Защита литий-ионных аккумуляторов (Li-ion). Я думаю, что многие из вас знают, что, например, внутри аккумулятора от мобильного телефона имеется ещё и схема защиты (контроллер защиты), которая следит за тем, чтобы аккумулятор (ячейка, банка, итд…) не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания. Когда аккумулятор исчерпывает свой срок службы, из него можно достать плату контроллера защиты, а сам аккумулятор выбросить. Плата защиты может пригодиться для ремонта другого аккумулятора, для защиты банки (у которой нету схем защиты), либо же просто можно подключить плату к блоку питания, и поэкспериментировать с ней.

У меня имелось много плат защиты от пришедших в негодность аккумуляторов. Но поиск в инете по маркировкам микросхем ничего не давал, словно микросхемы засекречены. В инете находилась документация только на сборки полевых транзисторов, которые имеются в составе плат защиты. Давайте посмотрим на устройство типичной схемы защиты литий-ионного аккумулятора. Ниже представлена плата контроллера защиты, собранная на микросхеме контроллера с обозначением VC87, и транзисторной сборке 8814 ():

На фото мы видим: 1 - контроллер защиты (сердце всей схемы), 2 - сборка из двух полевых транзисторов (о них напишу ниже), 3 - резистор задающий ток срабатывания защиты (например при КЗ), 4 - конденсатор по питанию, 5 - резистор (на питание микросхемы-контроллера), 6 - терморезистор (стоит на некоторых платах, для контроля температуры аккумулятора).

Вот ещё один вариант контроллера (на этой плате терморезистор отсутствует), собран он на микросхеме с обозначением G2JH, и на транзисторной сборке 8205A ():

Два полевых транзистора нужны для того, чтобы можно было отдельно управлять защитой при заряде (Charge) и защитой при разряде (Discharge) аккумулятора. Даташиты на транзисторы находились практически всегда, а вот на микросхемы контроллеров - ни в какую!! И на днях вдруг я наткнулся на один интересный даташит на какой-то контроллер защиты литий-ионного аккумулятора ().

И тут, откуда не возьмись, явилось чудо - сравнив схему из даташита со своими платами защиты, я понял: Схемы совпадают, это одно и то же, микросхемы-клоны! Прочитав даташит, можно применять подобные контроллеры в своих самоделках, а поменяв номинал резистора, можно увеличить допустимый ток, который может отдать контроллер до срабатывания защиты.

Только вот имеется в ней такой небольшой недостаток, эта схема не умеет распознавать степень разряженности аккумулятора, что дает возможность подключать даже убитые АКБ(замкнутые, рассыпавшиеся и т.д.), ли ж бы хватало напряжения замкнуть контакты реле. А это может привести к ужасным последствиям, и пожар не самое страшное!

И вот совсем недавно пришла мне в голову умная схема защиты от переполюсовки, которая сумела бы определять, можно ли заряжать этот аккумулятор или нет и сохранила предыдущий параметр определения правильности подключения клемм к Аккумулятору

На самом дел все просто, схема просто определяет какое напряжение на АКБ, то есть степень зарядки, и если оно соответствует нужным пределам, то замыкает контакты реле и пускает ток заряда!

Из схемы видно что это обычный компаратор на ОУ сравнивающий опорное напряжение собранное на цепи R7-VD3, с напряжением АКБ. И если напряжение на неинв.(+) входе поднимается чуть выше чем на инве.(-), транзистор VT1 включает реле.
Настраивается все очень просто. На клемму + АКБ подается напряжение 10.5-11В(напряжение разряженного, рабочего АКБ) удобно и с помощью построечного резистора R4(в сторону увеличения сопротивления) выставляем момент, когда щелкнет релюха K1. На этом настройка заканчивается:) Кстати удобно использовать для настройки

Данная схема собрана на ОУ не зря, поскольку на втором ОУ можно собрать еще одно устройство, я его еже не придумал, но наработки уже есть. К примеру на второи ОУ можно сделать устройство которое будет показывать что все подключено верно
Но если у вас нет возможности ждать, и не хочется тратить попросту операционик, то могу предложить схему чуть проще и с таким же принципом работы

Многие не знают, но TL431 –это обычный компаратор, и для сравнивания напряжения внутри него уже присутствует ИОН 2,5В. Поэтому вместо кучи обвязки вокруг ОУ можно использовать TL431 с одним единственным резисторным делителем, напряжение на котором должно быть чуть больше 2.5В, что бы реле включилось:)

У этой схемы есть еще одно преимущество, ее можно с успехом использовать и для 6В АКБ. Для этого надо заменить реле на 5В, и два резистора R1 и R3 примерно на половину.

Способ настройки такой же самый как и в предыдущей схеме, только на клемму +АКБ для 6В напряжение надо подавать в районе 5-5.5В

Все, с такой защитой можно не боятся что ваш АКБ, ну если ему “торба”, просто взорвется. Поэтому удачи с повторением схемы.

Удачи вам с повторением и жду ваших вопросов в комментариях

Для безопасной, качественной и надежной зарядки любых типов аккумуляторов, рекомендую

Что бы не пропустить последние обновления в мастерской, подписывайтесь на обновления в Вконтакте или Одноклассниках , так же можно подписаться на обновления по электронной почте в колонке справа

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественные зарядные устройства

Простенькое зарядное устройство с светодиодным индикатором зарядки, зеленый батарея заряжается, красный батарея заряжена.

Есть защита от короткого замыкания, есть защита от переполюсовки. Отлично подойдет для зарядки Мото АКБ емкостью до 20А\ч, АКБ 9А\ч зарядит за 7 часов, 20А\ч — за 16 часов. Цена на это зарядное всего 403 рубля,доставка бесплатна

Этот тип зарядного способен автоматически заряжать практически любые типы автомобильных и мото аккумуляторов 12В до 80А\Ч. Имеет уникальный способ зарядки в три этапа: 1. Зарядка постоянным током, 2. Зарядка постоянным напряжением, 3. Капельная дозарядка до 100%.
На передней панеле два индикатора, первый указывает напряжение и процент зарядки, второй указывает ток зарядки.
Довольно качественный прибор для домашних нужд, цена всего 781,96 руб, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 1392, оценка 4,8 из 5. Евровилку

Зарядное устройство для самых разнообразных типов аккумуляторов 12-24В с током до 10А и пиковым током 12А. Умеет заряжать Гелиевые АКБ и СА\СА. Технология зарядки как и у предыдущего в три этапа. Зарядное устройство способно заряжать как в автоматическом режиме, так и в ручном. На панеле есть ЖК индикатор указывающий напряжение, ток заряда и процент зарядки.

Хороший прибор если вам надо заряжать все возможные типы АКБ любых емкостей, аж до 150А\ч

Цена на это чудо 1 625 рублей, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 23, оценка 4,7 из 5. При заказе не забудьте указать Евровилку

Если какой то товар стал недоступен, пожалуйста напишите в комментарий внизу страницы.

В результате броска сетевого напряжения вышли из строя несколько включенных в сеть электроприборов, в том числе источник бесперебойного питания (ИБП) ВК500 фирмы АРС, который в момент аварии также был подключен к сети, хотя выключатель на его передней панели находился в положении "Выключено". "Вскрытие" показало, что в ИБП сгорела плавкая вставка на 0,125 А, защищающая первичную обмотку трансформатора питания. Как оказалось, этот трансформатор подключен к сети постоянно, независимо от положения сетевого выключателя.

Замена плавкой вставки восстановила работоспособность источника. Однако (видимо, вследствие межвитковых замыканий, образовавшихся в результате аварии) ток холостого хода первичной обмотки трансформатора увеличился до 200...300 мА. Поскольку трансформатор очень сильно нагревался, вплоть до появления характерного запаха, его пришлось заменить. Однотипного найти не удалось, поэтому был установлен более мощный трансформатор с напряжением вторичной обмотки без нагрузки 16,5 В (у заменяемого - 17 В) и током холостого хода первичной обмотки, не превышающим 40 мА.

Отремонтированный ИБП несколько суток оставался включенным в сеть. Измерения показали, что ток зарядки аккумуляторной батареи, напряжение которой давно превысило 14 В, остается равным приблизительно 200 мА. Это намного превышает значение, необходимое для компенсации саморазрядки батареи, что опасно ее перезарядкой и сокращением срока службы.

Предположение, что неисправен узел ИБП. контролирующий степень заряженности батареи, который должен отключать зарядную цепь по достижении определенного значения напряжения, не нашло подтверждения. Более того, изучение схемы ИБП (ее фрагмент приведен на рис. 1) показало, что такого узла просто нет.

Скорее всего, до ремонта ток зарядки батареи GB1 ограничивало повышенное внутреннее сопротивление трансформатора. Однако аварийное увеличение сетевого напряжения привело к значительному повышению зарядного тока, что вывело трансформатор из строя.

Во избежание будущих неприятностей в ИБП добавлен узел контроля напряжения на батарее, который собран по схеме, показанной на рис. 2. Здесь диоды VD1-VD5, плавкая вставка FU2 и аккумуляторная батарея GB1 - элементы, уже имеющиеся в ИБП (см. рис. 1). Цепь, соединяющая плюсовой вывод диодного моста VD1-VD4 с анодом диода VD5, разорвана. В образовавшийся разрыв включен транзистор VT1.

Пока напряжение на входе (вывод 1) детектора понижения напряжения DA1 меньше порогового, открыт его выходной транзистор, коллектор которого соединен с выводом 3, а эмиттер - с выводом 2. В результате транзисторы VT1 и VT2 также открыты. Батарея GB1 заряжается. Небольшое уменьшение зарядного тока, вызванное наличием в зарядной цепи транзистора, скомпенсировано меньшим снижением под нагрузкой напряжения вторичной обмотки более мощного трансформатора питания.

Как только напряжение с выхода резистивного делителя R2-R4, пропорциональное напряжению на батарее, превысит пороговый уровень, выходной транзистор детектора DA1 закроется, что приведет к закрыванию транзисторов VT1, VT2 и размыканию зарядной цепи. Зарядка вновь будет включена, когда напряжение батареи уменьшится в результате саморазрядки или работы ИБП в режиме питания нагрузки от аккумулятора.

Точное значение порога срабатывания устройства (14,2...14,4 В) устанавливают подстроечным резистором R2. Если применить другой детектор понижения напряжения (порог срабатывания показанного на схеме КР1171СП73 равен 7,3 В, у других микросхем той же серии - значению, обозначенному двумя последними цифрами наименования), следует изменить и номиналы резисторов R2-R4. Их приблизительные значения в килоомах можно вычислить по формулам

где Uдп - порог срабатывания детектора DA1, В; UП - напряжение батареи GB1, при котором ее зарядка должна быть прекращена, В; Iд - ток резистивного делителя, мА. Его значение выбирают в пределах 0,2...1 мА. Учтите, этот ток непрерывно разряжает батарею. При ее емкости 7 А-ч и систематической зарядке этим фактором можно пренебречь. Однако если ИБП предстоит несколько месяцев хранить не подключенным к сети, аккумуляторную батарею лучше отключить. Для этого достаточно снять с контактной пластины на плате ИБП наконечник идущего от батареи красного провода.

Много раз на mySKU описывались модули зарядки литий-ионных аккумуляторов на базе контроллера TP4056. Применений множество - от переделки игрушек до бытовых поделок. Народный модуль TP4056 со встроенной защитой на базе DW01A прекрасен всем, только нижний порог срабатывания защиты по напряжению 2,5±0,1 В, т.е. 2,4 В в худшем случае. Для большинства современных аккумуляторов это подходит, т.к. у них порог 2,5 В. А что делать, если у вас мешок аккумуляторов с нижним порогом 2,75 В? Можно плюнуть и использовать их с таким модулем. Просто увеличивается риск того, что после разряда аккумулятор выйдет из строя. А можно использовать дополнительную плату защиты, нижний порог напряжения у которой соответствует аккумуляторам. Именно о такой плате я сегодня расскажу.

Понимаю, что большинству эта тема не интересна, но пусть будет для истории, т.к. иногда вопрос поднимается.

Если вы используете аккумуляторы со встроенной защитой, то эта плата вам не нужна, вы можете спокойно использовать «народный» модуль на базе TP4056 без защиты. Если вы используете аккумуляторы без защиты с минимальным напряжением 2,5 В, то вы можете спокойно использоваться «народный» модуль на базе TP4056 с защитой.

Модулей на базе TP4056 с порогом 2,75 В я в продаже не нашёл. Начал искал отдельные модули защиты - выбор большой, есть очень дешёвые, но большинство из них сделаны на том же контроллере DW01A. Модуль из обзора - это самое дешёвое, что я смог найти. 275 рублей за 5 штук.

Модуль крошечный, 39,5 x 4,5 x 2 мм.




Контактные площадки стандартные для защиты одной ячейки: B+, B- для подключения аккумулятора и P+, P- для подключения ЗУ и нагрузки.

Официальные технические характеристики:

Модуль сделана на базе контроллера . Версия BM112-LFEA. Техническим характеристикам соответствует. В роли транзистора выступает двойной N-канальный MOSFET транзистор .

Схема подключения простая:


Для активации модуля защиты достаточно подать питание на P+, P-. Конечно, TP4056 подключать не обязательно, аккумулятор с модулем защиты может спокойно жить своей жизнью (как обычный аккумулятор с защитой).

Практический тест

Это не лабораторный тест, погрешности могут быть большими, но общую картину продемонстрирует.

Я буду использовать преобразователь в качестве регулируемого БП, тестер EBD-USB и боевой аккумулятор TrustFire для проверки защиты от КЗ.

Минимальное напряжение:


Уменьшаю напряжение с помощью потенциометра. Защита срабатывает при напряжении 2,7 В. Это не заявленные 2,88 В, но, учитывая возможную погрешность, для аккумуляторов с нижним порогом напряжения 2,75 В подходит.

Максимальная рабочая сила тока:


Максимальная рабочая сила тока составляет 3,6 А. При превышении срабатывает защита. Время срабатывания зависит от нагрева транзистора. Если он горячий, то срабатывает сразу при установке 3,7 А. Если холодный, то через 30 секунд. При токе 4 А защита срабатывает практически сразу в любом случае. Т.е. заявленных 4 А нет, но 3,6 А тоже хорошо.

Температура модуля:


За 5 минут работы при максимальной силе тока транзистор нагрелся до 60 ºC, т.е. лучше не примыкать модуль вплотную к аккумулятору (без прокладки) при монтаже.

Сброс защиты происходит через некоторое время или можно подать напряжение с ЗУ для принудительного сброса.

Защита от КЗ есть… одноразовая:). Подключил свой боевой TrustFire к модулю защиты и замкнул контакты P+, P- через мультиметр. На мультиметре успел мелькнуть ток 14 А, «пшик» произошёл сразу. Сгорел транзистор на плате защиты. При этом плата защиты ток потребителю больше не пропускала, но и не работала по сути больше.

Первым делом встроил один модуль в кейс для установки аккумуляторов 18650 (USB коннектор там просто для удобства, без преобразователя). Обычно я и дети используем его для поделок с помощью мини-дрели.

Заключение

Модули защиты отличные. Заявленные характеристики почти соответствуют реальным. Огорчает только цена, но дешевле для аккумуляторов с порогом 2,75 В я не нашёл. Планирую купить +77 Добавить в избранное Обзор понравился +49 +103

На сегодняшний день литий ионные аккумуляторы являются самыми эффективными аккумуляторами. Они компактные, имеют большую энергоемкость, лишены эффекта памяти. При всех достоинствах у них имеется один существенный недостаток, их работу и процесс заряда нужно тщательно контролировать. Если аккумулятор разрядится ниже некоторого предела или перезарядить, он быстро теряет свои свойства, вздуться и даже взорваться. Тоже самое и в случае перегрузки и коротких замыканиях - нагрев, образование газов и в итоге взрыв.

Некоторые литий ионных аккумуляторы снабжены предохранительным клапаном, который не даст аккумулятору взорваться, но большая часть мощных полимерных аккумуляторов таких клапанов не имеют.

Другими словами, при эксплуатации литий ионных аккумуляторов требуется система их защиты.

Многие наверняка заметили маленькие платы в аккумуляторах мобильных телефонов, вот как раз эта плата и является защитой. Защищает она от глубкого разряда, от перезаряда и от коротких замыканий или перегрузок по току.

Схема этой защиты очень простая, на плате находиться пара микросхем с мелочевкой.

За всеми процессами следит микросхема DW01. Вторая микросхема - это сборка из двух полевых транзисторов. Первый транзистор контролирует процесс разряда, второй отвечает за заряд батареи.

Во время разряда микросхема следит за падением напряжения на переходах полевых ключей, если оно доходит до критической величины (150-200мВ), микросхема закрывает транзисторы, отключая батарею от нагрузки. Работа схемы восстанавливается менее чем за секунду после того, после снятия нагрузки.

Падение напряжение на переходах транзисторов микросхема отслеживает через второй вывод.

В зависимости от емкости аккумулятора эти контроллеры могут кардинально отличаться внешним видом, током короткого замыкания и топологией схемы, но функция у них всегда одинаковая - защищать аккумулятор от перезаряда, глубокого разряда и перегрузки по току. Многие контроллеры также обеспечивают защиту от перегрева банки, контроль температуры осуществляется термодатчиком.

У меня скопилось очень много плат защиты от аккумуляторов мобильных телефонов и как раз для одного моего проекта в котором задействован литий ионный аккумулятор понадобилась система защиты. Проблема в том, что эти платы рассчитаны на максимальный ток в 1Ампер, а мне нужна была плата с током минимум 6-7 Ампер. Платы с нужным для моих целей током стоят меньше пол доллара, но ждать месяц-другой я не мог. Осмотрев китайские платы на алиэкспресс я понял, что они не многим отличаются от моих. Схематика та же, только ток защиты побольше за счёт параллельного включения силовых транзисторов.

При параллельном соединении полевых транзисторов, сопротивление их каналов будет значительно меньше, поэтому падение напряжения на них будет меньше, а ток срабатывания защиты будет больше. Параллельное соединение ключей даст возможность коммутировать большие токи, чем больше ключей, тем больше общий ток коммутации.

В схеме применены стандартные сборки из двух полевиков в одном корпусе. Их часто применяют на платах защиты аккумуляторов смартфонов и не только.

Сборки 8205А имеют очень много аналогов, как и микросхемы контроля DW01.

После сборки платы я протестировал её. Получилось именно то, что мне нужно для проекта:

• Плата заряжает аккумулятор до напряжения 4,2В и отключает его от зарядного устройства;
• При разряде аккумулятора ниже 2,5В аккумулятор отключился от нагрузки;
• При токах выше 12-13 Ампер аккумулятор отключается.

Литий ионные аккумуляторы имеют малый саморазряд, но аккумулятор дополненный такой платой будет разряжаться быстрее, чем аккумулятор без защиты. Ток потребления схемы защиты мизерный, и составляет около 2,5 МИКРОампер.

Подробнее о работе платы защиты

{youtube}lXKELGFo79o {/youtube}

Собираем мощную плату контроля

{youtube} _w-AUCG4k_0 {/youtube}

Плата защиты для одной банки LI-ION http://ali.pub/28463y

Плата защиты для двух банок