Зарядка литий-ионных аккумуляторов 18650 своими руками
Статья обновлена: 2020-11-19
Статья обновлена: 19.11.2020
Для зарядки Li-ion аккумуляторов 18650 и других типоразмеров важно использовать надежные и походящие им зарядные устройства. Используемое ЗУ должно выдавать подходящий ток зарядки и работать в режиме CC/CV, без излишнего заряда и токовых перегрузок.
Купить готовое устройство с нужными параметрами – проще и надежнее, чем собирать зарядку для литий-ионных аккумуляторов 18650 своими руками. Но такая возможность есть, и самостоятельно сделать зарядник по простой схеме может каждый электронщик.
Подготовка
Для создания зарядного устройства для аккумулятора 18650 своими руками пригодятся:
- модуль на базе чипа TP4056, а именно вариант со схемой защиты – для отслеживания напряжения при помощи компонентов DW01A и FS8205A;
- блок питания с вольтажом 12 В и током 2 А;
- SPST-выключатель с 2 выводами;
- блок питания на 5 В или вместо него стабилизатор 7805 и 4 конденсатора на 100 нФ;
- отсек для цилиндрического Li-ion элемента со стандартными параметрами 18х65 мм;
- печатная плата;
- разъем питания;
- паяльник для сборки элементов по схеме;
- пластиковая коробочка с ориентировочными размерами 8 см х7 см х 3 см;
- клей для фиксации компонентов;
- горячий нож для резки пластика;
- винты, отвертка для завинчивания крышки.
Алгоритм зарядки Li-ion аккумуляторов
Для Li-ion элементов характерно линейное изменение тока и напряжения. Поэтому для восполнения их заряда через USB или обычный блок питания отлично подходит модуль с чипом TP4056. О протекании процесса зарядки сообщают диоды. Безопасное восполнение заряда ведется при стабильном токе 0,2–0,7С. Когда Uвых достигает 4,2 В, начинается зарядка при U=const с плавным снижением тока до 10% от его исходного значения.
Зарядный ток регулирует резистор, соединенный с выводом PROG. Продаваемые модули этой конфигурации обычно имеют резистор на 1,2 кОм и обеспечивают зарядный ток 1 А. Для подзарядки достаточно подать на входной разъем напряжение 4–8 В и соединить «плюс» и «минус» заряжаемой «банки» с контактами модуля TP4056.
Сборка зарядки для литиевого аккумулятора 18650 по схеме
Для завершения сборки электрокомпонентов нужно спаять их согласно схеме:
- Положительный контакт разъема питания соединить с произвольным контактом выключателя, а отрицательный – с выводом GND стабилизатора.
- Свободный контакт выключателя объединить с выводом Vin стабилизатора.
- На макетной плате в диапазоне между Vin и GND выводами поместить параллельно 3 конденсатора.
- Между точками Vout и GND поставить оставшийся 1 конденсатор.
- Соединить выводы Vout и IN+, GND и IN-.
- Положительный контакт аккумуляторного отсека свести с выводом B+, а отрицательный – с В-.
При использовании вместо стабилизатора и конденсаторов 5–вольтного блока питания сделать самому зарядку 18650 еще проще. Нужно просто подключить полюса блока питания к выводам IN+ и IN- модуля TP4056. По окончании пайки остается поместить собранную схему в пластиковый корпус. По заранее прочерченным линиям при помощи горячего ножа в нем нужно сделать окошки для компактного размещения всех компонентов: USB-порта, диодов, выключателя и разъема.
Все компоненты размещаются в самодельном корпусе. Аккумуляторный отсек крепится термоклеем. Модуль TP4056 устанавливается так, чтобы диоды и USB разъем попали в подготовленные под них прорези, и приклеиваются. В конце размещаются и фиксируются клеем стабилизатор, разъем и выключатель. Затем остается привинтить крышку и зашлифовать наждачкой края окошек. Аналогично можно сделать своими руками и зарядку для трех 18650 аккумуляторов, используя соответствующую схему.
Ранее в нашем блоге приводились основные технические характеристики источников бесперебойного питания.
2020-11-19
Комментарии: 0
Просмотры: 6720
Комментарии
Самодельное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов 18650
Аккумуляторы играют важную роль в любом механизме, работающим не от сети. Перезаряжаемые аккумуляторные батареи стоят довольно дорого, из-за того, что вместе с ними нужно приобретать зарядное устройство. В аккумуляторных батареях используются разные комбинации проводниковых материалов и электролитов – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионполимерные (Li-Po).
Я использую литий-ионные аккумуляторы в своих проектах, поэтому решил сделать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, а не покупать дорогое, так что приступим.
Шаг 1: Видео
В видео показана сборка зарядного устройства.
Ссылка на youtube
Шаг 2: Список электрокомпонентов
Показать еще 3 изображения
Список компонентов, необходимых для сборки зарядного устройства для аккумуляторных батареек 18650:
- Модуль зарядного устройства на базе чипа TP4056 с защитой аккумулятора
- Блок питания 12В 2А
- Выключатель SPST с двумя контактами
- Стабилизатор напряжения 7805, вам понадобится 1 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)
- Конденсатор 100 нФ, 4 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)
- Батарейный отсек 18650
- Разъем питания
- Печатная плата
Шаг 3: Список инструментов
Для работы вам будут нужны следующие инструменты:
- Паяльник и проволочный припой
- Горячий нож
- Клеевой пистолет и палочки термоклея
- Отвертка и винты
- Пластиковая коробочка 8х7х3 см (или близкая по размерам)
Теперь, когда все нужные инструменты и компоненты подготовлены к работе, займемся модулем ТР4056.
Шаг 4: Модуль зарядного устройства Li-io аккумуляторов на основе чипа ТР4056
Немного подробнее об этом модуле. На рынке представлены два варианта этих модулей: с защитой аккумулятора и без нее.
Коммутационная плата, содержащая схему защиты, осуществляет контроль напряжения с помощью фильтра цепи питания DW01A (интегральная схема защиты батареи) и FS8205A (N-канальный транзисторный модуль). Таким образом, коммутационная плата содержит три интегральных схемы (TP4056+DW01A+FS8205A), в то время как модуль зарядного устройства без защиты батареи содержит лишь одну интегральную схему (TP4056).
TP4056 – модуль заряда одноэлементных Li-io аккумуляторов с линейным зарядом постоянного тока и напряжения. Корпус SOP и малое число внешних компонентов делают этот модуль прекрасным вариантом для использования в самодельных электроприборах. Он заряжает через USB так же хорошо, как через обычный блок питания. Распиновка модуля TP4056 прилагается (рис.2), как и график цикла зарядки (рис.
Чтобы не повредить аккумулятор, заряд 3,7 В литий-ионных аккумуляторов должен осуществляться при значении постоянного тока 0,2-0,7 от их емкости, пока выходное напряжение не достигнет 4,2 В, после чего заряд будет осуществляться постоянным напряжением и постепенно снижающимся (до 10% от первоначального значения) током. Мы не можем прервать заряд при напряжении 4,2 В, так как уровень заряда будет 40-80% от полной емкости аккумулятора. За этот процесс отвечает модуль TP4056. Еще один важный момент – резистор, соединенный с выводом PROG, определяет зарядный ток. В модулях, представленных на рынке, обычно с этим выводом соединен 1,2 КОм резистор, что соответствует зарядному току 1А (рис.5). Чтобы получить другие значения зарядного тока, можно попробовать ставить другие резисторы.
Даташит модуля ТР4056
DW01A – интегральная схема защиты батареи, на рис. 6 показана обычная схема подключения. Полевые МОП-транзисторы М1 и М2 соединены внешне интегральной схемой FS8205A.
Даташит DW01A
Даташит FS8205A
Эти компоненты установлены на коммутационной плате модуля заряда литий-ионных батарей TP4056, ссылка на который есть в Шаге 2. Мы должны сделать только две вещи: дать напряжение в диапазоне 4-8 В на входной разъем, и соединить полюса аккумулятора и контактами + и – модуля TP4056.
После этого продолжим сборку зарядного устройства.
Шаг 5: Схема проводки
Чтобы завершить сборку электрокомпонентов, спаяем их в соответствии со схемой. Я приложил схему в программе Fritzing и фото физического соединения.
- + контакт разъема питания соединяем с одним из контактов выключателя, а – контакт разъема питания соединяем с пином GND стабилизатора 7805
- Второй контакт выключателя соединяем с пином Vin стабилизатора 7805
- Устанавливаем три конденсатора 100 нФ параллельно между Vin и GND пинами стабилизатора напряжения (для этого используйте макетную плату)
- Устанавливаем конденсатор 100 нФ между пинами Vout и GND стабилизатора напряжения (на макетной плате)
- Соедините Vout пин стабилизатора напряжения с IN+ пином модуля TP4056
- Соедините пин GND стабилизатора напряжения с IN- пином модуля TP4056
- Соедините + контакт батарейного отсека с B+ пином модуля TP4056, а – контакт батарейного отсека соедините с В- пином модуля TP4056
На этом соединения завершены.
Если вы используете 5 В блок питания, пропускайте все пункты с подключениями к стабилизатору напряжения 7805, и подключайте + и – блока напрямую к IN+ и IN- пинам модуля TP4056 соответственно.Если вы будете использовать 12В блок питания, при прохождении тока 1А стабилизатор 7805 будет нагреваться, это можно исправить теплоотводом.
Шаг 6: Сборка, часть 1: прорезаем отверстия в корпусе
Показать еще 7 изображений
Для того, чтобы правильно уместить все электрокомпоненты в корпусе, в нем нужно прорезать отверстия:
- Лезвием ножа отметьте на корпусе границы батарейного отсека (рис.1).
- Горячим ножом прорежьте отверстие по сделанным меткам (рис.2 и 3).
- После прорезания отверстия, корпус должен выглядеть как на рис.4.
- Отметьте место, где будет находиться USB-разъем модуля TP4056 (рис.5 и 6).
- Горячим ножом прорежьте в корпусе отверстие для USB-разъема (рис. 7).
- Отметьте места на корпусе, где будут находиться диоды модуля TP4056 (рис.
- Горячим ножом прорежьте отверстия под диоды (рис. 10).
- Таким же образом сделайте отверстия под разъем питания и выключатель (рис.11 и 12)
Шаг 7: Сборка, часть 2: устанавливаем электрокомпоненты
Следуйте инструкции, чтобы установить компоненты в корпусе:
- Установите батарейный отсек так, чтобы монтажные точки были снаружи отсека/корпуса. Клеевым пистолетом приклейте отсек (рис.1).
- Установите на место модуль TP4056 так, чтобы USB0разъем и диоды попали в соответствующие отверстия, зафиксируйте термоклеем (рис.2).
- Установите на место стабилизатор напряжения 7805, зафиксируйте термоклеем (рис.3).
- Установите на свои места разъем питания и выключатель, зафиксируйте их термоклеем (рис.4).
- Расположение компонентов должно выглядеть так же, как на рис.5.
- Нижнюю крышку закрепите на месте винтами (рис.6).
- Позже я закрыл неровности, оставшиеся от горячего ножа, черной изолентой. Также их можно сгладить наждачкой.
Завершенное зарядное устройство показано на рис.7. теперь его нужно испытать.
Шаг 8: Испытание
Установите разряженный аккумулятор в зарядное устройство. Включите питание в разъем 12В или USB. Красный диод должен моргать, это значит, что идет процесс заряда.
Когда заряд будет завершен, должен загореться синий диод.
Прикладываю фото зарядного устройства в процессе заряда и фото с заряженным аккумулятором.
На этом работа завершена.
5 простых и быстрых способов зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства
Литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными в различных электронных устройствах, от сотовых телефонов до портативных компьютеров.
Эти аккумуляторы имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными свинцово-кислотными или никель-кадмиевыми аккумуляторами, включая меньший вес, более высокую плотность энергии и отсутствие эффекта памяти.
Однако у литий-ионных аккумуляторов есть один существенный недостаток: для них требуется специальное зарядное устройство.
В отличие от свинцово-кислотных или никель-кадмиевых аккумуляторов, которые можно заряжать с помощью простого адаптера переменного тока, литий-ионные аккумуляторы необходимо заряжать с помощью зарядного устройства, специально предназначенного для них.
Если вы оказались без зарядного устройства для литий-ионного аккумулятора, не паникуйте, в вашем распоряжении есть другие варианты.
Есть несколько способов зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства.
Однако, прежде чем мы углубимся в это, важно понять, как работают эти батареи и насколько осторожными вы должны быть при зарядке литий-ионной батареи.
Содержание
- Почему заряд литий-ионного аккумулятора разный?
- Можно ли заряжать литиевую батарею с помощью обычного зарядного устройства?
- В чем разница между зарядным устройством для никель-кадмиевых аккумуляторов и зарядным устройством для литий-ионных аккумуляторов?
- Как зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства?
- Можно ли оставлять литий-ионные аккумуляторы в зарядном устройстве?
- Как безопасно расположить литий-ионный аккумулятор во время зарядки
- Заключение
Различные литий-ионные аккумуляторы имеют разное напряжение заряда. Эмпирическое правило заключается в том, что чем выше напряжение, тем быстрее будет заряжаться аккумулятор. Однако есть и другие факторы, которые могут повлиять на скорость зарядки аккумулятора, например тип аккумулятора, качество зарядного устройства и даже погода.
Тем не менее, как правило, можно с уверенностью предположить, что зарядное устройство с более высоким напряжением будет заряжать литий-ионный аккумулятор быстрее, чем зарядное устройство с более низким напряжением. Конечно, вам нужно свериться с документацией к вашему аккумулятору, чтобы быть уверенным — некоторые аккумуляторы могут быть несовместимы с высоковольтными зарядными устройствами.
Можно ли заряжать литиевую батарею с помощью обычного зарядного устройства?Да! Если ваше обычное зарядное устройство (которое является свинцово-кислотным зарядным устройством) настроено на максимальное напряжение и не имеет активного режима автоматического выравнивания, вы можете использовать его для зарядки литиевых аккумуляторов.
В конце концов, наиболее эффективным методом увеличения производительности и срока службы любой литиевой батареи является использование зарядного устройства с определенным алгоритмом зарядки лития.
В чем разница между зарядным устройством для никель-кадмиевых аккумуляторов и зарядным устройством для литий-ионных аккумуляторов?Зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов или элементы и зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов различаются следующим образом:
- Напряжения элементов значительно различаются; LiIon — 3,7 вольта, тогда как NiCads — 1,2 вольта.
- Между двумя технологиями также есть различия в зарядных токах.
- Из-за более высокого риска возгорания из-за неисправных или перезаряженных литий-ионных элементов зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов обычно включают более сложную схему ограничения тока, чем зарядные устройства для NiCad.
Возможно, вы не захотите прибегать к зарядке аккумулятора без зарядного устройства, но что произойдет, если вы окажетесь в чрезвычайной ситуации или отправитесь в поход в отдаленном районе без доступа к зарядному устройству?
Хорошей новостью является то, что есть способы зарядить литий-ионные аккумуляторы без зарядных устройств. Это может показаться невозможным подвигом, но это возможно!
Вот подборка способов зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства.
1. Используйте порт USBЕсли вы используете порт USB, сначала необходимо убедиться, что порт выдает не менее 2 ампер.
Если это так, вы можете подключить конец USB к любому USB-совместимому устройству, например, к ПК, настольному компьютеру, камере, внешнему аккумулятору, принтеру или другим электронным устройствам.
Подсоедините положительный и отрицательный провода USB-кабеля к соответствующим контактам на аккумуляторе.
2. Солнечная Зарядка батареи с питанием от панелиОтличным источником питания постоянного тока являются солнечные батареи, поэтому, если вы используете солнечную панель, подключите положительный и отрицательный выводы панели к соответствующим контактам на батарее.
Однако из-за изменения направления солнца и температуры выходное напряжение обычно колеблется, что в большинстве случаев делает его нестабильным.
Но вы можете контролировать это, убедившись, что на солнечную панель попадают прямые солнечные лучи.
Кроме того, настоятельно рекомендуется подключить контроллер зарядного устройства к солнечной системе зарядки, прежде чем использовать его для зарядки аккумулятора.
Если у вас нет контроллера зарядного устройства, обратите внимание на номинал 12 вольт на солнечной панели, чтобы снизить ее выходное напряжение с 17 вольт до 13 или 15 вольт. (Обязательно отключите аккумулятор, как только он станет слишком горячим).
После подключения USB-кабеля или солнечной панели подождите, пока индикатор на аккумуляторе не станет зеленым. Это означает, что он полностью заряжен и готов к использованию.
3. Зарядка от адаптера переменного токаЕсли ваше устройство имеет Адаптер переменного тока , вы можете использовать его для зарядки литий-ионного аккумулятора без зарядного устройства. Просто не забудьте изменить ограничения напряжения на адаптере, прежде чем подключать его к устройству.
Большинство адаптеров переменного тока рассчитаны на 100–240 В переменного тока, поэтому вам необходимо найти тот, который совместим с напряжением в вашей стране.
Чтобы изменить настройку напряжения адаптера, найдите переключатель или ручку рядом с выходным портом и установите соответствующую настройку. После этого просто подключите адаптер к устройству и дайте ему зарядиться.
4. Используйте металлические контакты на клеммах и на внутренней стенке батарейного отсека. металлические контакты на положительных и отрицательных клеммах аккумулятора и внутри корпуса аккумулятора. Эта простая процедура может помочь убедиться, что ваше устройство может установить хорошее соединение с аккумулятором, что позволит ему заряжаться более эффективно.Чтобы очистить контакты, начните с использования ватного тампона или мягкой ткани, чтобы вытереть любую грязь или мусор, которые могут присутствовать. Если на клеммах аккумулятора образовалась коррозия, ее можно аккуратно удалить с помощью зубной щетки или аналогичного инструмента. Как только контакты очистятся, снова подключите устройство и попробуйте зарядить его снова.
5. Зарядка от автомобильного аккумулятораЕсли вы водите автомобиль, у вас есть еще один практичный выбор. Еще один распространенный способ зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства — зарядить его автомобильным аккумулятором.
Аккумулятор вашего автомобиля можно использовать для быстрой зарядки аккумулятора. Подсоединив аккумулятор к свинцово-кислотному аккумулятору вашего автомобиля, вы сможете без труда зарядить его
Однако такой сложный метод зарядки требует использования крошечных лампочек для управления током.
Совет: если в вашем автомобиле установлена 13-вольтовая свинцово-кислотная батарея, а вы хотите зарядить 6-вольтовую батарею камеры, используйте три маленькие лампочки, соединенные параллельно.
Можно ли оставлять литий-ионные аккумуляторы в зарядном устройстве?Нет! Быстрый ответ заключается в том, что оставлять литий-ионный аккумулятор подключенным — не очень хорошая идея, так как это может нанести больше вреда, чем пользы.
Несмотря на наличие схемы защиты от перезарядки и взрыва батареи, электроника внутри будет стареть быстрее, если вы держите ее подключенной к сети в течение длительного времени, тем самым сокращая срок ее службы.
Таким образом, рекомендуется не оставлять батарею подключенной к сети после ее полной зарядки.
Кроме того, вам может потребоваться разрядить аккумулятор до точки отсечки, а затем зарядить его до 100 % раз в месяц или раз в 30 циклов разрядки, чтобы можно было откалибровать аккумулятор на протяжении всей этой процедуры, продлевая срок его службы.
Как безопасно расположить литий-ионный аккумулятор во время зарядкиПри зарядке литий-ионного аккумулятора важно позаботиться о правильном размещении аккумулятора во избежание любых потенциальных угроз безопасности. Вот несколько советов о том, как безопасно расположить аккумулятор ноутбука во время зарядки:
- Заряжайте аккумулятор в хорошо проветриваемом помещении. Избегайте воздействия на аккумулятор чрезмерно высоких или низких температур,
- Не заряжайте аккумулятор на мягкой поверхности, например на кровати или диване, так как это может увеличить риск возгорания в случае перегрева аккумулятора.
- Расположите ноутбук так, чтобы вентиляционные отверстия не были заблокированы во время зарядки.
- Убедитесь, что вы контролируете процесс зарядки, так как перезарядка литий-ионной батареи может привести к пожару или взрыву!
- Обязательно отключите зарядное устройство от розетки и ноутбука после завершения процесса зарядки.
Зарядка литий-ионного аккумулятора без зарядного устройства может быть сложной, но не невозможной. Есть много способов перезарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства. Вам просто нужно выполнить шаги, упомянутые в этой статье, и вы сможете поддерживать питание своих устройств, даже если розетка не будет найдена.
Нет смысла беспокоиться о том, что батарея разрядится, если вы тщательно выполните описанные выше процедуры.
Вы также можете использовать эту технику для подзарядки аккумулятора ноутбука, смартфона или любого другого устройства, в котором используются литий-ионные аккумуляторы (в зависимости от того, что применимо).
Самостоятельное руководство по сборке зарядного устройства для литиевых аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы великолепны. Они дешевы и могут хранить много энергии. Создание литий-ионного аккумулятора — это весело и полезно, и создание зарядного устройства — не исключение. Когда вы можете создать собственное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, экспериментировать со всевозможными конфигурациями элементов становится намного практичнее. В некоторых случаях создание зарядного устройства часто дешевле, чем его покупка, и может обеспечить гораздо большую производительность.
Сборка зарядного устройства своими руками дает множество преимуществ. Во-первых, общая стоимость часто ниже, чем покупка одного. Кроме того, самодельные зарядные устройства обычно имеют более высокую производительность на доллар, чем готовые. Самодельное зарядное устройство можно настроить на любое напряжение в пределах возможностей преобразователя. Это означает, что с помощью самодельного зарядного устройства вы можете заряжать множество различных типов аккумуляторов. Еще одна замечательная вещь в создании зарядного устройства для аккумуляторов своими руками — это чувство выполненного долга. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов важно и несколько сложно для понимания. Так что, если вы можете построить зарядное устройство для аккумулятора своими руками, это, скорее всего, означает, что вы также можете делать много других интересных вещей. Самодельное зарядное устройство можно использовать даже для питания различных устройств. Это означает, что если вы можете построить зарядное устройство для аккумуляторов, вы также можете создать источники питания для самых разных вещей, поскольку процесс почти такой же.
В этой статье мы расскажем, как сделать зарядное устройство своими руками. Мы также рассмотрим некоторые основы аккумуляторов и предоставим подробный список преимуществ сборки зарядного устройства своими руками.
Что такое зарядное устройство?
В случае литий-ионных аккумуляторов зарядное устройство представляет собой источник постоянного тока. Литий-ионные аккумуляторы необходимо заряжать в 2 этапа. Первая фаза представляет собой постоянный ток, где напряжение будет достигать того значения, которое необходимо для поддержания постоянного тока. Следующая и последняя фаза – фаза постоянного напряжения. Это когда напряжение поддерживается постоянным, а ток медленно падает до нуля.
Самодельные зарядные устройства против покупки зарядного устройства
Когда вы покупаете зарядное устройство, вы ограничены определенным уровнем напряжения и тока этого зарядного устройства. Когда вы можете построить зарядное устройство, настройка данного зарядного устройства для конкретного приложения становится тривиальной задачей. Например, литий-ионный аккумулятор 3S NMC имеет максимальное зарядное напряжение 12,6 вольт. Это прекрасно работает, но клетки деградируют примерно через 500–800 циклов.
Снижение зарядного напряжения до 12 В снижает емкость примерно на 20%, но более чем удваивает срок службы, что может быть лучше для некоторых приложений. Точный контроль над напряжением и током дает вам большую гибкость при проектировании систем с батарейным питанием.
Следует также учитывать, что при использовании встроенного зарядного устройства вы просто доверяете ему. Вы доверяете ему правильное напряжение, а если это не так, вы доверяете своей BMS, чтобы обеспечить вашу безопасность. Вы верите, что он не заряжает ваши клетки слишком быстро или слишком медленно, и нет никакого способа легко проверить вещи, не покупая дополнительные вещи.
При сборке самодельного зарядного устройства вам понадобится какой-то способ контроля напряжения и тока, чтобы собрать его правильно. Это гарантирует, что самодельное зарядное устройство на самом деле является , выдающим напряжение и ток, как вы думаете.
Каковы преимущества изготовления самодельного зарядного устройства?
Даже если вы предпочитаете купить зарядное устройство, а не собирать его, вам все равно важно знать, как сделать зарядное устройство для аккумулятора. Если вы знаете, как построить зарядное устройство для аккумуляторов, то у вас будет четкое понимание основных концепций, связанных с зарядкой литий-ионных аккумуляторов.
Эти знания помогут вам лучше подготовиться к процессу покупки, потому что вы будете знать, на что обращать внимание и чего следует избегать. Кроме того, если вы знаете, как построить зарядное устройство для аккумулятора, то вы будете знать, как его починить, что может быть удобно.
Низкая стоимостьВообще говоря, изготовление зарядного устройства обойдется намного дешевле, чем его покупка. Это имеет смысл, потому что, когда вы покупаете зарядное устройство, вы платите за стоимость материалов, а также за работу и другие включенные сборы, связанные с управлением компанией, у которой вы покупаете зарядное устройство.
Каждый раз, когда вы готовы поработать, чтобы что-то сделать, время, которое вы тратите на проект, экономит ваши деньги, потому что это деньги, которые в противном случае были бы выплачены кому-то другому за то, что вы делаете.
Более высокая производительностьКомпании, производящие зарядные устройства для аккумуляторов, делают это ради прибыли. Таким образом, в их интересах использовать компоненты самого низкого качества, которые являются приемлемыми. Это означает, что менее популярные бренды будут использовать самые дешевые, а иногда и электронные компоненты, чтобы максимально снизить стоимость.
Несмотря на то, что компании более высокого класса не делают вещи или плохо, они все же заинтересованы в максимально возможном снижении стоимости компонентов. Когда вы строите собственное зарядное устройство для аккумулятора своими руками, эти вещи не применяются. У вас есть полная свобода выбора компонентов самого высокого качества. Хорошая новость заключается в том, что деньги, которые вы сэкономите, собрав его самостоятельно, с лихвой компенсируют затраты на выбор более дорогих компонентов.
Гораздо более гибкийЕсли вы соберете самодельное зарядное устройство для аккумуляторов, скорее всего, оно будет сделано с каким-либо регулируемым регулятором напряжения. Будь то повышающий преобразователь постоянного тока или понижающий преобразователь постоянного тока, в любом случае у него будут настройки. Это означает, что когда вы строите самодельное зарядное устройство, вы создаете многофункциональное устройство, которое можно использовать не только для зарядки одного типа батареи, но и для многих других целей.
Самодельное зарядное устройство можно настроить на зарядку любой батареи любого химического состава в пределах допустимого напряжения.
Чувство выполненного долгаНет ничего более приятного, чем использование самодельного устройства. Особенно, когда он работает хорошо, и особенно, когда вы должны использовать его на регулярной основе.
Изучение нового навыкаКаждый раз, когда вы преодолеваете неспособность, это серьезное улучшение жизни. Переход от невозможности построить зарядное устройство своими руками к возможности построить его означает, что вы можете делать новые вещи. Расширение кругозора — это всегда хорошо.
Другие полезные приложенияПомимо возможности заряжать различные типы аккумуляторов, самодельное зарядное устройство также может быть самодельным регулируемым источником питания. Все, что вам нужно сделать, это установить ток на регуляторе до упора. Как только ток установлен на максимум, регулятор будет работать точно так же, как стабилизатор постоянного напряжения.
В этом режиме вы можете настроить самодельное зарядное устройство на 12 вольт и запустить любое 12-вольтовое устройство или настроить его на 5 вольт и заряжать USB-устройства. Когда вы создаете зарядное устройство для аккумуляторов своими руками, возможности безграничны.
Материалы и инструменты, необходимые для сборки зарядного устройства для батареи
Детали, необходимые для сборки зарядного устройства для батареи, зависят от химического состава, напряжения и других факторов батареи, которую вы собираетесь заряжать. В этом примере мы будем использовать наиболее распространенный тип перезаряжаемой батареи: литий-ионный NMC.
При использовании литий-ионной химии NMC максимальное напряжение заряда составляет 4,2 вольта. Однако для максимально долгого срока службы элементы NMC следует заряжать до 4 вольт на элемент. Зарядка элемента NMC до 4 вольт на элемент снижает его емкость на 20%, но увеличивает общий срок службы примерно на 250%.
В этом примере мы сосредоточимся на создании зарядного устройства, которое может заряжать литий-ионный аккумулятор 3S NMC с максимальным зарядным напряжением 12,6 вольт.
Блок питанияЧтобы построить зарядное устройство, первое, что вам понадобится, это блок питания переменного тока в постоянный. Для этого есть много вариантов. Вы можете использовать компьютерный блок питания ATX, специальный блок питания постоянного тока высокой мощности или даже недорогой компактный блок питания USB PD. Зарядное устройство представляет собой источник питания и регулятор, объединенные в один блок.
В этой статье мы рассмотрим все три, но для примера мы будем использовать блок питания USB-C PD мощностью 65 Вт.
РегуляторВам также понадобится стабилизатор постоянного тока. Регулятор должен быть преобразователем постоянного тока, если ваш источник питания имеет более высокое напряжение, чем аккумулятор, который вы хотите зарядить. Если, с другой стороны, аккумулятор, который вы хотите зарядить, имеет более высокое напряжение, чем ваш блок питания, вам придется использовать повышающий преобразователь постоянного тока.
В этом примере мы будем работать с 20-вольтовым триггером USB PD для зарядки 12,6-вольтовой батареи, поэтому регулятор будет понижающим преобразователем.
Как правило, более гибко начинать с более высокого напряжения, чем требуется, и использовать понижающий преобразователь, чтобы снизить напряжение до необходимого уровня. Таким образом, вы можете получить доступ ко всем напряжениям между вашим входным напряжением и нулем, а не ограничиваться диапазоном напряжений, как в случае с повышающим преобразователем.
ПроводВам понадобится провод, чтобы соединить все это вместе. Для большинства зарядных устройств подойдет провод калибра от 18 до 16.
МультиметрМультиметр понадобится для установки выходного напряжения регулятора и проверки текущего напряжения батареи. Для этого вы можете использовать практически любой мультиметр, поскольку даже самые дешевые измерители на Amazon более чем достаточно точны.
Наиболее важным аспектом дешевого мультиметра является звуковой сигнал непрерывности. Тестирование непрерывности — это функция мультиметра, которая позволяет узнать, соединены ли два проводящих элемента электрически или нет. Хотя измерение непрерывности является важной функцией мультиметра, которая есть у всех мультиметров, не каждый мультиметр имеет зуммер. Таким образом, с этими счетчиками вы должны отвести взгляд от того, что вы исследуете, чтобы узнать, подключены они или нет. Итак, при покупке недорогого мультиметра убедитесь, что он оснащен зуммером непрерывности.
Измеритель токаНесмотря на то, что мультиметр можно использовать для проверки тока, это неудобный процесс, и вы не можете использовать мультиметр для одновременной проверки тока и напряжения. Измерители тока, подобные этому, — отличные инструменты, и, безусловно, их полезно иметь в своем арсенале, но для этого примера мы будем использовать кабель USB C-C со встроенным ваттметром.
Процесс зарядки аккумулятора
Зарядка литий-ионного аккумулятора, будь то NMC или LFP, включает в себя двухэтапный процесс. Первый этап – фаза постоянного тока. Во время фазы постоянного тока батарея будет получать постоянный ток от зарядного устройства. Величина тока, которую батарея может безопасно потреблять на этом этапе, определяется максимальным током заряда ячейки батареи и ее параллельной конфигурацией.
Как только напряжение батареи поднимается примерно до 95% от целевого напряжения, зарядка переключается в режим постоянного напряжения. В фазе постоянного напряжения ток естественным образом упадет с установленного уровня тока до 0, в то время как напряжение останется прежним.
В этом примере мы будем использовать аккумуляторные элементы BAK N18650CK с максимальным током заряда 1C и емкостью 3050 мА. Это батарея 1S3P, что означает, что батарея состоит всего из трех последовательно соединенных элементов BAK N18350CK.
Объяснение C-скорости батареи
Если бы это была батарея большего размера с большим количеством параллельных групп, она могла бы безопасно заряжаться с большей скоростью. Например, вот как он выходит из строя с батареей 3S3P, использующей те же элементы:
Когда литий-ионный элемент NMC разряжен, его напряжение составляет около 2,6 вольт. Таким образом, если аккумулятор можно заряжать только током 3,05 ампер, а его напряжение составляет 2,6 вольта, то его можно заряжать только при максимальной мощности 7,93 Вт.
Через некоторое время в процессе зарядки напряжение аккумуляторной батареи увеличится. Когда ячейка достигает 2,9вольт, зарядное устройство по-прежнему будет обеспечивать 3 ампера.
Во время фазы постоянного тока аккумуляторные батареи заряжаются с максимальной скоростью, но, как вы можете видеть сверху, по мере роста напряжения аккумуляторной батареи все больше и больше энергии поступает в батарею. Как только ячейка достигает установленного напряжения зарядного устройства, ток начинает падать, в результате чего ячейки батареи поглощают все меньше и меньше энергии.
Выбор источника питания для самодельного зарядного устройства
Первым шагом в создании зарядного устройства является получение приличного источника питания. Есть много вариантов на выбор, но в этой статье мы рассмотрим три: блок питания ATX, выделенный блок питания и блок питания USB C PD.
Блок питания ATXСовременные блоки питания ATX для ПК хорошо сконструированы, недороги и поддерживают высокие уровни тока. Нередко можно найти блок питания ATX, способный выдавать 20 А и более по цене менее 50 долларов. Чтобы включить блок питания ATX снаружи ПК, все, что вам нужно сделать, это соединить зеленый провод с любым черным проводом.
Это заставляет блок питания думать, что он установлен на включенном компьютере. Желтый провод имеет напряжение 12 вольт и обычно подходит для тока от 10 до 20 ампер. Блоки питания ATX удобны в использовании, потому что в доме часто есть старые, неиспользуемые компьютеры.
Специализированный блок питанияНа Amazon и eBay доступно множество 12-вольтовых, 24-вольтовых и регулируемых специализированных блоков питания. Этот тип блока питания обычно больше, чем блок питания ATX, но с ним, возможно, проще работать, поскольку он не требует модификаций. Кроме того, в отличие от блоков питания ATX, отдельный блок питания может выдавать более 12 вольт.
Это полезно, если вы хотите использовать понижающий преобразователь для зарядки аккумуляторов с напряжением выше 12 В, но ниже 24 В. Отдельный блок питания — хорошее решение для мощного зарядного устройства.
Блок питания USB C PDПолнофункциональный блок питания USB C PD может обеспечивать выбираемое выходное напряжение 5 В, 9 В, 12 В, 15 В и 20 В. В отличие от ATX и специализированных блоков питания, на рынке существует множество блоков питания GaN (нитрид галлия) USB C PD. Блоки питания GaN намного эффективнее и занимают гораздо меньше места, чем блоки питания, использующие традиционные кремниевые МОП-транзисторы.
Это означает, что небольшой блок питания USB C PD может обеспечить 100 Вт энергии, в то время как традиционный блок питания такого же физического размера может обеспечить только около 40 Вт. Дополнительным преимуществом блоков питания USB C PD является совместимость с широким спектром других устройств USB C, таких как телефоны, планшеты и даже ноутбуки.
triggerWithXT60.jpg 398,23 КБ
Пошаговая инструкция по сборке зарядного устройства
поддерживает зарядное напряжение от 2,6 вольт до 19вольт. Этот диапазон может показаться узким, но на самом деле он охватывает довольно много аккумуляторов. Это зарядное устройство может заряжать литий-ионный аккумулятор 1S, 2S, 3S или 4S NMC или литий-ионный аккумулятор 1S, 2S, 3S, 4S или 5S LFP. Он может заряжать даже 12-вольтовые свинцово-кислотные аккумуляторы. Чтобы выяснить, какое напряжение вам нужно для зарядки аккумуляторной батареи, вы можете использовать наш инструмент планировщика батарей.
USB PD поддерживает 5 В, 9 В, 12 В и 15 В, но не все адаптеры питания с портами USB C поддерживают всю спецификацию USB PD. Для зарядки аккумуляторов мы рекомендуем использовать блок питания USB C PD мощностью не менее 65 Вт. Хорошей новостью является то, что если блок питания USB C PD рассчитан на 65 Вт, то он будет поддерживать полный диапазон напряжений.
USB PD — интеллектуальное решение для питания. Он начинается с безопасных 5 вольт, а затем спрашивает устройство, к которому оно подключено, какое напряжение оно поддерживает. Как только устройство отвечает, блок питания USB PD выбирает требуемое напряжение.
Это удобно для обмена данными между устройствами и обеспечивает плавное автоматическое согласование напряжения. Однако USB PD поддерживает небольшие устройства, называемые «триггерами». Триггеры подключаются к источнику питания USB PD через кабель USB C и либо имеют способ выбрать напряжение на плате, либо имеют фиксированное напряжение. В этом примере мы будем использовать выбираемый сорт.
В этом примере будет использоваться понижающий преобразователь постоянного тока. Этот тип преобразователя имеет потенциометры для управления током и напряжением. Ближайший к выходу потенциометр регулирует напряжение. Другой управляет током. Когда вы получаете новый понижающий преобразователь, лучше всего повернуть эти ручки до упора, прежде чем прикреплять их в первый раз.
Требуемые детали:
- Блок питания USB PD
- Триггер USB PD
- Понижающий преобразователь постоянного тока
- Кабель ваттметра USB PD
- Литий-ионный аккумулятор 3S
Шаг 1: Вставьте блок питания USB PD в розетку.
Шаг 2: Подключите кабель ваттметра USB C-C к блоку питания USB PD.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот кабель имеет экран на одном конце, который показывает, сколько энергии проходит через кабель. Вам нужен экран на конце устройства, а не на конце источника питания, потому что кабель считывает мощность, протекающую только в одном направлении. Экран не горит, когда кабель подключен только к источнику питания.
Шаг 3: Подключите кабель USB C к триггеру напряжения.
ПРИМЕЧАНИЕ. В этот момент загорается экран на кабеле измерителя мощности. Некоторые триггеры имеют фиксированное выходное напряжение, но этот триггер можно выбрать. Удобно иметь возможность установить напряжение срабатывания, чтобы легко обновить/модифицировать бытовую электронику для работы от USB PD, но для зарядки аккумулятора лучше всего установить напряжение на 20 вольт, чтобы максимальное количество ватт было доступно от блока питания.
Подсоедините мультиметр к выходу триггера напряжения, чтобы убедиться, что он выдает ожидаемое напряжение.
Шаг 4: Наденьте разъем на выход триггера напряжения или припаяйте к ним провода, чтобы его можно было подключить к входу понижающего преобразователя.
Шаг 5: Подключите выход триггера напряжения к входу понижающего преобразователя и включите понижающий преобразователь с помощью переключателя в углу платы.
зарядное устройствоRunningAt30Watts.jpg 378,15 КБ
Шаг 6: Подсоедините мультиметр к выходу понижающего преобразователя. Если вы воспользовались приведенным выше советом и полностью выкрутили его, то на мультиметре вы должны увидеть около 1,5 вольт. Поверните внешний потенциометр по часовой стрелке, и напряжение возрастет.
Шаг 7: Продолжайте поворачивать потенциометр, пока не достигнете желаемого максимального зарядного напряжения. В данном случае это 12,6 вольта.
Шаг 8: Подсоедините аккумулятор к выходу понижающего преобразователя.
ПРИМЕЧАНИЕ : Поскольку ток установлен на ноль, вы заметите, что выходной сигнал понижающего преобразователя падает, чтобы соответствовать напряжению батареи. Это нормально.
Шаг 9: Медленно поворачивайте потенциометр тока, пока не увидите, что цифры на кабеле ваттметра начинают расти.
currentKnob.jpg 269,45 КБ
ПРИМЕЧАНИЕ: Что касается того, к какому числу привести, это требует некоторой математики. Это число в ваттах, а не в амперах. Аккумулятор в этом примере хорош для зарядного тока около 3 ампер и в настоящее время составляет 9 ампер.0,71 вольт.
9,71 вольт x 3 ампера = 29,13 Вт
Итак, в этом примере мы будем поворачивать потенциометр, пока ваттметр не покажет 30 Вт. Теперь помните, что ток будет оставаться неизменным в течение большей части процесса зарядки, но напряжение батареи будет расти. Это означает, что нормально видеть, как ватты на счетчике растут и растут во время процесса зарядки.
В конце концов, напряжение батареи достигнет целевого напряжения зарядки, а затем вы увидите, что мощность начинает падать. Вот как вы узнаете, что батарея заряжается.
Простое зарядное устройство для литиевых батарей с использованием настольного источника питанияХотя знать, как сделать зарядное устройство своими руками, очень здорово, но это, безусловно, требует много работы. Итак, если вы хотите получить все преимущества изготовления собственного зарядного устройства с минимальными затратами труда, вам следует приобрести регулируемый настольный блок питания.
С регулируемым настольным блоком питания вы можете делать то же самое, что описано в этой статье, но намного проще. Все, что вам нужно сделать, это купить блок питания, установить напряжение и силу тока в соответствии с вашими потребностями и подключить его к аккумулятору.
Просто убедитесь, что любой настольный блок питания, который вы хотите купить, поддерживает диапазон напряжения, совместимый с любой батареей, которую вы пытаетесь зарядить с его помощью, и что он имеет CC/CV (постоянный ток, постоянное напряжение). Это решение в основном берет все части и детали, описанные в этой статье, и помещает их все в одну удобную коробку. Самое замечательное в этом типе блоков питания то, что они всегда имеют четкие, легко читаемые встроенные экраны.
Заключение
Вот оно! Так же просто построить зарядное устройство. Конечно, есть много разных способов построить зарядное устройство и много разных типов аккумуляторов для зарядки. Встроенный в этом примере можно легко настроить для зарядки аккумуляторной батареи 4S LFP, просто увеличив его выходное напряжение до 14,6 вольт.
Когда вы научитесь собирать зарядное устройство, вы узнаете, как управлять напряжением и током и заставить его делать именно то, что вам нужно. Этот опыт является полезным и чрезвычайно полезным в практической, повседневной жизни. Важно помнить, что зарядное устройство — это всего лишь особый вид регулируемого источника питания. Стандартный регулируемый блок питания — это всего лишь регулятор постоянного напряжения. Это означает, что с большинством регулируемых источников питания вы не можете контролировать ток. Самодельное зарядное устройство немного сложнее, чем использование регулируемого источника питания, потому что в самодельном зарядном устройстве вы можете контролировать как напряжение, так и силу тока.
Сборка зарядного устройства своими руками дает несколько ключевых преимуществ. С экономической точки зрения, самостоятельная работа всегда сэкономит вам деньги по сравнению с покупкой готового продукта. Возможность выбирать свои собственные компоненты без необходимости срезать углы для достижения конкретных производственных показателей означает, что вы можете быть уверены, что ваше зарядное устройство для аккумуляторов DIY изготовлено из компонентов самого высокого качества. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов — не простое устройство. Итак, если вы узнаете, что нужно для создания зарядного устройства для аккумуляторов своими руками, вы резко расширите свои возможности, что всегда хорошо.