http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=116399
Приветствую вас, глубокоуважаемые радиокоты! В силу современности широко набирают обороты литий-ионные аккумуляторы. Как известно, у них прекрасные характеристики по выдаваемой мощности, сроку службы и все это при сравнительно небольших размерах. Но у них есть один небольшой недостаток: обязательно нужен контроль заряда и разряда. Иначе они просто необратимо выйдут из строя.
Надеюсь, что обсуждение моей ситуации поможет другим в подобной проблеме: в шуруповерте вышла из строя кнопка, а именно микросхема, спрятанная в компаунде. Такой кнопки у нас нигде нет, поэтому пришлось переделать ее, исключив электронную начинку полностью, оставив только контакт замыкания цепи электромоторчика. Через некоторое время выяснилось , что аккумуляторы разрядились больше допустимой нормы и дальнейшая зарядка не помогает. Я сделал вывод о том, что микросхема в кнопке отвечала не только за кол-во оборотов в минуту, но и за контроль разряда. Разобрав аккумулятор я узнал, что из 5 банок все-таки 3 рабочие. Имеется второй такой же "полурабочий" аккумулятор. То есть, можно из двух собрать один. Но проблема окончательно решится, если собрать контроллер разряда самому (а заодно и разобраться как он работает) и встроить его в шуруповерт. Контроллер заряда уже имеется в зарядном устройстве.
В интернете увы об этом сказано мало и того что мне нужно там я не нашел. Чувствую весенний запах микроконтроллеров
http://www.kosmopoisk72.ru/index.php?op ... &Itemid=70 Здесь контроллер действует только на 2 банки. Помогите пожалуйста рассчитать его так, чтобы он действовал для пяти банок.
http://www.radioscanner.ru/forum/topic38439.html здесь он действует только для одной банки.
http://radiokot.ru/konkursCatDay2014/06/ Здесь он слишком сложен, т. к. необходим программатор и соответствующая микросхема. Кроме того в данной схеме еще плюс ко всему заложен еще и контроллер заряда. Я начинающий радиолюбитель. Может имеется что-то из более доступного и простого? Если нет , тогда я с удовольствием готов освоить микроконтроллеры.
1. Подскажите, как рассчитать контроллер разряда для 5 банок?
2. Если лучший вариант будет на микроконтроллере, то какой именно приобрести?
3. Каким самодельным (наиболее простым) программатором его можно запрограммировать?
4. Как самому написать программу (код) для микроконтроллера?
5. Может лучше контролировать разряд 5 банок, взяв за основу одну? И встроить его в сам аккумулятор, а не в шуруповерт? Просто если в шуруповерт, то одной схемы хватит и на первый аккумулятор и на второй. (я же ведь их два сразу не могу включить )
Ток нагрузки шуруповерта, как известно большой: 10-12 А. Номинальное напряжение одной банки стандартно: 3,7 В, следовательно пяти банок: 18,5 В. Было бы здорово, если бы еще была защита от КЗ (то есть если бы пошел ток свыше 12 А)
Решение там одно.. использовать готовые платы защиты. Или колхозить с умощнением ключей для встроенных в сотовые и прочие маломощные платки или брать готовые типа таких http://zapas-m.ru/shop/UID_282.html (там по ссылке есть и более мощные , я выкидывал ИС ключи и ставил обычные полевики.

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC . Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально , как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки ("банки") на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути "мозг" контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 - ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 - это MOSFET-транзисторы.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge ) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge ) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например , отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection Voltage - V OCP ), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release Voltage – V OCR ) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается , когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от переразряда (Overdischarge Protection).

Тут есть весьма интересное условие . Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысить 2,9 – 3,1V (Overdischarge Release Voltage - V ODR ), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за "смерть" аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер - G2NK (серия S-8261 ), сборка полевых транзисторов - KC3J1 .

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к "внешнему миру", то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (V ODR ).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи , когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить "банку" аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда - FET1?

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P ,G2NK ), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда - Charger Detection . То есть при подключении зарядного устройства схема определит , что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время - несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6 . О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь .

Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов ! Вот столько может длиться "восстановительная" зарядка.

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection ) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Защищенные и незащищенные литий ионные аккумуляторы - в чем их разница? Чем отличается устройство литий ионного аккумулятора с защитой? Можно ли использовать незащищенные аккумуляторы? На эти и другие вопросы Вы найдете ответы в нашей статье.

Уже давно известно, что для надежной и долгосрочной работы аккумуляторным батареям нужна защита. Обеспечить ее можно двумя способами - либо внутри самого аккумулятора, либо с помощью устройств, которые с аккумуляторами работают (в нашем случае - это светодиодные фонари и зарядные устройства). И по вполне понятным причинам - поскольку сделать защиту для аккумулятора существенно проще, чем "научить" фонарь работать с незащищенным аккумулятором - многие производители пошли по пути наименьшего сопротивления и переложили бремя дополнительной стоимости защиты аккумулятора на кошелек покупателя. Но не все компании выбрали этот путь - и в данный момент на рынке уже появились новые высокотехнологичные фонари со встроенной защитой аккумуляторов. А это значит, у нас появилась возможность безопасно использовать и незащищенные батареи. Какие преимущества это нам дает? Давайте попробуем ответить на этот вопрос.

Зачем аккумуляторам вообще нужна защита?

Всем известно, что литий-ионные аккумуляторы нужно беречь от полной разрядки и чрезмерной зарядки. Делается это для того, чтобы не допустить возникновения внутри аккумулятора химической реакции, которая может привести к очень неприятным последствиям. Проще говоря, если аккумуляторные батареи часто «высаживать в ноль» или чрезмерно заряжать, - это их убьет: емкость сильно снизится, а в некоторых случаях химические реакции могут привести и к воспламенению. Поэтому на рынке элементов питания уже давно появились «защищенные» аккумуляторы, в которых установлена специальная плата, отключающая их от устройства в следующих ситуациях:

• если аккумуляторная батарея чрезмерно разряжена (менее 2,8-3В) или, наоборот, заряжена (более 4,2-4,3В)
• если на него подается слишком высокий ток (более 1-8А)
• если литий-ионные аккумуляторы неправильно установлены
• в случае короткого замыкания.

Устройство литий-ионного аккумулятора

Тут следует оговориться - часто полоса защиты, которая предохраняет от КЗ, выполнена не очень качественно и со временем стирается, а это значит, что и защита теряется. Поэтому и полной гарантии, что таким аккумуляторам короткое замыкание не грозит, нет. На следующей фотографии отчетливо видно, что полоса защиты со временем потемнела, и на батарее появилось черное пятно - это подтверждает тот факт, что при перетирании полосы может произойти короткое замыкание.

И все же, преимущества защищенных аккумуляторов существенно облегчили задачу производителям фонарей и избавили их от необходимости модернизировать свою продукцию. Защищенные аккумуляторы затмили своих незащищенных «братьев» и отодвинули их на задний план. Они стали и остаются до сих пор лучшим вариантом питания для фонарей, не имеющих схем защиты.

Но современные качественные фонари производства наиболее продвинутых и ответственных брендов способны обеспечить защиту и обычным незащищенным аккумуляторам. А это дает нам возможность выбора, что само по себе не может не радовать.

Зачем нам возможность использования незащищенных аккумуляторов?

В фонаре со встроенной системой защиты аккумуляторов мы можем использовать как защищенные, так и незащищенные элементы питания. Чтобы получить полное представление о двух типах литий-ионных аккумуляторов, давайте сравним их по следующим основным параметрам:

• безопасность
• удобство

1. Безопасность

Плата защиты предохраняет литий-ионные аккумуляторы от чрезмерного заряда и разрядки. Что, соответственно, обеспечивает их безопасную эксплуатацию и продлевает срок службы. Именно поэтому с момента появления в продаже данного типа литий-ионных аккумуляторов, производители стали выдвигать их на первый план и расписывать их преимущества. Ведь гораздо проще давать рекомендации - с какими батареями их фонари будут работать лучше, - чем увеличить затраты на производство и гарантировать одинаковую эффективность работы со всеми доступными видами питания.

Но сейчас ситуация немного изменилась. С одной стороны, современные зарядные устройства для литий-ионных батарей снабжены собственной защитой от перезаряда и коротких замыканий. С другой, новые высокотехнологичные светодиодные фонари имеют встроенную защиту от переразряда. Когда заряд падает до 2,5-2,8В система сигнализирует об этом (обычно миганием), яркость падает, и через некоторое время фонарь отключается. Такая защита дает нам возможность с полной уверенностью использовать для их питания и незащищенные аккумуляторы. А это значит, что все те преимущества, которыми изначально обладали защищенные аккумуляторы, уже не имеют такого большого значения. Ведь защита теперь обеспечивается «извне», микросхемами устройств, для которых тип питания уже не имеет никакого значения.

2. Цена

Тоже немаловажный фактор при сравнении любых аккумуляторных батарей. Здесь все просто - цена на защищенные литиевые батареи выше (электронная плата тоже стоит денег). К тому же, использование защитной платы несколько уменьшает заявленную емкость. По сути, за одну и ту же сумму мы можем купить либо незащищенный аккумулятор высокой емкости, либо защищенный, но с емкостью чувствительно ниже. Тут уже каждый выбирает сам, что ему важнее. Конечно, если фонарь и зарядное устройство у Вас старого образца, и Вы боитесь «проморгать» опасный момент, лучше все же обезопаситься и выбрать защищенные аккумуляторы. Но если Вы давно уже обзавелись новыми «игрушками», которые сами защитят ваши батареи, разницы в безопасности для Вас нет. Поэтому, перефразируя известный слоган, можно сказать - «А если нет разницы - зачем платить больше и терять емкость?»

3. Удобство

Здесь, в первую очередь, хотелось бы упомянуть о чисто технологической стороне. А именно - о размере. О размерах можно судить по номенклатуре, например 18650 - это значит, что его диаметр - 18 мм, длина - 65 мм. Последняя цифра (0) указывает на то, что аккумулятор цилиндрический. По этим цифрам можно понять, что защищенные аккумуляторы длиннее обычных на 2-3 мм - из-за размера платы, а иногда еще и чуть шире - в зависимости от толщины полосы защиты.

Литиевый аккумулятор - плата защиты

Об этом упоминается во всех источниках, причем обычно с припиской «но такая разница обычно не мешает». Но, если почитать форумы и обсуждения товаров, можно увидеть, что все-таки мешает, притом сильно. После популяризации защищенных аккумуляторов от первых пользователей сразу же посыпались жалобы на то, что к их фонарю они не подходят - у кого-то слишком длинные, у кого-то шире обычных. Наученные горьким опытом своих предшественников, остальные покупатели сначала пытались узнать, подойдут ли аккумуляторные батареи именно к их фонарю, а потом уже решали - брать или не брать. Не слишком удобно, согласитесь? «Порадовало» и предлагаемое решение проблемы - «в крайнем случае, защиту можно отломать» (советуют, например, ). Т.е., если уж совсем не влезает - ломай и получай обычный. Только вот по цене защищенного…Что тоже очень радует.

А теперь о наиболее важном - об эксплуатации. Есть ли какие-то преимущества в использовании фонаря с незащищенными аккумуляторами? Давайте представим самую простую ситуацию - батарейки разрядились. Что происходит, если в фонаре установлены защищенные батареи? Защита сработает, и фонарь сразу выключится, причем, как зачастую бывает, произойти это может в самый неудобный момент. А если в этот момент вы находитесь в какой-либо экстремальной или опасной ситуации? Такое резкое выключение может оказаться критическим. К тому же, Вы уже не сможете использовать свои аккумуляторы до того, как хотя бы ненадолго не поставите их в зарядное - плата сработала и больше не «даст» Вам воспользоваться аккумуляторами, так как это для них опасно. Зато если Вы пользуетесь фонарем со встроенной защитой и обычными аккумуляторами, Вы заранее будете предупреждены о том, что питание заканчивается. Фонарь не выключится сразу, а переключится в слабый режим. Это даст Вам время «подготовиться» или заменить аккумуляторы. В крайнем случае, когда возможности заменить питание нет, Вы сможете дать незащищенным аккумуляторам «отдохнуть» - часть заряда восстановится, и Вы сможете использовать их еще какое-то время. К тому же, Ваш фонарь проработает без перезарядки дольше - поскольку нет защиты, на которой теряется дополнительная емкость. Конечно, время работы не увеличится намного, но в экстремальных ситуациях даже несколько минут могут сыграть решающую роль.

И что же в итоге?

А в итоге мы имеем следующую ситуацию. Если мы приобретаем фонарь, оборудованный системой защиты аккумуляторов, мы получаем возможность использовать для питания незащищенные литиевые батареи. А это дает нам определенные преимущества:

Экономия денег на элементах питания

Более продолжительное время работы

Возможность заранее узнать о скором выключении фонаря

Использование аккумуляторов стандартного размера, которые подойдут к любому фонарю и зарядному устройству

И при всех этих преимуществах, наши аккумуляторы полностью защищены и безопасны в использовании. Т.е., разница между «внутренней» и «внешней» защитой аккумуляторов все-таки не так уж и мала. И, видимо, не зря производители светодиодных фонарей предоставили нам возможность выбирать способ защиты самостоятельно.

И снова устройство для самоделкиных.
Модуль позволяет заряжать Li-Ion аккумуляторы (как защищённые так и незащищённые) от порта USB посредством кабеля miniUSB.

Печатная плата - двусторонний стеклотекстолит с металлизацией, монтаж аккуратный.




Собрана зарядка на базе специализированного контроллера заряда TP4056.
Реальная схема.


Со стороны аккумулятора, устройство ничего не потребляет и его можно оставлять постоянно подключенным к аккумулятору. Защита от КЗ на выходе - есть (с ограничением тока 110мА). Защита от переполюсовки аккумулятора отсутствует.
Питание miniUSB продублировано пятаками на плате.




Работает устройство так:
При подключении питания без аккумулятора, загорается красный светодиод, а синий периодически помаргивает.
При подключении разряженного аккумулятора, красный светодиод гаснет и загорается синий - начинается процесс заряда. Пока напряжение на аккумуляторе меньше 2,9V, ток заряда ограничен величиной 90-100мА. С повышением напряжения выше 2.9V, ток заряда резко возрастает до 800мА с дальнейшим плавным повышением до номинала 1000мА.
При достижении напряжения 4,1V, ток заряда начинает плавно снижаться, в дальнейшем происходит стабилизация напряжения на уровне 4,2V и после уменьшения зарядного тока до 105мА светодиоды начинают периодически переключаться, показывая окончание заряда, при этом заряд всё равно продолжается с переключением на синий светодиод. Переключение идёт в соответствии с гистерезисом контроля напряжения аккумулятора.
Номинальный ток заряда задаётся резистором 1,2кОм. При необходимости, ток можно уменьшить увеличивая номинал резистора согласно спецификации контроллера.
R (кОм) - I (mA)
10 - 130
5 - 250
4 - 300
3 - 400
2 - 580
1.66 - 690
1.5 - 780
1.33 - 900
1.2 - 1000

Конечное напряжение заряда жёстко задано на уровне 4,2V - т.е. не всякий аккумулятор будет заряжен на 100%
Спецификация контроллера.

Вывод: устройство простое и полезное для выполнения конкретной задачи.