Зарядное для 18650 своими руками схема. Зарядное устройство для Li-Ion аккумулятора из барахла. Меры предосторожности: перезаряд недопустим

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:

1. 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;
2. 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

Всем привет! Хочу немного рассказать о Li-ion аккумуляторах 18650. Все большее место в повседневном быту занимают различные беспроводные устройства: портативные и удобные в работе аккумуляторные дрели, ноутбуки, которые позволяют долгое время работать без использования электрической сети. Все это делает нашу повседневную жизнь удобней и легче. Но особое место занимает использование автономных аккумуляторных устройств не рядом с домом, где всегда можно поставить устройство на зарядку, а далеко от источников электропитания.

В туристическом походе, на охоте или рыбалке самым необходимым, а порой и незаменимым электрическим прибором является фонарь. Современные фонари, оснащенные светодиодами, имеют огромное количество плюсов. Но главной характеристикой любого электрического фонаря, конечно, является продолжительность его работы. Для туристов, которые отправляются в многодневные путешествия, именно продолжительность работы фонаря имеет огромное значение при выборе. А эта характеристика напрямую зависит от типа аккумулятора, которым комплектуется фонарь.

Большую роль для любого туриста играет компактность и легкость снаряжения. Поэтому важной характеристикой для элементов питания являются размеры и вес – чем меньше, тем лучше. При этом аккумуляторы должны иметь большую емкость, которая обеспечит долгую и бесперебойную работу фонаря, зачастую основного источника света в темное время суток. Современные технологии позволяют объединить воедино небольшие размер и вес с большой емкостью аккумулятора.

Одними из самых распространенных элементов питания для светодиодных фонарей являются аккумуляторы типоразмера 18650. Эти компактные аккумуляторы с относительно большой емкостью лучше всего подходят для современных источников света, часто применяемых туристами, рыбаками и охотниками.

Немного теории о литиевых аккумуляторах 18650

В самом названии указаны размеры аккумулятора – 18 миллиметров в диаметре, 65 миллиметров в длину. Несмотря на то, что внешне они похожи на привычные многим батареи типоразмера АА (так называемые «пальчиковые» батарейки), аккумуляторы 18650 крупнее по размерам. Кроме того, отличительная особенность аккумуляторов 18650 - напряжение, которое на выходе составляет 3,7 В, против 1,5 В у аккумуляторов меньшего размера. Емкость аккумуляторов 18650 бывает разной: от 1600 до 3600 мАч. При этом необходимо обратить внимание на то, что емкость качественного аккумулятора не может превышать 3600 мАч. Аккумуляторы могут использоваться в фонарях как по одному, так и в системе Power Bank – устройстве, которое соединяет в себе несколько одинаковых элементов питания.

Одно из главных качеств и преимуществ аккумуляторов – отсутствие эффекта памяти и крайне низкий уровень саморазряда. Аккумуляторы 18650 выдерживают до 1000 циклов заряда/разряда, что является очень хорошим показателем для портативных аккумуляторов. Постепенно ресурс заряда аккумуляторов снижается, но при помощи специальных технических устройств емкость можно восстановить, единственным условием для восстановления является отсутствие механических повреждений батареи.

Необходимо учитывать, что для более рационального использования ресурса аккумулятора не стоит разряжать его полностью. Оптимальной является подзарядка аккумулятора при снижении емкости до 40% от номинала. В случае правильной эксплуатации аккумулятор будет служить надежно долгое время. При многочисленных плюсах аккумуляторы 18650 имеют один недостаток, связанный с их конструкцией. Зачастую батареи быстро выходят из строя, если их перезарядить или перегреть. Перезарядка ведет к нагреву аккумулятора, после чего происходит возгорание или взрыв батареи. Фирмы производители предусмотрели вариант защиты аккумуляторов от перегрева. При использовании аккумуляторов 18650 в Power Bank при последовательном соединении в цепь устанавливается электронная плата, которая ограничивает заряд всего устройства до заданной емкости.

Для аккумуляторов 18650, применяемых, например, в фонарях, используется индивидуальная система защиты от перезарядки и последующего за ней перегрева. Защита представляет собой небольшую электронную защитную плату, которая устанавливается на минусовом контакте незащищенного литий–ионного аккумулятора и приваривается стальной лентой к корпусу. Это предотвращает не только перегрев, но и короткое замыкание, которое может вывести из строя не только аккумулятор, но и зарядное устройство. Вся конструкция упаковывается в термопленку. Для зарядки аккумуляторов 18650 понадобится специальное зарядное устройство, которое подойдет для всех типов батарей такого типоразмера. Например, зарядное устройство ARE-X1 Fenix, зарядное устройство i1 NiteCore или зарядное устройство SmartCharger Pro Robiton.

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
• Стабилизатор напряжения 7805, вам понадобится 1 шт
• Конденсатор 100 нФ, 4 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)

Шаг 3: Список инструментов

Для работы вам будут нужны следующие инструменты:

• Горячий нож
• 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.3) с кривыми постоянного тока и постоянного напряжения. Два диода на коммутационной плате показывают текущий статус заряда – заряд, прекращение заряда и тд (рис.4).

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.

DW01A – интегральная схема защиты батареи, на рис.6 показана обычная схема подключения. Полевые МОП-транзисторы М1 и М2 соединены внешне интегральной схемой 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.

1. + контакт разъема питания соединяем с одним из контактов выключателя, а – контакт разъема питания соединяем с пином GND стабилизатора 7805
2. Второй контакт выключателя соединяем с пином Vin стабилизатора 7805
3. Устанавливаем три конденсатора 100 нФ параллельно между Vin и GND пинами стабилизатора напряжения (для этого используйте макетную плату)
4. Устанавливаем конденсатор 100 нФ между пинами Vout и GND стабилизатора напряжения (на макетной плате)
5. Соедините Vout пин стабилизатора напряжения с IN+ пином модуля TP4056
6. Соедините пин GND стабилизатора напряжения с IN- пином модуля TP4056
7. 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:

1. Лезвием ножа отметьте на корпусе границы батарейного отсека (рис.1).
2. Горячим ножом прорежьте отверстие по сделанным меткам (рис.2 и 3).
3. После прорезания отверстия, корпус должен выглядеть как на рис.4.
4. Отметьте место, где будет находиться USB-разъем модуля TP4056 (рис.5 и 6).
5. Горячим ножом прорежьте в корпусе отверстие для USB-разъема (рис. 7).
6. Отметьте места на корпусе, где будут находиться диоды модуля TP4056 (рис. 8 и 9).
7. Горячим ножом прорежьте отверстия под диоды (рис. 10).
8. 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:

1. Установите батарейный отсек так, чтобы монтажные точки были снаружи отсека/корпуса. Клеевым пистолетом приклейте отсек (рис.1).
2. Установите на место модуль TP4056 так, чтобы USB0разъем и диоды попали в соответствующие отверстия, зафиксируйте термоклеем (рис.2).
3. Установите на место стабилизатор напряжения 7805, зафиксируйте термоклеем (рис.3).
4. Установите на свои места разъем питания и выключатель, зафиксируйте их термоклеем (рис.4).
5. Расположение компонентов должно выглядеть так же, как на рис.5.
6. Нижнюю крышку закрепите на месте винтами (рис.6).
7. 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.