Obwód ładowarki akumulatora litowo-polimerowego (Lipo)

W poście wyjaśniono prostą baterię litowo-polimerową (Lipo) z funkcją odcięcia nadmiernego ładowania. Pomysł został zgłoszony przez pana Arun Prashan.

Ładowanie pojedynczej komórki Lipo z CC i CV

Natknąłem się na twoją pracę na temat „Obwód ładowarki akumulatora dynamo rowerowego” na blogu projektowania obwodów domowej roboty. To było naprawdę pouczające.

Chciałbym zapytać o coś w związku z tym artykułem. Pracuję na robocie sześciokątnym z mechanizmem przełączania baterii. Gdy poziom naładowania baterii podstawowej przekroczy zadane napięcie, bateria dodatkowa zasila system robota. Moje obawy nie dotyczą obwodu przełączającego.

Razem z tym pracuję nad wytwarzaniem energii, podłączając generator do każdego silnika. Generowany prąd przeznaczony jest do ładowania 3-ogniwowego akumulatora LiPo 30C 11,1V 2200mAh.

Zdaję sobie sprawę, że obwód wspomniany w „Obwodzie ładowarki akumulatora dynama rowerowego” nie będzie przydatny do moich celów. Czy możesz podać mi inną opcję dotyczącą mojego problemu. Muszę tylko wiedzieć, jak zmodyfikować obwód, aby był kompatybilny z LiPo ze stałym napięciem i stałym prądem lub współczynnikami CC i CV. Dzięki, czekam na odpowiedź.

Pozdrowienia,

Arun Prashan

Malezja

Projektowanie

Bateria litowo-polimerowa lub po prostu bateria lipo to zaawansowana odmiana bardziej popularnej baterii litowo-jonowej i podobnie jak jej starszy odpowiednik ma rygorystyczne parametry ładowania i rozładowywania.

Jeśli jednak przyjrzymy się szczegółowym specyfikacjom, okaże się, że jest to raczej łagodne, jeśli chodzi o stawki, a dokładniej akumulator Lipo może być ładowany z prędkością 5C i rozładowywany nawet przy znacznie wyższych szybkościach, tutaj 'C 'to klasa AH akumulatora.

Powyższe specyfikacje w rzeczywistości dają nam swobodę stosowania znacznie wyższych wejść prądowych bez martwienia się o stan przetężenia akumulatora, co zwykle ma miejsce w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Oznacza to, że w większości przypadków można zignorować wartość znamionową prądu wejściowego, ponieważ w większości przypadków nie może ona przekraczać specyfikacji 5 x AH akumulatora. Powiedziawszy to, zawsze lepszym i bezpiecznym pomysłem jest ładowanie takich krytycznych urządzeń z szybkością, która może być niższa niż maksymalny określony poziom, a C x 1 może być traktowane jako optymalna i najbezpieczniejsza szybkość ładowania.

Ponieważ tutaj jesteśmy zainteresowani zaprojektowaniem obwodu ładowarki akumulatorów litowo-polimerowych (Lipo), skupimy się na tym bardziej i zobaczymy, jak akumulator lipo może być ładowany bezpiecznie, ale optymalnie przy użyciu komponentów, które mogą już znajdować się w elektronicznej skrzynce na śmieci.

Odnosząc się do pokazanego schematu obwodu ładowarki akumulatorów Lipo, cały projekt można było zobaczyć skonfigurowany wokół IC LM317, który jest w zasadzie uniwersalnym układem regulatora napięcia i ma wszystkie wbudowane funkcje zabezpieczające. Nie pozwoli na więcej niż 1,5 ampera na swoich wyjściach i zapewnia bezpieczny poziom prądu dla akumulatora.

Układ scalony tutaj jest zasadniczo używany do ustawiania dokładnego wymaganego poziomu napięcia ładowania dla akumulatora lipo. Można to osiągnąć, dostosowując towarzyszącą pulę 10k lub preset.

Schemat obwodu

Sekcja po prawej stronie, która zawiera wzmacniacz operacyjny, jest stopniem odcięcia nadmiernego ładowania i zapewnia, że ​​akumulator nigdy nie zostanie przeładowany, i odcina zasilanie akumulatora, gdy tylko zostanie osiągnięty próg przeładowania.

Działanie obwodu

Ustawienie wstępne 10 k umieszczone na styku 3 wzmacniacza operacyjnego służy do ustawiania poziomu nadmiernego naładowania, w przypadku akumulatora litowo-polimerowego 3,7 V można to ustawić w taki sposób, że moc wyjściowa wzmacniacza operacyjnego wzrasta, gdy tylko akumulator zostanie naładowany do 4,2 V (dla pojedynczej komórki). Ponieważ dioda jest umieszczona na plusie baterii, wyjście LM 317 musi być ustawione na około 4,2 + 0,6 = 4,8 V (dla pojedynczego ogniwa), aby skompensować towarzyszący spadek napięcia diody w kierunku przewodzenia. W przypadku 3 ogniw połączonych szeregowo wartość tę należy ustawić na 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V.

Przy pierwszym włączeniu zasilania (należy to zrobić po podłączeniu akumulatora w poprzek pokazanej pozycji), akumulator w stanie rozładowanym ciągnie zasilanie z LM317 do istniejącego poziomu jego napięcia, przyjmijmy 3,6 V .

Powyższa sytuacja utrzymuje pin3 wzmacniacza operacyjnego znacznie poniżej poziomu napięcia odniesienia ustalonego na pinie2 układu scalonego, tworząc niską logikę na pinie6 lub wyjściu układu scalonego.

Teraz, gdy akumulator zaczyna gromadzić ładunek, jego poziom napięcia zaczyna rosnąć, aż osiągnie znak 4,2 V, który ciągnie potencjał pin3 wzmacniacza operacyjnego tuż nad pinem2, zmuszając wyjście układu scalonego do natychmiastowego przejścia do wysokiego lub do poziomu zasilania.

Powyższe powoduje, że dioda LED wskaźnika zaświeci się i włączy tranzystor BC547 podłączony przez styk ADJ na LM 317.

Gdy to się stanie, pin ADJ LM 317 zostaje uziemiony, zmuszając go do odcięcia zasilania wyjściowego do baterii lipo.

Jednak w tym momencie cały obwód zostaje zablokowany w tej pozycji odcięcia z powodu napięcia sprzężenia zwrotnego do styku 3 wzmacniacza operacyjnego przez rezystor 1K. Ta operacja zapewnia, że ​​akumulator pod żadnym pozorem nie może otrzymać napięcia ładowania po osiągnięciu granicy nadmiernego naładowania.

Sytuacja pozostaje zablokowana do momentu wyłączenia systemu i zresetowania w celu ewentualnego zainicjowania nowego cyklu ładowania.

Dodawanie stałego prądu CC

W powyższym projekcie możemy zobaczyć funkcję kontroli stałego napięcia za pomocą układu scalonego LM338, jednak wydaje się, że brakuje tutaj stałego prądu. Aby włączyć CC w tym obwodzie, wystarczy niewielka modyfikacja, aby włączyć tę funkcję, jak pokazano na poniższym rysunku.

Jak widać, proste dodanie rezystora ograniczającego prąd i łącznika diodowego przekształca konstrukcję w efektywną ładowarkę ogniw Lipo CC lub stałoprądową. Teraz, gdy wyjście próbuje pobierać prąd powyżej określonej granicy CC, obliczony potencjał jest rozwijany na Rx, który przechodzi przez diodę 1N4148 wyzwalającą bazę BC547, która z kolei przewodzi i uziemia pin ADJ układu scalonego LM338, wymuszając układ scalony aby wyłączyć zasilanie ładowarki.

Rx można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

Rx = limit napięcia przewodzenia BC547 i 1N41448 / maksymalny limit prądu akumulatora

Dlatego Rx = 0,6 + 0,6 / maksymalny limit prądu akumulatora

Bateria Lipo z 3 ogniwami serii

W zaproponowanym powyżej pakiecie akumulatorów 11,1 V są 3 ogniwa połączone szeregowo, a bieguny akumulatora są zakończone osobno przez złącze.
Zaleca się osobne ładowanie poszczególnych akumulatorów poprzez prawidłowe umieszczenie biegunów na złączu. Schemat przedstawia podstawowe szczegóły okablowania ogniw ze złączem:

AKTUALIZACJA: Aby uzyskać ciągłe automatyczne ładowanie wielokomorowej baterii Lipo, możesz zapoznać się z poniższym artykułem, który może służyć do ładowania wszystkich typów baterii Lipo bez względu na liczbę zawartych w niej ogniw. Obwód przeznaczony jest do monitorowania i automatycznego przekazywania napięcia ładowania do ogniw, które mogą być rozładowane i wymagają naładowania:

Obwód ładowarki balansu baterii Lipo