Переробка акумулятора шуруповерта на літієві елементи

Багато власників шуруповертів хочуть переробити акумулятори від них на літієві акумуляторні елементи. На цю тему написано багато статей і в цьому матеріалі хотілося б підсумувати інформацію з цього питання. Насамперед розглянемо доводи на користь переробки шуруповерту на літієві батареї та проти неї. А також розглянемо окремі моменти процесу заміни акумуляторів.

Для початку слід задуматися, а чи потрібна мені ця переробка? Адже це буде відвертий «самопал» і в ряді випадків може призвести до виходу з ладу як акумулятора, так і шуруповерта. Тому, давайте, розглянемо всі за та проти цієї процедури. Можливо, після цього деякі з вас вирішать відмовитися від переробки Ni-Cd на літієві елементи.

Докази «за»

Почнемо з переваг:

Енергетична щільність літій-іонних елементів значно вища, ніж у нікель-кадмієвих, які за замовчуванням використовуються в шуруповертах. Тобто акумулятор на літієвих банках матиме меншу вагу, ніж на кадмієвих при тій же ємності та вихідній напрузі;
Заряджання літієвих акумуляторних елементів відбувається значно швидше, ніж у випадку Ni-Cd. Для їх безпечної зарядки потрібно близько години;
У літій-іонних акумуляторів відсутній «ефект пам'яті». Це означає, що їх необов'язково повністю розряджати перед тим, як ставити на зарядку.

Тепер про недоліки та складнощі.

Докази «проти»

Акумуляторні літієві елементи не можна заряджати вище 4,2 вольта і розряджати нижче 2,7 вольта. У реальних умовах цей інтервал ще вужчий. Якщо вийти за ці межі, акумулятор можна вивести з ладу. Тому, крім самих літієвих банок вам потрібно підключити і встановити в шуруповерт контролер заряду-розряду;
Напруга одного елемента Li-Ion 3,6-3,7 вольта, а для Ni-Cd і Ni-MH це значення 1,2 вольта. Тобто, виникають проблеми зі складання акумуляторної батареї для шуруповертів з номіналом за напругою 12 вольт. З трьох літієвих банок, з'єднаних послідовно, можна зібрати АКБ номіналом 11,1 вольт. З чотирьох - 14,8, з п'яти - 18,5 вольта і так далі. Природно, що межі напруги при заряді-розряді також будуть інші. Тобто можуть виникнути проблеми сумісності переробленої батареї із шуруповертом;
Найчастіше у ролі літієвих елементів для переробки використовуються банки стандарту 18650. За розмірами вони від Ni─Cd і Ni─MH банок. Крім того, потрібно буде місце для контролера заряду-розряду та проводів. Все це потрібно буде вмістити в стандартному корпусі АКБ шуруповерта. Інакше працювати їм буде вкрай незручно;
Зарядний пристрій для кадмієвих акумуляторів може не підійти для заряджання батареї після її переробки. Можливо, буде потрібно доопрацювання ЗУ або використання універсальних зарядок;
Акумулятори літієві втрачають працездатність при негативних температурах. Це критично для тих, хто використовує шуруповерт на вулиці;
Ціна літієвих акумуляторів вища за кадмієві.

Заміна акумуляторів у шуруповерті на літієві

Що потрібно прикинути перед початком робіт?

Потрібно визначитися з кількістю елементів у батареї, що у результаті вирішує величину напруги. Для трьох елементів стеля буде 12,6, а для чотирьох – 16,8 вольта. Йдеться про переробку широко розповсюджених акумуляторів з номіналом 14,4 вольта. Краще вибрати 4 елементи, оскільки під час роботи напруга досить швидко просяде до 14,8. Відмінність у кілька вольт не позначиться на роботі шуруповерта.

Крім того, більша кількість літієвих елементів дасть більшу ємність. А значить, більший час роботи шуруповерту.

Далі потрібно правильно вибрати самі літієві елементи. Форм-фактор без варіантів – 18650. Основне, на що потрібно дивитися, це розрядний струм та ємність. За статистикою при штатній роботі шуруповерта споживаний струм знаходиться в діапазоні 5-10 ампер. Якщо різко натиснути кнопку запуску, то струм може кілька секунд підскочити до 25 ампер. Тобто вам потрібно вибирати літієві з максимальним значенням розрядного струму 20-30 ампер. Тоді при короткочасному збільшенні струму до цих величин акумулятор не буде пошкоджений.

Номінальна напруга літієвих елементів 3,6-3,7 вольта, а ємність в більшості випадків становить 2000-3000 мАг. Якщо корпус акумулятора дозволяється, можете взяти не 4, а 8 елементів. По два з'єднати їх у 4 паралельні зборки, а потім уже підключити їх послідовно. В результаті ви зможете наростити ємність АКБ. Але далеко не кожен корпус вдасться упаковати 8 банок 18650.

І останній підготовчий етап – це вибір контролера. За своїми характеристиками він повинен відповідати за номінальною напругою та струмом розряду. Тобто, якщо ви вирішили збирати батарею 14,4 вольта, то вибираєте контролер із цією напругою. Робочий струм розряду зазвичай вибирається вдвічі менше, ніж гранично допустимий струм.

Вище ми встановили, що гранично допустимий короткочасний струм розряду для літієвих елементів 25-30 ампер. Значить, контролер заряду-розряду має бути розрахована на 12-15 ампер. Тоді захист спрацьовуватиме при збільшенні струму до 25-30 ампер. Не забувайте також про габарити плати захисту. Її разом з елементами потрібно буде вмістити в корпус АКБ шуруповерта.

З рідних нікель-кадмієвих NI-CD на літій-іонний Li-ion розміром 18650.

Трохи теорії.

У потужних силових портативних пристроях застосовуються спеціальні акумулятори із підвищеною струмовіддачею. У шуруповерті при підвищеному навантаженні створюється високий струм, і щоб з ним впоратися використовують посилені Ni-CD і NiMH акумулятори (зазвичай загорнуті в папір). Середній робочий струм дванадцяти вольтового шуруповерта 3-7 ампер при навантаженні може доходити до 15А, а в імпульсі до 30А.

Звідси випливає перша рекомендація- При заміні кадмію на літій необхідно використовувати тільки високострумові літій-іонні акумулятори. Зараз дані акумулятори виробляють компанії Samsung, LG, SONY та низку інших виробників.

Використання 4 акумуляторів Li Ion в 12 Вольтовому шуруповерті згубнодля силового ключа ШИМ регулятора обертів, розташований у кнопці. Напруга повністю зарядженого Li Ion акумулятора 4,2 вольта, напруга повністю зарядженої збірки з чотирьох акумуляторів складе 16.8 вольт що на третину перевищує рекомендовану напругу, згідно із законом Ома - "струм прямо пропорційний напруги в ланцюгу", говорить нам так струм , і в імпульсі він може досягти 40А, жоден ключ не витримає такого навантаження, і вийде з ладу. Ми рекомендуємо застосовувати для 12 Вольтового акумулятора тільки 3 літій-іонні акумулятори, 4 акумулятори відмінно впораються з 14,4 вольтовим акумулятором, а 18 вольтовим достатньо 5 акумуляторів.

У процесі експлуатації літій-іонного акумулятора необхідно контролювати його напругу заряду і розряду, оскільки у зв'язку з його фізико-хімічними особливостями, напругу необхідно тримати в певних межах 2,5-4,2 вольт. Тільки в цих умовах гарантується максимальний термін служби акумулятора та безпека його експлуатації.

Застосування контролера заряду та розряду - обов'язково і, виходячи з першої рекомендації, контролер повинен підтримувати роботу при струмах від 12 до 30 ампер, інакше при підвищеному навантаженні контролер буде «йти на захист» і нормальної роботи пристрою не вийде.

Для заряджання можна використовувати рідний зарядний пристрій, не забудьте залишити датчик температури та перегріву на своїх місцях, інакше заряджати не буде. Якщо з якихось причин зарядка «не хоче» працювати, то наступних два варіанти для Вас.

Можна взяти готове до роботи, розраховане на кількість елементів у Вашій збірці та підібрати за оптимальним струмом заряду. В цьому випадку свердлиться отвір у блоці, для гнізда 5,5*2,1 мм, і подальша зарядка здійснюватиметься через нього. Це рішення особливо рятує коли місця в блоці батарей зовсім мало. У нашому випадку ми так і вчинили, але всі датчики залишили на своїх місцях, а раптом знадобиться.

Відмінне рішення для зарядки - застосування універсального модуля перетворення постійної напруги DC-DC з можливістю регулювання струму і напруги, так звані CC CV. Велику популярність мають модулі, що знижують на чіпах XL4015 і LM2596. Виставляєте на виході модуля напруга заряду 12,6-13,6 і струм заряду в межах 500-900мАч і модуль все інше зробить сам. Застосування даних модулів дозволяє заряджати шуруповерт від будь-якого джерела живлення з напругою вище 13 вольт. Особливо виправдано, якщо Ваш шуруповерт має блок живлення окремо від зарядного блоку, тоді старий блок живлення відмінно впорається із зарядкою нових акумуляторів.

Ну і загальні рекомендації – бажано застосовувати переріз проводу не менше 4 мм.кв., при монтажі будьте обережні, будь-які замикання призводять до миттєвого розігріву провідників і можна обпектися, всі з'єднання та місця спайки повинні бути максимально надійними та міцними, так як високі струми, ну і вібрація присутня.

Ми для нашого шуруповерта вирішили застосувати акумулятори, вони відповідають усім необхідним параметрам. Також був застосований – це мініатюрний 50*22 мм високострумовий контролер із захистом від короткого замикання та перевантаження. Всі з'єднання ми проводили силіконовим проводом 6 мм.кв (рекомендуємо застосовувати менший переріз, з таким перетином складно працювати).

Спочатку ми довго думали, як розмістити акумулятори з платою. Потім думали куди поставити роз'єм зарядки. Ну і як визначилися, почали все потихеньку спаювати. Найзручнішим виявилося два акумулятори покласти в основному корпусі, а плату BMS і третій акумулятор розташувати в штирі корпусу.

У процесі збирання з'явилася думка забезпечити наш акумулятор, сказано - зроблено. Місце куди його прикрутити є, і кнопку не забули, щоб можна було натиснути і подивитися скільки залишилося ємності. Модуль, що налаштовується, так що по суті можна прикрутити до будь-якого акумулятора.

Як висновок.

Від процесу та результату залишилися задоволені всі. Вага акумулятора зменшилася вдвічі. Усі випробування акумулятор витримав без нарікань.

Із побажань на майбутнє.

Валяється шуруповерт AEG теж з 12 вольтовим акумулятором, сподіваємося, руки дійдуть і до нього, і місця в ньому виявиться більше і думаємо поставити акумулятори.

Проблема, яка стоїть перед усіма, хто має вдома якийсь ел/інструмент, що працює від АКБ – підвищення терміну їх експлуатації. В основному всі побутові моделі шуруповертів комплектуються акумуляторами металгідридними (NiMH) або нікель-кадмієвими (NiCd). І це пояснюється насамперед їх нижчою ціною порівняно з літій-іонними (Li-ion) аналогами.

Незважаючи на високу вартість, останні краще за багатьма параметрами. Достатньо позначити лише два – практично повну відсутність саморозряду та триваліший термін придатності. Користуватися шуруповертом у побуті доводиться не щодня, лише зрідка, тому має сенс переробити акумулятор шуруповерта з NiCd (або NiMH) на літій-іонну батарею самостійно, не витрачаючи гроші на зразок промислового виготовлення. Про те, як це здійснити – ця стаття.

Усі зазначені нижче величини напруг – лише однієї з моделей шуруповертів, як приклад розрахунків.

Алгоритм переробки АКБ на літій-іонну батарею

Підбір акумуляторів

Тут не зайве згадати середню школу - при послідовному з'єднанні батарей номінали їх напруг підсумовуються. Наприклад, якщо для нормальної роботи шуруповерта потрібно 14,4 В, то замість одного (штатного) акумулятора достатньо придбати 4 штуки по 3,3 В. Цілком вистачить, тому що літій-іонні елементи при включенні інструменту не надто «просідають».

Що врахувати:

Якщо прийнято рішення про переробку АКБ шуруповерта, то для досягнення очікуваного ефекту слід купувати міні-батареї від відомого виробника. Наприклад, акумулятори LiFePO4 компанії Sistem A123. Їх ємність (в мА/год) – 2300, що цілком достатньо для нормальної роботи ел/інструменту. Якщо орієнтуватися на дешеві елементи «made in Китай», то переробка втрачає сенс – ці вироби довго не прослужать.
Купівля міні-акумуляторів літій-іонних через інтернет-магазин дозволить суттєво заощадити. Вони обійдуться приблизно в 900 рублів, тоді як у торговій точці за них доведеться віддати не менше 1700 - 2000. Це ж стосується і зарядного пристрою. Такий підхід дозволить вирішити проблему з мінімальними витратами, інакше простіше купити до шуруповерта готовий Li-ion акумулятор за 6800 - 7150 рублів і не витрачати час на переробку. Про те, .
Купуючи батареї, слід звернути увагу на наявність мідних смужок на їх висновках. Це значно полегшить процес складання акумулятора з окремих елементів (етап паяння).

Підбір інструментів та матеріалів

Процес паяння відрізняється своєю специфікою. Жало паяльника розігрівається до високої температури, а тривалий термічний вплив для АКБ згубний. Отже, необхідно звести час нагріву до мінімуму. Цього вдасться досягти, якщо замість традиційного флюсу - соснова каніфоль або спиртовмісні склади на її основі - використовувати паяльну кислоту. Придбати можна у будь-якій точці, де продаються радіомонтажні інструменти та деталі, або в автомагазині (відділ запчастин). Вартість флакона для паяння в 20 г - близько 35 рублів.

Виходячи зі сказаного і так, щоб його потужності вистачило для швидкого плавлення припою. Автор використав найпоширеніший у побуті – 65 Вт/220. З інструментом вищої потужності – 100 Вт – працювати складніше, оскільки перегріву уникнути важко. Тут потрібен досвід та акуратність. Те саме стосується і паяльника на 40 Вт. Доведеться збільшити час нагріву, тому можна переборщити. Хоча це рекомендація на основі особистого досвіду і автор не має права нав'язувати свою думку.

Монтаж літій-іонної батареї

Підготовка «складання»

Перед тим, як зайнятися паянням, слід визначитися з компонуванням відсіку акумулятора. Тобто розмістити всі елементи так, щоб вони зручно лягали в нього. Після цього придбані батареї скріплюються клейкою стрічкою (ПВХ, скотч).

Обробка контактів міні-акумуляторів

Вони поступово окислюються. Значить, їх треба трохи зачистити. Саме злегка, за допомогою дрібнозернистої (шліфувальної) шкірки.

Він починається з знежирення «контактної» частини акумулятора та короткочасного нагрівання прикладеного припою. Лудити краще легко плавиться, наприклад, ПОС-40. Паяльник повинен стикатися з металом АКБ трохи більше 1,2 – 2 сек. Особлива увага при паянні плюсового виведення.
Використовувати як сполучні проводи бажано мідні, перетином не менше 2,5 «квадрата». Вони обов'язково ізолюються термокембриком.
Усі міні-акумулятори з'єднуються перемичками згідно зі схемою. Як такі використовується провід або «шини» зі смужок тонкого металу.
Заключний етап – приєднання проводів до виводів відсіку акумулятора. У разі, якщо укладання складання в нього утруднене, слід прибрати ребра жорсткості. Вони з пластмаси, тому за допомогою бокорізів позбутися їх нескладно.

Додатково

Робити чи ні, вирішувати вам, читачу. Але особливість Li-ion акумуляторів у тому, що вони чутливі до перезаряду. Тому бажано контролювати номінал напруги не тільки на всій збірці, а й на кожному елементі окремо. Значить, крім 2-х проводів «+» і «–», потрібно вивести ще 5. Щоб обмежитися лише одним роз'ємом (і для заряду, і для балансування), можна використовувати такий.

Схема розпаювання контактів

"+" - 5 і 9.
"-" - 1 і 6.
Контакти балансувальні (по зростаючій) – 2, 7, 3, 8 та 4.

Роз'єми для підключення до зарядного пристрою вибираються залежно від моделі. Обидва сполучні кабелі припаюються за схемою.

Незважаючи на те, що використання літій-іонних акумуляторів дає безліч переваг – відсутність «пам'яті» батареї, вкрай низький саморозряд, можливість працювати шуруповертом в умовах негативних температур, тривалий (до 8 років) термін придатності – вони чутливіші до дотримання технології зарядки. Якщо не контролювати номінал напруги, то Li-ion АКБ швидко руйнується. Отже, доведеться купувати спеціальний, дорожчий зарядний пристрій. Те, яким спочатку укомплектовано шуруповерт, для літій-іонних акумуляторів не підходить.

В інтернеті зустрічаються рекомендації щодо вторинного використання Li-ion батарей, які раніше були встановлені в інших технічних пристроях. Наприклад, для забезпечення автономної роботи ноутбука або телефону (стільникового). Варіантів багато. Автор пропонує запитати просте питання – Чи раціональна така економія, якщо вироби категорії не забезпечать нормального функціонування шуруповерта, враховуючи специфіку застосування даного ел/інструменту?Можливо, якийсь час він і виконуватиме своє завдання, але наскільки ефективно і як довго цілком закономірне питання. Тому подібні поради різних «саморобкіних» навряд чи заслуговують на увагу.

Для контролю стану елементів акумулятора можна придбати індикатор напруги. У радіомагазині підкажуть, яку платню доцільніше використати. Коштує недорого - близько 180 рублів.

Перш ніж займатися переробкою акумулятора, слід переглянути паспорт шуруповерта. Яка номінальна напруга у ньому зазначена. Залежно від цього вибирається потрібна кількість елементів.

Автор звертає увагу, що без достатніх знань у радіотехніці займатися самостійним виготовленням електронних плат недоцільно. Найменша помилка, наприклад, у підборі деталей для схеми балансування призведе до того, що елементи почнуть один за одним «вилітати», і їх заміною на нові міні-АКБ доведеться займатися регулярно.

Якщо немає впевненості в тому, що роботу вдасться виконати якісно, не варто витрачати час на переробку та придбати літій-іонну батарею до шуруповерта в магазині. Незважаючи на її ціну, зрештою це вийде дешевше, ніж постійна реанімація саморобного акумулятора. Або зробити простіше - купити відповідну модель зарядного пристрою. Тоді й плати монтувати не доведеться.

2016-06-02

Має сенс. Перевагою є те, що вони мають велику електричну густину. В результаті, встановивши такий пристрій у корпус шуруповерта, ми зможемо досягти збільшення тривалості роботи інструменту у багато разів. Струм зарядки у літієвих акумуляторів високої потужності, особливо в нових модифікацій вона може досягати 1-2 С. Підзарядити такий прилад можна за 1 годину, при цьому не завищуючи рекомендовані виробником параметри і не псуючи якість виробу.

Як виглядають літієві акумулятори?

Більшість пристроїв з літію укладено в призматичний корпус, але деякі моделі мають циліндричну форму. У таких батареях застосовуються рулонні електроди та сепаратори. Корпус виготовляється з алюмінію або сталі. Позитивний полюс виходить на корпусну кришку.

У призматичних конфігураціях електроди мають вигляд прямокутних пластин. Для забезпечення безпеки в батареї передбачено пристрій, який виступає регулятором всіх процесів і розмикає електричний ланцюг за критичних ситуацій. Підвищена герметизація корпусу не дає витікати назовні електроліту і проникати всередину кисню та вологи.

Яких заходів слід дотримуватись, щоб не пошкодити літієвий акумулятор?

В силу обмежень технології показник зарядженості літієвих акумуляторів не повинен бути вищим за 4,25-4,35 В. Розряд не повинен доходити до показника 2,5-2,7. Ця умова вказується у технічному паспорті для кожної конкретної моделі. При завищенні цих значень можна вивести пристрій з ладу. Застосовуються спеціальні контролери зарядки та розрядки, які зберігають напругу на літієвому осередку в межах норми. Переробка шуруповерта на літієвий акумулятор із контролером захистить пристрій від збою в роботі.
Показник напруги літієвих акумуляторів кратний 3,7 (3,6). У Ni-Mh-моделей цей показник становить 1,2 В. Це явище зрозуміле. у літієвих пристроях зберігається на окремому осередку. Літієвий акумулятор 12 вольт ніколи не буде зібраний. Номінал становитиме 11,1 В (три послідовні осередки) або 14,8 В (чотири послідовні осередки). Крім цього, показник напруги літієвої комірки змінюється при роботі при повній зарядці на 4,25 В, а при повній розрядці - на 2,5 В. Показник напруги 3S (3 serial - три послідовні з'єднання) буде змінюватися при функціонуванні пристрою від 12,6 (4,2х3) до 7,5 (2,5х3). Для конфігурації 4S цей показник коливається від 16,8 до 10 В.
Переробка шуруповерта на літієві акумулятори 18650 (переважна більшість виробів має саме цей розмір) вимагає врахування різниці в габаритах з Ni-Mh-осередками. Діаметр осередку 18650 дорівнює 18 мм, а висота становить 65 мм. Дуже важливо підрахувати, скільки комірок поміститься в корпусі. При цьому слід пам'ятати, що для моделі з потужністю 11,1 В вам знадобиться кількість комірок, кратна трьом. Для моделі з потужністю 14,8 В – чотирма. Ще повинен поміститися контролер та комутаційні дроти.
Пристрій для заряджання акумулятора на основі літію відрізняється від пристосування для Ni-Mh-модифікацій.

У статті буде розглянуто, як відбувається переробка шуруповерта на літієві Інструмент укомплектований парою Ni-Mh-акумуляторних батарей з показником напруги 12 В та ємністю 2,6 Ач. Буде розглянуто переробку шуруповерта Hitachi. Акумулятори літію забезпечать приладу довготривалу службу.

Вибираємо номінальну напругу

Насамперед слід визначитися з вибором показника номіналу напруги для пристрою на основі літію. Вибір слід здійснити між 3S-моделлю (діапазон її напруги становить від 12,6 до 7,5 В) та 4S-Li-Ion-батареєю (діапазон напруги - від 16,8 до 10 В).

Переваги другого варіанта

Другий варіант є більш підходящим, тому що напруга в батареї досить швидко зменшується з максимального показника до мінімального (з 16,8 до 14,8 В). Для електричного мотора, чим, власне кажучи, і є шуруповерт, перевищення 2,8 не є критичною відміткою.

Найнижчий показник напруги у 3S-Li-Ion-модифікації. Він дорівнює 7,5, що є недостатнім для нормального функціонування електричного пристосування. Змонтувавши чотири конфігурації, ми збільшимо акумулятор.

Як визначитися з вибором літієвих осередків?

Щоб здійснити вибір осередків з урахуванням літію, слід намітити обмежувальні чинники. В даний час виробляються літієві пристрої з допустимим значенням навантаження струму 20-25 А.

Імпульсні значення струму (нетривалі, до 1-2 секунд) досягають 30-35 А. Конфігурація акумулятора не буде порушена.

Скільки осередків поміститься у корпус?

Зібрати 4S2P (чотири послідовні сполуки та дві паралельні) не вийде. Переробка шуруповерта на літієві акумулятори 18650 передбачає наявність восьми осередків. Як же їм вкластися о четвертій? На кожну комірку ляже максимальне навантаження струму.

Як визначити показник максимального струму у шуруповерті?

Переробка шуруповерта 12В на літієві акумулятори передбачає приєднання пристрою до лабораторного джерела живлення з показником максимального струму в 30 А. Регулятор обмежувача ставиться на максимальне значення. Створивши рівень напруги джерела живлення близьким до номінального показника майбутнього акумулятора, починаємо плавне натискання на курок. Струм, що споживається шуруповертом, підніметься до позначки 5 А. Тепер слід різко натиснути на курок. Це закоротить ланцюг живлення. Струм досягне потужності 20-30 А. Можливо, його показник був би набагато вищим, але потужність джерела живлення не дасть це зафіксувати. Це буде нетривалий струм навантаження при різкому натисканні на курок шуруповерта. Будь-яка модель такого пристрою відреагує аналогічно.

Далі слід затиснути наконечник шуруповерта лещатами і поспостерігати, до якого значення підвищиться струм споживання при режимі роботи, коли в шуруповерті спрацює тріскачка. Показник струму у разі зростає до 10-12 А.

Так можна визначитися із величиною струму навантаження. У цьому випадку він дорівнюватиме 5 А на холостому ходу і 30 А при різкому початку, а при максимальному навантаженні складе 12 А. Виробник повинен вибрати літієві осередки, номінальний показник струму навантаження яких становитиме 10-20 А, а імпульсний - 25-30 А.

Як вибрати контролер?

Отже, відбувається переробка шуруповерта на літієві акумулятори. Штатна зарядка для пристрою потрібна обов'язково. При виборі контролера врахуйте, що пристрій повинен відповідати двом параметрам:

показнику номінальної робочої напруги;
показником номінального робочого струму.

З напругою все ясно: якщо батарея 11,1 В, то і контролер буде з такою ж напругою.

Поняття «номінальний робочий струм» передбачає пропускну спроможність захисту плати. Таким чином, контролер на 4 А розрахований на позначку струму 4 А, а за показника 8 А на нього лягає додаткове навантаження. В цьому випадку спрацює захисний пристрій. Усі ці технічні дані викладено у паспорті кожної модифікації контролера. При цьому одна модифікація може мати показник струму обмеження 30 А, а інша - 50 А. І обидва ці пристрої формально будуть придатні для функціонування. Також при створенні акумулятора літієвого є обмеження в габаритах. Тому слід придбати такий контролер, який вміститься в корпусі старої батареї.

Розбирання та складання

Переробка шуруповерта на літієві акумулятори включає наступні етапи:

Слід розкрити старий акумулятор, відгвинтивши п'ять шурупів.
Витягти з корпусу Ni-Mh-батарею. Буде помітно, що контактний майданчик, що входить у зачеплення з контактною групою шуруповерта, приварений до мінусового контакту однієї з Ni-Mh-осередків. Точки зварювання слід обрізати за допомогою інструменту з вмонтованим у нього відрізним каменем
До контактів припаюються дроти, переріз яких не менше 2 мм 2 для силових висновків і 0,2 мм 2 для терморезистора. Контактний майданчик вклеюється в корпус акумулятора термоклеєм.
За показником внутрішнього опору на вимірнику підбираються чотири осередки. Значення має бути одним і тим самим для всіх чотирьох приладів.
Литиві осередки склеюються термоклеєм так, щоб вони розташовувалися в корпусі компактно.
Зварювання осередків проводиться на верстаті для контактного зварювання за допомогою зварювальної стрічки з нікелю (показник її перерізу повинен дорівнювати 2Х10 мм).

Встановлення плати захисту

Цей етап може показати, наскільки полегшена конструкція акумулятора з літію. Вага пристрою Ni-Mh дорівнювала 536 р. Вага нового пристрою з літію дорівнює 199 г, що буде цілком відчутно. У вазі вдалося виграти 337 р. У цьому спостерігається збільшення енергетичної ємності.

Батарея монтується у корпус. Пустоти заповнюються м'яким матеріалом від упаковки.

Підключення до шуруповерта

Різке натискання на курок провокує спрацювання захисного механізму струму. Але насправді такий захисний режим навряд чи буде потрібний при користуванні інструментом. Якщо не провокувати захист спеціально, то робота шуруповерта буде відрізнятися стабільністю.
Наконечник слід затиснути в лещата. Потужність батареї вільно викликає спрацьовування тріскачки, яка обмежує збільшення кількості обертів кручення.
шуруповерта розряджається на Показник струму розряду повинен дорівнювати 5 А.
Акумулятор вставляється у штатне ЗП. Показник струму заряду при вимірі дорівнює 3 А, що допустимо для літієвих осередків. Для конфігурації LG INR18650HG2 максимальним струмом заряду стане 4 А, що зазначено у технічній характеристиці.

Скільки часу потрібно на заміну акумуляторів?

Переробка шуруповерта на літієві акумулятори триватиме приблизно дві години. Якщо буде здійснено перевірку всіх параметрів, то знадобиться 4 години.

Все можна зробити самостійно, без допомоги іншої людини. Але контактне зварювання та вибір акумуляторів без спеціалізованого обладнання не провести.

Чим ще можна тестувати ступінь зарядженості крім контролера?

Здійснено переробку шуруповерта на літієві акумулятори. Штатна зарядка, вбудована у корпус, є ідеальним варіантом. Але вартість контролера досить висока. Обійдеться пристрій в 30 доларів, що рівнозначно вартості самого акумулятора.

Щоб провести тестування рівня заряду акумулятора з літію на ходу, не застосовуючи зарядний пристрій, можна використовувати спеціальний індикатор RC helicopter lipo battery AKKU 2-6S AOK. Вартість приладу дуже низька. Він має аналогічний пристрої iMax6 роз'єм балансування та заряджання. До батареї пристрій підключається за допомогою перехідника. Цей пристрій для контролю рівня напруги є дуже зручним. Воно може виміряти від двох до шести з'єднаних між собою послідовно осередків з літію, а також видати сумарний показник або напругу кожного елемента окремо з граничною точністю.

Скільки коштуватиме заміна Ni-Mh на літієвий пристрій?

Яких грошових витрат вимагатиме переробка шуруповерта на літієвий акумулятор?

Ціна на такий пристрій складається з вартості кількох складових:

конфігурація 4S-акумулятора на основі літію коштує 2200;
купівля контролера для зарядки та розрядки плюс балансира коштує 1240 р.;
вартість зварювальної роботи та складання складає 800 р.р.

Виходить, що літієвий акумулятор, зроблений своїми руками, коштує 4240 р.

Для порівняння візьмемо аналогічну конфігурацію із літію фабричного виробництва. Наприклад, пристрій Makita 194065-3 призначений для шуруповерта. Воно має аналогічні параметри. Вартість такого приладу складає 6500 грн. Виходить, що переробка шуруповерта на літієві акумулятори заощаджує 2300 грн.

Оцінка характеристик того чи іншого зарядного пристрою важко без розуміння того, як власне повинен протікати зразковий заряд li-ion акумулятора. Тому перш ніж перейти безпосередньо до схем, давайте трохи згадаємо теорію.

Якими бувають літієві акумулятори

Залежно від того, з якого матеріалу виготовлений позитивний електрод літієвого акумулятора, існує кілька різновидів:

з катодом із кобальтату літію;
з катодом на основі літованого фосфату заліза;
на основі нікель-кобальт-алюмінію;
на основі нікель-кобальт-марганцю.

Усі ці акумулятори мають свої особливості, але оскільки широкого споживача ці нюанси немає принципового значення, у цій статті вони не розглядатимуться.

Також всі li-ion акумулятори виробляють у різних типорозмірах та форм-факторах. Вони можуть бути як у корпусному виконанні (наприклад, популярні сьогодні 18650), так і в ламінованому або призматичному виконанні (гель-полімерні акумулятори). Останні є герметично запаяні пакети з особливої плівки, в яких знаходяться електроди і електродна маса.

Найбільш поширені типорозміри li-ion акумуляторів наведені в таблиці нижче (всі вони мають номінальну напругу 3.7 вольта):

Позначення	Типорозмір	Подібний типорозмір
XXYY0, де XX- Вказівка діаметра в мм, YY- значення довжини в мм, 0 - відбиває виконання у вигляді циліндра	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø відповідає ААА, але на половину довжини)
	10280
	10430	ААА
	10440	ААА
	14250	1/2 AA
	14270	Ø АА, довжина CR2
	14430	Ø 14 мм (як у АА), але довжина менша
	14500	АА
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (або 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (або 150A/300P)
	18650	2xCR123 (або 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	З
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Внутрішні електрохімічні процеси протікають однаково і не залежать від форм-фактора та виконання АКБ, тому все, сказане нижче, однаково відноситься до всіх літієвих акумуляторів.

Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори

Найбільш правильним способом заряду літієвих акумуляторів є заряд у два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sony у всіх своїх зарядниках. Незважаючи на більш складний контролер заряду, це забезпечує повніший заряд li-ion акумуляторів, не знижуючи термін їхньої служби.

Тут йдеться про двоетапний профіль заряду літієвих акумуляторів, скорочено іменованим CC/CV (constant current, constant voltage). Є ще варіанти з іпульсним та ступінчастим струмами, але в цій статті вони не розглядаються. Докладніше про зарядку імпульсним струмом можна прочитати.

Отже, розглянемо обидва етапи заряду докладніше.

1. На першому етапіповинен забезпечуватись постійний струм заряду. Розмір струму становить 0.2-0.5С. Для прискореного заряду допускається збільшення струму до 0.5-1.0С (де - це ємність акумулятора).

Наприклад, для акумулятора ємністю 3000 мА/год, номінальний струм заряду першому етапі дорівнює 600-1500 мА, а струм прискореного заряду може лежати не більше 1.5-3А.

Для забезпечення постійного зарядного струму заданої величини схема зарядного пристрою (ЗП) повинна вміти піднімати напругу на клемах акумулятора. На першому етапі ЗУ працює як класичний стабілізатор струму.

Важливо:якщо планується заряд акумуляторів із вбудованою платою захисту (PCB), то при конструюванні схеми ЗУ необхідно переконатися, що напруга холостого ходу схеми ніколи не зможе перевищити 6-7 вольт. В іншому випадку плата захисту може вийти з ладу.

У момент, коли напруга на акумуляторі підніметься до значення 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності (конкретне значення ємності залежить від струму заряду: при прискореному заряді трохи менше, при номінальному - трохи більше). Цей момент є закінченням першого етапу заряду і є сигналом для переходу до другого (і останнього) етапу.

2. Другий етап заряду- це заряд акумулятора постійною напругою, але струмом, що поступово знижується (падаючим).

На цьому етапі ЗП підтримує на акумуляторі напругу 4.15-4.25 вольта та контролює значення струму.

У міру набору ємності зарядний струм буде знижуватися. Як його значення зменшиться до 0.05-0.01С, процес заряду вважається закінченим.

Важливим нюансом роботи правильного зарядного пристрою є повне відключення від акумулятора після закінчення зарядки. Це пов'язано з тим, що для літієвих акумуляторів є вкрай небажаним їхнє тривале перебування під підвищеною напругою, що зазвичай забезпечує ЗП (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складу акумулятора і, як наслідок, зниження його ємності. Під тривалим перебуванням мається на увазі десятки годин і більше.

За час другого етапу заряду акумулятор встигає набрати ще приблизно 0.1-0.15 своєї ємності. Загальний заряд акумулятора у такий спосіб досягає 90-95%, що є відмінним показником.

Ми розглянули два основні етапи заряду. Однак, висвітлення питання заряджання літієвих акумуляторів було б неповним, якби не було згадано ще один етап заряду - т.зв. передзаряд.

Попередній етап заряду (передзаряд)- цей етап використовується лише для глибоко розряджених акумуляторів (нижче 2.5 В) для виведення їх на нормальний експлуатаційний режим.

На цьому етапі заряд забезпечується постійним струмом зниженої величини доти, доки напруга на акумуляторі не досягне значення 2.8 Ст.

Попередній етап необхідний для запобігання спучування та розгерметизації (або навіть вибуху з займанням) пошкоджених акумуляторів, що мають, наприклад, внутрішнє коротке замикання між електродами. Якщо через такий акумулятор відразу пропустити великий струм заряду, це неминуче призведе до його розігріву, а як пощастить.

Ще одна користь передзаряду - це попередній прогрів акумулятора, що актуально при заряді при низьких температурах навколишнього середовища (у приміщенні, що не опалюється, в холодну пору року).

Інтелектуальна зарядка повинна вміти контролювати напругу на акумуляторі під час попереднього етапу заряду і, якщо напруга тривалий час не піднімається, робити висновок про несправність акумулятора.

Усі етапи заряду літій-іонного акумулятора (включаючи етап передзаряду) схематично зображені на цьому графіку:

Перевищення номінальної зарядної напруги на 0,15В може скоротити термін служби акумулятора вдвічі. Зниження напруги заряду на 0,1 вольт зменшує ємність зарядженої батареї приблизно на 10%, але значно продовжує термін служби. Напруга повністю зарядженого акумулятора після вилучення його із зарядного пристрою становить 4.1-4.15 вольта.

Резюмую сказане вище, позначимо основні тези:

1. Яким струмом заряджати акумулятор li-ion (наприклад, 18650 або будь-який інший)?

Струм буде залежати від того, як швидко ви хотіли б його зарядити і може лежати в межах від 0.2С до 1С.

Наприклад, для акумулятора типорозміру 18650 ємністю 3400 мА/год мінімальний струм заряду становить 680 мА, а максимальний - 3400 мА.

2. Скільки часу потрібно заряджати, наприклад, акумуляторні батареї 18650?

Час заряду залежить від струму заряду і розраховується за формулою:

T = З/I зар.

Наприклад, час заряду акумулятора ємністю 3400 мА/год струмом в 1А складе близько 3.5 годин.

3. Як правильно зарядити літій-полімерний акумулятор?

Будь-які літієві акумулятори заряджаються однаково. Не важливо, літій-полімерний він чи літій-іонний. Для нас, споживачів, жодної різниці немає.

Що таке захист захисту?

Плата захисту (або PCB - power control board) призначена для захисту від короткого замикання, перезаряджання та перерозряджання літієвої батареї. Як правило, в модулі захисту також вбудована і захист від перегріву.

З метою дотримання техніки безпеки заборонено використання літієвих акумуляторів у побутових приладах, якщо в них не вбудована плата захисту. Тому у всіх акумуляторах від мобільних телефонів завжди є PCB-плата. Вихідні клеми АКБ розміщені прямо на платі:

У цих платах використовується шестиногий контролер заряду на спеціалізованій мікрохвілі (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 та ін. аналоги). Завданням цього контролера є відключення батареї від навантаження при повному розряді батареї та відключення акумулятора від зарядки при досягненні 4,25В.

Ось, наприклад, схема плати захисту від акумулятора BP-6M, якими постачалися старі телефони:

Якщо говорити про 18650, то вони можуть випускатися як із платою захисту так і без неї. Модуль захисту знаходиться в районі мінусової клеми акумулятора.

Плата підвищує довжину акумулятора на 2-3 мм.

Акумулятори без PCB-модуля зазвичай входять до складу батарей, що комплектуються власними схемами захисту.

Будь-який акумулятор із захистом легко перетворюється на акумулятор без захисту, досить просто розпотрошити його.

Сьогодні максимальна ємність акумулятора 18650 становить 3400 мА/ч. Акумулятори із захистом обов'язково мають відповідне позначення на корпусі (“Protected”).

Не слід плутати PCB-плату з PCM-модулем (PCM - power charge module). Якщо перші служать лише цілям захисту акумулятора, то другі призначені для управління процесом заряду - обмежують струм заряду на заданому рівні, контролюють температуру і забезпечують весь процес. PCM-плата - це те, що ми називаємо контролером заряду.

Сподіваюся, тепер не залишилося питань, як зарядити акумулятор 18650 чи будь-який інший літієвий? Тоді переходимо до невеликої добірки готових схемотехнічних рішень зарядних пристроїв (тих контролерів заряду).

Схеми заряджання li-ion акумуляторів

Всі схеми підходять для заряджання будь-якого літієвого акумулятора, залишається тільки визначитися із зарядним струмом та елементною базою.

LM317

Схема простого зарядного пристрою на основі мікросхеми LM317 з індикатором заряду:

Схема найпростіша, все налаштування зводиться до встановлення вихідної напруги 4.2 вольта за допомогою підстроювального резистора R8 (без підключеного акумулятора!) та встановлення струму заряду шляхом підбору резисторів R4, R6. Потужність резистора R1 – не менше 1 Ватт.

Як тільки згасне світлодіод, процес заряду можна вважати закінченим (зарядний струм до нуля ніколи не зменшиться). Не рекомендується довго тримати акумулятор у цій зарядці після того, як він повністю зарядиться.

Мікросхема lm317 широко застосовується у різних стабілізаторах напруги та струму (залежно від схеми включення). Продається на кожному кутку і коштує взагалі копійки (можна взяти 10 шт. За 55 рублів).

LM317 буває в різних корпусах:

Призначення висновків (цоколівка):

Аналогами мікросхеми LM317 є: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (останні два – вітчизняного виробництва).

Зарядний струм можна збільшити до 3А, якщо замість LM317 взяти LM350. Вона, правда, дорожче буде – 11 руб/шт.

Друкована плата та схема у зборі наведені нижче:

Старий радянський транзистор КТ361 можна замінити на аналогічний p-n-p транзистор (наприклад, КТ3107, КТ3108 або буржуазні 2N5086, 2SA733, BC308A). Його можна взагалі забрати, якщо індикатор заряду не потрібен.

Недолік схеми: напруга живлення має бути в межах 8-12В. Це пов'язано з тим, що для нормальної роботи мікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі та напругою живлення має бути не менше 4.25 Вольт. Таким чином, від USB-порту запитати не вдасться.

MAX1555 або MAX1551

MAX1551/MAX1555 - спеціалізовані зарядні пристрої для Li+ акумуляторів, здатні працювати від USB або окремого адаптера живлення (наприклад, зарядника від телефону).

Єдина відмінність цих мікросхем – МАХ1555 видає сигнал для індикатора процесу заряду, а МАХ1551 – сигнал того, що живлення включене. Тобто. 1555 в більшості випадків все-таки краще, тому 1551 зараз вже важко знайти у продажу.

Детальний опис цих мікросхем від виробника.

Максимальна вхідна напруга від DC-адаптера – 7 В, при живленні від USB – 6 В. При зниженні напруги живлення до 3.52 В мікросхема відключається і заряд припиняється.

Мікросхема сама детектує на якому вході є напруга живлення і підключається до нього. Якщо живлення йде по ЮСБ-шині, то максимальний струм заряду обмежується 100 мА - це дозволяє встромити зарядник в USB-порт будь-якого комп'ютера, не побоюючись спалити південний міст.

При живленні від окремого блоку живлення типове значення зарядного струму становить 280 мА.

У мікросхеми вбудовано захист від перегріву. Але навіть у цьому випадку схема продовжує працювати, зменшуючи струм заряду на 17 мА на кожний градус вище за 110°C.

Є функція попереднього заряду (див. вище): доки напруга на акумуляторі знаходиться нижче 3В, мікросхема обмежує струм заряду на рівні 40 мА.

Мікросхема має 5 висновків. Ось типова схема включення:

Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга за жодних обставин не зможе перевищити 7 вольт, можна обійтися без стабілізатора 7805.

Варіант зарядки від USB можна зібрати, наприклад, на .

Мікросхеми не потребує ні зовнішніх діодів, ні зовнішніх транзисторів. Взагалі, звісно, шикарні мікрохи! Тільки вони маленькі надто, паяти незручно. І ще коштують дорого().

LP2951

Стабілізатор LP2951 виробляється фірмою National Semiconductors(). Він забезпечує реалізацію вбудованої функції обмеження струму та дозволяє формувати на виході схеми стабільний рівень напруги заряду літій-іонного акумулятора.

Розмір напруги заряду становить 4,08 - 4,26 вольта і виставляється резистором R3 при відключеному акумуляторі. Напруга тримається дуже точно.

Струм заряду становить 150 - 300мА, це значення обмежено внутрішніми ланцюгами мікросхеми LP2951 (залежить від виробника).

Діод застосовувати з невеликим зворотним струмом. Наприклад, він може бути будь-яким із серії 1N400X, який вдасться придбати. Діод використовується як блокувальний для запобігання зворотного струму від акумулятора в мікросхему LP2951 при відключенні вхідної напруги.

Ця зарядка видає досить низький зарядний струм, тому який-небудь акумулятор 18650 може заряджатися всю ніч.

Мікросхему можна купити як у DIP-корпусі, так і в корпусі SOIC (вартість близько 10 рублів за штучку).

MCP73831

Мікросхема дозволяє створювати правильні зарядні пристрої, до того ж вона дешевша, ніж розкручена MAX1555.

Типова схема включення взята з:

Важливою перевагою схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують струм заряду. Тут струм задається резистором, підключеним до 5-го виведення мікросхеми. Його опір має лежати у діапазоні 2-10 кОм.

Зарядка у зборі виглядає так:

Мікросхема в процесі роботи непогано так нагрівається, але це їй не заважає. Свою функцію виконує.

Ось ще один варіант друкованої плати із smd світлодіодом та роз'ємом мікро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Дуже проста схема, чудовий варіант! Дозволяє заряджати струмом до 800 мА (див. ). Щоправда, вона має властивість сильно нагріватися, але в цьому випадку вбудований захист від перегріву знижує струм.

Схему можна суттєво спростити, викинувши один або навіть обидва світлодіоди з транзистором. Тоді вона виглядатиме ось так (погодьтеся, простіше нікуди: пара резисторів і один кондер):

Один з варіантів друкованої плати доступний . Плата розрахована під елементи типорозміру 0805.

I=1000/R. Відразу великий струм виставляти не варто, спочатку подивіться, наскільки сильно грітиметься мікросхема. Я для своїх цілей взяв резистор на 2.7 ком, при цьому струм заряду вийшов близько 360 мА.

Радіатор до цієї мікросхеми навряд чи вдасться пристосувати, та й не факт, що він буде ефективним через високий тепловий опір переходу кристал-корпус. Виробник рекомендує робити тепловідведення "через висновки" - робити якомога товстіші доріжки та залишати фольгу під корпусом мікросхеми. І взагалі чим більше буде залишено "земляної" фольги, тим краще.

До речі кажучи, більша частина тепла відводиться через 3 ногу, так що можна зробити цю доріжку дуже широкою і товстою (залити її надмірною кількістю припою).

Корпус мікросхеми LTC4054 може мати маркування LTH7 чи LTADY.

LTH7 від LTADY відрізняються тим, що перша може підняти акумулятор, що сильно сів (на якому напруга менше 2.9 вольт), а друга - ні (потрібно окремо розгойдувати).

Мікросхема вийшла дуже вдалою, тому має купу аналогів: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054 , VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Перш, ніж використовувати будь-який з аналогів, звіряйтеся по датацит.

TP4056

Мікросхема виконана в корпусі SOP-8 (див. ), має на череві металевий теплознімач не з'єднаний з контактами, що дозволяє ефективніше відводити тепло. Дозволяє заряджати акумулятор струмом до 1А (струм залежить від резистора, що струмозадає).

Схема підключення вимагає мінімум навісних елементів:

Схема реалізує класичний процес заряду - спочатку заряд постійним струмом, потім постійною напругою і струмом, що падає. Все по-науковому. Якщо розібрати зарядку по кроках, можна виділити кілька етапів:

Контролює напругу підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
Етап передзаряду (якщо акумулятор розряджено нижче 2.9 В). Заряд струмом 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) рівня 2.9 В.
Заряджання максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
При досягненні на батареї 4.2 В напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядний пристрій вимикається.
Після закінчення заряджання контролер продовжує моніторинг напруги акумулятора (див. п.1). Струм, що споживається схемою моніторингу 2-3 мкА. Після падіння напруги до 4.0В, заряджання вмикається знову. І так по колу.

Струм заряду (в амперах) розраховується за формулою I=1200/R prog. Допустимий максимум - 1000 мА.

Реальний тест зарядки з акумулятором 18650 на 3400 мА/год показано на графіку:

Гідність мікросхеми в тому, що струм заряду задається лише одним резистором. Не потрібні потужні низькоомні резистори. Плюс є індикатор процесу заряджання, а також індикація закінчення заряджання. При непідключеному акумуляторі індикатор блимає з періодичністю раз на кілька секунд.

Напруга живлення схеми має лежати не більше 4.5...8 вольт. Чим ближче до 4.5В – тим краще (так чіп менше гріється).

Перша нога використовується для підключення датчика температури, вбудованого в літій-іонну батарею (зазвичай це середнє виведення акумулятора стільникового телефону). Якщо на виводі напруга буде нижчою за 45% або вище 80% від напруги живлення, то зарядка припиняється. Якщо контроль температури вам не потрібний, просто посадіть цю ногу на землю.

Увага! Ця схема має один істотний недолік: відсутність схеми захисту від переполюсування батареї. У цьому випадку контролер гарантовано вигоряє з ладу через перевищення максимального струму. У цьому напруга живлення схеми безпосередньо потрапляє на акумулятор, що дуже небезпечно.

Печатка проста, робиться за годину на коліні. Якщо час терпить, можна замовити готові модулі. Деякі виробники готових модулів додають захист від перевантаження по струму і перерозряду (наприклад, можна вибрати яка плата вам потрібна - із захистом або без, і з яким роз'ємом).

Також можна знайти готові плати з виведеним контактом під температурний датчик. Або навіть модуль зарядки з кількома запаралеленими мікросхемами TP4056 для збільшення зарядного струму та із захистом від переполюсування (приклад).

LTC1734

Теж дуже проста схема. Струм заряду задається резистором R prog (наприклад, якщо поставити резистор на 3 ком, струм дорівнюватиме 500 мА).

Мікросхеми зазвичай мають маркування на корпусі: LTRG (їх можна часто зустріти у старих телефонах від самсунгів).

Транзистор підійде взагалі будь-який p-n-p, головне щоб він був розрахований на заданий струм зарядки.

Індикатора заряду на зазначеній схемі немає, але на LTC1734 сказано, що висновок "4" (Prog) має дві функції - установку струму і контроль закінчення заряду батареї. Для прикладу наведено схему з контролем закінчення заряду за допомогою компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 у цьому випадку можна замінити дешевим LM358.

TL431 + транзистор

Напевно, складно вигадати схему з більш доступних компонентів. Тут найскладніше - це знайти джерело опорної напруги TL431. Але вони настільки поширені, що зустрічаються практично всюди (рідко яке джерело живлення обходиться без цієї мікросхеми).

Ну а транзистор TIP41 можна замінити будь-яким іншим з відповідним струмом колектора. Підійдуть навіть старі радянські КТ819, КТ805 (чи менш потужні КТ815, КТ817).

Налаштування схеми зводиться до встановлення вихідної напруги (без акумулятора!!!) за допомогою підстроювального резистора на рівні 4.2 вольта. Резистор R1 визначає максимальне значення зарядного струму.

Дана схема повноцінно реалізує двоетапний процес заряду літієвих акумуляторів - спочатку заряджання постійним струмом, потім перехід до фази стабілізації напруги і плавне зниження струму практично до нуля. Єдиний недолік - погана повторюваність схеми (примхлива в налаштуванні і вимоглива до компонентів, що використовуються).

MCP73812

Є ще одна незаслужено обділена увагою мікросхема компанії Microchip - MCP73812 (див. ). На її базі виходить дуже бюджетний варіант зарядки (і недорогий!). Весь обвіс - всього один резистор!

До речі, мікросхема виконана у зручному для паяння корпусі – SOT23-5.

Єдиний мінус сильно гріється і немає індикації заряду. Ще вона якось не дуже надійно працює, якщо у вас малопотужне джерело живлення (яке дає просідання напруги).

Загалом, якщо вам індикація заряду не важлива, і струм в 500 мА вас влаштовує, то МСР73812 - дуже непоганий варіант.

NCP1835

Пропонується повністю інтегроване рішення - NCP1835B, що забезпечує високу стабільність зарядної напруги (4.2±0.05 В).

Мабуть, єдиним недоліком даної мікросхеми є її мініатюрний розмір (корпус DFN-10, розмір 3х3 мм). Не кожному під силу забезпечити якісне паяння таких мініатюрних елементів.

З незаперечних переваг хотілося б відзначити таке:

Мінімальна кількість деталей обважування.
Можливість заряджання повністю розрядженої батареї (передзаряд струмом 30мА);
Визначення закінчення заряджання.
Програмований зарядний струм – до 1000 мА.
Індикація заряду та помилок (здатна детектувати незаряджувані батареї та сигналізувати про це).
Захист від тривалого заряду (змінюючи ємність конденсатора С, можна задати максимальний час заряду від 6,6 до 784 хвилин).

Вартість мікросхеми не те щоб копійчана, а й не настільки велика (~1$), щоб відмовитися від її застосування. Якщо ви дружите з паяльником, я б порекомендував зупинити свій вибір на цьому варіанті.

Більш детальний опис знаходиться в .

Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера?

Так можна. Однак це вимагатиме щільного контролю за зарядним струмом та напругою.

Взагалі, зарядити АКБ, наприклад, наш 18650 без зарядного пристрою не вийде. Все одно потрібно якось обмежувати максимальний струм заряду, так що хоча б найпримітивніше ЗУ, але все ж таки буде потрібно.

Найпростіший зарядний пристрій для будь-якого літієвого акумулятора - це резистор, послідовно включений з акумулятором:

Опір та потужність розсіювання резистора залежать від напруги джерела живлення, яке використовуватиметься для заряджання.

Давайте як приклад, розрахуємо резистор для блоку живлення напругою 5 Вольт. Заряджатимемо акумулятор 18650, ємністю 2400 мА/год.

Отже, на початку зарядки падіння напруга на резисторі становитиме:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта

Припустимо, що наш 5-вольтовий блок живлення розрахований на максимальний струм 1А. Найбільший струм схема буде споживати на початку заряду, коли напруга на акумуляторі мінімальна і становить 2.7-2.8 Вольта.

Увага: у цих розрахунках не враховується ймовірність того, що акумулятор може бути дуже глибоко розрядженим і напруга на ньому може бути набагато нижчою, аж до нуля.

Таким чином, опір резистора, необхідне обмеження струму на початку заряду лише на рівні 1 Ампера, має становити:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Потужність розсіювання резистора:

P r = I 2 R = 1 * 1 * 2.2 = 2.2 Вт

В самому кінці заряду акумулятора, коли напруга на ньому наблизиться до 4.2, струм заряду становитиме:

I зар = (U іп – 4.2) / R = (5 – 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Тобто, як ми бачимо, всі значення не виходять за рамки допустимих для даного акумулятора: початковий струм не перевищує максимально допустимий струм заряду для даного акумулятора (2.4 А), а кінцевий струм перевищує струм, при якому акумулятор перестає набирати ємність ( 0.24 А).

Найголовнішим недоліком такої зарядки є необхідність постійно контролювати напругу на акумуляторі. І вручну вимкнути заряд, як тільки напруга досягне 4.2 Вольта. Справа в тому, що літієві акумулятори дуже погано переносять навіть короткочасну перенапругу - електродні маси починають швидко деградувати, що неминуче призводить до втрати ємності. Поруч із створюються всі передумови для перегріву і розгерметизації.

Якщо у ваш акумулятор вбудована плата захисту, про які йшлося трохи вище, все спрощується. Після досягнення певної напруги на акумуляторі, плата сама відключить його від зарядного пристрою. Однак такий спосіб зарядки має суттєві мінуси, про які ми розповідали у .

Захист, вбудований в акумулятор, не дозволить його перезарядити за жодних обставин. Все, що вам залишається зробити, це проконтролювати струм заряду, щоб він не перевищив допустимі значення для акумулятора (плати захисту не вміють обмежувати струм заряду, на жаль).

Заряджання за допомогою лабораторного блоку живлення

Якщо у вашому розпорядженні є блок живлення із захистом (обмеженням) по струму, то ви врятовані! Таке джерело живлення є повноцінним зарядним пристроєм, що реалізує правильний профіль заряду, про який ми писали вище (СС/СV).

Все, що потрібно зробити для заряджання li-ion - це виставити на блоці живлення 4.2 вольта і встановити бажане обмеження струму. Можна підключати акумулятор.

Спочатку, коли акумулятор ще розряджений, лабораторний блок живлення працюватиме в режимі захисту струму (тобто стабілізуватиме вихідний струм на заданому рівні). Потім, коли напруга на банку підніметься до 4.2В, блок живлення перейде в режим стабілізації напруги, а струм при цьому почне падати.

Коли струм впаде до 0.05-0.1С, акумулятор можна вважати повністю зарядженим.

Як бачите, лабораторний БП – практично ідеальний зарядний пристрій! Єдине, що він не вміє робити автоматично, це приймати рішення про повну зарядку акумулятора та відключатися. Але це дрібниця, яку навіть не варто звертати уваги.

Як заряджати літієві батареї?

І якщо ми говоримо про одноразову батарейку, не призначену для перезарядки, то правильна (і єдино правильна) відповідь на це питання - НІЯК.

Справа в тому, що будь-яка літієва батарейка (наприклад, поширена CR2032 у вигляді плоскої таблетки) характеризується наявністю внутрішнього шару, що пасивує, яким покритий літієвий анод. Цей шар запобігає хімічній реакції анода з електролітом. А подача стороннього струму руйнує вищезгаданий захисний шар, приводячи до псування елемента живлення.

До речі, якщо говорити про батарею CR2032, що незаряджається, тобто дуже схожа на неї LIR2032 - це вже повноцінний акумулятор. Її можна і потрібно заряджати. Тільки в неї напруга не 3, а 3.6В.

Про те ж, як заряджати літієві акумулятори (чи то акумулятор телефону, 18650 або будь-який інший li-ion акумулятор) йшлося на початку статті.

85 коп/шт. Придбати MCP73812 65 руб/шт. Придбати NCP1835 83 руб/шт. Придбати *Всі мікросхеми з безкоштовною доставкою