Как подключить индикатор заряда аккумулятора

5

Индикатор заряда аккумулятора Li-ion

Усилитель для наушников, который собирался мной в прошлый раз, питается от аккумулятора. А аккумуляторы имеют обыкновение терять свой заряд. Причем, теряют даже тогда, когда к ним ничего не подключено, т.е, саморазряд. И хоть современные аккумуляторы на этот процесс тратят очень немало времени, но это случается. А если они питают какую-то нагрузку, даже не очень большую, то это время сокращается. Ну да это и нормально. Просто их надо заряжать.
Плохо то, что аккумуляторы Li-ion очень не любят глубокий разряд. Чтобы этого не допустить, достаточно лишь не допускать снижение падения напряжения на его клеммах ниже 2.9-3 Вольта. Конечно же, это значение для отдельного элемента. Если батарея из последовательно подключенных элементов — то тут возможны варианты.

Озадачился тем, чтобы оборудовать усилитель каким-нибудь индикатором заряда/разряда. Индикатор разряда для ухоуся был выбран один из самых простых.

Принцип работы очень прост. Когда напряжение на клеммах аккумулятора более 3.25 Вольта, и стабилитрон (Uст=2 Вольта) еще не находится в режиме пробоя, транзистор закрыт, горит зеленый светодиод через ограничительный резистор. Когда напряжение будет подходить близко к 3.25 Вольтам, стабилитрон уйдет в режим пробоя, транзистор откроется и зашунтирует собой зеленый светодиод. При этом ток уже потечет по цепи R1, эмиттер-коллектор, красный светодиод.

Ну а так как в схеме используются нелинейные элементы, то при напряжении, близком к 3.25 Вольта, будет наблюдаться слабо горение обеих светодиодов. А если использовать один сдвоенный светодиод, то будет красновато-зеленоватое свечение.

Но с кажущейся простотой есть и одни проблема. Связана она с настройкой и подбором стабилитрона. У разных экземпляров стабилитронов одной и той же марки будет сильный разброс параметров на границе пробоя:

Нам это грозит только тем, что красный святодиод будет начинать загораться либо чуть раньше, либо чуть позже. Но загораться будет. Мне этого достаточно.

Конкретно моя реализация. Мне не удалось вообще найти стабилитрона на 2 Вольта. Решил заменить цепочкой из 4-х диодов 1N4148 в прямом включении.

Логика работы немного изменилась, но в целом, можно достаточно точно предугадать момент, когда надо ставить батарейку на зарядку. На том и остановился.

Вышло так, что индикатор заряда стал играть роль индикатора включенного устройства:

Зеленый свет означает то, что напряжение на аккумуляторе более 3.3 Вольта, и можно особо не суетиться с подзарядкой. Как только появляется красноватые оттенки, можно неспешно думать о том, чтобы подключить USB-шнурок от телефона и подкормить батарейку.

Кормежка осуществляется через популярные контроллеры заряда с Алишки:

Но за неделю тестового использования еще не приходилось заряжать. Связано это с тем, что усилитель весьма экономичный, и слушаю я не на полной громкости ), ибо уши жалко.
Пока что контролирую напряжение мультиметром, но уже планирую закрыть корпус.

Обзор платы защиты Li-ion-аккумулятора и индикатора уровня заряда: тонкости функционирования, очевидные и не очень

В одних устройствах, питающихся от литий-ионных аккумуляторов, имеется вся необходимая для аккумуляторов обвязка: индикатор уровня заряда и контроллер заряда/разряда, включающий защиту от превышения токов и напряжений.

Но во многих «упрощенных» конструкциях нет какой-то части их этих компонентов или даже всех. В этом случае, чтобы аккумуляторы жили долго и счастливо, об их защите и индикации следует позаботиться самому пользователю.

Также и в конструкциях DIY («сделай сам») их автору тоже придётся самостоятельно об этом позаботиться.

Плата защиты аккумулятора является обязательным компонентом: она спасёт не только сам аккумулятор, но и, в случае короткого замыкания или иных чрезвычайных ситуаций, много другого добра.

Плата индикации уровня заряда в конструкциях не столь обязательна, но позволит исключить ситуацию внезапного отключения аппаратуры в самый неудобный момент (именно так чаще всего и бывает).

Содержание

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест платы защиты li-ion аккумулятора

Плата защиты представляет собой узкую и тонкую полоску с элементами, которая по габаритам легко помещается на мизинце: размеры платы 38 * 7 * 2 мм.

На плате расположены шесть транзисторных сборок 8205, контроллер DW01B и минимальная обвязка.

Схема платы — очень простая (взята из технического описания контроллера DW01B):

В каждой транзисторной сборке на плате содержатся по два последовательных MOSFET-а (как на схеме); и все шесть сборок запараллелены. Такая конструкция обеспечивает ток до 15 А, после чего должна срабатывать защита (отключение), причём независимо от направления тока (заряд или разряд).

У того же продавца имеются в продаже платы с тремя или четырьмя транзисторными сборками на борту. Вариант платы должен выбираться не принципу «больше-лучше», а исходя из реальных токов в системе (чтобы защита сработала вовремя, а не тогда, когда от схемы одни угольки остались).

Теперь можно изложить и обсудить параметры контроллера DW01B:

Итак, что мы видим в параметрах?

Системы защиты по напряжениям работают с некоторым гистерезисом: возврат схемы к исходному состоянию происходит немного при другом напряжении, нежели первоначальное срабатывание.

Кроме того, срабатывание происходит с некоторой задержкой по времени.

Все эти меры приняты для того, чтобы не было ложных срабатываний от кратковременных помех или колебаний потребления питаемой схемы. В общем, в этой части всё сделано по-умному.

А вот некоторые вопросы и сомнения вызывают номиналы напряжений защиты от перезаряда и переразряда, которые здесь составляют 4.3 В и 2.5 В соответственно.

Они отличаются от рекомендуемых для лития 4.2 В и 3.0-3.2 В.

Тем не менее, в процессе теста вопросы по завышенному напряжению заряда удастся полностью снять, а вот с защитой от переразряда всё окажется не так радужно.

Интересным образом в контроллере защиты организовано измерение втекающего/вытекающего тока аккумулятора: для этого в схеме нет резистора-«пробника» или шунта. Ток измеряется по падению напряжения при его протекании через открытые MOSFET-ы. С одной стороны, это упрощает схему; но, с другой стороны, при этом будет иметь значение разброс параметров применённых транзисторов.

Перед тестом, просто для порядка, посмотрим на обратную сторону платы:

Здесь всё хорошо: широкие печатные проводники для сильноточных цепей и обширные контактные площадки для внешних соединений.

Теперь переходим к тестам.

Первый тест: разряд Li-ion аккумулятора через тестируемую плату защиты. Использовался аккумулятор 18650 относительно небольшой ёмкости (2000 мАч), разряд производился на мощный резистор 2 Ом. Для съёма осциллограммы тока использовался резистор сопротивлением

0.12 Ом («самокрутка» из нихромовой проволоки). Кривые снимались осциллографом Fnirsi-1013D.

Посмотрим на осциллограмму финишного участка процесса разряда. На осциллограмме желтая кривая — напряжение на на аккумуляторе (нулевая линия внизу скриншота); голубая линия — ток разряда (нулевая линия — посередине скриншота), развёртка 50 секунд / деление:

Теперь обсудим результаты.

Сначала плата защиты отключает нагрузку при падении напряжения на аккумуляторе до 2.6 В. Затем через некоторое время аккумулятор без нагрузки сам по себе немного восстанавливается до 2.9 В, и плата вновь подключает нагрузку; через несколько секунд напряжение падает, нагрузка отключается, и далее это повторяется ещё несколько раз до полного «успокоения» системы на уровне напряжения аккумулятора в пределах 2.85 — 2.9 В.

Если же нагрузку после первого срабатывания защиты совсем отключить, то самовосстановление аккумулятора продолжается и далее, останавливаясь на напряжении 3.1 В. Здесь важна только величина напряжения; практической же пользы из такого восстановления извлечь не получится: слишком мала величина восстановившегося заряда.

В итоге, в случае, если нагрузка не отключена, то остаточное напряжение аккумулятора оказывается несколько ниже общепринятого порога допустимого разряда.

Если же нагрузка будет полностью отключена, то остаточное напряжение худо-бедно всё-таки попадёт в рекомендуемый интервал.

Второй тест: зарядка аккумулятора через данную плату. Использовался тот же стенд, но теперь мощный резистор 2 Ом использовался для ограничения тока заряда от источника напряжением 5 В. Фактически, добавление этого резистора превратило плату защиты в простой, но полноценный контроллер заряда Li-ion аккумулятора.

Финишный участок процесса заряда (напряжение на аккумуляторе и ток заряда) представлен на следующей осциллограмме (ток аккумулятора поменял знак, естественно):

На осциллограмме видно, что, через небольшое время после отключения тока платой защиты, напряжение на аккумуляторе, лишенном подпитки, чуть-чуть (на 0.1 В) просело.

Этого «чуть-чуть» оказалось вполне достаточно, чтобы напряжение из завышенного (4.3 В) попало в рамки допустимого (4.2 В).

Так что по части защиты от перезаряда констатируем отсутствие каких-либо претензий к тестируемой плате защиты лития. Всё получилось тютелька-в-тютельку!

И, последний по порядку, но не по важности, пункт: проверка на защиту от короткого замыкания.

В течение теста несколько раз при разных напряжениях на аккумуляторе делалось короткое замыкание (без отключения нагрузки).

Защита работала надёжно, напряжение на нагрузке каждый раз сбрасывалось до нуля.

Но есть нюанс: после устранения короткого замыкания напряжение на нагрузке не восстанавливалось. Для восстановления требовалось полное отключение нагрузки хотя бы на долю секунды.

Теперь переходим к следующему герою обзора, который, по идее, должен работать в связке с первым героем.

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест индикатора уровня заряда Li-ion аккумулятора

Индикатор уровня заряда представляет собой небольшую плату с 4-уровневым светодиодным индикатором. Точнее, уровней индикации здесь целых пять; поскольку рамка вокруг четырёх основных индикаторов, как выяснилось в процессе тестирования, тоже участвует в индикации, а не просто служит декорацией.

Электроника индикатора, расположенная на обратной стороне, очень проста:

Здесь расположены: неопознанная микросхема контроллера, линейный стабилизатор напряжения SE8530 (на 3 В), диод «защиты от дурака» (от переполюсовки) T4 и немного всякой мелочи.

Важно: на плате есть контакты S1 — S8 для установки перемычки, обозначающей число секций в аккумуляторе, с которым работает этот индикатор. В процессе теста он проверялся на простом односекционном аккумуляторе 18650, упомянутом в предыдущей части обзора.

Когда напряжение аккумулятора в пределах нормы, то столбик из 4-х светодиодов отображает уровень заряда, а рамка светится просто «для красоты»:

Если напряжение аккумулятора составляет от 3.0 до 3.3 В, то в индикаторе светится только рамка:

А вот в интервале свыше 2.7 и до 3.0 В рамка становится активным участником системы индикации уровня заряда: она мигает, недвусмысленно намекая на катастрофическое падение заряда (недокументированная функция).

При напряжении 2.7 В и ниже рамка просто гаснет: похоже, контроллеру на плате просто не хватает питания.

Теперь — табличка напряжений переключения сегментов индикатора в зависимости от числа секций:

Измерения в односекционном варианте подтвердили указанные значения с высокой точностью (не хуже 2%).

Переключение сегментов в зависимости от уровня заряда не имеет гистерезиса или длительного усреднения показаний; поэтому, если напряжение аккумулятора находится на пограничном уровне между двумя сегментами, то они несколько раз могут перескакивать туда-обратно.

И — ещё немного технических мелочей:
Габариты: 43.5 x 20 x 8 мм;
Ток потребления — не более 5 мА;
Диапазон рабочих температур: -20. +50°С.

Теперь — о технических ограничениях индикатора.

Этот индикатор, в отличие, например, от индикаторов пауэрбанков, не видит, идёт в аккумулятор ток зарядки или нет, и потому никак не может обозначить факт продолжения зарядки.

В пауэрбанках индикаторы интегрированы в контроллер заряда, и потому видят, идёт зарядка или нет. Факт продолжения зарядки они отображают миганием сегментов или миганием цифр (в цифровых индикаторах).

Описанная проблема не является недостатком индикатора, а является следствием принципа его работы: он подключается к схеме только двумя проводами, и ничего, кроме напряжения, «не видит».

В дополнение надо сказать, что у многих продавцов на Алиэкспресс есть почти такой же индикатор, но без возможности назначения количества секций в подключаемом аккумуляторе и с другим контроллером (14-выводная микросхема). На него этот обзор не распространяется (хотя вполне вероятно, что он функционирует точно так же).

Заключение, итоги и выводы

Протестированные устройства — не слишком сложные по функционированию, но, как оказалось, имеют свои «тонкости» в применении.

Плата защиты Li-ion аккумулятора показала свою высокую эффективность в отношении предотвращения перезаряда и защиты от короткого замыкания, но в отношении защиты от переразряда остались некоторые сомнения. Плата позволяет разрядиться аккумулятору несколько сильнее, чем это принято по современным манерам хорошего тона в электронике.

В принципе, подход производителя контроллера защиты DW01B ясен: они учли явления небольшого падения напряжения в аккумуляторе после отключения зарядки и, наоборот, небольшого восстановления напряжения после отключения нагрузки. Это позволит потребителю по максимуму зарядить аккумулятор и также по максимуму использовать его заряд.

Но если по поводу зарядки аккумулятора всё получилось отлично, то по поводу разрядки вопросы остались. Весьма вероятно, что не стоило допускать такого сильного падения напряжения.

Не факт, что это приведёт к каким-то разрушительным последствиям (не так уж велика реальная разница с общепринятым значением), да и в некоторых статьях вообще утверждается, что литий можно безопасно разряжать аж до 2.5 В. К сожалению, из-за разночтений в разных источниках по этому вопросу окончательно установить справедливость подхода производителя контроллера защиты довольно сложно.

Точно можно сказать, что если уж получилась такая разрядка, то не следует оставлять аккумулятор надолго в разряженном состоянии; а надо при первой же возможности его подзарядить.

Тем не менее, возможность такого сильного разряда в процессе работы приведёт, по крайней мере, к несогласованности с индикаторами заряда, подобными описанному в этом обзоре.

При сильном разряде в небольшом интервале напряжений (ниже 2.7 В и до срабатывания защиты от переразряда) возникнет ситуация, когда аккумулятор ещё работает, но индикатор уже ничего не показывает.

Ладно, слишком много слов сказано о плате защиты, надо что-то и об индикаторе заряда сказать.

Что касается индикатора, то при его применении следует помнить, что при подключении к источнику питания он светится постоянно. Если такая ситуация является неприемлемой, то надо задуматься о его кратковременном подключении по команде пользователя, например, банальной кнопкой для проверки заряда.

В целом же к нему никаких претензий нет: он работает, добросовестно выполняя свой алгоритм.

Купить плату защиты литий-ионного аккумулятора можно на Алиэкспресс, например, здесь. Там же имеются платы на более низкие токи (выбирать надо под реальный ток в системе, а не «больше-лучше»). Цена на момент составления обзора — от $1 до $2 в зависимости от конфигурации и способа доставки (может меняться).

Индикатор заряда литий-ионного аккумулятора купить можно, например, здесь. Цена на момент обзора — около $1 с учётом доставки (тоже может меняться).

Индикатор зарядки для Li-ion аккумулятора.

Здравствуйте! С появлением в моём арсенале аккумуляторного инструмента с Li-ion батареями была обнаружена проблема- отсутствие индикатора заряда.
Если в старом инструменте с Ni-Cd батареями эта проблема не стояла так остро ( по потере мощности понятно, что разрядились), то с литием инструмент просто резко встаёт. И, что характерно, обязательно тогда, когда висишь в самом неудобном положении.

Конструкции имеющегося инструмента не позволяют запихнуть плату индикатора внутрь. В форм-факторе корпуса аккумуляторных батарей места тоже нет. Почти.
Перепробовав с пяток различных индикаторов, ничего путного не вышло.
Решил заказать плату такого плана. Её нет необходимости монтировать внутрь инструмента. Можно просто приклеить на боковую стенку корпуса аккумулятора.
Заказал 26 августа, получил 16 сентября. Быстро.

Заказал сразу пару. На два аккумулятора.

Батареи у меня 5S. На боку места хватает для установки. Задняя часть индикатора абсолютно плоская. Можно просто его приклеить, только сделать отверстие в корпусе под провода.

Размеры платы- 60 мм Х 15 мм Х 2 мм. На передней части плёнка с обозначениями. Сзади два провода питания. Красный (+) и чёрный (-).

Под плёнкой внутренности индикатора. Плата двойная, чтобы сам индикатор выглядел плоским. Отличное решение.

На чипе разглядел только цифры 324, буквы плохо видно. Похож на ОУ LM 324, который применяется в таких конструкциях индикаторов.

Приклеить индикатор-это слишком просто. Люблю заморочиться. Разбираю аккумулятор, размечаю расположение индикатора и всё лишнее удаляю. Стенка корпуса толщиной 1,5 мм. Как раз под плату.

После обработки надфилями получаем вот такую дырку.

Т.к. пластик корпуса вязкий, то индикатор входит внатяг. Держится очень плотно. Во внутрь продавить не получится, там аккумуляторы впритык к стенке.
А снаружи наклейка с чудо-вольтажом.

Красный провод припаиваем к (В+) балансировочной платы, чёрный- к (В-).

Собрал. В наклейке прорезал паз, чтобы было видно индикацию( зря, наклейка просвечивает и всё видно, было реализовано при инсталляции второй платы).

Все пять светодиодов загораются при нажатии на кнопку при полностью заряженном аккумуляторе.

Индикация происходит в течении 3 секунд на одной плате и, почему-то, 10 секунд на другой.

Замерил пороги напряжения срабатывания индикатора.

Горят 5 диодов- 20,3 В (полностью заряженный акк показал 20,6 В. На фото подсажен чуть)
Горят 4 диода — 19,8 В
Горят 3 диода — 18,9 В
Горят 2 диода — 18,1 В
Горит 1 диод — 17,1 В (красный)

Когда защита от разряда срабатывает( инструмент не реагирует), мультиметр показывает 10,9 В, красный диод горит.

Вторую плату установил аналогично. Только наклейку не стал резать. Она нормально просвечивает.

Поторопился с первой. Ну что уж.

Наконец-то удалось сделать индикацию разряда. Удобная вещь. Надеюсь, что не зря тратил на это время и данная штука действительна нужна. Осталось найти индикаторы к 3S аккумуляторам ещё одного моего шуруповёрта.

Всем спасибо и удачных покупок!

Индикатор заряда аккумулятора 18650 схема подключения

Литиевые аккумулятор (Li-Io, Li-Po) являются самыми популярными на данный момент перезаряжаемыми источниками электрической энергии. Литиевый аккумулятор имеет номинальное напряжение 3.7 Вольт, именно оно указывается на корпусе. Однако, заряженный на 100% аккумулятор имеет напряжение 4.2 В, а разряженный “в ноль” – 2.5 В, вообще нет смысла разряжать аккумулятор ниже 3 В, во-первых, он от этого портится, во-вторых, в промежутке от 3 до 2.5 В аккумулятор отдаёт всего пару процентов энергии. Таким образом, рабочий диапазон напряжений принимаем 3 – 4.2 Вольта. Мою подборку советов по эксплуатации и хранению литиевых аккумуляторов вы можете посмотреть вот в этом видео

Последовательно или параллельно?

При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется BMS (Battery Monitoring System), она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки, об этом речь пойдёт ниже. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда, я напомню, литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково, иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно использовать аккумуляторы с разной емкостью. Единственное исключение – работа при больших токах. На разных аккумуляторах под нагрузкой по-разному просаживается напряжение, и между “сильным” и “слабым” акумом начнёт бежать ток, а этого нам совсем не нужно. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели, то есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать.

В обоих рассмотренных случаях нужно соблюдать ток зарядки и ток разрядки. Ток зарядки для Li-Io не должен превышать половины ёмкости аккумулятора в амперах (аккумулятор на 1000 mah – заряжаем 0.5 А, аккумулятор 2 Ah, заряжаем 1 А). Максимальный ток разрядки обычно указан в даташите (ТТХ) аккумулятора. Например: ноутбучные 18650 и аккумы от смартфонов нельзя грузить током, превышающим 2 ёмкости аккумулятора в Амперах (пример: акум на 2500 mah, значит максимум с него нужно брать 2.5*2 = 5 Ампер). Но существуют высокотоковые аккумуляторы, где ток разряда явно указан в характеристиках.

Промежуточным вариантом является переключение аккумуляторов из последовательного соединения в параллельное (для зарядки), что подробно рассмотрено в видеоролике ниже, а все схемы и ссылки на переключатели вы найдёте вот здесь https://alexgyver.ru/18650/

Особенности зарядки китайскими модулями

Стандартный покупной зарядно-защитный модуль за 20 рублей для литиевого аккумулятора (ссылка на aliexpress) позиционируется продавцом как модуль для одной банки 18650. Может и будет заряжать любой литиевый аккумулятор вне зависимости от формы, размера и емкости до правильного напряжения 4,2 вольта (напряжение полностью заряженного аккумулятора, под завязку). Даже если это огромный литиевый пакет на 8000mah (разумеется речь идет про одну ячейку на 3,6-3,7v). Модуль дает зарядный ток 1 ампер, это значит что им можно без опаски заряжать любой аккумулятор емкостью от 2000mah и выше (2Ah, значит зарядный ток – половина емкости, 1А) и соответственно время зарядки в часах будет равно емкости аккумулятора в амперах (на самом деле чуть больше, полтора-два часа на каждые 1000mah). Кстати аккумулятор можно подключать к нагрузке уже во время заряда.

Важно! Если вы хотите заряжать аккумулятор меньшей емкости (например одну старую банку на 900mah или крошечный литиевый пакетик на 230mah), то зарядный ток 1А это много, его следует уменьшить. Это делается заменой резистора R3 на модуле согласно приложенной таблице. Резистор необязательно smd, подойдет самый обычный. Напоминаю, что зарядный ток должен составлять половину от емкости аккумулятора (или меньше, не страшно).

Но если продавец говорит, что этот модуль для одной банки 18650, можно ли им заряжать две банки? Или три? Что если нужно собрать емкий пауэрбанк из нескольких аккумуляторов? МОЖНО! Все литиевые аккумуляторы можно подключать параллельно (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕМКОСТИ. Спаянные параллельно аккумуляторы сохраняют рабочее напряжение 4,2v а их емкость складывается. Даже если вы берете одну банку на 3400mah а вторую на 900 – получится 4300. Аккумуляторы будут работать как одно целое и разряжаться будут пропорциональной своей емкости.

Напряжение в ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ сборке ВСЕГДА ОДИНАКОВО НА ВСЕХ АККУМУЛЯТОРАХ! И ни один аккумулятор физически не может разрядиться в сборке раньше других, здесь работает принцип сообщающихся сосудов. Те, кто утверждают обратное и говорят что аккумуляторы с меньшей емкостью разрядятся быстрее и умрут – путают с ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ сборкой, плюйте им в лицо.

Важно! Перед подключением друг к другу все аккумуляторы должны иметь примерно одинаковое напряжение, чтобы в момент спаивания между ними не потекли уравнительные токи, они могут быть очень большими. Поэтому лучше всего перед сборкой просто зарядить каждый аккумулятор по отдельности. Разумеется время зарядки всей сборки будет увеличиваться, раз вы используете все тот же модуль на 1А. Но можно спараллелить два модуля, получив зарядный ток до 2А (если ваше зарядное устройство может столько дать). Для этого нужно соединить перемычками все аналогичные клеммы модулей (кроме Out- и B+, они продублированы на платах другими пятаками, уже и так окажутся соединенными). Либо можно купить модуль, на котором микросхемы уже стоят в параллель. Этот модуль способен заряжать током в 3 Ампера.

Простите за совсем очевидные вещи, но люди по-прежнему путают, поэтому придется обсудить разницу между параллельным и последовательным соединением.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ соединение (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) сохраняет напряжение аккумулятора 4,2 вольта, но увеличивает емкость, складывая все емкости вместе. Во всех пауэрбанках применяется параллельное соединение нескольких аккумуляторов. Такая сборка по-прежнему может заряжаться от USB и повышающим преобразователем напряжение поднимается до выходных 5v.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ соединение (каждый плюс к минусу последующего аккумулятора) дает кратное увеличение напряжения одной заряженной банки 4,2в (2s – 8,4в, 3s – 12,6в и так далее), но емкость остается прежняя. Если используются три аккумулятора на 2000mah, то емкость сборки – 2000mah.

Важно! Считается что для последовательной сборки священно обязательно нужно использовать только аккумуляторы одинаковой емкости. На самом деле это не так. Можно использовать разные, но тогда емкость батареи будет определяться НАИМЕНЬШЕЙ емкостью в сборке. Складываете 3000+3000+800 – получаете сборку на 800mah. Тогда спецы начинают кукарекать, что тогда менее емкий аккумулятор будет быстрее разряжаться и умрет. А это неважно! Главное и действительно священное правило – для последовательной сборки всегда и обязательно нужно использовать плату защиты BMS на нужное количество банок. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. В случае с банкой на 800 она и разрядится, БМС отключит нагрузку от батареи, разряд остановится и остаточный заряд по 2200mah на остальных банках уже не будет иметь значения – нужно заряжаться.

Плата BMS в отличии от одинарного зарядного модуля НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ последовательной сборки. Для зарядки нужен настроенный источник нужного напряжения и тока. Об этом Гайвер снял видео, поэтому не тратьте время, посмотрите его, там об этом максимально досконально.

Обзор платы защиты Li-ion-аккумулятора и индикатора уровня заряда: тонкости функционирования, очевидные и не очень

В одних устройствах, питающихся от литий-ионных аккумуляторов, имеется вся необходимая для аккумуляторов обвязка: индикатор уровня заряда и контроллер заряда/разряда, включающий защиту от превышения токов и напряжений.

Но во многих «упрощенных» конструкциях нет какой-то части их этих компонентов или даже всех. В этом случае, чтобы аккумуляторы жили долго и счастливо, об их защите и индикации следует позаботиться самому пользователю.

Также и в конструкциях DIY («сделай сам») их автору тоже придётся самостоятельно об этом позаботиться.

Плата защиты аккумулятора является обязательным компонентом: она спасёт не только сам аккумулятор, но и, в случае короткого замыкания или иных чрезвычайных ситуаций, много другого добра.

Плата индикации уровня заряда в конструкциях не столь обязательна, но позволит исключить ситуацию внезапного отключения аппаратуры в самый неудобный момент (именно так чаще всего и бывает).

Содержание

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест платы защиты li-ion аккумулятора

Плата защиты представляет собой узкую и тонкую полоску с элементами, которая по габаритам легко помещается на мизинце: размеры платы 38 * 7 * 2 мм.

На плате расположены шесть транзисторных сборок 8205, контроллер DW01B и минимальная обвязка.

Схема платы — очень простая (взята из технического описания контроллера DW01B):

В каждой транзисторной сборке на плате содержатся по два последовательных MOSFET-а (как на схеме); и все шесть сборок запараллелены. Такая конструкция обеспечивает ток до 15 А, после чего должна срабатывать защита (отключение), причём независимо от направления тока (заряд или разряд).

У того же продавца имеются в продаже платы с тремя или четырьмя транзисторными сборками на борту. Вариант платы должен выбираться не принципу «больше-лучше», а исходя из реальных токов в системе (чтобы защита сработала вовремя, а не тогда, когда от схемы одни угольки остались).

Теперь можно изложить и обсудить параметры контроллера DW01B:

Итак, что мы видим в параметрах?

Системы защиты по напряжениям работают с некоторым гистерезисом: возврат схемы к исходному состоянию происходит немного при другом напряжении, нежели первоначальное срабатывание.

Кроме того, срабатывание происходит с некоторой задержкой по времени.

Все эти меры приняты для того, чтобы не было ложных срабатываний от кратковременных помех или колебаний потребления питаемой схемы. В общем, в этой части всё сделано по-умному.

А вот некоторые вопросы и сомнения вызывают номиналы напряжений защиты от перезаряда и переразряда, которые здесь составляют 4.3 В и 2.5 В соответственно.

Они отличаются от рекомендуемых для лития 4.2 В и 3.0-3.2 В.

Тем не менее, в процессе теста вопросы по завышенному напряжению заряда удастся полностью снять, а вот с защитой от переразряда всё окажется не так радужно.

Интересным образом в контроллере защиты организовано измерение втекающего/вытекающего тока аккумулятора: для этого в схеме нет резистора-«пробника» или шунта. Ток измеряется по падению напряжения при его протекании через открытые MOSFET-ы. С одной стороны, это упрощает схему; но, с другой стороны, при этом будет иметь значение разброс параметров применённых транзисторов.

Перед тестом, просто для порядка, посмотрим на обратную сторону платы:

Здесь всё хорошо: широкие печатные проводники для сильноточных цепей и обширные контактные площадки для внешних соединений.

Теперь переходим к тестам.

Первый тест: разряд Li-ion аккумулятора через тестируемую плату защиты. Использовался аккумулятор 18650 относительно небольшой ёмкости (2000 мАч), разряд производился на мощный резистор 2 Ом. Для съёма осциллограммы тока использовался резистор сопротивлением

0.12 Ом («самокрутка» из нихромовой проволоки). Кривые снимались осциллографом Fnirsi-1013D.

Посмотрим на осциллограмму финишного участка процесса разряда. На осциллограмме желтая кривая — напряжение на на аккумуляторе (нулевая линия внизу скриншота); голубая линия — ток разряда (нулевая линия — посередине скриншота), развёртка 50 секунд / деление:

Теперь обсудим результаты.

Сначала плата защиты отключает нагрузку при падении напряжения на аккумуляторе до 2.6 В. Затем через некоторое время аккумулятор без нагрузки сам по себе немного восстанавливается до 2.9 В, и плата вновь подключает нагрузку; через несколько секунд напряжение падает, нагрузка отключается, и далее это повторяется ещё несколько раз до полного «успокоения» системы на уровне напряжения аккумулятора в пределах 2.85 — 2.9 В.

Если же нагрузку после первого срабатывания защиты совсем отключить, то самовосстановление аккумулятора продолжается и далее, останавливаясь на напряжении 3.1 В. Здесь важна только величина напряжения; практической же пользы из такого восстановления извлечь не получится: слишком мала величина восстановившегося заряда.

В итоге, в случае, если нагрузка не отключена, то остаточное напряжение аккумулятора оказывается несколько ниже общепринятого порога допустимого разряда.

Если же нагрузка будет полностью отключена, то остаточное напряжение худо-бедно всё-таки попадёт в рекомендуемый интервал.

Второй тест: зарядка аккумулятора через данную плату. Использовался тот же стенд, но теперь мощный резистор 2 Ом использовался для ограничения тока заряда от источника напряжением 5 В. Фактически, добавление этого резистора превратило плату защиты в простой, но полноценный контроллер заряда Li-ion аккумулятора.

Финишный участок процесса заряда (напряжение на аккумуляторе и ток заряда) представлен на следующей осциллограмме (ток аккумулятора поменял знак, естественно):

На осциллограмме видно, что, через небольшое время после отключения тока платой защиты, напряжение на аккумуляторе, лишенном подпитки, чуть-чуть (на 0.1 В) просело.

Этого «чуть-чуть» оказалось вполне достаточно, чтобы напряжение из завышенного (4.3 В) попало в рамки допустимого (4.2 В).

Так что по части защиты от перезаряда констатируем отсутствие каких-либо претензий к тестируемой плате защиты лития. Всё получилось тютелька-в-тютельку!

И, последний по порядку, но не по важности, пункт: проверка на защиту от короткого замыкания.

В течение теста несколько раз при разных напряжениях на аккумуляторе делалось короткое замыкание (без отключения нагрузки).

Защита работала надёжно, напряжение на нагрузке каждый раз сбрасывалось до нуля.

Но есть нюанс: после устранения короткого замыкания напряжение на нагрузке не восстанавливалось. Для восстановления требовалось полное отключение нагрузки хотя бы на долю секунды.

Теперь переходим к следующему герою обзора, который, по идее, должен работать в связке с первым героем.

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест индикатора уровня заряда Li-ion аккумулятора

Индикатор уровня заряда представляет собой небольшую плату с 4-уровневым светодиодным индикатором. Точнее, уровней индикации здесь целых пять; поскольку рамка вокруг четырёх основных индикаторов, как выяснилось в процессе тестирования, тоже участвует в индикации, а не просто служит декорацией.

Электроника индикатора, расположенная на обратной стороне, очень проста:

Здесь расположены: неопознанная микросхема контроллера, линейный стабилизатор напряжения SE8530 (на 3 В), диод «защиты от дурака» (от переполюсовки) T4 и немного всякой мелочи.

Важно: на плате есть контакты S1 — S8 для установки перемычки, обозначающей число секций в аккумуляторе, с которым работает этот индикатор. В процессе теста он проверялся на простом односекционном аккумуляторе 18650, упомянутом в предыдущей части обзора.

Когда напряжение аккумулятора в пределах нормы, то столбик из 4-х светодиодов отображает уровень заряда, а рамка светится просто «для красоты»:

Если напряжение аккумулятора составляет от 3.0 до 3.3 В, то в индикаторе светится только рамка:

А вот в интервале свыше 2.7 и до 3.0 В рамка становится активным участником системы индикации уровня заряда: она мигает, недвусмысленно намекая на катастрофическое падение заряда (недокументированная функция).

При напряжении 2.7 В и ниже рамка просто гаснет: похоже, контроллеру на плате просто не хватает питания.

Теперь — табличка напряжений переключения сегментов индикатора в зависимости от числа секций:

Измерения в односекционном варианте подтвердили указанные значения с высокой точностью (не хуже 2%).

Переключение сегментов в зависимости от уровня заряда не имеет гистерезиса или длительного усреднения показаний; поэтому, если напряжение аккумулятора находится на пограничном уровне между двумя сегментами, то они несколько раз могут перескакивать туда-обратно.

И — ещё немного технических мелочей:
Габариты: 43.5 x 20 x 8 мм;
Ток потребления — не более 5 мА;
Диапазон рабочих температур: -20. +50°С.

Теперь — о технических ограничениях индикатора.

Этот индикатор, в отличие, например, от индикаторов пауэрбанков, не видит, идёт в аккумулятор ток зарядки или нет, и потому никак не может обозначить факт продолжения зарядки.

В пауэрбанках индикаторы интегрированы в контроллер заряда, и потому видят, идёт зарядка или нет. Факт продолжения зарядки они отображают миганием сегментов или миганием цифр (в цифровых индикаторах).

Описанная проблема не является недостатком индикатора, а является следствием принципа его работы: он подключается к схеме только двумя проводами, и ничего, кроме напряжения, «не видит».

В дополнение надо сказать, что у многих продавцов на Алиэкспресс есть почти такой же индикатор, но без возможности назначения количества секций в подключаемом аккумуляторе и с другим контроллером (14-выводная микросхема). На него этот обзор не распространяется (хотя вполне вероятно, что он функционирует точно так же).

Заключение, итоги и выводы

Протестированные устройства — не слишком сложные по функционированию, но, как оказалось, имеют свои «тонкости» в применении.

Плата защиты Li-ion аккумулятора показала свою высокую эффективность в отношении предотвращения перезаряда и защиты от короткого замыкания, но в отношении защиты от переразряда остались некоторые сомнения. Плата позволяет разрядиться аккумулятору несколько сильнее, чем это принято по современным манерам хорошего тона в электронике.

В принципе, подход производителя контроллера защиты DW01B ясен: они учли явления небольшого падения напряжения в аккумуляторе после отключения зарядки и, наоборот, небольшого восстановления напряжения после отключения нагрузки. Это позволит потребителю по максимуму зарядить аккумулятор и также по максимуму использовать его заряд.

Но если по поводу зарядки аккумулятора всё получилось отлично, то по поводу разрядки вопросы остались. Весьма вероятно, что не стоило допускать такого сильного падения напряжения.

Не факт, что это приведёт к каким-то разрушительным последствиям (не так уж велика реальная разница с общепринятым значением), да и в некоторых статьях вообще утверждается, что литий можно безопасно разряжать аж до 2.5 В. К сожалению, из-за разночтений в разных источниках по этому вопросу окончательно установить справедливость подхода производителя контроллера защиты довольно сложно.

Точно можно сказать, что если уж получилась такая разрядка, то не следует оставлять аккумулятор надолго в разряженном состоянии; а надо при первой же возможности его подзарядить.

Тем не менее, возможность такого сильного разряда в процессе работы приведёт, по крайней мере, к несогласованности с индикаторами заряда, подобными описанному в этом обзоре.

При сильном разряде в небольшом интервале напряжений (ниже 2.7 В и до срабатывания защиты от переразряда) возникнет ситуация, когда аккумулятор ещё работает, но индикатор уже ничего не показывает.

Ладно, слишком много слов сказано о плате защиты, надо что-то и об индикаторе заряда сказать.

Что касается индикатора, то при его применении следует помнить, что при подключении к источнику питания он светится постоянно. Если такая ситуация является неприемлемой, то надо задуматься о его кратковременном подключении по команде пользователя, например, банальной кнопкой для проверки заряда.

В целом же к нему никаких претензий нет: он работает, добросовестно выполняя свой алгоритм.

Купить плату защиты литий-ионного аккумулятора можно на Алиэкспресс, например, здесь. Там же имеются платы на более низкие токи (выбирать надо под реальный ток в системе, а не «больше-лучше»). Цена на момент составления обзора — от $1 до $2 в зависимости от конфигурации и способа доставки (может меняться).

Индикатор заряда литий-ионного аккумулятора купить можно, например, здесь. Цена на момент обзора — около $1 с учётом доставки (тоже может меняться).