Зарядники для литиевых аккумуляторов

Многие пользуются электроникой с Li-ion батареями. Для восстановления их работоспособности понадобится зарядное устройство для литиевых аккумуляторов.

Оригинальные зарядные устройства

Внешне ЗУ для литиевых аккумуляторов мало отличаются от аналогичных приборов для кислотно-свинцовых АКБ. Но на банках у них напряжение выше, расхождение между отдельными элементами допускается не больше 0,05 В, поэтому требования к устройствам более высокие. Большинство производителей предлагает собственные зарядные устройства, оптимизированные под их аккумуляторы.

Любое ЗУ состоит из 2 основных узлов: трансформатора и выпрямителя. Они вырабатывают постоянный ток, напряжение которого выше, чем батареи.

Выбирая устройство, обращают внимание на следующее:

1. Возможность одновременной зарядки каждой банки по отдельности.
2. Выбор режима.
3. Дополнительные функции.

Если устройство имеет независимые каналы зарядки, электроника контролирует процесс, прекращает его при восстановлении емкости. Недостаток этой возможности в том, что некоторые элементы не успевают восстановиться полностью. Если подобное происходит часто, такие батареи быстрее выходят из строя.

При втором варианте время зарядки составит 3 часа. Ускоренный заряд сокращает срок службы аккумулятора, применяется в экстренных случаях.

Интеллектуальные ЗУ имеют функцию разряда. Аккумулятор сначала полностью разряжается, стирая эффект памяти. Цикл занимает несколько больше времени, но батарея служит дольше. Некоторые приборы оснащают функцией тренировки. Она служит для возвращения к рабочему состоянию проблемных аккумуляторов.

Для литиевых элементов вредна перезарядка. Оригинальные ЗУ подают оптимальный заряд, что исключает возникновение подобной ситуации.

Некоторые Li-ion аккумуляторы оборудованы встроенной защитной платой, которая отключает их, если параметры достигают критического уровня:

• на клеммах больше 4,25 Вольт на одну банку;
• напряжение упало ниже 2,4 В;
• температура при зарядке превысила допустимую.

Когда параметры восстанавливаются, контроллер включает цепь.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

Li-ion батареи рекомендуется заряжать двухэтапным способом. Его преимущество в наиболее полном заряде без снижения срока службы аккумуляторов. Способ принято обозначать "CC/CV".

Первый этап происходит с постоянным зарядным током. Его величина составляет 0,2-0,5 емкости батареи, при ускоренном заряде — 0,5-1,0. ЗУ работает как стабилизатор, поддерживая напряжение. Когда на клеммах оно достигает 4,2 В, первый этап закончен. Аккумулятор набрал 70-80% емкости.

На втором этапе сила тока постепенно снижается по мере набора батареей емкости. Когда заряд достигает 90-95%, ЗУ должно отключиться. Если литиевый источник питания долго находится под высоким напряжением, происходят необратимые процессы в химическом составе, уменьшается срок службы.

В некоторых случаях требуется предварительный заряд пониженным током:

• если аккумулятор глубоко разряжен;
• батарея повреждена — предотвращает разгерметизацию;
• для предварительного прогрева, если зарядка происходит при минусовой температуре.

Выбор количества ампер зависит от количества времени, требуемого для полной зарядки. Его границы от 0,2 до 1,0 емкости батареи. Если превысить значение всего на 0,15 В, аккумулятор может прослужить в 2 раза меньше. Понижение напряжения уменьшает емкость, но продлевает срок службы. Время заряда высчитывают, разделив емкость на зарядный ток. Зарядка литий-полимерных аккумуляторов не отличается от зарядки Li-ion.

Простейшее устройство зарядки одного элемента

Самодельное ЗУ по упрощенной схеме собирают на базе микросхемы LM317. Если не удастся купить транзистор КТ361 советского образца, меняют на более доступный КТ3107 или КТ3108. Он обеспечивает работу зарядного индикатора: если в нем нет необходимости, можно обойтись без транзистора.

Настройка сводится к подбору напряжения на выходе в пределах 4,1-4,15 В. Если аккумуляторы без защитной платы, настраивают максимально точно. Для регулировки служит переменный резистор R8. Аккумулятор при настройке не подключается. Второй параметр, который настраивают, — зарядный ток. Подбирают резисторы R4, R6.

Усовершенствование зарядного устройства для Li-ion аккумуляторов

Зарядное устройство для кислотно-свинцовых или никель-кадмиевых аккумуляторов можно переделать под литий-ионные батареи. Они заряжаются напряжением 4,20 В с отклонением не более 0,05 В.

Недорогое зарядное устройство состоит из трансформатора, диодного моста, тиристора и схемы управления. Из всей схемы оставляют трансформатор с диодным мостом, остальное выпаивают. Добавляют конденсатор на 35 В емкостью 1000 мкФ. Можно взять больше, но это увеличивает габариты. Остался выпрямитель, к которому следует добавить зарядное устройство.

Простой способ реализуют с помощью микросхемы LM317, которой следует добавить режим стабилизации тока. Это достигается монтажом резистора. Его номинал подсчитывают по формуле R=1,25/I. Количество ампер для Li-ion элементов — от 0,2 до 1, одно из значений подставляют в формулу.

Делитель напряжения — это постоянный резистор номиналом 1,5 кОм, рядом с ним последовательно установлен подстроечный 200 Ом. Второй резистор на 13 кОм. Схема рассчитана для зарядки 3 последовательно соединенных элементов по 3,7 В каждый.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов 12 вольт — устройство балансира

Батареи состоят из отдельных секций. Для зарядки используется преимущественно последовательная схема от 1 источника. Когда емкость отдельной банки достигает требуемого значения, ЗУ отключается, чтобы избежать перезарядки. Некоторые элементы остаются недозаряженными, так как нет полностью идентичных секций.

Чтобы устранить эти недостатки, усовершенствуют ЗУ установкой балансира. Зарядка с ним проводится в режиме контроля каждого элемента. Напряжение не поднимается выше и не падает ниже допустимого уровня. Элементы устройства отбирают лишнюю энергию, регулируя зарядку отдельных банок.

Простое устройство делают на базе микросхемы TL431. Используется любой транзистор p-n-p с большой мощностью рассеивания. Рассчитывают по формуле: P=U×I. Она большая, например, при зарядном токе 0,5 А — 2,1 Вт. Устанавливают на радиатор, чтобы не грелся. Подбирают сопротивление пары R1 и R2, чтобы напряжение не поднималось выше 4,2 В. Возможные варианты: 15К и 22К, 22К и 33К, 47К и 68К.

Можно воспользоваться готовыми платами с микроконтроллерами от торговой марки Arduino. Они преимущественно оснащаются набором, обеспечивающим нормальную работу микроконтроллера. Сторонние фирмы также производят наборы, рассчитанные на совместную работу с продукцией "Ардуино".

К зарядному устройству подключают столько балансиров, сколько ячеек у аккумулятора. Контроллеры устанавливают в отдельном корпусе.

Импульсное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

Иногда аккумулятор требуется зарядить быстро. Простой путь — повысить зарядный ток. Если часто пользоваться таким способом, батарея прослужит максимум 2 года. Номинальное количество ампер — 10% от емкости.

Однако полной зарядки достигнуть не удается. Если использовать способ CC/CV, на первом этапе выходит максимум 80% емкости. Оставшиеся 20% восполнить не удается. Зарядные амперы постепенно снижаются, но до нуля не доходят. Процесс останавливается, когда сила тока опускается до 0,05% номинальной емкости.

Технология двухэтапной зарядки имеет четкие критерии начала и окончания каждого шага. Предельный порог зарядки 4,2 В выбран по следующей причине: повышенное напряжение, воздействующее на электроды и электролит длительное время, приводит к их изменениям, снижению емкости.

На напряжение при зарядке влияют внутреннее сопротивление батареи и сила тока. В какой-то момент показатель кратковременно достигает 4,3 -4,4 В. Таким образом, первый этап заканчивается раньше, чем необходимо, а время заряда увеличивается. Быстро и полностью зарядить аккумулятор можно, если использовать импульсный преобразователь.

Устройство действует так:

• отключает зарядный ток;
• делает паузу;
• измеряет на аккумуляторе напряжение холостого хода;
• далее либо продолжает зарядку, либо отключается.

Заряд подается импульсами, которые тем короче, чем ближе к 4,2 В, — показатель полностью заряженной батареи. Когда он достигается, подача тока прекращается полностью. Аккумулятор можно оставлять подключенным к ЗУ на любое время: перезаряда не будет. Прибор включится, когда потребуется повысить емкость.

Импульсные ЗУ стоят дорого, поэтому мастера стремятся сделать их своими руками. Существует много вариантов на микросхемах, которые сложны в управлении и дороги.

Представляет интерес вариант без микропроцессора на базе компаратора KA393 или KIA70XX.

Подключенное устройство заряжает аккумулятор током, сила которого определяется напряжением питания и величиной сопротивления резистора RD. Когда на клеммах элемента достигается 4,15 В, по сигналу компаратора закрывается транзистор VT1. Наступает пауза, вольты падают, компаратор подключает зарядку.

Процесс повторяется, время импульсов постоянно сокращается, продолжительность пауз увеличивается. Когда достигается заданное значение (регулируется R1), устройство отключается.

Быстрозарядное устройство G4-1h Ryobi ONE+ BCL14181H

Импульсное ЗУ для Li-ion и NiCd аккумуляторов на 18 В разработки немецкой фирмы Ryobi производится в КНР. Работает при температуре 0…+50°С. Схема обеспечивает стабилизацию напряжения и тока, восстанавливается отдельно каждый элемент.

Технические характеристики:

• минимальная продолжительность заряда: 1,5-1 час;
• индикаторы состояния зарядки;
• размеры: 21×8,6×17,4 см;
• масса: 900 г;
• сигнализация неисправности.

https://youtube.com/watch?v=YNRnB-K3URM

Корпус ударопрочный пластмассовый. Имеется встроенный вентилятор для принудительного охлаждения с автоматическим включением при достижении +40°С.

Ремонт зарядной станции

Своими руками устраняют простые неисправности. Пример ремонта показан на станции 12В ДА-10/12ЭР для литий-ионных батарей напряжением 12 В, ток 1,8 А. Прибор состоит из понижающего трансформатора, четырехдиодного моста, сглаживающего пульсацию конденсатора. Светодиоды сигнализируют о подключении питания, начале и конце заряда.

Если не загорается индикатор включения, проверяют первичную обмотку трансформатора. Для этого измеряют тестером сопротивление, коснувшись щупами штырей вилки. Если есть обрыв, вскрывают корпус. Возможно, сгорел сетевой предохранитель, который меняют.

На некоторых моделях ЗУ установлен тепловой предохранитель. Он находится сверху первичной обмотки трансформатора под изоляцией, разрывает цепь при температуре +120…+130°С. Восстановление невозможно, поступают другим образом: пайкой соединяют концы обмоток. После этой операции трансформатор не защищен от короткого замыкания, поэтому лучше поставить сетевой предохранитель.

При целой первичной обмотке прозванивают вторичную и диоды. Один конец полупроводников выпаивают, подключают омметр, меняя положение щупов. Исправный диод показывает при одном подключении обрыв, при другом — КЗ. Перегоревшая первичная обмотка ремонту не подлежит — меняют трансформатор.

Если обнаружены неисправные диоды, устанавливают новые. Одновременно меняют и конденсатор: если в нем высыхает электролит, диоды перегружаются, сгорают.

Под увеличительным стеклом осматривают плату. Ликвидируют обнаруженные трещины, нарушенные контакты. Если все принятые меры не помогли, обращаются в мастерскую.