Модули зарядки литиевых аккумуляторов с защитой. Модуль для заряда Li-ion аккумуляторов
Цена: $0.69
Здравствуйте, друзья! Как и обещал, выкладываю обзор миниатюрной зарядной платы. Она предназначена для заряда литий-ионных аккумуляторов. Основная ее фишка в том, что она не «привязана» в какому-либо конкретному типоразмеру - 186500, 14500 и т.д. Подойдет абсолютно любой литий-ионный аккумулятор, к которому можно подключить «плюс» и «минус».
Плата совсем миниатюрная.
Не смотря на наличие USB-micro входа для подачи питания, входные «плюс» и «минус» продублированы еще и клеммами.
Это очень даже неплохой плюс. Объясню почему.
Во-первых, можно взять какой-нибудь блок питания припаять провода напрямую к плате. Поможет в том случае, если USB-micro вход по каким-то причинам окажется неисправным.
Во-вторых, можно взять, скажем, 3 платы, соединить три входных плюса и три входных минуса (получится параллельное соединение), и тогда от одного блока питания можно будет заряжать одновременно 3 аккумулятора. А если хочется зарядить аккумуляторы побыстрее, то можно будет подключить второе и даже третье зарядное устройство.
Выходы на аккумулятор, кстати, тоже можно запараллелить.
Т.е., если соединить те же 3 платы не только на входе, но и на выходе, то можно получить очень мощное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. В данном случае это будет зарядка на 3А.
Но один достаточно смешной момент все-таки есть - отверстия на выходных плюсе и минусе - разного диаметра. Почему так - не знаю.
Ну да ладно, это мелочь. Главное чтоб она нормально работала. Кстати, именно этим мы сейчас и займемся - проверкой работоспособности данной платы.
Тест 1. Отсечка по факту полного заряда.
Этот тест я проводил на двух аккумуляторах - оригинальном Панасонике на 3400mAh и на фейковом ноунейме на 5000mAh (а если серьезно - 450mAh).
Синий огонек на плате свидетельствует о том, что заряд аккумулятора завершен. Мультиметр при этом показывает 4,23В. Да, я не спорю, 4,25В на заряженном аккумуляторе это как бы тоже в пределах нормы, но… Вообще выше 4,2В как бы не желательно. А может что-то изменится, если плату отключить?
Почти те самые идеальные 4,2В. Т.е. аккумулятор все-таки заряжен «без излишеств». Но что будет, если Вы забыли снять аккумулятор сразу после его полного заряда? Обратите внимание, на приведенном выше фото почти 6 часов вечера. Подключим зарядку обратно и оставим в таком состоянии на несколько часов.
(спустя 5 с чем-то часов)
Я снова отключил плату, чтоб она не мешала измерениям напряжения на аккумуляторе. И что в итоге?
Никакого повышения напряжения на аккумуляторе не произошло. Может дело в емкости аккумулятора? Что будет, если вместо оригинальных Панасоников зарядить фейковые ноунеймы на 450mAh реальной емкости? Так и сделал - сначала разрядил один такой аккумулятор, а потом поставил заряжаться. И уснул.
А на утро… Ну что ж, отключаем зарядную плату и…
Итак, мы выяснили, что отсечка заряда происходит при достижении напряжения в 4,2В. Но на фото напряжение ниже. Т.е. после окончания заряда никакой «дозаправки» не происходит. Поясню. Некоторые зарядные устройства после окончания заряда продалжают подавать небольшой ток (буквально 10-15mA) для того, чтоб компеенсировать саморазряд аккумулятора. Здесь этого не происходит. Но это не страшно. Избыточный заряд - гораздо страшнее.
Подведем черту:
- заряжает до напряжения 4,19В и производит отсечку
- компенсация саморазряда не производится.
Проще говоря, тест пройден с успехом.
Тест 2. Ток.
Китаяц обещал, что данная плата способна заряжать током до 1А. Проверим? Для этого я почти разрядил один из имеющихся Панасоников (примерно до 3,3В), а потом поставил на зарядку. И что мы имеем?
Наблюдательные спросят - «а зачем ты USB-тестер из цепи убрал? ты ему не доверяешь что ли?». Друзья, этот USB-тестер хорош для замера емкости аккумулятора, но для замера мощности зарядной платы он не подходит. И вот почему. Буквально сразу же я встроил uSB-тестер обратно в цепь и…
… и сила тока заряда упала на целых 200mA. Именно по этой причине я ВСЕГДА ставлю дизлайки к тем видео, где чувак берет USB-зарядку, втыкает туда такой тестер, дает нагрузку, токоотдача не соответствует заявленной (например, заявлено 2A, а отдача составляет 1,5A), а потом еще и диспут с продавцом открывает, мол, как это так, мне 1,5А мало, мне 2А подавай! Я не знаю, с чем это связано, но после того, как я сделал эти 2 фото, я снова убрал USB-тестер из цепи и ток заряда восстановился до 1А.
Так что данной характеристике плата полностью соответствует.
Тест 3. Нагрев.
Ну тут все просто - подождал 10 минут, а потом «снял» температуру с помощью пирометра.
Я не буду разбираться нормально это или нет. Я просто добавлю к ней алюминиевый радиатор охлаждения.
Тест 4. Поведение при работе с избыточно заряженными аккумуляторами.
Друзья, параллельно с обзором на эту зарядную плату, я отщелкиваю еще и обзор на панасоники. Поэтому в этих двух обзорах несколько фотографий будет одинаковыми. Так вот. Ради теста я разрядил один из Панасоников до недопустимо низкого напряжения.
И вот сейчас у любителей данных Панасоников сердце облилось кровь. Ведь они ожидали увидеть разряд до 2,4В, может даже 2,2В, но никак не 1,77В.
Я обнулил счетчик тестера и поставил заряжаться. И вот тут я был приятно удивлен. Я ожидал, что из-за малого сопротивления аккумулятора ток будет запредельно высоким, что даже с USB-тестером ток будет ближе к 2А, что зарядная плата будет работать в бешеных перегрузках, почти на коротком замыкании, и прочую драму, которая заставляет радиолюбителей сидеть и трястись от мыслей вроде «да что ж ты делаешь, ублюдок!» Ничего подобного.
Всего 80mA (ОК, округлим до 100) - так называемый «восстановительный» ток. Фантастика! Т.е. эта плата умеет работать еще и с избыточно разряженными аккумуляторами!
А может она просто глючит? Не думаю. Спустя некоторое время, когда аккумулятор принял в себя примерно 35mAh, ток зашкалил за 1А.
Пока включил цифровик, пока настроил, пока туда-сюда, аккумулятор принял в себя 50mAh. Именно их мы и вычтем из итоговой емкости, которую нам покажет USB-тестер. Но это уже совсем другая история.
Друзья, учитывая цену в 50р - данная микросхема достойна аплодисментов.
Мудрость: чем сильнее бабушка любит внука - тем круче этот внук отыгрывается на своих родителях.
Кинокомпания «Разоблачение» представляет… Триллер «Кабелерез». В главных ролях:
И снова устройство для самоделкиных.
Модуль позволяет заряжать Li-Ion аккумуляторы (как защищённые так и незащищённые) от порта USB посредством кабеля miniUSB.
Печатная плата - двусторонний стеклотекстолит с металлизацией, монтаж аккуратный.
Собрана зарядка на базе специализированного контроллера заряда TP4056.
Реальная схема.
Со стороны аккумулятора, устройство ничего не потребляет и его можно оставлять постоянно подключенным к аккумулятору. Защита от КЗ на выходе - есть (с ограничением тока 110мА). Защита от переполюсовки аккумулятора отсутствует.
Питание miniUSB продублировано пятаками на плате.
Работает устройство так:
При подключении питания без аккумулятора, загорается красный светодиод, а синий периодически помаргивает.
При подключении разряженного аккумулятора, красный светодиод гаснет и загорается синий - начинается процесс заряда. Пока напряжение на аккумуляторе меньше 2,9V, ток заряда ограничен величиной 90-100мА. С повышением напряжения выше 2.9V, ток заряда резко возрастает до 800мА с дальнейшим плавным повышением до номинала 1000мА.
При достижении напряжения 4,1V, ток заряда начинает плавно снижаться, в дальнейшем происходит стабилизация напряжения на уровне 4,2V и после уменьшения зарядного тока до 105мА светодиоды начинают периодически переключаться, показывая окончание заряда, при этом заряд всё равно продолжается с переключением на синий светодиод. Переключение идёт в соответствии с гистерезисом контроля напряжения аккумулятора.
Номинальный ток заряда задаётся резистором 1,2кОм. При необходимости, ток можно уменьшить увеличивая номинал резистора согласно спецификации контроллера.
R (кОм) - I (mA)
10 - 130
5 - 250
4 - 300
3 - 400
2 - 580
1.66 - 690
1.5 - 780
1.33 - 900
1.2 - 1000
Конечное напряжение заряда жёстко задано на уровне 4,2V - т.е. не всякий аккумулятор будет заряжен на 100%
Спецификация контроллера.
Вывод: устройство простое и полезное для выполнения конкретной задачи.
Планирую купить +167 Добавить в избранное Обзор понравился +96 +202Цен указана за 2 штуки.
Понадобилось мне запитывать от литиевого АКБ 18650 одно устройство, которое работает от 3 - 4 вольт. Для воплощение этой идеи понадобилась схема которая умеет:
1 - защищать АКБ от переразряда
2 - заряжать литиевые АКБ
На Алиэкспрессе была найдена маленькая платка, которое всё это делала и стоила совсем не дорого.
Не долго думая сразу купил лот из двух таких плат за $3.88. Конечно, если купить их 10 штук, то можно найти и по 1 доллару. Но мне 10 штук не надо.
Спустя 2 недели платы были у меня в руках.
Кому интересно, то процесс распаковки и беглый обзор можно посмотреть тут:
Схема заряда выполнена на специализированном контроллере TP4056
Описание которого:
Со второй ноги на "землю" идёт сопротивление 1.2 кОм (на плате обозначено R3), меняя номинал этого сопротивления можно менять ток заряда аккумулятора.
Изначально стоит 1.2 кОм, значит ток заряда равен 1 Амперу.
К этой плате можно подключать и различные другие преобразователи. например, если подключить такой DC/DC преобразователь
То получим нечто вроде повербанка. Так как на выходе у нас будет +5в.
А если подключить универсальный, повышающий DC/DC преобразователь на LM2577S
То получим на выходе от 4 до 26 вольт. Что очень даже хорошо, и перекроет все наши потребности.
В общем, имея литиевый АКБ, даже от старого телефона и такую плату, мы получаем универсальный комплект для очень многих задач по питанию наших устройств.
Подробно можно посмотреть в видео-обзоре:
Планирую купить +138 Добавить в избранное Обзор понравился +56 +153
На форумах частенько советуют использовать плату защиты от какого-либо литиевого аккумулятора (или, как ее еще называют, PCB-модуль) в качестве ограничителя заряда. То есть сделать зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора из платы защиты.
Логика такова: по мере заряда напряжение на Li-ion аккумуляторе возрастает и как только оно достигнет определенного уровня, плата защиты сработает и прекратит зарядку.
Этот принцип, например, применен в схеме зарядки для фонарика, которая то и дело всплывает в интернетах:
На первый взгляд данное решение выглядит вполне логично, не так ли? Но если копнуть немного глубже, то оказывается минусов гораздо больше, чем плюсов.
Мы не будем заострять внимание на том, что в качестве источника зачем-то выбран 8-вольтовый блок питания. Уверен, это сделано для того, чтобы на R1 рассеивалось целых 10 Вт мощности. Резистор будет греть вашу квартиру долгими зимними вечерами.
Вместо этого присмотримся к значению порогового напряжения, при котором срабатывает защита от перезаряда. Элементом, задающим этот порог, является специализированная микросхема.
Первый минус
В платах защиты применяют микросхемы разных типов (подробнее об этом читайте в ), наиболее распространенные из них представлены в таблице:
Нормальным значением, до которого заряжают литий-ионный аккумулятор является 4.2 Вольта. Однако, как можно видеть из таблицы, большинство микросхем заточены под несколько... эээ... завышенное напряжение.
Это объясняется тем, что платы защиты рассчитаны на срабатывание при возникновении аварийной ситуации для предотвращения закритических режимов работы аккумулятора. Таких ситуаций при нормальной эксплуатации батарей вообще быть не должно.
Редкие перезаряды литиевого аккумулятора до напряжения, например, 4.35В (микросхема SA57608D), наверное, не приведут к каким-либо фатальным последствиям, но это не означает, что так будет всегда. Кто знает, в какой момент это приведет к выделению металлического лития из гелевого электролита, ведущего к неизбежному замыканию электродов и выходу аккумулятора из строя?
Уже одного этого обстоятельства достаточно чтобы отказаться от использования плат защиты в качестве контроллера зарядного устройства. Но если вам этого мало, читайте дальше.
Второй минус
Второй момент, на который обычно мало кто обращает внимание - это кривая заряда Li-ion аккумуляторов. Давайте освежим ее в памяти. На графике ниже показан классический профиль заряда CC/CV, что расшифровывается как Constant Current / Constant Voltage (постоянный ток/постоянное напряжение). Такой способ заряда уже стал стандартом и большинство нормальных зарядных устройств старается его обеспечивать.
Если внимательно посмотреть на график, то можно заметить, что при напряжении на аккумуляторе в 4.2В, он еще не набрал свою полную емкость.
В нашем примере, максимальная емкость аккумулятора равна 2.1А/ч. В тот момент, когда напряжение на нем станет равным 4.2 Вольта, он оказывается заряжен всего лишь до 1.82 А/ч, что составляет 87% от своей макс. емкости.
И именно в этот момент плата защиты сработает и прекратит зарядку.
Даже если ваша плата сработывает при 4.35V (предположим, она собрана на микросхеме 628-8242BACT), это не изменит ситуацию коренным образом. Из-за того, что ближе к окончанию зарядки напряжение на аккумуляторе начинает возрастать очень быстро, разница в набранной емкости при 4.2В и 4.35В едва ли составит более нескольких процентов. А при использовании такой платы вы еще и сокращаете срок службы аккумулятора.
Выводы
Итак, резюмируя все вышесказанное, можно смело утверждать, что применять платы защиты (PCM-модули) вместо зарядки для литиевых аккумуляторов крайне нежелательно.
Во-первых, это приводит к постоянному превышению пределельно допустимого напряжения на аккумуляторе и, соответственно, снижению срока его службы.
Во-вторых, из-за особенностей процесса зарядки li-ion, применение платы защиты в качестве контроллера заряда не позволит использовать полную емкость литий-ионного аккумулятора. Заплатив за аккумуляторы емкостью 3400 мА/ч, вы сможете использовать не более 2950 мА/ч.
Для полноценной и безопасной зарядки литиевых аккумуляторов лучше всего применять специализированные микросхемы. Наиболее популярной на сегодняшний день является TP4056. Но с этой микросхемой нужно быть осторожным, она не имеет защиты от дурака переполюсовки.
Пользуйтесь литиевыми аккумуляторами правильно, не нарушайте рекомендованные производителем режимы заряда и они выдержат не менее 800 циклов заряд/разряд.
Помните, что даже при самой идеальной эксплуатации, литий-ионные аккумуляторы подвержены деградации (необратимой потери емкости). Также они имеют довольно большой саморазряд, равный примерно 10% в месяц.
Вся история началась с того, что только что купленный карманный роутер Hame R1 (благодаря обзору отсюда, можете почитать его ) приказал долго жить. Если точнее, вышла из строя микросхема зарядки. Как я справился с этой проблемой и в итоге получил большую функциональность, нежели была изначально, можно прочитать под катом.
Много фото, а также ковыряния паяльником.
Если что, я предупредил =)
Заранее извиняюсь за неказистость и качество фотографий.
Ну что, поехали!
После недели использования Hame R1 начал странно себя вести: после конца зарядки постоянно горел индикатор зарядки и постоянно кушались 0.35A от аккумулятора. Вскрытие показало, что греется вот этот модуль: 
(выпаян и лежит рядом))
Поиск в гугле по маркировке ничего не дал, а беглое тыкание щупами по выводам микросхемы дало понять, что скорее всего это и есть микросхема заряда.
Тут на помощь и пришёл сабж, заказанный до кучи с фасттеча.
Девайс простой и незатейливый. Основан на микросхеме TP4056, на ней же, кстати говоря, построена зарядная часть всеми любимой народной зарядки ml102 пятой версии.
Ток заряда задаётся резистором R4, по умолчанию впаян резистор на 1.2KОм, что соответствует току заряда в CC в 1А.
При желании, для батарей малой ёмкости, ток можно (и нужно!) уменьшить. Соотношение тока и необходимого сопротивления можно найти под спройлером.
Дополнительная информация
RPROG(k)IBAT (mA)
30 50
20 70
10 130
5 250
4 300
3 400
2 580
1.66 690
1.5 780
1.33 900
1.2 1000
На сабже имеется два индикаторных светодиода. Красный горит во время зарядки, а зелёный после её завершения.
Также на плате присутствует разъём miniUSB, так что можно подключать и пользоваться, но не в нашем случае. Плата такого размера просто не влезет в корпус роутера.
Так что я открыл Eagle и принялся за дело.
Спустя полчаса схема девайса была готова, а вскоре и разводка дорожек:
Разводил схему без разъёмов и чего бы то ни было ещё. Максимально компактно, чтобы можно было встроить девайс куда угодно.
Дальше был ЛУТ, травление, нанесение паяльной маски. Кому интересно - можете посмотреть небольшой фотоотчёт под спойлером.
PCB за одну ночь
Печатаем схему на специальной китайской бумаге, зачищаем текстолит:
После этого переносим утюгом тоннер на текстолит и травим.
Я травлю в перекиси водорода. (100мл перекиси (50град C) + 20г лимонной кислоты + 5г соли)
Пока плата травится готовим трафарет для паяльной маски. Специальной плёнки для печати у меня нет, поэтому я обхожусь плёнкой для ламинирования.
А вот и плата протравилась:
После нанесения паяльной маски:
Пролудим выводы:
Ну и наконец перенесём компоненты с сабжа на нашу плату:
Проверим работоспособность:
Всё работает!
Схема для Eagle:
Ну вот, плата готова. Теперь стал другой вопрос. В ходе тестирования выяснилось, что при таком зарядном токе микросхема нехило греется:
84грС после 2.5 минут работы это ппц. При встраивании модуля в девайс придётся это учитывать.
Подготавливаем место для зарядки над разъёмом RJ45:
Подпаиваемся к + выхожу с разъёма microUSB роутера
А также + от аккумулятора, и землю (синий провод) около кнопки reset.
Так я решил вопрос с перегревом:
Устанавливаем модуль на посадочное место и закрепляем его термоклеем:
Для безопасности между радиатором и микросхемой вставляем специальную термопрокладку:
Наносим термопасту, устанавливаем радиатор и приклеиваем его суперклеем к ребру корпуса (при этом хорошенько его прижимаем вниз)
Не забываем сделать два отверстия в корпусе для индикаторов заряда.
Последний взгляд перед сборкой:
На этом всё!
или…
Вот конечные фото с демонстрацией работы:
Как можете заметить, девайс не потерял товарного вида, а главное только набрал функциональности! Теперь после окончания заряда индикатор не просто тупо гаснет, а горит добрый зелёный светодиод.
Вот теперь уж точно всё. Будут вопросы - с радостью отвечу.
Всем бобра! =)
UPD:
Благодаря пользователю с ником turbopascal007
, было выяснено, что за микросхема была установлена в моём роутере. Он не поленился и разобрал свой, после чего прислал мне его маркировку. По EMC5755 гугл без проблём выдаёт даташит, в отличие от установленного у меня C2C37. Так что у кого возникнет такая же проблема - можете просто её заменить.