Несмотря на то, что функциональные особенности современной электроники постоянно совершенствуются, сам аккумулятор практически остается неизменным.
Контроллеры для заряда аккумулятора
Емкость и функциональные особенности АКБ значительно выросли, но общий принцип работы остался тем же. Аккумулятор может значительно перегреваться при зарядке и выходить из строя. При переразряде напряжение может опуститься ниже критического уровня, что приведет к деградации элемента, и новая дозарядка станет невозможной. Потому для управления над процессом зарядки батареи используются электронные схемы, получившие название контроллеров.
Простая и мощная защита для аккумулятора BMS своими руками
Это оборудование используется в схемах мобильных телефонов, ноутбуков и другого переносного электронного оборудования. Контроллер аккумулятора необходим для солнечных и ветряных батарей. Его включают в состав источников бесперебойного питания и другой техники.
Простейший индикатор заряда аккумулятора
Алгоритм процесса заряда аккумулятора
Для того чтобы понять, как происходит заряд батареи, рассмотрим схему, в состав которой входят только резистор и сам аккумулятор.
Как проконтролировать заряд АКБ с помощью резистора
В нашем случае используется аккумулятор 18650, емкость которого составляет 2400 мА/ч, с пороговыми значениями напряжения 2,8-4,3 В, и блок питания на 5 вольт и максимальный ток в 1 А. Рассчитаем параметры необходимого резистора. При этом будем считать, что аккумулятор находится в нормальном состоянии, а не полностью разряжен. Проведем зарядку батареи. Сначала, когда напряжение на АКБ минимально, ток будет максимален, а Ur – падение напряжение на резисторе, должно составить 2,2 Вольта (это разница между Uип – напряжением блока питания 5 В и начальными показателями батареи).
Исходя из этих данных, рассчитываем R — начальное сопротивление на резисторе и Pr — мощность рассеивания:
R= Ur/I = 2.2/1 = 2.2 Ом, где I – это максимальный ток блока питания.
Pr=I2R =1х1х2.2 = 2.2 Вт.
Когда напряжение в аккумуляторе дойдет до 4,2 В, Iзар – ток заряда, составит:
Iзар=(Uи -4.2)/R=(5-4.2)/2.2 = 0.3 А.
Получается, что для зарядки нам понадобится резистор, который работает при данных показателях. Но в этой схеме все время придется проверять напряжение на аккумуляторе, чтобы не пропустить момент, когда оно достигнет максимального значения в 4,2 В.
Важно! Теоретически зарядить аккумулятор без отдельной схемы защиты возможно, но проследить при этом за напряжением и зарядным током не получится. Да, 1-2 раза такой вариант может быть использован, но гарантировать, что батарея при этом не выйдет из строя, нельзя.
Основные функции контроллеров
Существуют три главные задачи, которые выполняют контроллеры заряда:
оптимизация системы питания; сохранение ресурсов; избежание фатальных поломок.
Контроллер для батареи
Контроллеры обладают разными функциями. Они корректирует подачу тока, следя за тем, чтобы показатели были меньше максимального заряда, но при этом превышали ток саморазряда. Устройства следят за прохождением всех этапов разряда-заряда аккумулятора, исходя из строения и химического состава АКБ.
Если речь идет о батареи для ноутбука, то контроллер дополнительно компенсирует энергетические потоки, которые возникают при одновременной зарядке и работе ПК. Иногда устройства оборудуются термодатчиками для аварийного отключения при перегреве или на холоде.
Если в системе используются сразу несколько аккумуляторов, контроллер обеспечивает заряд только для тех банок, которые еще не зарядились.
Для исключения утечек газа и взрыва в некоторых моделях контроллеров заряда аккумулятора используются датчики давления.
Обратите внимание! Работа любого контроллера должна обеспечивать правильное соотношение постоянный ток/постоянное напряжение (CC/CV ). Если при заряде количество поставляемой энергии избыточно, то эта лишняя часть выделяется на контроллере в виде тепла. Поэтому сам контроллер никогда не встраивается в батарею, он включается в общую схему, но всегда располагается отдельно. Но как сделать устройство своими руками?
Простые схемы
Одним из самых распространенных контроллеров является вариант на микросхеме на DW01. Его используют в большинстве мобильных устройств. По виду этот элемент представляет собой электронную плату, на которую монтируются все необходимые компоненты.
DW01 имеет 6 выходов, а полевые транзисторы смонтированы в одном корпусе с 8 выходами – это микросхема 8205А.
Контроллер с DW01
Вывод 1 защищает аккумулятор от разряда FET1 с пороговым значением напряжения в 2,4 В, а 2 – от переразряда FET2 с напряжением 4,25 В. Выход 2 идет на датчик, который фиксирует параметры напряжения на полевых транзисторах. Таким образом, происходит контроль над аккумулятором, и не возникает перегрузки по току. Порог срабатывания может меняться, в зависимости от значения переходного сопротивления транзисторов, которое является измерительным шунтом в схеме. Дополнительные паразитарные диоды в полевых транзисторах необходимы, для того чтобы зарядить аккумулятор, даже если сработала защита от глубокого разряда. Через эти же паразитарные диоды поступает ток разряда, когда транзистор FET2 перезаряжается или закрыт.
В данной схеме задача контроллера заряда отключить АКБ либо при полном разряде, либо при полной зарядке, то есть достижении значения в 4,25 В. Вместо DW01 можно использовать NE57600, G2J, G3J, S8261, S8210, K091, JW01, JW11 и другие аналогичные микросхемы.
Контроллер на микросхеме с интегрированными транзисторами
В микросхему LC05111CMT уже входят полевые транзисторы, здесь дополнительно используются только конденсатор и резисторы. В схеме используются встроенные транзисторы с переходным сопротивлением в 0,011 Ом. Это простая схема для создания аккумулятора своими руками. Между выводами S1 и S2 максимальное сопротивление составляет 24 В, а максимальные ток заряда/разряда – 10А.
Все сделанные самостоятельно устройства должны отвечать заданным параметрам, иначе обеспечить правильную работу аккумулятора не получится.