Зарядное устройство для аккумулятора 18650 li ion 3 7v схема. Как сконструкировать зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов в домашних условиях. Схемы зарядок li-ion аккумуляторов
Из огромного разнообразия li-ion акб особенно востребованным является аккумулятор 18650. Долгий срок службы и стабильные параметры аккумуляторов обеспечиваются соблюдением ряда правил, но основным условием, влияющим на работоспособность литий-ионных аккумуляторов 18650, является их правильная зарядка.
Аккумуляторная батарея 18650
Основными положительными характеристиками литиевых аккумуляторов 18650 являются возможность накапливать большой объем заряда, хранить этот заряд достаточно длительное время, отсутствие свойства памяти и мизерный удельный вес.
Эффект памяти, в первую очередь, характерен никель-кадмиевым аккумуляторам. Этот эффект означает некоторую потерю емкости АКБ в случае его зарядки до момента полного разряда.
Для аккумулятора 18650 и остальных l i- i on аккумуляторных батарей существует своя маркировка:
- Первые две цифры обозначают диаметр в миллиметрах;
- Следующие две цифры обозначают длину в миллиметрах;
- Последняя цифра обозначает вид исполнения аккумулятора (0 – обозначает цилиндр).
На начальном этапе производства и использования такие аккумуляторы отличались взрывоопасностью, ввиду неконтролируемых химических реакций внутри и случаев короткого замыкания внутри аккумуляторов. Для предотвращения таких поломок все аккумуляторные батареи в целом и 18650 в частности снабжены специальными платами с контроллерами, препятствующими порче аккумулятора ввиду критического перегрева и разгерметизации.
Оптимальные условия хранения литий-ионных аккумуляторов достигаются при температуре 5°C с 40%-ным разрядом аккумулятора.
Порядок заряда АКБ 18650
Известные производители ЗУ используют в них двухэтапный способ заряда батарей.
Двухэтапный способ заряда включает в себя:
- Задача ЗУ на первой стадии сводится к зарядке стабилизированным током. Сила тока при зарядке определяется номинальной емкостью АКБ с коэффициентом порядка от 0,2 до 0,5. В процессе зарядки для поддержания стабильного тока происходит автоматическое повышение напряжения. При величине напряжения 4,2В процесс зарядки на данном этапе прекращается. К этому моменту аккумулятор успевает пополнить свою емкость на 70-80%. С целью сокращения времени заряда для литиевых аккумуляторов применяется процесс ускоренного заряда. В таком случае зарядный ток берется с коэффициентом 0,5-1,0;
- Зарядка 18650 во втором этапе проходит с постоянным напряжением. Плата зарядки 18650 поддерживает Uзар.~4,15-4,25В и контролирует величину тока. Значение тока в процессе зарядки плавно уменьшается до величины 0,05-0,01 от емкости аккумулятора. Соответственно, процесс заряда считается законченным.
Помимо вышеупомянутых стадий заряда, для 18650 li -ion аккумуляторов применим подготовительный заряд АКБ. Заряжание производится пониженным током до момента, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет величины 2,8В.
При всей незаменимости двухэтапная система зарядки имеет некоторые недостатки. Поскольку напряжение на АКБ замеряется во время прохождения через него большого зарядного тока, то, в зависимости от внутреннего сопротивления аккумулятора, такие замеры могут разниться. В связи с этим напряжение может достигать величины 4,3-4,4В, что крайне негативно сказывается на батарее. На практике лучше прибегнуть к использованию зарядных устройств с импульсами тока при наличии промежутков между ними. Во время этих промежутков замеряется величина напряжения на аккумуляторе. Чем ближе напряжение к величине полностью заряженного аккумулятора, тем короче импульс выдает зарядное устройство. Соответственно, при достижении замеряемого напряжения величины 4,15В подача импульсов прекратится.
Схемы зарядных устройств
Радиолюбители довольно часто задаются вопросом, как сделать зарядку для литий ионных аккумуляторов и как заряжать с максимальной экономией ресурсов, сил и времени. Наличие необходимой элементной базы и элементарных знаний не оставят радиолюбителя без зарядного устройства.
Собранная зарядка 18650 своими руками, изображенная на картинке ниже, настраивается путем установки выходного напряжения 4,2В подстроечным резистором R8 и зарядного тока резисторами R4, R6. Процесс заряда считается оконченным после угасания светодиода HL1.
Важно! Для нормального функционирования микросхемы LM317 зарядка для аккумуляторов 18650 должна иметь входное напряжение в пределах 8-12В.
Самодельная зарядка для 18650, имеющая в своем составе интегральные микросхемы МАХ(1551 или 1555), качественно отличается от конкурентов рядом свойств и особенностей:
- Способность заряжать аккумулятор от USB или от отдельного блока питания;
- Отсутствие внешних транзисторов и диодов;
- Защита от чрезмерного перегревания путем искусственного занижения зарядного тока.
Не составит особого труда получить импульсное ЗУ для 18650, своими руками собранное, ввиду отсутствия микросхемы в устройстве. Представленное зарядное для 18650 выполняет все требования и функции импульсной зарядки. Дополнительным достоинством зарядного устройства является возможность заменить элементную базу отечественными аналогами. Умная зарядка для аккумуляторов 18650, своими руками собранная и протестированная, прослужит не хуже приобретенного ЗУ.
Изложенная тема раскрыла такие вопросы: как зарядить аккумулятор, как сделать зарядку для li-ion аккумулятора. При эксплуатации зарядного устройства для аккумуляторов 18650, приобретенного или самоделки, главное – хорошо проверить значения выходных величин. Далее можно обратить внимание на дополнительные опции в виде ЖК-дисплеев, количества каналов, наличия подсветки, автомобильного переходника.
Видео
Сегодня можно увидеть большой ассортимент разнообразных зарядных систем. Каждое предназначается для конкретного аппарата. Зарядное устройство 18650 несколько отличается от аналогичного прибора для зарядки кислотных батарей. Литиевый аккумулятор 18650 имеет высокое напряжение каждой банки.
Магазины, торгующие электротехникой, предлагают огромный ассортимент зарядных устройств. Наиболее дешевая зарядка для li ion аккумулятора 18650 дает ток равный 1 амперу. Устройство предназначено для зарядки одного аккумулятора 18650.
Промышленность выпускает улучшенную зарядную систему, предназначенную для работы с аккумуляторами 18650. Здесь можно одновременно поместить сразу 2–4 элемента. Максимальное напряжение не превышает 4,2 вольта. Устройство имеет высокую стоимость, так как оно оборудовано контроллером заряда, следящим за временем и напряжением заряда.
Любителям универсальных устройств, предлагается зарядка для таких батарей разного типа. Этот зарядник способен одновременно заряжать никелевые, а также литий-ионный аккумулятор 18650. Большинство современных зарядных устройств оборудованы системой безопасности, следящей за напряжением, а также зарядным током. Естественно, чем выше качество зарядника, тем выше его стоимость.
Заводские изделия сначала подают большой ток, постепенно снижая его значение. В результате изделие не перегревается, увеличивается срок службы ion аккумулятора.
Чтобы одновременно зарядить четыре батареи 18650, подойдет зарядное устройство Nitecore Digicharger D4. Прибор оборудован информативным дисплеем, показывающим полезную информацию. На экране высветится время зарядки, скорость заряда, а также напряжение элементов. Управление прибором дает возможность переключаться между разными отсеками, для прочтения информации о каждом заряжаемым аккумуляторе. Прибор относится к универсальной группе, поэтому в нем можно заряжать батареи различного типа.
Изделие автоматически устанавливает время заряда, регулирует его скорость. К сожалению, зарядник не оборудован ручной настройкой, что исключает тонкую подстройку. Устройство автоматически завершает процесс заряда любого аккумулятора.
Nitecore D4 будет оптимальным прибором, если существует потребность ежедневного использования. Особенно это касается лиц, у которых несколько мобильных устройств с аккумуляторами разного типа.
Самодельное зарядное
Чтобы самостоятельно сделать зарядку для аккумуляторов 18650, важно предварительно изучить, как работают электрической цепи, а также параметры, разрешающие проводить зарядку АКБ. Известно несколько способов.
Простейшим вариантом считается подзарядка батарейки зарядным устройством, подходящим к телефонам «Самсунг». Сила тока, а также напряжения такого зарядника, подходит к АКБ 18650.
Схема подключения достаточно проста. Провода зарядника освобождаются от фиксирующей оболочки. Определяется минусовой контакт, а также плюсовой провод. Плюс всегда подается красным проводом, минус черным. Перепутать невозможно.
К аккумулятору подсоединяют оголенные контакты, соблюдая полярность. Провода фиксируются обыкновенным пластилином. Остается только подать питание и начать зарядку, регулярно контролируя процесс. В течение часа параметры емкости будут полностью восстановлены.
Другой метод, предназначен для усовершенствования зарядки. Но схема подключения будет сложнее. Для работы понадобиться:
- паяльник;
- припой;
- клей;
- флюс.
Важнейшим элементом для домашнего устройства считается плата зарядки. Она продается в интернет-магазинах. Сборка выполняется в определенной последовательности. Сначала подготавливается пластмассовый бокс с проводами (плюс, минус). К нему припаивается зарядная плата. Батарейка вкладывается в бокс, подается питание, начинается зарядка.
Чтобы воспользоваться таким вариантом, важно подобрать бокс (емкость) габариты которого соответствовали размерам батареи 18650. Припаивать провода нужно на места, специально обозначенные на плате. Чтобы контролировать величину заряда, плата оборудована несколькими светодиодными индикаторами, различного оттенка (красный, зеленый).
Плата фиксируется к боксу в любом месте, позволяющим видеть работу индикаторов. Затем припаиваются провода, выдерживая полярность. Концы, перед началом пайки, тщательно зачищаются, затем покрываются канифолью. На поверхность платы капают жидким флюсом (2–3 капли).
Во время пайки провода не должны контактировать между собой. Описанную схему можно самостоятельно собрать очень быстро. Стоит она недорого, зато отличается высокой надежностью и отличным зарядом. После подачи напряжения, останется только смотреть на индикатор. Зеленая лампочка показывает силу заряда батарейки.
Общие требования к зарядке аккумуляторов 18650
Во время заряда литиевых батарей 18650, на выходе обязательно должно подаваться напряжение 5 В, значение тока 0,5 – 1А (берется от минимального значения ёмкости АКБ). Другими словами, литиевый аккумулятор, ёмкостью 2600 мАч, необходимо заряжать током, в диапазоне 1,32,6 ампера. Изготовители зарядок для таких батарей, выпускают устройства, выполняющие такой процесс, несколькими шагами.
Сначала подается ток 0,2 А. Причем напряжение одной банки достигает 4,1–4,2 вольта. На такую операцию уходит меньше одного часа. На втором этапе подается постоянное напряжение. Чтобы уменьшить время заряда, на производстве начали выпускать зарядник с импульсным режимом
Некоторые литий-ионные аккумуляторы оборудованы графитовым электродом. Чтобы заряд проходил нормально, необходимо, чтобы на каждый элемент подавалось напряжение, превышающее 4,1 вольта. Если взять обычный литиевый аккумулятор, повышение напряжения приведет к увеличению энергетической плотности, одновременно начнут свою активную деятельность окислительные процессы.
В результате срок эксплуатации литиевого аккумулятора резко снижается. Такого явления не наблюдается в батареях, оборудованных графитовыми электродами. Окисление снижается специальными добавками. Другими словами увеличение напряжения в графитовых батареях не является критичным, но лучше этого не делать.
Если начать заряжать аккумуляторы 18650 током 1А, для полного заряда потребуется приблизительно 2–3 часа. За этот время напряжение поднимется до определённой величины. Во время работы зарядное устройство быстро уменьшает ток на несколько процентов (считается от первоначальной величины). Увеличение тока заряда (больше 1 ампера) не оказывает серьезного влияния на время зарядки. Вторая стадия заряда, обычно продолжается намного дольше, чем в самом начале.
Промышленность изготавливает зарядные устройства, которые способны полностью зарядить литиевый аккумулятор18650 приблизительно за один час. Эти приборы не в состоянии провести второй этап, он полностью отсутствует. На первоначальном этапе зарядка АКБ осуществляется примерно на 60–80 процентов. Затем она начинает эксплуатироваться в приборе. Такой заряд не может считаться критичным для литиевых элементов. Даже наоборот, они не должны полностью заряжаться, аккумулятор не должен сильно разряжаться
Сейчас очень популярны аккумуляторные батареи типа 18650. Их используют в повер банках, мощных фонариках, лазерных указках, портативных колонках и для различных самоделок . Продаются как с зарядным устройством, так и отдельно.
В этой статье я расскажу, как сделать простое зарядное устройство для этих аккумуляторных батарей.
Сборка и тестирование зарядного устройства для ознакомления.
Нам понадобится:
1. Шприц 20мл
2. 2 медных проводка
3. Пружинка от держателя батарей (из старой техники или игрушек)
4. Модуль заряда литиевых батарей 18650 на TP4056 5В 1А с micro USB интерфейсом ()
5. Термоклей
6. Аккумуляторная батарея тип 18650 ()
Из инструментов:
1. Паяльник
2. Клеевой пистолет
3. Канцелярский нож
Шаг 1
Нам понадобится медицинский шприц на 20мл
и аккумуляторная батарея типа 18650.
Шприц идеально подходит под размеры батареи.
Шаг 2
Отрезаем канцелярским ножом носик шприца(где вставляется иголка), чтобы он нам не мешал в дальнейшей эксплуатации.
Шаг 3
Берем пружинку от держателей батарей из старой техники(например от пульта или игрушек).
Продеваем снизу в отверстие медный проводок и закрепляем его на спирали пружинки как показано на фото.
Шаг 5
Берем модуль заряда литиевых батарей 18650 на TP4056 5В 1А с micro USB интерфейсом и крепим его термоклеем на шприц в удобном месте.
Соблюдая полярность подводим провода к модулю и припаиваем их паяльником. Можно изолировать модуль от внешнего мира прозрачным скотчем.
Немного о модуле TP4056 5В 1А. ()
Предназначен для заряда литиевых аккумуляторов 3.7В током до 1А. Этот модуль, благодаря размерам и разъему micro USB, легко встраивается в различные устройства и может служить альтернативной заменой для вышедших из строя зарядных устройств литиевых аккумуляторов. Поддерживает различные типы литиевых аккумуляторов, в том числе и популярный 18650. Модуль не защищен от переплюсовки (не соблюдения полярности) подключения, так что будьте внимательны при подключении аккумуляторов.
Шаг 6
Отрезаем от поршня шприца небольшой кусок у основания с резинкой, как показано на фото. Этим будем фиксировать батарею внутри шприца.
Шаг 7
Проделываем отверстие в шприце для медного проводка, чтобы он мог касаться плюсового контакта батареи.
Отверстие надо делать на уровне, когда батарея не зафиксирована поршнем шприца. На фото видно, что я ошибочно сделал одно нижнее отверстие в зафиксированном положении батареи.
Шаг 8
После того, как продели провод в проделанное отверстие и зафиксировав поршнем батарею, можно начинать тест зарядного устройства.
Самодельное зарядное устройство для аккумуляторов 18650.
Один раз понадобилось мне в гараже зарядить аккумулятор 18650 для фонарика, а под рукой зарядки не было. Таскать с собой iMax B6 нет никакого желания, поэтому решил сделать зарядку сам с минимальными затратами.
Чтобы сделать зарядку, необходим держатель аккумуляторов 18650. Так как помимо зарядки держатель собирался использовать и в других местах, я решил купить лот из нескольких держателей. Так выходит дешевле, чем покупать по одному.
На бике заказал пластиковый держатель для аккумуляторов. Лот из 4 шт. стоил 1,91$ (с купоном)
Пришла посылка в обычном биковском сером пакете. Внутри - километры пупырки и, собственно, товар.
Пластик нормальный, провода запрессованы. Аккумулятор 18650 стандартного размера (65 мм) помещается без проблем. Аккумуляторы с защитой (69 мм) тоже помещаются.
На фотографии в держатель вставлен аккумулятор стандартного размера. При извлечении аккумулятора возник первый вопрос: по бокам пластик заходит на аккумулятор, чтоб исключить самопроизвольное его выпадение, но извлекать аккумулятор становится проблематично. Можно, конечно, поддеть отверткой 18650, но шанс покарябать аккумулятор очень велик. Было решено модернизировать держатель, приклеив полоску ткани (лента) посередине.
После такой модернизации аккумулятор извлекается очень легко.
Для зарядного устройства необходим контроллер заряда. На eBay я сразу полез к знакомому продавцу, у которого покупаю электронику. После недолгого поиска я нашёл для литиевых аккумуляторов. Я покупал контроллер за 1,11$ с входом для датчика температуры, хотя у него же можно найти контроллер попроще по цене меньше доллара ().
Контроллер выглядит так:
У платки есть стандартный вход MicroUSB, что позволяет заряжать аккумуляторы от компьютерного порта USB или от сетевой зарядки, у которой есть выход USB (для примера вот )
На плате припаян чип ТР4056 (кому интересно, есть )
С сайта продавца характеристика платы:
input voltage: 4V-8V maximum output charging current: 1000mA
the charging D1 indicator lights, charging is completed D2 indicator
PCB board size: 37.3 (mm) x15 (mm)
Небольшое описание платы в картинках:
Согласно datasheet-у, если увеличить сопротивление R4 до 2,4 кОм, то можно уменьшить (ограничить) ток заряда до 500 мА.
Плату я приклеил термопистолетом к держателю аккумулятора.
Там же проложил и припаял провода
Если подать напряжение на USB порт, то загорается индикатор D2 зелёным цветом, а индикатор D1 начинает мигать красным цветом (аккумулятор не вставлен в держатель).
Когда вставлен аккумулятор и подключено внешнее питание, то загорается индикатор D1
На неполностью заряженном аккумуляторе показания, которые берутся с USB порта:
U=5,02В I=0,49А. Напряжение на аккумуляторе 4,21 В
замеры в начале заряда
После окончания заряда загорается индикатор D2 зелёным цветом
На полностью заряженном аккумуляторе показания, которые берутся с USB порта:
I=0,00А. Напряжение на аккумуляторе 4,21 В
замеры в конце заряда
Дальше я решил проверить, до конца ли я зарядил самодельной зарядкой аккумулятор. Для этого я подождал пару часов и попробовал зарядить аккумулятор iMax B6 током 0,5 А.
Как видно на индикаторе, аккумулятор заряжался почти 10 минут и взял всего 14 мАч. Причем ток практически сразу сбросился до 0,1А и держался так все 10 минут.
Кстати, на последней фотографии видно ещё одно применение держателя для аккумуляторов 18650.
Вблизи держатель с клеммами для iMax B6 выглядит так:
Ленту я приклеил обычным суперклеем. Бока держателя (3 штуки) я срезал канцелярским ножом, оставил лишь один бок для подстраховки.
Далее я попробовал разрядить аккумулятор, чтобы понять, выдаст ли 18650 свою ёмкость, и заодно после разряда проверить, какой ток потребляется в начальный момент заряда от USB порта.
На фотографии видно, что 18650 отработал на все 100% (на самом аккумуляторе написана ёмкость)
Начальный момент заряда:
Данный аккумулятор ёмкостью 1365мАч заряжался с полностью разряженного состояния чуть более 3 часов.
Кратенько минусы и плюсы:
Минусы
Трудно достать аккумулятор из держателя. После небольшой доработки данный минус убирается.
Замечания (не минусы и не плюсы)
Заметил небольшой баг зарядного. Если подать питание на USB порт, а потом вставить аккумулятор, то зарядка не начнётся. То есть нужно сначала вставить аккумулятор, а потом на зарядное подать напряжение.
Плюсы
1) Цена. За 1,5$ полноценная зарядка аккумуляторов 18650.
2) Возможность регулировки зарядного тока путём замены резистора R4 (в datasheet есть таблица, которая показывает, какой резистор нужно поставить, чтобы выставить зарядный ток)
3) Компактное
Выводы
За 1,5$ и полчаса времени я получил компактное зарядное, которое меня полностью устраивает.
Практически у всех современных литий-ионных аккумуляторов отличная энергоёмкость, а также высокие малогабаритные показатели. Именно с их помощью можно питать устройства высокой мощности с наибольшей эффективностью. И совершенно не обязательно для этого покупать готовое зарядное устройство в магазине, ведь есть вариант более бюджетный, который особенно понравится радиолюбителям - собрать зарядное для литий-ионных аккумуляторов своими руками.
Меры предосторожности: перезаряд недопустим
Крайне важно перед началом сборки АКБ для батарей запомнить одну простую вещь - литиевые аккумуляторы строго запрещено перезаряжать. У них очень строгие требования к режиму зарядки и эксплуатации, поэтому их нельзя заряжать до напряжения больше 4,2 В. А ещё лучше руководствоваться информацией о безопасном пороге для каждой отдельно взятой банки. Кстати, там может быть указан даже меньший порог, который считается допустимым для этого экземпляра.
Ещё лучше, если вы собираетесь делать зарядку для литиевых аккумуляторов своими руками, несколько раз проверить используемые материалы и оборудование. Если у вас сомнения относительно точности показаний вашего вольтметра или происхождения банок, а также максимально допустимой мощности их заряда, лучше ставить порог ещё меньше. Оптимально будет в пределах 4.1–4.15 В. В этом случае заряжать АКБ, у которых нет встроенной платы защиты, будет безопасно для вас.
В противном случае велика вероятность сильного нагрева и вздутия банок, обильного выделения газа с резким неприятным запахом и даже их последующего взрыва. Проверьте все несколько раз перед тем, как приступать к сборке и зарядке.
Как собрать зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками
Один из простейших, если не самый простой, вариант создания зарядного устройства. Он предусматривает использование микросхемы LM317. Она дешёвая и повсеместно доступная, плюс оснащается индикатором заряда.
Настройка сводится к тому, чтобы установить выходное напряжение номиналом 4,2 Вольта, используя подстроечный резистор R8. Только обязательно без подключённого аккумулятора. А также устанавливается зарядный ток методом подбора резисторов R4 и R6. Рекомендуемая мощность резистора R1 при этом должна составлять не менее 1 Ватт.
Когда светодиод на схеме погаснет, это сигнализирует о завершении процесса зарядки батареи. При этом показатели зарядного тока до нуля уменьшаться никогда не будут.
Микросхемы типа LM317, как и её аналоги, очень широко применяются во всевозможных стабилизаторах тока и напряжения. При этом купить их можно на любом радиорынке, а обойдутся они в сущие копейки.
Недостатком схемы можно считать питающее напряжение, которое обязательно должно составлять от 8 до 12 В. Это обусловлено тем, что для нормального функционирования микросхемы требуется разница между напряжением на АКП и питающим напряжением не меньше 4,25 В, то есть запитать устройство с помощью порта USB не получится.
Последовательность сбора зарядки литиевых аккумуляторов своими руками такова:
- подбираете подходящий корпус;
- крепите к нему блок питания (5 В) и элементы указанной схемы (обязательно в правильном порядке);
- берете латунь и вырезаете из неё две полоски, крепите их на гнёзда;
- используя гайку, устанавливаете расстояние между контактами и АКБ, которые собираетесь подключать;
- крепите переключатель, если хотите впоследствии иметь возможность изменять полярность на гнёздах (если - нет, оставляете все как есть).
Но если задачей является сборка зарядного устройства, ориентированного на работу с аккумуляторами 18650, тогда сразу стоит переходить к более сложным схемам, либо же покупать готовый девайс. Без соответствующих технических навыков собрать узел не получится. Порой действительно проще потратить немного больше денег, но взять заводской зарядник с необходимыми параметрами и защитой.
Как собрать зарядку для литий-ионных аккумуляторов своими руками?
Поскольку Li-Ion батареи чувствительны к резкому напряжению во время зарядки , в фирменных АКБ встроены специальные микросхемы. Они обеспечивают контроль напряжения и не позволяют превышать допустимые пределы. Поэтому для того чтобы собрать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, нужна более сложная схема, чем та, о которой шла речь выше.
Такой вариант АКБ будет создать намного сложнее, чем предыдущий и в домашних условиях это возможно, только если есть определённые навыки и соответствующий опыт. В теории вы сможете получить зарядное устройство , которое по характеристикам ничем не будет уступать фирменным АКБ. Но на практике это далеко не всегда так.
А вы собирали ЗУ в домашних условиях из подручных материалов? Расскажите в комментариях о своих результатах.
Читайте также...
