Akumulator litowo-jonowy lub litowo-jonowy to akumulator, w którym zastosowano interkalowany związek litu na biegunie dodatnim i grafit na biegunie ujemnym. W większości urządzeń elektroniki użytkowej akumulatory Litowo-jonowego 3.7 V są stosowane od latarek komputerowych po akumulatory pojazdów elektrycznych. Z drugiej strony, ładowarka to urządzenie służące do magazynowania energii w akumulatorze podczas przepływu przez niego prądu elektrycznego. Ograniczają one szybkość, z jaką prąd/napięcie przepływa przez akumulatory, aby zapobiec ich przeładowaniu. Dlatego też w tym artykule skupimy się na określeniu prądu lub napięcia ładowania oraz materiałów, których należy użyć podczas projektowania obwodów ładowarki do akumulatorów litowo-jonowych.
Zawartość
Schemat układu ładowarki baterii Litowo-jonowego 3.7 V
Projekt ładowarki baterii litowo-jonowej - użycie MOSFET-ów i LM317
Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych wykorzystująca pojedynczy MOSFET
Układ ładowarki akumulatorów litowo-jonowych z wykorzystaniem układu LM317
Działanie ładowarki akumulatorów litowo-jonowych przy użyciu układu scalonego 317
Projekt płytki drukowanej
Wnioski
Ładowarka akumulatorów Litowo-jonowego 3.7 V - schemat
Jest to przykład ładowarki baterii litowo-jonowej, która może ładować baterię litowo-jonową 3,7 V przy użyciu zasilania 5 VDC. W akumulatorze zastosowano mikroprocesor MCP73831, cenny zaawansowany sterownik do zastosowań wymagających ograniczonej przestrzeni i niskich kosztów. W układzie zastosowano algorytm stałego napięcia/prądu z wcześniej ustalonymi warunkami i zakończeniem ładowania.
(Schemat ideowy ładowarki akumulatorów litowo-jonowych 3,7 V)
Projekt ładowarki akumulatorów litowo-jonowych - użycie MOSFET-u i LM317
Po pierwsze, musimy zauważyć, że akumulatory litowo-jonowe są bardziej podatne na przeładowanie lub wysoki prąd początkowy, co jest cechą znaną jako ładowanie z szybkością 1C. W tym momencie C symbolizuje wartość Ah akumulatora, który jest ładowany. Zazwyczaj standardową wartością jest 0,5C. Nie zaleca się jednak stosowania tak ekstremalnego ładowania, ponieważ powoduje ono obciążenie akumulatora, a w rezultacie jego wysoką temperaturę. Niemniej jednak poniżej przedstawiono kilka układów scalonych do ładowania akumulatorów.
(zdjęcie ładowarki akumulatorów litowo-jonowych)
Ładowarka Li-Ion wykorzystująca pojedynczy MOSFET
Jest to jedna z najtańszych i najbardziej nieskomplikowanych ładowarek akumulatorów litowo-jonowych, jakie można wykonać. Do stworzenia tego prostego układu potrzebny jest jeden MOSFET, zegar i 470-omowy rezystor o mocy ¼ wata. W kursie brakuje regulacji temperatury akumulatora, dlatego pamiętaj, aby stosować niski prąd wejściowy obwodu. Zalecane stałe wartości prądu to około 0,5C.
(Rysunek obwodu ładowarki akumulatorów Li-Ion z wykorzystaniem pojedynczego MOSFET-a)
Układ ładowarki akumulatorów litowo-jonowych z wykorzystaniem układu LM317
Potrzebne materiały
Trzy oporniki: R1(330Ω), RV1(1kΩ) i R2*(2,2Ω,1/2 -wata)
Dwa kondensatory: C1( 1000µF, 25V) i C2(100nF)
Półprzewodniki: LM317 (regulator napięcia zmiennego dodatniego), BC547 (tranzystor NPN ogólnego przeznaczenia) i 1N4007 (dioda prostownicza).
Różne
Blok dwóch zacisków
Działanie ładowarki akumulatorów litowo-jonowych przy użyciu układu scalonego 317
W układzie zastosowano układ scalony LM317 i tranzystory NPN do wykrywania i ograniczania prądu, co zapobiega przeładowaniu akumulatora. Gdy w układzie dopuszczony jest przepływ prądu, układ scalony 217 ogranicza go i generuje napięcie wyjściowe 3,9 V dla podłączonej baterii litowo-jonowej. Z drugiej strony, temperatura jest kontrolowana przez dwa tranzystory NPN podłączone do styku ADJ. Styki ADJ są uziemione, więc jeśli tranzystory przewodzą, powstaje zwarcie, co powoduje wyłączenie prądu wyjściowego do akumulatora.
(Rysunek obwodu ładowarki akumulatorów litowo-jonowych z wykorzystaniem układu scalonego 317)
Kalibracje krok po kroku
Projekt płytki drukowanej
Poniżej przedstawiono płytkę drukowaną obwodu baterii litowo-jonowej od strony komponentów.
(rysunek modułu ładowania akumulatora litowo-jonowego - od strony komponentów)
Ładowanie i wydajność
Podczas rozładowywania proces ładowania polega na przemieszczaniu się jonów litu z elektrody ujemnej do dodatniej. Podczas ładowania dzieje się odwrotnie.
Konserwacja akumulatorów litowo-jonowych wymaga minimalnych wymagań i prostych instrukcji, jednak są one niezbędne w wielu zastosowaniach. Na przykład, należy zapewnić odcięcie prądu/napięcia na całym poziomie ładowania, zapewniając stałe napięcie i stały prąd wejściowy. Nie wolno dopuścić do całkowitego rozładowania akumulatora. Dodatkowo, ładowanie/rozładowywanie akumulatora wpływa na jego temperaturę, która powinna mieścić się w zakresie temperatury pokojowej. Dzięki temu akumulator będzie działał prawidłowo.
Zalety
Dostępna i tania w produkcji
Bardzo niskie samorozładowanie
Stara technologia jest już dojrzała, a informacje na temat akumulatorów są wystarczające.
Wymagają niewielkiej konserwacji.
Wady
Nie można przechowywać baterii po rozładowaniu
Wymagają ochrony przed przeładowaniem lub zbyt głębokim rozładowaniem
Starzeją się z czasem, niezależnie od tego, czy są używane, czy nie
Wymagają zabezpieczenia przed przeładowaniem lub zbyt głębokim rozładowaniem
Starzenie się baterii wraz z upływem czasu, niezależnie od tego, czy jest używana, czy nie
Wnioski
Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory litowo-jonowe mają większą żywotność i znacznie się ona wydłuża, jeśli głębokość każdego rozładowania mieści się w 80% pojemności znamionowej. Jeśli jednak ręczne monitorowanie akumulatora jest uciążliwe, można zastosować układ automatyczny, który zapewni mu bezpieczeństwo i dłuższą żywotność. Na przykład, układ scalony TP4056 posiada funkcję automatycznego wyłączania i automatycznego ładowania. W razie jakichkolwiek pytań dotyczących baterii litowo-jonowych lub ich obwodów, prosimy o kontakt z nami.