Напевно, кожен радіоаматор стикався з проблемою, включаючи літієві акумуляторипослідовно, помічав що один сідати швидко а інший ще цілком тримає заряд, але з-за іншого села вся батарея не видає потрібної напруги. Це від того що при зарядці всього блоку батарей, вони заряджаються не рівномірно, і частина батарей набирають повну ємність, а частина немає. Це призводить не тільки до швидкого розряду, але і до виходу з ладу окремих елементів, за постійною не до зарядки.
Виправити проблему досить просто, на кожен акумуляторний елемент потрібен так званий балансир, пристрій який після повної зарядки батареї блокує її подальший перезаряд, і транзистором, що управляє, обводить зарядний струм повз елемент.
Схема балансу досить проста, зібрана на прецизійному керованому стабілітроні TL431A, і транзисторі прямої провідності BD140.

Після довгих експериментів схема трохи змінилася, в місце резисторів було встановлено 3 послідовно включені діоди 1N4007, працювати балансир став як на мене стабільнішим, діоди при зарядці відчутно гріються, це слід враховувати при розведенні плати.

Принцип роботидуже простий, поки напруга на елементі менше 4,2 вольта, йде зарядка, керований стабілітрон і транзистор закриті і не впливають на процес заряджання. Як тільки напруга досягне 4,2 вольта, стабілітрон починає відкривати транзистор, який через резистори сумарним опором 4 Ома шунтує акумулятор, тим самим не даючи напруженню піднятися вище верхнього порогу 4,2 вольта, і дає можливість зарядитися решті акумуляторів. Транзистор з резисторами спокійно пропускає струм близько 500 мА, причому він нагрівається градусів до 40-45. Як тільки на балансирі спалахнув світлодіод акумулятор який до нього підключений повністю заряджений. Тобто якщо у вас з'єднано 3 акумулятори, то закінченням заряду потрібно вважати загоряння світлодіодів на всіх трьох балансирах.
Налаштуваннядуже проста, подаємо на плату (без акумулятора) напруга 5 вольт через резистор приблизно 220 Ом, і міряємо на платі напруга, вона повинна бути 4,2 вольта, якщо вона відрізняється то підбираємо резистор 220 кОм у невеликих межах.
Напруга для зарядки потрібно подавати приблизно на 0,1-0,2 вольта більше ніж напруга на кожному елементі в зарядженому стані, приклад: у нас 3 послідовно з'єднані акумулятори по 4,2 вольта в зарядженому стані, сумарна напруга 12,6 вольта. 12,6+0,1+0,1+0,1 = 12,9 вольта. Також слід обмежити струм заряду лише на рівні 0,5 А.
Як варіант стабілізатора напруги і струму можна використовувати мікросхему LM317, стандартне включення з даташита, схема виглядає наступним чином.

Трансформатор потрібно вибирати з розрахунку – напруга зарядженої батареї + 3 вольти за зміною, для коректної роботи LM317. Приклад у вас батарея 12,6 вольт + 3 вольт = трансформатор потрібен 15-16 вольт змінної напруги.
Так як LM317 лінійний регулятор, і падіння напруги на ньому перетвориться на тепло, обов'язково встановлюємо її на радіатор.
Тепер трохи про те, як розрахувати дільник R3-R4 для стабілізації напруги, а дуже просто за формулою R3+R4=(Vo/1.25-1)*R2, Величина Vo - це напруга закінчення заряду (максимальне вихідне після стабілізатора).
Приклад: нам потрібно отримати на виході 12,9 вольт для 3-х. батарей із балансирами. R3+R4=(12.9/1.25-1)*240=2476,8 Ом. що приблизно дорівнює 2,4 кОм + у нас стоїть підстроювальний резистордля точного підстроювання (470 Ом), що дозволить нам, без проблем встановити розрахункове вихідна напруга.
Тепер розрахунок вихідного струму, за нього відповідає резистор Ri, формула проста Ri=0.6/Iз, де Iз – максимальний струм заряду. Приклад нам потрібен струм 500 мА, Ri=0.6/0,5А=1,2 Ом. Слід враховувати, що через цей резистор тече зарядний струм, тому його потужність варто брати 2 Вт. Ось і все, плати я не викладаю, вони будуть, коли я зберу зарядний пристрійз балансиром для свого металошукача.

Загальною властивістю всіх літієвих акумуляторів є нетерпимість до перезаряду та глибокої посадки напруги. Є близько 10 різновидів літій-іонних та полімерних акумуляторів з використанням різних складів активних складових. Усі вони відрізняються робочим діапазоном по напрузі, але вимогливі до дотримання кордонів. Плати – це електричні схеми, впроваджені в ланцюг для підтримки потрібних параметрів, відключення літієвих акумуляторів у разі його несправності. Для заряджання, балансування, контролю розряду та захисту літієвих акумуляторів складаються окремі або суміщені плати, що виконуються на твердій підкладці.

Навіщо потрібен балансир заряджання батареї? При послідовному з'єднанні кількох банок напруга підсумовується, і ємність батареї дорівнюватиме найнижчій, з усіх елементів.

Щоб не допустити перезаряду «ледачої» банки, її потрібно відключити від живлення, як тільки на ній буде досягнуто зарядної напруги. Це дозволить іншим елементам продовжити заряджання. На виконання контролю над рівномірним зарядом служить балансир. Він має бути включений у ланцюг із послідовним з'єднанням елементів. Для паралельного з'єднання балансир не потрібен, там рівень заряду розподіляється рівномірно, як у судинах.

Плата балансу може бути виконана окремо або входити в загальний захисний контур MBS для літієвих акумуляторів. Називається складання балансувальним шлейфом.

Метою застосування схеми є недопущення перезаряду окремих елементів. Якщо використовується один і захищений акумулятор, блок перезаряджається.

Плата захисту літієвого акумулятора

Акумулятори літію при перезарядженні, нагріванні можуть спалахнути або вибухнути. При просіданні напруги виникають проблеми із зарядкою. Кожен випадок порушення режиму веде до безповоротної втрати ємності банки. Тому будь-яке збирання з літієвих акумуляторів містить захисну плату.

Якщо застосовуються незахищені елементи, контролер заряду-розряду встановлюється обов'язково. РСВ-плата передбачена як обов'язковий елемент у всіх акумуляторах для побутових приладів.

РСВ-плати і РСМ-модулі є контролерами, де вони регулюють струм і напруга. Їхнє завдання – розірвати ланцюг, якщо сталося коротке замикання, перегрів. Модулі допускають розряд до 2,5, що небезпечно. Всі модулі захисту китайські, продукція випускається мільйонами та навряд чи тестується кожна мікросхема. Це не повноцінний захист, аварійний.

Для захисту використовують плати заряду та захисту MBS, що підбираються по подвоєній струмове навантаження, З вбудованим балансиром. Плати зарядки та захисту літієвих акумуляторів представляють контролери, які забезпечують 2 етапи процесу та забезпечують потрібні параметри. Неодмінною умовою другого етапу зарядки є відключення живлення при досягненні максимальної робочої напруги літієвого акумулятора.

Схеми плат захисту літієвого акумулятора

Усі літій-іонні та літій-полімерні акумулятори та зібрані батареї повинні мати захист. Щоб провести зарядку в два етапи, необхідно забезпечити послідовно режим постійного струму, постійної напруги. Використовуються в збиранні РСМ або MBS плати.

Зібрати самостійно або купити готові плати для підключення, вибирати вам. Для заряджання літієвих акумуляторів фахівці використовують китайські вироби. Їх замовляють на AliExpress, із безкоштовною доставкою.

LM317

Простий зарядний пристрій, стабілізатор струму.

Налаштування полягає у створенні напруги 4,2 В підстроюванням резисторів R4, R6. Опір R8 є підстроювальним опором. Погаслий світлодіод сповістить про закінчення процесу. Недоліком цього пристрою вважають неможливість запиту від порту USB. Висока напруга живлення 8-12, умова роботи цього ЗУ.

ТР4056

Фахівці пропонують для зарядки літієвого акумулятора скористатися китайською платою ТП4056 із захистом від переплюсування батарей або без. Купити її можна на Аліекспрес, вартість одиниці обходиться приблизно в 30 центів.

Максимальний струм 1 А регулюється заміною резистора R3. Напруга 5 А, є індикатор заряджання.

Етапи контролю:

• постійно, напруга на акумуляторі;
• передзарядка, якщо на клемах менше 2,9В;
• максимальний постійний струм 1 А, при заміні резистора, збільшення опору, струм падає;
• при напрузі 4,2 ​​починається плавне зниження зарядного струму при постійному напрузі;
• При струмі 0,1С заряджання вимикається.

Фахівці радять купувати плату із захистом або виведеним контактом для температурного датчика.

NCP1835

Зарядна плата забезпечує високу стабільність зарядної напруги за мініатюрного розміру плати – 3х3 мм. Цим пристроєм забезпечується заряджання літієвих акумуляторів всіх видів та розмірів.

особливості:

• мала кількість елементів;
• заряджає сильно розряджені акумулятори струмом близько 30 мА;
• детектує батареї, що незаряджаються, подає сигнал;
• можна встановити час заряду від 6 до 748 хвилин.

Відео

Подивіться на відео повний оглядплати заряду ТП4056

Багато технологій в області накопичення електричної енергії отримують свій розвиток і стають все більш популярними, але літій-іонна технологія накопичення електричної енергії на Наразіє найперспективнішою для нинішнього покоління електричних транспортних засобів (електромобілів).

На відміну від тих же свинцево-кислотних акумуляторних батарейлітій-іонні (Li-ion) акумуляторні батареї вимагають кращого догляду та більш вимогливі до заряджання. Заряджання вимагає набагато більшого, ніж просто підключення до мережі. Навіть розрядження акумулятора може призвести до незворотних пошкоджень. Це спричинило розробку досить складної стратегії зарядки і розрядки лише на рівні окремих осередків.

Чому саме літій-іонні?

Літій має атомний номер 3 – він найлегший із металів. Він має великий електрохімічний потенціал і має велику питому енергію на одиницю ваги – що є величезною перевагою для акумуляторів. На жаль, не все так гладко. Крім позитивних якостей літій має і негативні якості, такі як нестійкість, вибухонебезпечність та легка займистість при контакті з водою або повітрям. Слід зазначити, що дослідження застосування більш безпечних матеріалів велися раніше і ведуться зараз.

Позитивний електрод літій-іонної батареї може використовувати один із безлічі інтеркалованих сполук літію, наприклад, таких як фосфат літію заліза (lithium iron phosphate LFP), оксид кобальту-марганцю-нікелю-літію (nickel manganese cobalt NMC), що мають трохи різні характеристики. Негативний електрод, як правило, виготовляють із графіту.

Рідкий електроліт складається з солей літію в органічному розчиннику, наприклад, у такому як диметилкарбонат або етиленкарбонат. Під час роботи акумулятора іони літію переходять від позитивного електрода до негативного (під час розрядки), і, навпаки, під час зарядки.

Літій-іонні батареї мають ряд переваг над іншими, наприклад, свинцево-кислотними та нікель-метал-гідридними (Ni-MH). Вони легкі, немає пам'яті, мають низький рівень саморозряду (близько 1% на тиждень). Номінальна напруга одного осередку становить близько 3,6 В, у той час як для нікель-метал-гідридних порядку 1,5 В, а для свинцево-кислотних 2,0 В. Це дозволяє при одних і тих же габаритах отримати більшу напругу, необхідну для живлення електричних транспортних засобів.

Наприклад, батарея в Nissan Leaf містить 192 літій-іонні осередки з NMC (дивись вище) та графітових електродів. Осередки розташовані у вигляді 96х2 паралельно-послідовного масиву для отримання на виході 360 В та щільності енергії 140 Вт * год / кг. У 1996 році компанія General Motors почала серійний випуск електромобілів (EV1) з використанням свинцево-кислотних акумуляторів з вихідною напругою 312 В і щільністю енергії лише 31 Вт * год / кг.

Небезпека під час експлуатації

Крім позитивних якостей літій-іонних акумуляторів, існують і негативні. На відміну від інших типів акумуляторів вони дуже чутливі до розряду, перезарядки, перегріву та надструмів.

Ці якості можуть спричинити небезпечні ситуації не тільки в автомобільному транспорті. Наприклад, у 2013 році протягом трьох місяців були призупинені польоти літака Boeing 787 Dreamliner після того, як причиною двох пожеж, що виникли на борту, визнали саме тепловою пробією літій-іонних акумуляторів.

Ключові параметри батарей

У будь-якому транспортному засобі, яке залежить від акумуляторних батарей як від частини трансмісії важливо, щоб система управління батареї (BMS battery-management system) безперервно відстежувала її стан незалежно від типу акумуляторних батарей. Це стосується як звичайних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння, де акумулятор необхідний для запуску двигуна, для гібридних автомобілів, що використовують як електродвигуни, так і двигуни внутрішнього згоряння, так і електромобілів, які для руху використовують тільки електродвигуни.

Зазвичай використовують два параметри для оцінки стану акумулятора або комірки:

• Стан заряду (State of charge SoC) можна порівняти з датчиком рівня палива автомобіля. Він вимірює енергію батареї від 0% (розряджено) до 100% (цілком заряджено). Зворотний метрика – це глибина розряду (depth of discharge DoD).
• Стан працездатності (State of health SoH) – фігура порівняння, оцінює стан батареї або осередку по відношенню до її ідеального стану (якщо акумулятор має характеристики порівняння). SoH зазвичай починається зі 100% і поступово зменшується зі старінням батареї.

BMS зазвичай використовує SoC та SoH для регулювання продуктивності та спостереження за працездатністю акумуляторів.

Заряджання і розряджання відбуваються через термінали, з'єднані з кожним кінцем стека групи, а не на рівні комірки. У свинцево-кислотних і нікель-металогідридних системах вимірювання та контроль окремих осередків не потрібен, тому що вони менш чутливі до неповної зарядки. Літій-іонні акумулятори потребують складнішого підходу.

Вимірювання заряду комірки

Заряд окремого осередку можна визначити за допомогою вимірювання напруги розімкнутого ланцюга (open-circuit voltage OCV) і вивести відповідний стан заряду або розряду з графіка, який повинен бути аналогічний показаному нижче:

Результати обчислень можуть бути поліпшені за рахунок застосування різних поправочних коефіцієнтів, наприклад струмових і температурних. Виробники постійно вдосконалювали і вдосконалюють свої вироби, і це дозволило акумуляторним батареям підтримувати постійну вихідну напругу практично в усьому діапазоні заряду.

Як би це дивно не звучало, але таке покращення лише ускладнило систему управління в отриманні зворотнього зв'язку. Це викликано тим, що мізерні відмінності в напругах акумуляторах насправді можуть означати значну різницю їх зарядів. Точність вимірювання напруги має бути величезна (до кількох мілівольт), що потребує високої точності (analog-to-digital converter ADC).

14-розрядний 5 вольтовий АЦП є хорошим вибором для практичного вимірювання напруги осередку (open-circuit voltage OCV) з напругою до 4,2 В. Як правило, один АЦП вимірює напругу не одного осередку, а кількох, при цьому використовується мультиплексор для перемикання між каналами вимірів. Використання структури з послідовним наближенням регістру (successive-approximation-register SAR) є кращим, оскільки не має затримки між послідовними вимірами.

Після того як заряд кожного осередку виміряний, система балансування навантаження приступає до вирівнювання зарядів. Для балансування можуть застосовувати один із підходів – пасивне балансування та активне балансування.

Пасивне балансування навантаження

Система пасивного балансуванняотримує енергію безпосередньо від самої комірки та розсіює її у вигляді тепла на резисторі. На малюнку нижче показана схема для одного осередку стека:

Тут значення VSENSEn+1 буде показником заряду Celln+1. Коли заряд осередку занадто високий, Qn+1 вмикається і енергія розсіюється на резисторі Rdisch_n+1.
Алгоритм управління, що працює на контролері BMS (Battery Management System), врівноважує заряд кожного осередку шляхом вимірювання напруги на ній та розрядки її (якщо це необхідно) доти, доки напруги на осередках групи не вирівняються. BMS виконує також функції діагностики батареї - такі як перегрів, перезаряджання, недозаряджання і так далі. Після балансування акумуляторна батарея заряджається таким чином, щоб у потрібній мірі зарядити кожну комірку.

Активне балансування навантаження

Пасивне балансування – система односпрямована, вона може лише поглинати заряд осередку. Активне балансування складніше. Вона не розсіює енергію осередку, та якщо з більш зарядженого осередку переносить енергію менш заряджену через ряд двунаправленных DC-DC перетворювачів. Мікроконтролер стежить за зарядами кожного елемента і визначає, який осередок повинен бути розряджений, а який заряджений.
Нижче показано блок схема типового активного балансувальника навантаження:

Активна система балансування навантаження використовує двонаправлені перетворювачі постійного струму джерела або поглинача струму під керуванням мікроконтролера BMS.
Матричний комутатор забезпечує маршрутизацію зарядів або з осередків, які знаходяться під керуванням мікроконтролера BMS через SPY або інший інтерфейс. Матричний комутатор підключається до DC-DC перетворювачів, які регулюють струм (він може бути як позитивний, так і негативний) кожного осередку, який потрібно зарядити або розрядити. Декілька блоків можуть працювати паралельно для балансування цілого стека.
Ізольований DC-DC перетворювач обмінюється енергією між осередком та стеком акумулятора. Замість використання резистора та розсіювання тепла, величина струму, що перетікає при зарядці-розрядці, контролюється алгоритмом балансування навантаження.

Тенденції розвитку акумуляторних батарей

Вартість акумуляторних батарей для електромобілів знизилася з 1000 $ за кіловат-годину в 2007 році, до 450 $ в 2014 році. У деяких провідних світових виробників акумуляторів ціна за кіловат-годину досягає 300 $. Тенденції розвитку даних технологій вказують на те, що до 2020 року ціна за кіловат-годину може бути знижена до 250 $.
Дослідження в галузі накопичення енергії ведуться у всіх ВНЗ та лабораторіях світу і практично щомісяця ми чуємо про чергове відкриття у цій галузі.
Розвиток ринку електроніки теж дозволяє спрощувати та вдосконалювати технології виготовлення та експлуатації акумуляторних батарей, а також удосконалювати їх у питаннях безпеки. Це дозволяє виготовляти більш вузькоспеціалізовані вироби, орієнтовані під виконання меншої кількості завдань, але з більш високою якістю та продуктивністю.

Як виготовляють літій-іонні батареї, розкаже відео внизу:

Іноді є потреба у зарядці Li-Ion акумулятора, що складається з кількох послідовно з'єднаних осередків. На відміну від Ni-Cd акумуляторів, для Li-Ion акумуляторів необхідна додаткова система управління, яка стежитиме за рівномірністю їхнього заряду. Заряджання без такої системи рано чи пізно призведе до пошкодження елементів акумулятора, і вся батарея буде неефективною і навіть небезпечною.

Балансування - це режим заряду, який контролює напругу кожного окремого осередку в батареї акумулятора і не допускає перевищення напруги на них вище встановленого рівня. Якщо один із осередків зарядитися раніше за інших, балансир бере на себе надмірну енергію і переводить її в тепло, не допускаючи перевищення напруги заряду конкретного осередку.

Для Ni-Cd акумуляторів немає потреби в такій системі, оскільки кожен елемент батареї при досягненні своєї напруги перестає приймати енергію. Ознака заряду Ni-Cd - це збільшення напруги до певного значення, з подальшим його зниженням на кілька десятків мВ та підвищенням температури, оскільки зайва енергія переходить у тепло.

Перед заряджанням Ni-Cd повинні бути повністю розряджені, інакше виникає ефект пам'яті, який призведе до помітного зниження ємності, і відновити її можна тільки шляхом декількох повних циклів заряду/розряду.

З Li-Ion акумуляторами все навпаки. Розрядка до занадто низьких напруг викликає деградацію та необоротне пошкодження зі збільшенням внутрішнього опору та зменшенням ємності. Також заряджання повним циклом швидше зношує акумулятор, ніж у режимі підзарядки. Акумулятор Li-Ion не виявляє симптомів заряду як у Ni-Cd, тому зарядний пристрій не може виявити момент повного заряду.

Li-Ion як правило заряджають за методом CC/CV, тобто, на першому етапі заряду встановлюють постійний струм, наприклад, 0,5 С (половина від ємності: так для акумулятора ємністю 2000 мАг струм заряду складе 1000мА). Далі при досягненні кінцевої напруги, яке передбачив виробник (наприклад, 4,2), заряд продовжують стабільною напругою. І коли струм заряду знизиться до 10...30мА акумулятор можна вважати зарядженим.

Якщо у нас батарея акумуляторів (кілька акумуляторів з'єднаних послідовно), ми заряджаємо, як правило, тільки через клеми на обох кінцях всього пакета. При цьому ми не маємо жодної можливості контролювати рівень заряду окремих ланок.

Можливо, що буде так, що один з елементів матиме більш високий внутрішній опір або трохи меншу ємність (в результаті зношування акумулятора), і він швидше за інших досягне напруги заряду 4,2 В, в той же час у інших буде тільки по 4,1 В і вся батарея не покаже повний заряд.

Коли напруга батареї досягне напруги заряду, може виявитися так, що слабкий елемент зарядиться до 4,3 або навіть більше. З кожним таким циклом такий елемент дедалі більше зношуватиметься, погіршуючи свої параметри, доки це не призведе до виходу з ладу всієї батареї. Мало того, хімічні процеси Li-Ion нестабільні і при перевищенні напруги заряду значно підвищується температура акумулятора, що може призвести до самозаймання.

Простий балансир для li-ion акумуляторів

Що ж тоді робити? Теоретично найпростіший спосіб полягає у використанні стабілітрона, підключеного паралельно до кожного елемента батареї. При досягненні напруги пробою стабілітрона він почне проводити струм, не дозволяючи підвищуватися напрузі. На жаль, стабілізатор на напругу 4,2 В не так легко знайти, а 4,3 В вже буде занадто багато.

Виходом із цієї ситуації можливо застосування популярного. Щоправда, у цьому випадку струм навантаження не повинен перевищувати більше 100 мА, що дуже мало для заряду. Тому струм необхідно підсилити транзистором. Така схема, підключена паралельно до кожного осередку, захистить її від перезаряду.

Це злегка змінена типова схема підключення TL431, в datesheet її можна знайти під назвою "hi-current shunt regulator" (сильноточний регулятор шунта).

Літієві акумулятори (Li-Io, Li-Po) є найпопулярнішими на даний момент джерелами електричної енергії, що перезаряджаються. Літієвий акумулятор має номінальну напругу 3.7 Вольт, саме вона вказується на корпусі. Однак, заряджений на 100% акумулятор має напругу 4.2 В, а розряджений "в нуль" - 2.5 В, взагалі немає сенсу розряджати акумулятор нижче 3 В, по-перше, він від цього псується, по-друге, в проміжку від 3 до 2.5 В акумулятор віддає лише пару відсотків енергії. Таким чином, робочий діапазон напруги приймаємо 3 – 4.2 Вольта. Мою добірку порад з експлуатації та зберігання літієвих акумуляторів ви можете переглянути ось у цьому відео

Є два варіанти з'єднання акумуляторів, послідовне та паралельне.

При послідовному з'єднанні сумується напруга на всіх акумуляторах, при підключенні навантаження з кожного акумулятора йде струм, рівний загальному струму в ланцюзі, загалом опір навантаження задає струм розряду. Це ви повинні пам'ятати зі школи. Тепер найцікавіше ємність. Місткість складання при такому з'єднанні по хорошому дорівнює ємності акумулятора з найменшою ємністю. Припустимо, що всі акумулятори заряджені на 100%. Дивіться, струм розряду у нас скрізь однаковий, і першим розрядиться акумулятор із найменшою ємністю, це як мінімум логічно. І як тільки він розрядиться, далі навантажувати цю збірку вже не можна. Так, решта акумуляторів ще заряджена. Але якщо ми продовжимо знімати струм, то наш слабкий акумулятор почне переряджатися, і вийде з ладу. Тобто правильно вважати, що ємність послідовно з'єднаної збірки дорівнює ємності самого малоємного, або розрядженого акумулятора. Звідси робимо висновок: збирати послідовну батарею потрібно по-перше з однакових по ємності акумуляторів, і по-друге, перед складання вони всі повинні бути заряджені однаково, простіше кажучи на 100%. Існує така штука, називається BMS (Battery Monitoring System), вона може стежити за кожним акумулятором в батареї, і як тільки один з них розрядиться, вона відключає всю батарею від навантаження, про це йдеться нижче. Тепер щодо зарядки такої батареї. Заряджати її потрібно напругою, що дорівнює сумі максимальних напругна всіх акумуляторах. Для літієвих це 4.2 вольти. Тобто батарею із трьох заряджаємо напругою 12.6 ст. Дивіться, що відбувається, якщо акумулятори не однакові. Найшвидше зарядиться акумулятор із найменшою ємністю. Але решта ще не зарядилися. І наш бідний акумулятор буде смажитися і перезаряджатися, доки не зарядяться інші. Перерозряду, я нагадаю, літій теж дуже не любить і псується. Щоб цього уникнути, згадуємо попередній висновок.

Перейдемо до паралельного з'єднання. Ємність такої батареї дорівнює сумі ємностей всіх акумуляторів, що до неї входять. Розрядний струм для кожного осередку дорівнює загальному струму навантаження, поділеному на кількість осередків. Тобто чим більше акумів у такому збиранні, тим більший струм вона може віддати. А ось із напругою відбувається цікава річ. Якщо ми збираємо акумулятори, що мають різну напругу, тобто грубо кажучи заряджені до різного відсотка, то після з'єднання вони почнуть обмінюватися енергією доти, доки напруга на всіх осередках стане однаковою. Робимо висновок: перед складання акуми знову ж таки повинні бути заряджені однаково, інакше при з'єднанні підуть великі струми, і розряджений акум буде зіпсований, і швидше за все може навіть спалахнути. У процесі розряду акумулятори теж обмінюються енергією, тобто якщо одна з банок має меншу ємність, решта не дасть їй розрядитися швидше за них самих, тобто в паралельному складанні можна використовувати акумулятори з різною ємністю. Єдиний виняток – робота при великих струмах. На різних акумуляторах під навантаженням по-різному просаджується напруга, і між "сильним" і "слабким" акумом почне тікати струм, а цього нам зовсім не потрібно. І те саме стосується зарядки. Можна абсолютно спокійно заряджати різні за ємністю акумулятори в паралелі, тобто балансування не потрібне, збірка сама себе балансуватиме.

В обох розглянутих випадках потрібно дотримуватися струму зарядки і струму розрядки. Струм заряджання для Li-Io не повинен перевищувати половини ємності акумулятора в амперах (акумулятор на 1000 mah – заряджаємо 0.5 А, акумулятор 2 Ah, заряджаємо 1 А). Максимальний струм розрядки зазвичай вказаний у дататіті (ТТХ) акумулятора. Наприклад: ноутбучні 18650 та акуми від смартфонів не можна вантажити струмом, що перевищує 2 ємності акумулятора в Амперах (приклад: акум на 2500 mah, значить максимум з нього потрібно брати 2.5*2 = 5 Ампер). Але існують високострумові акумулятори, де струм розряду явно вказаний у характеристиках.

Особливості заряджання акумуляторів китайськими модулями

Стандартний покупний зарядно-захисний модуль 20 рублівдля літієвого акумулятора ( посилання на Aliexpress)
(позиціонується продавцем як модуль для однієї банки 18650) може і буде заряджати будь-який літієвий акумулятор незалежно від форми, розміру та ємностідо правильної напруги 4,2 вольта (напруга повністю зарядженого акумулятора, під зав'язку). Навіть якщо це величезний літієвий пакет на 8000mah (зрозуміло йдеться про одну комірку на 3,6-3,7v). Модуль дає зарядний струм 1 ампер, Це означає що їм можна без побоювання заряджати будь-який акумулятор ємністю від 2000mah і вище (2Ah, значить зарядний струм - половина ємності, 1А) і відповідно час зарядки в годинах буде дорівнює ємності акумулятора в амперах (насправді трохи більше, півтора-два години на кожні 1000мм). До речі, акумулятор можна підключати до навантаження вже під час заряду.

Важливо!Якщо ви хочете заряджати акумулятор меншої ємності (наприклад, одну стару банку на 900mah або крихітний літієвий пакетик на 230mah), то зарядний струм 1А це багато, його слід зменшити. Це робиться заміною резистора R3 на модулі згідно з прикладеною таблицею. Резистор необов'язково smd, підійде звичайнісінький. Нагадую, що зарядний струм повинен становити половину від ємності акумулятора (або менше не страшно).

Але якщо продавець каже, що цей модуль для однієї банки 18 650, чи можна їм заряджати дві банки? Чи три? Що якщо потрібно зібрати ємний пауербанк із кількох акумуляторів?
МОЖНА, МОЖЛИВО! Усі літієві акумулятори можна підключати паралельно (всі плюси до плюсів, усі мінуси до мінусів) ПОЗА ЗАЛЕЖНОСТЬ ВІД ЄМНОСТІ. Спаяні паралельно акумулятори зберігають робочу напругу 4,2v, а їх ємність складається. Навіть якщо ви берете одну банку на 3400mah, а другу на 900 – вийде 4300. Акумулятори будуть працювати як одне ціле і розряджатися будуть пропорційною до своєї ємності.
Напруга в ПАРАЛЕЛЬНОМУ збиранні ЗАВЖДИ ОДИНКОВО НА ВСІХ АКУМУЛЯТОРАХ! І жоден акумулятор фізично не може розрядитися в складання раніше за інших, тут працює принцип сполучених судин. Ті, хто стверджують протилежне і кажуть що акумулятори з меншою ємністю розрядяться швидше і помруть - плутають з НАСЛІДНОЮ складання, плюйте їм в обличчя.
Важливо!Перед підключенням один до одного всі акумулятори повинні мати приблизно однакову напругу, щоб у момент спаювання між ними не потекли зрівняльні струми, вони можуть бути дуже великими. Тому найкраще перед збиранням просто зарядити кожен акумулятор окремо. Зрозуміло час зарядки всієї збірки буде збільшуватися, раз ви використовуєте той самий модуль на 1А. Але можна паралелити два модулі, отримавши зарядний струм до 2А (якщо ваш зарядний пристрій може стільки дати). Для цього потрібно з'єднати перемичками всі аналогічні клеми модулів (крім Out- і B+, вони продубльовані на платах іншими п'ятаками, які вже й так виявляться з'єднаними). Або можна купити модуль ( посилання на Aliexpress), на якому мікросхеми вже стоять у паралель. Цей модуль здатний заряджати струмом 3 Ампера.

Вибачте за цілком очевидні речі, але люди, як і раніше, плутають, тому доведеться обговорити різницю між паралельним та послідовним з'єднанням.
ПАРАЛЬНЕз'єднання (всі плюси до плюсів, всі мінуси до мінусів) зберігає напругу акумулятора 4,2 вольта, але збільшує ємність, складаючи всі ємності разом. У всіх пауербанках застосовується паралельне з'єднаннякількох акумуляторів. Таке складання, як і раніше, може заряджатися від USB і підвищуючим перетворювачем напруга піднімається до вихідних 5v.
НАСЛІДНЕз'єднання (кожний плюс до мінуса наступного акумулятора) дає кратне збільшення напруги однієї зарядженої банки 4,2в (2s - 8,4в, 3s - 12,6в і так далі), але ємність залишається колишня. Якщо використовуються три акумулятори на 2000mah, то ємність складання – 2000mah.
Важливо!Вважається, що для послідовного складання священно обов'язково потрібно використовувати тільки акумулятори однакової ємності. Насправді, це не так. Можна використовувати різні, але тоді ємність батареї визначатиметься найменшою ємністю в зборці. Складаєте 3000+3000+800 – отримуєте збирання на 800mah. Тоді фахівці починають кукурікати, що тоді менш ємний акумулятор буде швидше розряджатися і помре. А це байдуже! Головне і справді священне правило – для послідовного збирання завжди і обов'язково потрібно використовувати плату захисту BMS на потрібну кількість банок. Вона визначатиме напругу на кожному осередку і відключить всю збірку, якщо якась розрядиться першою. У випадку з банкою на 800 вона і розрядиться, БМС відключить навантаження від батареї, розряд зупиниться і залишковий заряд по 2200mah на інших банках вже не матиме значення - потрібно заряджатися.

Плата BMS на відміну від одинарного зарядного модуля НЕ Є зарядним пристроєм послідовного складання. Для зарядки потрібен налаштоване джерело потрібної напруги та струму. Про це Гайвер зняв відео, тож не витрачайте час, подивіться його, там про це максимально досконально.

Чи можна заряджати послідовне складання, з'єднавши кілька одинарних зарядних модулів?
Насправді за деяких припущень – можна. Для якихось саморобок зарекомендувала себе схема з використанням одинарних модулів, з'єднаних також послідовно, але для КОЖНОГО модуля потрібен свій окремий джерело живлення. Якщо заряджаєте 3s – берете три телефонні зарядки та підключаєте кожну до одного модуля. При використанні одного джерела – коротке замикання живлення, нічого не працює. Така система також працює і як захист складання (але моделі здатні віддавати не більше 3 ампер) Або ж просто заряджайте складання побаночно, підключаючи модуль до кожного акумулятора до повного заряду.

Індикатор заряду акумулятора

Теж насущна проблема - хоча б приблизно знати скільки відсотків заряду залишається на акумуляторі, щоб він не розрядився в найвідповідальніший момент.
Для паралельних збірок на 4,2 вольта найочевиднішим рішенням буде відразу придбати готову плату пауербанку, на якій вже є дисплей, що відображає відсотки заряду. Ці відсотки не супер-точні, але все ж таки допомагають. Ціна питання приблизно 150-200руб, всі представлені на сайті Гайвера. Навіть якщо ви збираєте не пауербанк, а щось інше, плата ця досить дешева і невелика, щоб розмістити її в саморобці. Плюс вона вже має функцію заряду та захисту акумуляторів.
Є готові мініатюрні індикатори на один або кілька банок, 90-100р
Ну а найдешевшим і народним методом є використання підвищуючого перетворювача МТ3608 (30 руб.), Налаштованого на 5-5,1v. Якщо ви робите пауербанк на будь-якому перетворювачі на 5 вольт, то навіть не потрібно нічого докуповувати. Доробка полягає в установці червоного або зеленого світлодіода (інші кольори працюватимуть на іншій вихідній напрузі, від 6в і вище) через струмообмежуючий резистор 200-500ом між вихідною плюсовою клемою (це буде плюс) та вхідною плюсовою (для світлодіода це вийде мінус). Ви не помилилися між двома плюсами! Справа в тому, що при роботі перетворювача між плюсами створюється різниця напруги +4,2 і +5в дають між собою напругу 0,8в. При розряді акумулятора його напруга падатиме, а вихідне з перетворювача завжди стабільне, значить різниця буде збільшуватися. І при напрузі на банку 3,2-3,4 різниця досягне необхідної величини, щоб запалити світлодіод - він починає показувати, що пора заряджатися.

Чим виміряти ємність акумуляторів?

Ми вже звикли на думку, що для виміру потрібен Аймакс b6, а він коштує грошей і для більшості радіоаматорів надмірний. Але є спосіб виміряти ємність 1-2-3-банкового акумулятора з достатньою точністю і дешево - простий USB-тестер.

Провайдери