Điều quan trọng cần biết về pin li ion là gì? Xác định chính xác mức phí? – Thuật toán ModelGauge Mức sạc tối thiểu của pin li ion.

Rất khó để đánh giá các đặc tính của một bộ sạc cụ thể nếu không hiểu quá trình sạc mẫu của pin li-ion thực sự sẽ diễn ra như thế nào. Do đó, trước khi chuyển trực tiếp sang sơ đồ, chúng ta hãy nhớ lại một chút lý thuyết.

Pin lithium là gì?

Tùy thuộc vào vật liệu làm nên điện cực dương của pin lithium, có một số loại:

  • với cực âm lithium cobaltate;
  • với cực âm dựa trên photphat sắt được tráng men;
  • dựa trên niken-coban-nhôm;
  • dựa trên niken-coban-mangan.

Tất cả các loại pin này đều có những đặc điểm riêng, nhưng vì những sắc thái này không có tầm quan trọng cơ bản đối với người tiêu dùng nói chung nên chúng sẽ không được xem xét trong bài viết này.

Ngoài ra, tất cả pin li-ion đều được sản xuất với nhiều kích cỡ và kiểu dáng khác nhau. Chúng có thể ở dạng vỏ (ví dụ, loại 18650 phổ biến hiện nay) hoặc dạng nhiều lớp hoặc dạng lăng trụ (pin gel-polymer). Loại thứ hai là những túi được hàn kín làm bằng một lớp màng đặc biệt, chứa các điện cực và khối điện cực.

Kích thước phổ biến nhất của pin li-ion được hiển thị trong bảng bên dưới (tất cả chúng đều có điện áp danh định là 3,7 volt):

chỉ định Kích thước tiêu chuẩn Kích thước tương tự
XXYY0,
Ở đâu XX- chỉ dẫn đường kính tính bằng mm,
YY- giá trị chiều dài tính bằng mm,
0 - phản ánh thiết kế ở dạng hình trụ		 10180 2/5 AAA
10220 1/2 AAA (Ø tương ứng với AAA, nhưng chiều dài bằng một nửa)
10280
10430 AAA
10440 AAA
14250 1/2 AA
14270 Ø AA, chiều dài CR2
14430 Ø 14 mm (giống AA), nhưng chiều dài ngắn hơn
14500 AA
14670
15266, 15270 CR2
16340 CR123
17500 150S/300S
17670 2xCR123 (hoặc 168S/600S)
18350
18490
18500 2xCR123 (hoặc 150A/300P)
18650 2xCR123 (hoặc 168A/600P)
18700
22650
25500
26500 VỚI
26650
32650
33600 D
42120

Các quá trình điện hóa bên trong diễn ra theo cách tương tự và không phụ thuộc vào kiểu dáng và thiết kế của pin, vì vậy mọi điều nêu dưới đây đều áp dụng như nhau cho tất cả các loại pin lithium.

Cách sạc pin lithium-ion đúng cách

Cách sạc pin lithium đúng nhất là sạc theo hai giai đoạn. Đây là phương pháp Sony sử dụng trong tất cả các bộ sạc của mình. Mặc dù có bộ điều khiển sạc phức tạp hơn nhưng điều này đảm bảo sạc pin li-ion đầy đủ hơn mà không làm giảm tuổi thọ của chúng.

Ở đây chúng ta đang nói về cấu hình sạc hai giai đoạn cho pin lithium, viết tắt là CC/CV (dòng điện không đổi, điện áp không đổi). Ngoài ra còn có các tùy chọn với dòng xung và dòng bước, nhưng chúng không được thảo luận trong bài viết này. Bạn có thể đọc thêm về sạc bằng dòng điện xung.

Vì vậy, chúng ta hãy xem xét cả hai giai đoạn sạc chi tiết hơn.

1. Ở giai đoạn đầu tiên Phải đảm bảo dòng sạc liên tục. Giá trị hiện tại là 0,2-0,5C. Để sạc nhanh, được phép tăng dòng điện lên 0,5-1,0C (trong đó C là dung lượng pin).

Ví dụ, đối với pin có dung lượng 3000 mAh, dòng sạc danh định ở giai đoạn đầu tiên là 600-1500 mA và dòng sạc tăng tốc có thể nằm trong khoảng 1,5-3A.

Để đảm bảo dòng sạc không đổi ở một giá trị nhất định, mạch sạc phải có khả năng tăng điện áp ở các cực của pin. Trên thực tế, ở giai đoạn đầu, bộ sạc hoạt động như một bộ ổn định dòng điện cổ điển.

Quan trọng: Nếu bạn dự định sạc pin bằng bảng bảo vệ (PCB) tích hợp thì khi thiết kế mạch sạc bạn cần đảm bảo rằng điện áp mạch hở của mạch không bao giờ được vượt quá 6-7 volt. Nếu không, bảng bảo vệ có thể bị hỏng.

Tại thời điểm điện áp trên pin tăng lên 4,2 volt, pin sẽ đạt được khoảng 70-80% công suất (giá trị công suất cụ thể sẽ phụ thuộc vào dòng sạc: khi sạc nhanh thì sẽ ít hơn một chút, với phí danh nghĩa - thêm một chút). Thời điểm này đánh dấu sự kết thúc của giai đoạn sạc đầu tiên và đóng vai trò là tín hiệu chuyển sang giai đoạn thứ hai (và cuối cùng).

2. Giai đoạn sạc thứ hai- đây là sạc pin với điện áp không đổi, nhưng dòng điện giảm dần (giảm).

Ở giai đoạn này, bộ sạc duy trì điện áp 4,15-4,25 volt trên pin và kiểm soát giá trị hiện tại.

Khi công suất tăng thì dòng sạc sẽ giảm. Ngay khi giá trị của nó giảm xuống 0,05-0,01C, quá trình sạc được coi là hoàn tất.

Một sắc thái quan trọng của hoạt động đúng của bộ sạc là ngắt kết nối hoàn toàn khỏi pin sau khi sạc xong. Điều này là do thực tế là đối với pin lithium, việc chúng duy trì ở điện áp cao trong thời gian dài là điều cực kỳ không mong muốn, thường được cung cấp bởi bộ sạc (tức là 4,18-4,24 volt). Điều này dẫn đến sự xuống cấp nhanh chóng của thành phần hóa học của pin và do đó làm giảm dung lượng của pin. Lưu trú dài hạn có nghĩa là hàng chục giờ hoặc hơn.

Trong giai đoạn sạc thứ hai, pin sẽ tăng thêm khoảng 0,1-0,15 dung lượng. Do đó, tổng mức sạc pin đạt 90-95%, đây là một chỉ báo tuyệt vời.

Chúng tôi đã xem xét hai giai đoạn sạc chính. Tuy nhiên, phạm vi đề cập đến vấn đề sạc pin lithium sẽ không đầy đủ nếu không đề cập đến một giai đoạn sạc khác - cái gọi là. nạp trước.

Giai đoạn sạc sơ bộ (precharge)- giai đoạn này chỉ được sử dụng đối với pin đã xả sâu (dưới 2,5 V) để đưa chúng về chế độ hoạt động bình thường.

Ở giai đoạn này, bộ sạc được cung cấp dòng điện không đổi giảm cho đến khi điện áp pin đạt 2,8 V.

Giai đoạn sơ bộ là cần thiết để ngăn ngừa hiện tượng phồng rộp và giảm áp suất (hoặc thậm chí gây nổ do cháy) của pin bị hỏng, chẳng hạn như có đoản mạch bên trong giữa các điện cực. Nếu một dòng điện lớn ngay lập tức chạy qua pin như vậy, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến hiện tượng nóng lên của pin, và sau đó điều đó sẽ phụ thuộc.

Một lợi ích khác của việc sạc trước là làm nóng trước pin, điều này rất quan trọng khi sạc ở nhiệt độ môi trường thấp (trong phòng không có hệ thống sưởi trong mùa lạnh).

Sạc thông minh có thể theo dõi điện áp trên pin trong giai đoạn sạc sơ bộ và nếu điện áp không tăng trong một thời gian dài, hãy đưa ra kết luận rằng pin bị lỗi.

Tất cả các giai đoạn sạc pin lithium-ion (bao gồm cả giai đoạn sạc trước) được mô tả dưới dạng sơ đồ trong biểu đồ này:

Việc vượt quá điện áp sạc định mức 0,15V có thể làm giảm tuổi thọ pin xuống một nửa. Việc giảm điện áp sạc xuống 0,1 volt giúp giảm khoảng 10% dung lượng của pin đã sạc, nhưng kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin. Điện áp của pin được sạc đầy sau khi tháo pin ra khỏi bộ sạc là 4,1-4,15 volt.

Hãy để tôi tóm tắt những điều trên và phác thảo những điểm chính:

1. Tôi nên sử dụng dòng điện nào để sạc pin li-ion (ví dụ: 18650 hoặc bất kỳ loại nào khác)?

Dòng điện sẽ phụ thuộc vào tốc độ bạn muốn sạc và có thể dao động từ 0,2C đến 1C.

Ví dụ: đối với pin cỡ 18650 có dung lượng 3400 mAh, dòng sạc tối thiểu là 680 mA và tối đa là 3400 mA.

2. Mất bao lâu để sạc, ví dụ như pin 18650 tương tự?

Thời gian sạc trực tiếp phụ thuộc vào dòng sạc và được tính theo công thức:

T = C/I sạc.

Ví dụ: thời gian sạc pin 3400 mAh của chúng tôi với dòng điện 1A sẽ là khoảng 3,5 giờ.

3. Làm thế nào để sạc pin lithium polymer đúng cách?

Tất cả các loại pin lithium đều sạc theo cùng một cách. Không quan trọng đó là lithium polymer hay lithium ion. Đối với chúng tôi, người tiêu dùng, không có sự khác biệt.

Bảng bảo vệ là gì?

Bảng bảo vệ (hoặc PCB - bảng điều khiển nguồn) được thiết kế để bảo vệ khỏi đoản mạch, sạc quá mức và xả quá mức của pin lithium. Theo quy định, tính năng bảo vệ quá nhiệt cũng được tích hợp trong các mô-đun bảo vệ.

Vì lý do an toàn, nghiêm cấm sử dụng pin lithium trong các thiết bị gia dụng trừ khi chúng có bảng bảo vệ tích hợp. Đó là lý do tại sao tất cả pin điện thoại di động luôn có bảng mạch PCB. Các cực đầu ra của pin được đặt trực tiếp trên bo mạch:

Các bảng này sử dụng bộ điều khiển sạc sáu chân trên một thiết bị chuyên dụng (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 và các thiết bị tương tự khác). Nhiệm vụ của bộ điều khiển này là ngắt ắc quy khỏi tải khi pin đã xả hết và ngắt sạc ắc quy khi đạt 4,25V.

Ví dụ: đây là sơ đồ của bảng bảo vệ pin BP-6M được cung cấp cùng với điện thoại Nokia cũ:

Nếu chúng ta nói về 18650, chúng có thể được sản xuất có hoặc không có bảng bảo vệ. Mô-đun bảo vệ được đặt gần cực âm của pin.

Bảng tăng chiều dài của pin thêm 2-3 mm.

Pin không có mô-đun PCB thường được bao gồm trong pin có mạch bảo vệ riêng.

Bất kỳ loại pin nào có bảo vệ đều có thể dễ dàng biến thành pin không có bảo vệ, bạn chỉ cần rút ruột nó ra.

Ngày nay, dung lượng tối đa của pin 18650 là 3400 mAh. Pin có chức năng bảo vệ phải có ký hiệu tương ứng trên vỏ ("Được bảo vệ").

Đừng nhầm lẫn bo mạch PCB với mô-đun PCM (PCM - mô-đun sạc điện). Nếu cái trước chỉ phục vụ mục đích bảo vệ pin thì cái sau được thiết kế để kiểm soát quá trình sạc - chúng giới hạn dòng sạc ở một mức nhất định, kiểm soát nhiệt độ và nói chung, đảm bảo toàn bộ quá trình. Bảng PCM là cái mà chúng tôi gọi là bộ điều khiển sạc.

Tôi hy vọng bây giờ không còn câu hỏi nào nữa, làm thế nào để sạc pin 18650 hoặc bất kỳ loại pin lithium nào khác? Sau đó, chúng ta chuyển sang một số lựa chọn nhỏ về giải pháp mạch làm sẵn cho bộ sạc (cùng bộ điều khiển sạc).

Sơ đồ sạc pin li-ion

Tất cả các mạch đều phù hợp để sạc bất kỳ loại pin lithium nào, tất cả những gì còn lại là quyết định dòng sạc và đế phần tử.

LM317

Sơ đồ bộ sạc đơn giản dựa trên chip LM317 có đèn báo sạc:

Mạch là đơn giản nhất, toàn bộ quá trình thiết lập bao gồm việc đặt điện áp đầu ra thành 4,2 volt bằng cách sử dụng điện trở cắt R8 (không có pin được kết nối!) Và cài đặt dòng sạc bằng cách chọn điện trở R4, R6. Công suất của điện trở R1 ít nhất là 1 Watt.

Ngay khi đèn LED tắt, quá trình sạc có thể được coi là hoàn thành (dòng sạc sẽ không bao giờ giảm về 0). Không nên sạc pin trong thời gian dài sau khi đã sạc đầy.

Vi mạch lm317 được sử dụng rộng rãi trong các bộ ổn áp và dòng điện khác nhau (tùy thuộc vào mạch kết nối). Nó được bán ở mọi ngóc ngách và có giá vài xu (bạn có thể lấy 10 chiếc chỉ với 55 rúp).

LM317 có nhiều loại vỏ khác nhau:

Gán chân (pinout):

Các analog của chip LM317 là: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (hai loại cuối cùng được sản xuất trong nước).

Dòng sạc có thể tăng lên 3A nếu bạn dùng LM350 thay vì LM317. Tuy nhiên, nó sẽ đắt hơn - 11 rúp/cái.

Bảng mạch in và lắp ráp mạch được hiển thị dưới đây:

Bóng bán dẫn KT361 cũ của Liên Xô có thể được thay thế bằng bóng bán dẫn pnp tương tự (ví dụ KT3107, KT3108 hoặc tư sản 2N5086, 2SA733, BC308A). Nó có thể được loại bỏ hoàn toàn nếu không cần đến chỉ báo sạc.

Nhược điểm của mạch: điện áp nguồn phải nằm trong khoảng 8-12V. Điều này là do để hoạt động bình thường của chip LM317, chênh lệch giữa điện áp pin và điện áp nguồn ít nhất phải là 4,25 Volts. Vì vậy, sẽ không thể cấp nguồn cho nó từ cổng USB.

MAX1555 hoặc MAX1551

MAX1551/MAX1555 là bộ sạc chuyên dụng cho pin Li+, có khả năng hoạt động từ USB hoặc từ bộ đổi nguồn riêng (ví dụ: bộ sạc điện thoại).

Sự khác biệt duy nhất giữa các vi mạch này là MAX1555 tạo ra tín hiệu cho biết quá trình sạc và MAX1551 tạo ra tín hiệu cho biết nguồn đang bật. Những thứ kia. 1555 vẫn được ưa chuộng hơn trong hầu hết các trường hợp, vì vậy 1551 hiện rất khó tìm thấy trên thị trường.

Một mô tả chi tiết về các vi mạch này từ nhà sản xuất là.

Điện áp đầu vào tối đa từ bộ chuyển đổi DC là 7 V, khi được cấp nguồn bằng USB - 6 V. Khi điện áp nguồn giảm xuống 3,52 V, vi mạch sẽ tắt và dừng sạc.

Bản thân vi mạch sẽ phát hiện đầu vào nào có điện áp cung cấp và kết nối với nó. Nếu nguồn được cấp qua bus USB thì dòng sạc tối đa được giới hạn ở 100 mA - điều này cho phép bạn cắm bộ sạc vào cổng USB của bất kỳ máy tính nào mà không sợ cháy cầu nối phía nam.

Khi được cấp nguồn bằng nguồn điện riêng, dòng sạc thông thường là 280 mA.

Các chip được tích hợp tính năng bảo vệ quá nhiệt. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, mạch vẫn tiếp tục hoạt động, giảm dòng điện đi 17 mA cho mỗi độ trên 110 ° C.

Có chức năng sạc trước (xem ở trên): miễn là điện áp pin dưới 3V, vi mạch sẽ giới hạn dòng sạc ở mức 40 mA.

Vi mạch có 5 chân. Đây là sơ đồ kết nối điển hình:

Nếu có đảm bảo rằng điện áp ở đầu ra bộ chuyển đổi của bạn trong mọi trường hợp không thể vượt quá 7 volt, thì bạn có thể thực hiện mà không cần bộ ổn định 7805.

Ví dụ, tùy chọn sạc USB có thể được lắp ráp trên tùy chọn này.

Vi mạch không yêu cầu điốt bên ngoài hoặc bóng bán dẫn bên ngoài. Nói chung, tất nhiên, những điều nhỏ nhặt tuyệt đẹp! Chỉ có điều chúng quá nhỏ và bất tiện khi hàn. Và chúng cũng đắt ().

LP2951

Bộ ổn định LP2951 được sản xuất bởi National Semiconductors (). Nó cung cấp khả năng thực hiện chức năng giới hạn dòng điện tích hợp và cho phép bạn tạo ra mức điện áp sạc ổn định cho pin lithium-ion ở đầu ra của mạch.

Điện áp sạc là 4,08 - 4,26 volt và được đặt bằng điện trở R3 khi ngắt kết nối pin. Điện áp được giữ rất chính xác.

Dòng sạc là 150 - 300mA, giá trị này bị giới hạn bởi các mạch bên trong của chip LP2951 (tùy theo nhà sản xuất).

Sử dụng diode có dòng điện ngược nhỏ. Ví dụ: nó có thể là bất kỳ dòng 1N400X nào mà bạn có thể mua. Diode được sử dụng làm diode chặn để ngăn dòng điện ngược từ pin vào chip LP2951 khi điện áp đầu vào bị tắt.

Bộ sạc này tạo ra dòng sạc khá thấp nên bất kỳ pin 18650 nào cũng có thể sạc qua đêm.

Bạn có thể mua vi mạch ở cả gói DIP và gói SOIC (giá khoảng 10 rúp mỗi chiếc).

MCP73831

Con chip này cho phép bạn tạo ra bộ sạc phù hợp và nó cũng rẻ hơn MAX1555 được quảng cáo rầm rộ.

Một sơ đồ kết nối điển hình được lấy từ:

Một ưu điểm quan trọng của mạch là không có điện trở mạnh có điện trở thấp làm hạn chế dòng điện tích. Ở đây dòng điện được thiết lập bởi một điện trở nối với chân thứ 5 của vi mạch. Điện trở của nó phải nằm trong khoảng 2-10 kOhm.

Bộ sạc được lắp ráp trông như thế này:

Vi mạch nóng lên khá tốt trong quá trình hoạt động, nhưng điều này dường như không làm phiền nó. Nó hoàn thành chức năng của nó.

Đây là một phiên bản khác của bảng mạch in có đèn LED SMD và đầu nối micro-USB:

LTC4054 (STC4054)

Đề án rất đơn giản, lựa chọn tuyệt vời! Cho phép sạc với dòng điện lên tới 800 mA (xem). Đúng, nó có xu hướng rất nóng, nhưng trong trường hợp này, tính năng bảo vệ quá nhiệt tích hợp sẽ làm giảm dòng điện.

Mạch có thể được đơn giản hóa đáng kể bằng cách loại bỏ một hoặc thậm chí cả hai đèn LED có bóng bán dẫn. Sau đó, nó sẽ trông như thế này (bạn phải thừa nhận, nó không thể đơn giản hơn: một vài điện trở và một tụ điện):

Một trong các tùy chọn bảng mạch in có sẵn tại . Bảng được thiết kế cho các phần tử có kích thước tiêu chuẩn 0805.

Tôi = 1000/R. Bạn không nên đặt dòng điện cao ngay lập tức; trước tiên hãy xem vi mạch nóng đến mức nào. Với mục đích của mình, tôi lấy một điện trở 2,7 kOhm và dòng điện tích là khoảng 360 mA.

Khó có khả năng điều chỉnh bộ tản nhiệt cho vi mạch này và thực tế là nó sẽ không hiệu quả do khả năng chịu nhiệt cao của điểm nối vỏ tinh thể. Nhà sản xuất khuyến nghị nên làm tản nhiệt “thông qua các dây dẫn” - làm cho các dấu vết càng dày càng tốt và để lại lớp giấy bạc bên dưới thân chip. Nói chung, càng để lại nhiều lá “đất” thì càng tốt.

Nhân tiện, phần lớn nhiệt được tiêu tán qua chân thứ 3, vì vậy bạn có thể làm cho vết này rất rộng và dày (lấp đầy chất hàn thừa vào).

Gói chip LTC4054 có thể được gắn nhãn LTH7 hoặc LTADY.

LTH7 khác với LTADY ở chỗ cái đầu tiên có thể nhấc pin rất yếu (trên đó điện áp nhỏ hơn 2,9 volt), trong khi cái thứ hai thì không thể (bạn cần xoay nó riêng).

Con chip này tỏ ra rất thành công nên có rất nhiều điểm tương tự: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102 , HX 6001 , LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Trước khi sử dụng bất kỳ chất tương tự nào, hãy kiểm tra bảng dữ liệu.

TP4056

Vi mạch được chế tạo trong vỏ SOP-8 (xem), nó có một bộ tản nhiệt bằng kim loại ở bụng không được kết nối với các điểm tiếp xúc, cho phép tản nhiệt hiệu quả hơn. Cho phép bạn sạc pin với dòng điện lên tới 1A (dòng điện phụ thuộc vào điện trở cài đặt dòng điện).

Sơ đồ kết nối yêu cầu tối thiểu các phần tử treo:

Mạch thực hiện quy trình sạc cổ điển - đầu tiên sạc với dòng điện không đổi, sau đó với điện áp không đổi và dòng điện giảm. Mọi thứ đều khoa học. Nếu bạn nhìn vào việc sạc từng bước, bạn có thể phân biệt một số giai đoạn:

  1. Theo dõi điện áp của pin được kết nối (điều này xảy ra mọi lúc).
  2. Giai đoạn nạp lại (nếu pin xả dưới 2,9 V). Sạc với dòng điện 1/10 từ dòng được lập trình bởi điện trở R prog (100 mA tại R prog = 1,2 kOhm) đến mức 2,9 V.
  3. Sạc với dòng điện không đổi tối đa (1000 mA ở R prog = 1,2 kOhm);
  4. Khi pin đạt mức 4,2 V, điện áp trên pin được cố định ở mức này. Dòng sạc bắt đầu giảm dần.
  5. Khi dòng điện đạt 1/10 dòng điện được lập trình bởi điện trở R prog (100 mA tại R prog = 1,2 kOhm), bộ sạc sẽ tắt.
  6. Sau khi sạc xong, bộ điều khiển tiếp tục theo dõi điện áp pin (xem điểm 1). Dòng điện tiêu thụ của mạch giám sát là 2-3 µA. Sau khi điện áp giảm xuống 4.0V, quá trình sạc sẽ bắt đầu lại. Và cứ thế trong một vòng tròn.

Dòng điện tích (tính bằng ampe) được tính theo công thức I=1200/R chương trình. Mức tối đa cho phép là 1000 mA.

Thử nghiệm sạc thực tế với pin 3400 mAh 18650 được hiển thị trên biểu đồ:

Ưu điểm của vi mạch là dòng điện tích được điều chỉnh chỉ bằng một điện trở. Điện trở có điện trở thấp mạnh mẽ là không cần thiết. Ngoài ra, còn có đèn báo về quá trình sạc cũng như đèn báo kết thúc quá trình sạc. Khi pin không được kết nối, đèn báo sẽ nhấp nháy cứ sau vài giây.

Điện áp cung cấp của mạch phải nằm trong khoảng 4,5...8 volt. Càng gần 4,5V thì càng tốt (vì vậy chip ít nóng hơn).

Chân đầu tiên được sử dụng để kết nối cảm biến nhiệt độ được tích hợp trong pin lithium-ion (thường là cực giữa của pin điện thoại di động). Nếu điện áp đầu ra dưới 45% hoặc trên 80% điện áp nguồn, quá trình sạc sẽ bị tạm dừng. Nếu bạn không cần kiểm soát nhiệt độ, chỉ cần đặt chân đó xuống đất.

Chú ý! Mạch này có một nhược điểm đáng kể: không có mạch bảo vệ phân cực ngược của pin. Trong trường hợp này, bộ điều khiển được đảm bảo sẽ bị cháy do vượt quá dòng điện tối đa. Trong trường hợp này, điện áp nguồn của mạch đi thẳng vào pin, điều này rất nguy hiểm.

Dấu hiệu rất đơn giản và có thể được thực hiện trong một giờ trên đầu gối của bạn. Nếu thời gian là điều cốt yếu, bạn có thể đặt hàng các mô-đun làm sẵn. Một số nhà sản xuất mô-đun làm sẵn bổ sung thêm tính năng bảo vệ chống quá dòng và quá tải (ví dụ: bạn có thể chọn bảng nào bạn cần - có hoặc không có bảo vệ và với đầu nối nào).

Bạn cũng có thể tìm thấy các bảng làm sẵn có tiếp điểm cho cảm biến nhiệt độ. Hoặc thậm chí là một mô-đun sạc có một số vi mạch TP4056 song song để tăng dòng sạc và bảo vệ phân cực ngược (ví dụ).

LTC1734

Cũng là một kế hoạch rất đơn giản. Dòng sạc được đặt bởi điện trở R prog (ví dụ: nếu bạn lắp điện trở 3 kOhm thì dòng điện sẽ là 500 mA).

Các vi mạch thường được đánh dấu trên vỏ: LTRG (chúng thường có thể được tìm thấy trong các điện thoại Samsung cũ).

Bất kỳ bóng bán dẫn pnp nào cũng phù hợp, điều chính là nó được thiết kế cho dòng sạc nhất định.

Không có chỉ báo sạc trên sơ đồ được chỉ định, nhưng trên LTC1734, người ta nói rằng chân “4” (Prog) có hai chức năng - cài đặt dòng điện và giám sát việc kết thúc sạc pin. Ví dụ: một mạch có điều khiển kết thúc sạc bằng bộ so sánh LT1716 được hiển thị.

Bộ so sánh LT1716 trong trường hợp này có thể được thay thế bằng LM358 giá rẻ.

TL431 + bóng bán dẫn

Có lẽ rất khó để tạo ra một mạch sử dụng các thành phần giá cả phải chăng hơn. Phần khó nhất ở đây là tìm nguồn điện áp tham chiếu TL431. Nhưng chúng phổ biến đến mức chúng được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi (hiếm có nguồn điện nào không có vi mạch này).

Chà, bóng bán dẫn TIP41 có thể được thay thế bằng bất kỳ bóng bán dẫn nào khác có dòng điện thu phù hợp. Ngay cả KT819, KT805 cũ của Liên Xô (hoặc KT815, KT817 kém mạnh hơn) cũng sẽ làm được.

Việc thiết lập mạch bao gồm việc đặt điện áp đầu ra (không có pin!!!) bằng cách sử dụng điện trở cắt ở mức 4,2 volt. Điện trở R1 đặt giá trị tối đa của dòng sạc.

Mạch này thực hiện đầy đủ quy trình sạc pin lithium gồm hai giai đoạn - đầu tiên là sạc bằng dòng điện một chiều, sau đó chuyển sang giai đoạn ổn định điện áp và giảm dòng điện một cách trơn tru xuống gần như bằng 0. Hạn chế duy nhất là khả năng lặp lại kém của mạch (nó thất thường trong việc thiết lập và đòi hỏi các thành phần được sử dụng).

MCP73812

Có một vi mạch khác bị bỏ quên không đáng kể của Microchip - MCP73812 (xem). Dựa trên nó, bạn sẽ có được một tùy chọn tính phí rất tiết kiệm (và không tốn kém!). Toàn bộ bộ body kit chỉ là một điện trở!

Nhân tiện, vi mạch được chế tạo trong một gói thân thiện với vật hàn - SOT23-5.

Điểm trừ duy nhất là nó rất nóng và không có dấu hiệu sạc. Bằng cách nào đó, nó cũng không hoạt động đáng tin cậy nếu bạn có nguồn điện năng thấp (gây sụt áp).

Nói chung, nếu chỉ báo sạc không quan trọng đối với bạn và dòng điện 500 mA phù hợp với bạn thì MCP73812 là một lựa chọn rất tốt.

NCP1835

Một giải pháp tích hợp đầy đủ được cung cấp - NCP1835B, mang lại độ ổn định cao cho điện áp sạc (4,2 ± 0,05 V).

Có lẽ nhược điểm duy nhất của vi mạch này là kích thước quá nhỏ (vỏ DFN-10, kích thước 3x3 mm). Không phải ai cũng có thể hàn chất lượng cao các phần tử thu nhỏ như vậy.

Trong số những lợi thế không thể phủ nhận, tôi muốn lưu ý những điều sau:

  1. Số lượng bộ phận cơ thể tối thiểu
  2. Khả năng sạc pin đã xả hoàn toàn (dòng sạc trước 30 mA);
  3. Xác định kết thúc sạc.
  4. Dòng sạc có thể lập trình - lên tới 1000 mA.
  5. Chỉ báo sạc và lỗi (có khả năng phát hiện pin không thể sạc được và báo hiệu điều này).
  6. Bảo vệ chống sạc lâu dài (bằng cách thay đổi điện dung của tụ điện C t, bạn có thể đặt thời gian sạc tối đa từ 6,6 đến 784 phút).

Giá thành của vi mạch không hẳn là rẻ nhưng cũng không cao đến mức bạn có thể từ chối sử dụng nó. Nếu bạn cảm thấy thoải mái với bàn ủi hàn, tôi khuyên bạn nên chọn tùy chọn này.

Một mô tả chi tiết hơn được đưa vào.

Tôi có thể sạc pin lithium-ion mà không cần bộ điều khiển không?

Vâng, bạn có thể. Tuy nhiên, điều này sẽ yêu cầu kiểm soát chặt chẽ dòng điện và điện áp sạc.

Nói chung, sẽ không thể sạc pin, chẳng hạn như 18650 của chúng tôi nếu không có bộ sạc. Bạn vẫn cần bằng cách nào đó hạn chế dòng sạc tối đa, vì vậy ít nhất bộ nhớ nguyên thủy nhất vẫn sẽ được yêu cầu.

Bộ sạc đơn giản nhất cho bất kỳ loại pin lithium nào là một điện trở mắc nối tiếp với pin:

Điện trở và công suất tiêu tán của điện trở phụ thuộc vào điện áp của nguồn điện sẽ dùng để sạc.

Ví dụ: hãy tính điện trở cho nguồn điện 5 Volt. Chúng ta sẽ sạc pin 18650 có dung lượng 2400 mAh.

Vì vậy, khi bắt đầu sạc, điện áp rơi trên điện trở sẽ là:

U r = 5 - 2,8 = 2,2 Vôn

Giả sử nguồn điện 5V của chúng tôi được định mức cho dòng điện tối đa là 1A. Mạch sẽ tiêu thụ dòng điện cao nhất ngay khi bắt đầu sạc, khi điện áp trên pin ở mức tối thiểu và lên tới 2,7-2,8 Volts.

Lưu ý: những tính toán này không tính đến khả năng pin có thể bị xả quá sâu và điện áp trên pin có thể thấp hơn nhiều, thậm chí bằng 0.

Do đó, điện trở cần thiết để hạn chế dòng điện khi bắt đầu tích điện ở mức 1 Ampe phải là:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ohm

Tiêu tán điện trở:

P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 W

Khi kết thúc quá trình sạc pin, khi điện áp trên pin đạt tới 4,2 V thì dòng điện sạc sẽ là:

Tôi sạc = (U ip - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0,3 A

Nghĩa là, như chúng ta thấy, tất cả các giá trị không vượt quá giới hạn cho phép đối với một loại pin nhất định: dòng điện ban đầu không vượt quá dòng sạc tối đa cho phép đối với một loại pin nhất định (2,4 A) và dòng điện cuối cùng vượt quá dòng điện tại thời điểm đó pin không còn tăng dung lượng ( 0,24 A).

Nhược điểm chính của việc sạc như vậy là cần phải liên tục theo dõi điện áp trên pin. Và tự tắt sạc ngay khi điện áp đạt 4,2 Volts. Thực tế là pin lithium có khả năng chịu đựng quá điện áp ngắn hạn rất kém - khối lượng điện cực bắt đầu xuống cấp nhanh chóng, điều này chắc chắn dẫn đến mất công suất. Đồng thời, tất cả các điều kiện tiên quyết dẫn đến quá nhiệt và giảm áp suất đều được tạo ra.

Nếu pin của bạn có bảng bảo vệ tích hợp, như đã thảo luận ở trên, thì mọi thứ sẽ trở nên đơn giản hơn. Khi đạt đến một điện áp nhất định trên pin, bo mạch sẽ tự ngắt kết nối pin khỏi bộ sạc. Tuy nhiên, phương pháp tính phí này có những nhược điểm đáng kể mà chúng tôi đã thảo luận ở trên.

Cơ chế bảo vệ tích hợp trong pin sẽ không cho phép pin bị sạc quá mức trong bất kỳ trường hợp nào. Tất cả những gì bạn phải làm là kiểm soát dòng sạc để nó không vượt quá giá trị cho phép đối với một loại pin nhất định (rất tiếc, bảng bảo vệ không thể giới hạn dòng sạc).

Sạc bằng nguồn điện trong phòng thí nghiệm

Nếu bạn có nguồn điện có bảo vệ dòng điện (giới hạn), thì bạn đã được cứu! Nguồn điện như vậy đã là một bộ sạc chính thức thực hiện cấu hình sạc chính xác mà chúng tôi đã viết ở trên (CC/CV).

Tất cả những gì bạn cần làm để sạc li-ion là đặt nguồn điện ở mức 4,2 volt và đặt giới hạn dòng điện mong muốn. Và bạn có thể kết nối pin.

Ban đầu, khi pin vẫn còn cạn, nguồn điện trong phòng thí nghiệm sẽ hoạt động ở chế độ bảo vệ dòng điện (tức là nó sẽ ổn định dòng điện đầu ra ở một mức nhất định). Sau đó, khi điện áp trên cục sạc tăng lên mức 4.2V đã đặt, nguồn điện sẽ chuyển sang chế độ ổn định điện áp và dòng điện sẽ bắt đầu giảm.

Khi dòng điện giảm xuống 0,05-0,1C thì ắc quy được coi là đã sạc đầy.

Như bạn có thể thấy, bộ nguồn trong phòng thí nghiệm gần như là một bộ sạc lý tưởng! Điều duy nhất nó không thể tự động làm là quyết định sạc đầy pin và tắt. Nhưng đây là chuyện nhỏ mà bạn không nên để ý tới.

Làm thế nào để sạc pin lithium?

Và nếu chúng ta đang nói về loại pin dùng một lần không nhằm mục đích sạc lại, thì câu trả lời đúng (và duy nhất đúng) cho câu hỏi này là KHÔNG.

Thực tế là bất kỳ loại pin lithium nào (ví dụ: CR2032 thông thường ở dạng máy tính bảng phẳng) đều được đặc trưng bởi sự hiện diện của một lớp thụ động bên trong bao phủ cực dương lithium. Lớp này ngăn chặn phản ứng hóa học giữa cực dương và chất điện phân. Và nguồn cung cấp dòng điện bên ngoài sẽ phá hủy lớp bảo vệ trên, dẫn đến hư hỏng pin.

Nhân tiện, nếu chúng ta nói về pin CR2032 không thể sạc lại, thì LIR2032, rất giống với nó, đã là một loại pin chính thức. Nó có thể và nên được tính phí. Chỉ có điều điện áp của nó không phải là 3 mà là 3,6V.

Cách sạc pin lithium (có thể là pin điện thoại, 18650 hoặc bất kỳ loại pin li-ion nào khác) đã được thảo luận ở đầu bài viết.

85 kopecks/chiếc. Mua MCP73812 65 RUR/chiếc. Mua NCP1835 83 RUR/chiếc. Mua *Tất cả các chip miễn phí vận chuyển

Đo chính xác mức sạc pin là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bách, đặc biệt trong bối cảnh ngày càng có nhiều thiết bị di động được quan sát. Ngày nay có nhiều ứng dụng mà vấn đề ước tính điện tích chính xác là đặc biệt quan trọng. Đây là xe điện, máy bay, các thiết bị y tế và các thiết bị khác. Công ty Maxim tích hợpđưa ra giải pháp của mình cho vấn đề này dưới dạng chip đo điện tích hỗ trợ công nghệ pin Máy đo mô hình. Những con chip này có thể đơn giản hóa đáng kể quá trình phát triển và đồng thời tăng độ chính xác của phép đo.

Thật khó tin, nhưng 20 năm trước, vấn đề xác định mức sạc pin chỉ được yêu cầu trong một phạm vi ứng dụng hẹp. Trong các thiết bị điện tử tiêu dùng - máy ảnh, máy nghe nhạc, đồ chơi - nó hầu như luôn vắng bóng. Người tiêu dùng chỉ có thể biết chắc chắn về hai trạng thái: pin đã sạc và pin đã xả. Bất kỳ trạng thái trung gian nào cũng chỉ được xác định bằng mắt. Thông thường, điều này gợi nhớ đến cốt truyện trong cuốn sách nổi tiếng của G. Oster, trong đó một con trăn được đo “bằng con vẹt”. Ví dụ, một nhiếp ảnh gia có kinh nghiệm luôn biết rằng với pin mới, anh ta có thể chụp được khoảng 40 bức ảnh. Kết quả là mức độ phóng điện được xác định trong các bức ảnh.

Đương nhiên, với sự gia tăng của thiết bị di động, tình hình bắt đầu thay đổi rất nhanh. Ngày nay, không có điện thoại thông minh nào có thể làm được nếu không có đèn báo sạc trên màn hình. Nếu chỉ báo đầy thì mọi thứ đều ổn, nếu nó gần bằng 0, bạn nên bắt đầu “tiết kiệm” năng lượng để không bị thiếu liên lạc.

Ví dụ về điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy nghe nhạc và hộp giải mã tín hiệu di động là những biểu hiện rất rõ ràng về sự tiện lợi của chức năng xác định mức sạc. Tuy nhiên, có những ứng dụng mà nhiệm vụ này thậm chí còn gay gắt hơn. Ví dụ, khi nói đến các thiết bị y tế di động, việc xả pin bất ngờ có thể khiến một người phải trả giá bằng mạng sống. Không quá bi thảm nhưng những hậu quả khó chịu vẫn có thể nảy sinh nếu xe điện hết pin trong một chuyến đi dài và ổ cắm gần nhất cách đó cả trăm km.

Do đó, việc đo mức sạc pin hóa ra là một nhiệm vụ rất quan trọng. Đồng thời, tất cả các nhà sản xuất linh kiện điện tử lớn nhất đang phải vật lộn với vấn đề tăng độ chính xác. Có nhiều phương pháp đo lường độc quyền hứa hẹn không chỉ giảm thiểu sai sót mà còn đơn giản hóa đáng kể quá trình phát triển thiết bị tổng thể. Một ví dụ về điều này là công nghệ ModelGauge do công ty tạo ra Maxim tích hợp.

Hiện tại, công nghệ đo ModelGauge độc ​​quyền có 4 phiên bản:

  • ModelGauge là cách triển khai đơn giản nhất dành cho các thiết bị có kích thước nhỏ và giá rẻ;
  • ModelGauge m3 – tùy chọn cho các ứng dụng có yêu cầu cao hơn về độ chính xác của phép đo;
  • ModelGauge m5 là một triển khai cung cấp độ chính xác đo đặc biệt, độ tin cậy tuyệt vời và mức độ an toàn cao;
  • ModelGauge m5 EZ là phiên bản, với tất cả các ưu điểm của ModelGauge m5, bổ sung thêm khả năng hoạt động với nhiều loại pin khác nhau mà không cần xây dựng các mô hình về đặc tính phóng điện của chúng.

Hãy phân tích những ưu điểm của ModelGauge so với các phương pháp xác định mức sạc pin khác. Chúng tôi sẽ đặc biệt chú ý đến các vi mạch sử dụng thuật toán ModelGauge m5 và ModelGauge m5 EZ.

Trước khi bắt đầu phân tích các phương pháp đo lường, cần phải quyết định cách hình thành vấn đề và quyết định trên thực tế những gì cần được đo lường.

Đo mức sạc pin

Mọi kỹ sư hoặc người dùng cao cấp đều biết rằng dung lượng định mức của pin thường được tính bằng ampe giờ (Ah) hoặc miliampe giờ (mAh). Thông số này cho phép bạn đánh giá thời lượng pin sẽ tồn tại ở một dòng điện nhất định. Ví dụ: nếu dung lượng là 1000 mAh thì khi xả với dòng điện không đổi 1 A thì thời gian hoạt động sẽ là 1 giờ.

Về nguyên tắc, việc đo điện tích bằng mAh khá thuận tiện cho kỹ sư. Biết được dung lượng pin và dòng điện hiện tại, bạn có thể xác định mức độ xả. Tuy nhiên, phương pháp này không thực tế đối với người tiêu dùng vì họ phải lưu ý đến đặc tính của pin (máy ảnh, điện thoại thông minh, máy nghe nhạc) và điều này cực kỳ bất tiện. Vì lý do này, một tham số tương đối như mức xả hoặc mức sạc của pin sẽ được đưa ra.

Trạng thái sạc pin (SOC)được đo bằng phần trăm và cho biết lượng pin đã sạc đầy vẫn còn được lưu trữ trong pin. Tuy nhiên, ở đây bạn cần cẩn thận và lưu ý rằng trong trường hợp này giá trị của tổng điện tích không tương ứng với điện tích ở công suất danh nghĩa. Thực tế là trong quá trình hoạt động, dung lượng thực tế của pin giảm và khi hết thời gian sử dụng, nó có thể giảm trung bình 20%, công suất còn phụ thuộc nhiều hơn vào nhiệt độ và giá trị dòng phóng điện.

Do đó, nếu chúng ta lấy dung lượng danh nghĩa của pin là 100%, thì ngay cả pin mới cũng sẽ không thể sạc được 100% nếu chẳng hạn như nhiệt độ môi trường chỉ giảm một độ.

Để tránh những khó khăn như vậy, dung lượng thực tế của một loại pin nhất định sẽ được sử dụng khi tính toán SOC. Kết quả là, chỉ báo trạng thái sạc SOC trở nên độc lập với giá trị điện dung, nhiệt độ, dòng điện tải và thời gian sử dụng.

Tổng quan về các phương pháp đo mức sạc pin

Có nhiều phương pháp khác nhau để đo trạng thái sạc của pin. Một số trong số đó khá cụ thể. Tuy nhiên, khi đánh giá chúng, bạn có thể sử dụng các chỉ số khách quan, chẳng hạn như độ chính xác của phép đo, độ phức tạp khi triển khai, chi phí và kích thước.

Đo trực tiếp bằng dụng cụ. Phương pháp này phù hợp với một phạm vi ứng dụng hạn chế trong đó pin hoạt động với khả năng chịu tải không đổi. Trong trường hợp này, sự phụ thuộc của dòng điện đầu ra không đổi vào giá trị mức phóng điện được sử dụng. Như đã biết, nếu điện trở tải không thay đổi khi pin cạn kiệt thì dòng điện sẽ giảm. Biết được giá trị hiện tại có thể xác định được mức độ phóng điện.

Tuy nhiên, tất cả điều này chỉ đúng nếu một số điều kiện được đáp ứng: khi không có tải xung và khi có đường cong phóng điện đã được xác minh. Điều này là do sự phụ thuộc của mức điện tích vào dòng điện tải là phi tuyến. Ngay khi dòng điện thay đổi, độ chính xác của phép đo giảm mạnh.

Các vấn đề khác được gây ra bởi sự lão hóa của pin và sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các đặc tính.

Phương pháp này có một lỗi đáng kể và được sử dụng khá hiếm. Ưu điểm chính của nó là dễ thực hiện bằng các công cụ có sẵn.

Phương pháp hóa học để xác định mức điện tích. Bản chất của phương pháp là tính nồng độ thuốc thử hóa học trong dung dịch điện phân. Cho đến nay, phương pháp này còn khá xa so với lĩnh vực điện tử di động.

Xác định trạng thái sạc bằng điện áp pin. Người ta biết rằng khi pin cạn điện, điện áp của pin sẽ giảm xuống. Đương nhiên, người ta mong muốn sử dụng sự phụ thuộc này để xác định SOC - xét cho cùng, trong trường hợp này, chỉ cần một ADC. Tuy nhiên, không phải tất cả đều đơn giản như vậy.

Thật không may, sự phụ thuộc của điện áp tức thời vào pin vào mức độ phóng điện không rõ ràng. Giá trị điện áp tức thời giống nhau có thể tương ứng với các mức SOC khác nhau. Hình 1 thể hiện sơ đồ thời gian của những thay đổi về điện áp và trạng thái tích điện. Như có thể thấy từ biểu đồ, cùng giá trị điện áp tức thời 3,8 V tương ứng với SOC 2%, 50% và 75%. Vì vậy, trong điều kiện thực tế, mức chênh lệch có thể lên tới hàng chục phần trăm.

Đồng thời, các biểu đồ được trình bày có dạng tương tự nhau, có nghĩa là các giá trị điện áp có thể được sử dụng để tính toán SOC ở một số khu vực. Tuy nhiên, có những cạm bẫy khác.

Thứ nhất, điện áp pin có sự phụ thuộc phi tuyến tính vào dòng tải (Hình 2).

Thứ hai, điện áp pin có sự phụ thuộc phi tuyến tính vào nhiệt độ (Hình 3).

Vì vậy, sự dễ dàng thực hiện của phương pháp này thường được bù đắp bởi độ chính xác thấp. Tuy nhiên, trong những trường hợp đơn giản nhất, nó có thể được sử dụng, chẳng hạn như để ngăn chặn tình trạng xả pin nghiêm trọng.

Như chúng ta thấy, các phương pháp đo đơn giản không mang lại độ chính xác cao và chúng ta phải dùng đến các giải pháp phức tạp hơn.

Phương pháp tích hợp hiện tại. Phương pháp này liên quan đến việc sử dụng ADC tốc độ cao để đo và tổng hợp dòng điện tức thời.

Thuật toán vận hành của phương pháp này như sau: dòng điện tức thời được chuyển đổi thành điện áp bằng cách sử dụng các cảm biến dòng điện (cảm biến Hall, shunt, cảm biến từ điện trở, v.v.). Điện áp thu được được số hóa bằng ADC tốc độ cao. Các kết quả đọc được tích hợp bằng bộ xử lý hoặc vi điều khiển. Biết tổng dòng điện, bạn có thể xác định lượng pin cung cấp.

Như đã đề cập, dung lượng pin danh nghĩa và thực tế có thể khác nhau đáng kể. Vì lý do này, các phép đo đòi hỏi phải biết pin thực sự có thể lưu trữ bao nhiêu năng lượng. Do đó, để tính SOC, trước tiên bạn cần xác định năng lượng bơm vào pin. Để làm được điều này, cần phải đo dòng điện trong quá trình sạc. Giá trị dung lượng thực tế thu được khi sạc pin chỉ có thể được coi là 100% khi đặt trước. Thực tế cho thấy trong quá trình sạc, một phần năng lượng đến từ hệ thống sưởi. Ngoài ra còn có tác dụng tự phóng điện. Kết quả là công suất được bơm sẽ luôn lớn hơn công suất mà ắc quy sẽ quay trở lại.

Có nhiều loại vi mạch làm sẵn khác nhau hoạt động theo nguyên tắc này. Chúng kết hợp các bộ định thời, ADC, xung nhịp và mạch nguồn trong một gói.

Phương pháp này có thể đạt được độ chính xác cao trong việc xác định SOC, vì các phép đo dòng sạc và dòng phóng được thực hiện với một sai số nhỏ. Đồng thời, nó cũng có nhược điểm. Tích hợp chỉ có hiệu quả đối với dòng điện không đổi hoặc thay đổi chậm. Với tải xung, một số năng lượng sẽ không được tính đến ngay cả khi sử dụng ADC nhanh nhất. Hình 4 cho thấy trường hợp xấu nhất khi vận hành với dòng điện xung. Mỗi lần tại thời điểm đo (thời gian đếm 1...8), ADC nhận được cùng một giá trị. Kết quả là hệ thống tin rằng dòng điện không đổi, trong khi trên thực tế tốc độ phóng điện thay đổi và mức độ phóng điện cao hơn.

Lỗi trên rõ ràng có xu hướng tích lũy. Nó có thể được loại bỏ bằng cách đưa về 0 tại các điểm hiệu chuẩn: khi pin đã xả hết hoặc đã sạc đầy.

Phương pháp đo trở kháng của pin. Trong quá trình hoạt động của pin, nồng độ chất mang điện trong hoạt chất của chất điện phân thay đổi. Bằng cách đo trở kháng của pin, bạn có thể xác định trạng thái sạc của pin.

Thuật toán này tỏ ra khá hứa hẹn, đặc biệt khi tính đến sự xuất hiện của các vi mạch chuyên dụng. Ưu điểm của nó có thể được coi là độ chính xác cao. Tuy nhiên, nó đòi hỏi các chu kỳ “đào tạo” và hiệu chỉnh để có được mối quan hệ cụ thể. Ngoài ra, để thực hiện thuật toán, cần có một mạch khá phức tạp với các thành phần bổ sung.

Phương pháp đo điện áp OCV. Mặc dù có sai số lớn nhưng trong một số trường hợp, giá trị trạng thái sạc có thể được xác định bằng cách sử dụng điện áp tức thời trên pin. Phương pháp này có thể được cải thiện đáng kể nếu bạn sử dụng trong tính toán không phải giá trị tức thời mà là giá trị điện áp ở trạng thái ổn định và lý tưởng nhất là điện áp ở trạng thái ổn định trên các tiếp điểm mở. (Điện áp tiếp điểm mở, OCV).

Thực tế là điện áp tại các tiếp điểm mở có sự phụ thuộc tuyến tính gần như lý tưởng vào mức điện tích (Hình 5).

Tuy nhiên, không phải tất cả đều đơn giản như vậy. Để giá trị “thực” của điện áp OCV ở trạng thái ổn định xuất hiện ở các cực của pin, nó phải được ngắt khỏi tải và duy trì ở nhiệt độ danh định trong tối đa 8...9 giờ. Rõ ràng, không phải lúc nào cũng có thể đáp ứng được những điều kiện này. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể tính toán OCV bằng cách sử dụng điện áp tức thời và các thông số bổ sung. Đây chính xác là cách tiếp cận mà Maxim sử dụng trong công nghệ ModelGauge của mình.

ModelGauge – phương pháp đo độc quyền của Maxim

Hiện tại, Maxim Integrated cung cấp một số phiên bản thuật toán ModelGauge độc ​​quyền của mình.

Thuật toán này dựa trên việc tính toán mức độ xả pin dựa trên điện áp tại các cực OCV mở. Bản thân điện áp OCV được tính toán bằng mô hình tham số độc quyền sử dụng giá trị điện áp tức thời và không chỉ tính đến sự phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn tính đến sự phụ thuộc vào dòng điện tải và thậm chí cả độ lão hóa của pin.

Tính toán tình trạng lão hóa của pin là một lợi thế quan trọng của ModelGauge. Tất cả pin đều mất dung lượng theo thời gian. Tổn thất công suất cũng phụ thuộc vào số chu kỳ sạc-xả. Hình 6 cho thấy sự phụ thuộc điển hình của công suất vào số chu kỳ sạc-xả của pin lithium-ion. Đối với họ, mức giảm công suất trong điều kiện bình thường (25°C, phóng điện với dòng điện định mức 1C, sạc với một nửa dòng điện định mức C/2) thường là khoảng 20%.

Một ưu điểm khác của ModelGauge là tính ổn định khi làm việc với tải xung. Ngay cả khi hệ thống không có thời gian để theo dõi tất cả các đợt tăng điện áp, xu hướng chung về việc giảm điện áp vẫn sẽ được tính đến (Hình 7). Lỗi sẽ tự loại bỏ theo thời gian và không tích lũy như trong phương pháp đã thảo luận ở trên với tích hợp hiện tại.

Ưu điểm của ModelGauge là:

  • dễ thực hiện - bạn chỉ cần đo nhiệt độ và điện áp;
  • chi phí hấp dẫn của giải pháp cuối cùng - không cần các thành phần bổ sung (shunt, bộ chia, v.v.);
  • tiêu thụ tối thiểu. Ví dụ, vi mạch / ở chế độ ngủ chúng chỉ tiêu thụ 3 µA;
  • không cần chu kỳ hiệu chỉnh sạc-xả, như trường hợp đo trở kháng của pin;
  • có tính đến sự phụ thuộc vào nhiệt độ;
  • tính đến sự lão hóa;
  • không có lỗi tích lũy trong quá trình tiêu thụ xung;
  • kích thước tối thiểu.

Tuy nhiên, để công bằng, cần thừa nhận rằng độ chính xác của thuật toán này kém hơn độ chính xác được cung cấp bởi phương pháp tích phân dòng điện, đặc biệt đối với các phép đo ngắn hạn. Điều này là do mô hình toán học dù có lý tưởng đến đâu thì nó vẫn chỉ là mô hình và không thể tính đến tất cả các tính năng của ứng dụng thực tế. Công ty Maxim hiểu rất rõ điều này, đó là lý do tại sao họ đã phát hành các vi mạch hoạt động bằng thuật toán ModelGauge cải tiến.

Thuật toán ModelGauge m3 kết hợp độ chính xác ngắn hạn của phương pháp tích hợp hiện tại với độ ổn định lâu dài của ModelGauge.

Các chip có ModelGauge m3 tính đến dòng điện đi vào và đi ra, như trong phương pháp tích hợp dòng điện. Tuy nhiên, lỗi tích lũy được đặt lại không chỉ ở các điểm cực đoan (khi pin được sạc đầy hoặc xả hết) - việc sửa lỗi được thực hiện trực tiếp trong quá trình làm việc, có tính đến dữ liệu từ mô hình toán học ModelGauge. Độ chính xác thu được của việc đo mức điện tích hóa ra là tốt nhất trong số các vi mạch tương tự.

Thuật toán ModelGauge m5– phát triển hơn nữa ModelGauge m3. Các vi mạch triển khai ModelGauge m5 có các thành phần bổ sung trên bo mạch:

  • cảm biến nhiệt độ tích hợp;
  • bộ nhớ cố định để đếm số chu kỳ sạc và xả;
  • hỗ trợ chức năng băm SHA-256, cho phép bạn nhận dạng pin có thương hiệu.

Thuật toán ModelGauge m5 EZ. Nếu thuật toán ModelGauge m5 giả định điều chỉnh các đặc tính của một loại pin cụ thể thì thuật toán EZ sẽ sử dụng một số mô hình trung bình. Tất nhiên, nó không thể lý tưởng cho tất cả các loại pin, nhưng thuật toán có thể được sử dụng cho nhiều loại pin mà không cần điều chỉnh và nghiên cứu thêm về đặc tính của chúng. ModelGauge m5 EZ cho phép bạn giảm thiểu thời gian phát triển, điều này rất quan trọng đối với thị trường hiện đại.

Vì Maxim cung cấp bốn phiên bản ModelGauge cùng một lúc nên việc lựa chọn tùy chọn tối ưu phải được tính đến ứng dụng cụ thể.

Khuyến nghị chọn phiên bản ModelGauge cho một ứng dụng cụ thể

Mỗi phiên bản ModelGauge đều có những ưu điểm riêng (Bảng 1). Việc lựa chọn triển khai thuật toán phải được thực hiện có tính đến các yêu cầu của một ứng dụng cụ thể.

Bảng 1. So sánh các phiên bản công nghệ ModelGauge

Tham số Tùy chọn
/ /
Phương pháp đo Máy đo mô hình ModelMáy đo m3 ModelMáy đo m5 ModelMáy đo m5
Mức tiêu thụ hiện tại, µA 3 25 9 12
Kích thước của vi mạch, mm 0,9×1,7 1,5×1,5 1,6×2,34 1,6×2,34
Điện trở Shunt Không yêu cầu Yêu cầu Dây dẫn in được yêu cầu hoặc sử dụng
Đo nhiệt độ Đã thực hiện
vi điều khiển		 Thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt điện trở hoặc vi điều khiển bên ngoài Cảm biến tích hợp + nhiệt điện trở bên ngoài
Bộ nhớ không bay hơi – – Ăn Ăn
Tính đến sự lão hóa và số chu kỳ sạc-xả – – Ăn Ăn
Mô hình EZ tích hợp – – Ăn Ăn
Xác thực – – SHA-256 SHA-256
Hỗ trợ cấu hình 1S, 2S (MAX17049) 1S 1S lên tới 15S; với sự cân bằng: 2S, 3S

Hãy xem xét các ví dụ về các yêu cầu điển hình.

Đơn giản hóa việc thực hiện mạch. Nếu yêu cầu này là yêu cầu chính và các chỉ báo có độ chính xác cao vẫn ở chế độ nền, thì bạn nên sử dụng các vi mạch hỗ trợ phiên bản ban đầu của thuật toán ModelGauge. Ví dụ: màn hình MAX17048/MAX17049 chỉ yêu cầu một tụ điện bên ngoài (Hình 8). Điều cần nhớ là để cấu hình các vi mạch này, cần có một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển này phải đo nhiệt độ độc lập và gửi dữ liệu đến MAX17048/MAX17049 thông qua giao diện I 2 C.

Độ chính xác cao và dễ thực hiện. Nếu bạn cần có sai số đo SOC thấp và cũng không lãng phí thời gian nghiên cứu đặc tính của pin thì ModelGauge m5 EZ sẽ là lựa chọn lý tưởng. Thuật toán này được hỗ trợ bởi các thành viên của .

Độ chính xác tối đa.Độ chính xác tối đa được đảm bảo bởi các vi mạch với ModelGauge m3/m5. Đồng thời, vi mạch / với ModelGauge m3, chúng không tính chu kỳ sạc-xả và chức năng này phải do bộ vi điều khiển đảm nhận. Để đo nhiệt độ, các vi mạch cần có thêm một điện trở nhiệt.

ModelGauge m5 có thể đếm chu kỳ sạc-xả độc lập và bao gồm cảm biến nhiệt độ. Để tăng độ chính xác của phép đo, có thể kết nối thêm một cặp nhiệt điện bên ngoài.

Tiêu thụ tối thiểu. Nếu cần tiết kiệm pin một cách nghiêm ngặt, bạn nên sử dụng chip MAX17048/MAX17049 với ModelGauge. Mức tiêu thụ của họ chỉ là 3 µA. Dòng điện cung cấp điển hình cho ModelGauge m5 là 9 µA. ModelGauge m3 có mức tiêu thụ đáng kể nhất – lên tới 25 µA.

Kích thước tổng thể tối thiểu Trong trường hợp này, lựa chọn lý tưởng một lần nữa sẽ là các chip MAX17048/MAX17049 có ModelGauge, vì chúng chỉ yêu cầu một tụ điện bên ngoài và kích thước riêng của chúng chỉ là 0,9x1,7 mm.

Độ tin cậy và bảo vệ khỏi pin không được cấp phép. Chỉ các màn hình MAX172xx có công nghệ ModelGauge m5 mới có hỗ trợ tích hợp cho chức năng băm SHA-256. Nó cho phép bạn nhận biết pin được cấp phép và thông báo cho bộ xử lý về việc sử dụng pin “không đạt tiêu chuẩn”.

Hỗ trợ pin có nhiều hơn hai cell. Chỉ MAX172x5 với công nghệ ModelGauge m5 mới có thể tự hào về tính năng này. Khi sử dụng chúng, số lượng pin mắc nối tiếp có thể lên tới 15 viên.

Chip MAX172xx với công nghệ ModelGauge m5 là đại diện tiên tiến nhất trong dòng sản phẩm màn hình điện áp do Maxim Integrated sản xuất. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về họ.

Đánh giá chip MAX172xx với công nghệ ModelGauge m5

Hiện tại, dòng ModelGauge m5 bao gồm bốn đại diện: , và . Đặc điểm phân biệt chung của chúng là:

  • sử dụng thuật toán xác định mức điện tích ModelGauge m5;
  • sự hiện diện của bộ nhớ cố định để lưu trữ lịch sử hoạt động, thông số và dữ liệu người dùng;
  • không cần hiệu chuẩn;
  • khả năng ước tính không chỉ mức sạc mà còn cả thời gian sạc và xả gần đúng;
  • sự hiện diện của cảm biến tích hợp để đo nhiệt độ lõi mà không cần các bộ phận bên ngoài;
  • hỗ trợ cho các nhiệt điện trở bổ sung bên ngoài;
  • sự hiện diện của bộ so sánh tốc độ cao tích hợp để xác định tình trạng quá tải hiện tại;
  • sự sẵn có của chức năng báo động cho các sự kiện và tình trạng khẩn cấp;
  • Hỗ trợ tích hợp chức năng băm để xác định pin không được cấp phép.

Tất cả các mẫu trong dòng này đều có hai phiên bản vỏ: TDFN-CU/14 và WLP/15 (Bảng 2).

Bảng 2. Đặc điểm của chip MAX172xx với công nghệ ModelGauge m5

Tham số Tên
Các loại pin 1xLi-Ion Li-Ion đa tế bào 1xLi-Ion Li-Ion đa tế bào
Giao diện 2 dây 1 dây
Bộ nhớ ổn định, byte 156
Đặc điểm đo Mức sạc, dòng điện, nhiệt độ, thời gian, điện áp
Thuật toán ModelMáy đo m5
Upit, V 2,3…4,9 4,2…20 2,3…4,9 4…20
Khung TDFN-CU/14, WLP/15
Trab, °C -40…85

Các vi mạch khác nhau về loại pin được hỗ trợ, mức tiêu thụ và giao diện liên lạc với bộ xử lý bên ngoài.

Các chip MAX17201 và MAX17211 hoạt động với các tế bào Li-ion đơn và điện áp tối đa lên tới 4,9 V (Hình 9).

MAX17205 và MAX17215 được thiết kế để theo dõi mức độ xả của pin có tối đa 15 ô (Hình 10). Đối với họ, điện áp cung cấp tối đa đạt 20 V.

Để giao tiếp với bộ xử lý bên ngoài, MAX17201 và MAX17205 sử dụng giao diện I 2 C. Với cùng mục đích, MAX17211 và MAX17215 sử dụng giao diện 1 dây một dây.

Vi mạch cũng khác nhau về mức độ tiêu thụ. Ở trạng thái hoạt động, MAX172x1 tiêu thụ 18 µA và ở chế độ ngủ là 9 µA. Chip MAX172x5 có mức tiêu thụ cao hơn một chút - 25 µA ở chế độ hoạt động và 12 µA ở chế độ ngủ.

Dễ triển khai, tiêu thụ điện năng thấp và độ chính xác cao làm cho IC MAX172x1/MAX172x5 trở thành sự lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng - điện thoại thông minh và máy tính bảng, máy chơi game cầm tay, máy ảnh kỹ thuật số, thiết bị y tế cầm tay, v.v.

Phần kết luận

Đo trạng thái sạc của pin là một nhiệm vụ khó khăn. Để đạt được mức độ chính xác cao đòi hỏi rất nhiều nỗ lực. May mắn thay, các giải pháp tích hợp gần đây đã xuất hiện giúp cuộc sống của các nhà phát triển trở nên dễ dàng hơn nhiều. Một ví dụ về điều này là màn hình sạc pin mới có hỗ trợ thuật toán ModelGauge do Maxim Integrated sản xuất.

Giờ đây, công ty cung cấp các vi mạch với nhiều cách triển khai thuật toán này: giải pháp nhỏ gọn và tiết kiệm với ModelGauge, bộ theo dõi mức sạc cực kỳ chính xác với ModelGauge m3, phiên bản siêu chính xác và được bảo vệ với ModelGauge m5, các mô hình chính xác và đơn giản với ModelGauge m5 EZ.

Các mẫu tiên tiến nhất thuộc dòng MAX172x1/MAX172x5 sử dụng thuật toán ModelGauge m5. Họ có thể xác định trạng thái sạc của pin Li-ion và pin sạc, có tính đến các lỗi về nhiệt độ, dòng tải và độ lão hóa. Ngoài ra, MAX172x1/MAX172x5 có thể ước tính thời gian hoàn thành việc xả và sạc. Đồng thời, việc triển khai mạch của chúng cực kỳ đơn giản và việc viết trình điều khiển để tính toán SOC là không cần thiết.

Văn học

  1. https://www.maximintegrated.com/.

Cảm biến MAX30205 mới để đo nhiệt độ cơ thể chính xác

Công ty Maxim tích hợp phát hành một cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số MAX30205, được thiết kế để sử dụng trong thiết bị y tế và thiết bị thể dục. ADC sigma-delta tích hợp của cảm biến mới cung cấp độ chính xác cao hơn 0,1°C trong phạm vi nhiệt độ 37...39°C. Nhờ độ phân giải 16 bit, có thể ghi lại sự thay đổi nhiệt độ chỉ 0,0039°C. Ngoài việc đo nhiệt độ, cảm biến mới có thể báo hiệu khi vượt quá giá trị ngưỡng được ghi trước.
MAX30205 hoạt động trên giao diện I2C nối tiếp kỹ thuật số với chức năng bảo vệ chặn bus và được điều khiển bằng các thao tác đọc-ghi tiêu chuẩn. Ba dòng địa chỉ bổ sung cho phép nhiều cảm biến hoạt động trên cùng một bus. Vì những đường dây này không chỉ có thể kết nối với mặt đất và nguồn điện nên tổng số cảm biến có thể lên tới 32.
Một tính năng thú vị của vi mạch là một đầu ra riêng biệt đặc biệt dành cho bộ so sánh nhiệt độ. Tín hiệu đầu ra (cống hở) xuất hiện khi nhiệt độ vượt quá giá trị ngưỡng được ghi trong thanh ghi TOS. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị được chỉ định bởi thanh ghi THYST, đầu ra sẽ tắt và hoạt động ở chế độ điều chỉnh nhiệt. Đầu ra này có thể được sử dụng để bật quạt làm mát, phát âm thanh cảnh báo hoặc làm hỏng hệ thống. Đầu ra của bộ so sánh nhiệt độ cũng có thể hoạt động ở chế độ tạo tín hiệu ngắt. Trong trường hợp này, giá trị đầu ra được cố định (đầu ra được bật) trước khi hoạt động đọc của bất kỳ thanh ghi nào được thực hiện trên bus I2C.
Dải điện áp hoạt động của cảm biến là 2,7…3,6 V. Trong trường hợp này, mức tiêu thụ không vượt quá 600 μA. Vi mạch được sản xuất trong gói TDFN 8 chân và có dải nhiệt độ hoạt động là 0...50°C.

Pin

Tôi nên sử dụng dòng điện nào để sạc pin li ion 18650? Làm thế nào để sử dụng pin như vậy đúng cách. Nguồn năng lượng lithium-ion nên sợ điều gì và làm thế nào một loại pin như vậy có thể kéo dài tuổi thọ của nó? Những câu hỏi tương tự có thể nảy sinh trong nhiều ngành công nghiệp điện tử.

Và nếu bạn quyết định tự tay mình lắp ráp chiếc đèn pin hoặc thuốc lá điện tử đầu tiên của mình, thì bạn chắc chắn cần phải làm quen với các quy tắc làm việc với các nguồn hiện tại như vậy.

Pin lithium-ion là một loại pin điện đã trở nên phổ biến trong các thiết bị điện tử và gia dụng hiện đại từ năm 1991, sau khi được SONY giới thiệu ra thị trường. Là nguồn năng lượng, loại pin này được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính xách tay và máy quay video, làm nguồn cung cấp dòng điện cho thuốc lá điện tử và ô tô điện.

Nhược điểm của loại pin này bắt đầu từ việc pin lithium-ion thế hệ đầu tiên gây sốt trên thị trường. Không chỉ theo nghĩa đen mà còn theo nghĩa bóng. Những viên pin này đã phát nổ.

Điều này được giải thích là do bên trong sử dụng cực dương kim loại lithium. Trong quá trình sạc và xả nhiều lần loại pin như vậy, các hình thành không gian xuất hiện trên cực dương, dẫn đến đoản mạch các điện cực và dẫn đến cháy hoặc nổ.

Sau khi vật liệu này được thay thế bằng than chì, vấn đề này đã được loại bỏ, nhưng vấn đề vẫn có thể nảy sinh ở cực âm, được làm từ oxit coban. Nếu các điều kiện hoạt động bị vi phạm hoặc đúng hơn là việc sạc lại, sự cố có thể tái diễn. Điều này đã được khắc phục bằng sự ra đời của pin lithium ferrophosphate.

Tất cả các loại pin lithium-ion hiện đại đều ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt và sạc quá mức, tuy nhiên vấn đề mất điện vẫn tồn tại ở nhiệt độ thấp khi sử dụng thiết bị.

Trong số những ưu điểm không thể phủ nhận của pin lithium-ion, tôi xin lưu ý những điều sau:

  • dung lượng pin cao;
  • khả năng tự xả thấp;
  • không cần bảo trì.

Bộ sạc gốc

Bộ sạc của pin lithium-ion khá giống với bộ sạc của pin axit chì. Sự khác biệt duy nhất là pin lithium-ion có điện áp rất cao trên mỗi dãy và yêu cầu về khả năng chịu điện áp nghiêm ngặt hơn.

Loại pin này được gọi là lon vì hình dáng bên ngoài của nó giống với lon nước giải khát bằng nhôm. Loại pin phổ biến nhất có hình dạng này là 18650. Pin nhận được ký hiệu này do kích thước của nó: đường kính 18 mm và chiều cao 65 mm.

Nếu đối với pin axit chì, một số điểm không chính xác trong việc chỉ ra điện áp giới hạn trong quá trình sạc có thể chấp nhận được, thì với pin lithium-ion, mọi thứ cụ thể hơn nhiều. Trong quá trình sạc, khi điện áp tăng lên 4,2 Volts, việc cung cấp điện áp cho phần tử sẽ dừng lại. Sai số cho phép chỉ là 0,05 Volt.

Bộ sạc Trung Quốc hiện có trên thị trường có thể được thiết kế cho pin làm từ các vật liệu khác nhau. Li-ion, mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của nó, có thể được sạc với dòng điện 0,8 A. Trong trường hợp này, bạn cần kiểm soát rất cẩn thận điện áp trên bộ sạc. Không nên cho phép các giá trị trên 4,2 Volts. Nếu bộ phận lắp pin bao gồm bộ điều khiển thì bạn không cần phải lo lắng bất cứ điều gì, bộ điều khiển sẽ làm mọi việc cho bạn.

Bộ sạc lý tưởng nhất cho pin lithium-ion sẽ là bộ ổn định điện áp và bộ giới hạn dòng điện khi bắt đầu sạc.

Lithium phải được sạc với điện áp ổn định và dòng điện hạn chế khi bắt đầu sạc.

Sạc tự chế

Để sạc 18650, bạn có thể mua bộ sạc đa năng mà không cần lo lắng về cách kiểm tra các thông số cần thiết bằng đồng hồ vạn năng. Nhưng việc mua hàng như vậy sẽ khiến bạn tốn một xu khá lớn.

Giá của một thiết bị như vậy sẽ dao động khoảng 45 USD. Nhưng bạn vẫn có thể dành 2-3 giờ và tự tay lắp ráp bộ sạc. Hơn nữa, bộ sạc này sẽ rẻ, đáng tin cậy và sẽ tự động tắt pin của bạn.

Những bộ phận mà chúng ta sẽ sử dụng hôm nay để tạo ra bộ sạc đều có sẵn cho mọi đài nghiệp dư. Nếu không có đài phát thanh nghiệp dư có sẵn các bộ phận cần thiết, thì trên thị trường radio, bạn có thể mua tất cả các bộ phận với giá không quá 2-4 đô la. Một mạch được lắp ráp chính xác và cài đặt cẩn thận sẽ bắt đầu hoạt động ngay lập tức và không cần sửa lỗi thêm.

Mạch điện để sạc pin 18650.

Ngoài ra, khi lắp bộ ổn định trên bộ tản nhiệt phù hợp, bạn có thể sạc pin một cách an toàn mà không sợ bộ sạc quá nóng và bắt lửa. Điều tương tự không thể nói về bộ sạc Trung Quốc.

Đề án hoạt động khá đơn giản. Đầu tiên, pin phải được sạc với dòng điện không đổi, được xác định bởi điện trở R4. Sau khi pin có điện áp 4,2 Volts, quá trình sạc điện áp không đổi bắt đầu. Khi dòng sạc giảm xuống giá trị rất nhỏ, đèn LED trong mạch sẽ ngừng sáng.

Dòng điện được khuyến nghị để sạc pin lithium-ion không được vượt quá 10% dung lượng pin. Điều này sẽ làm tăng tuổi thọ của pin của bạn. Nếu giá trị của điện trở R4 là 11 Ohms thì dòng điện trong mạch sẽ là 100 mA. Nếu bạn sử dụng điện trở 5 Ohm thì dòng sạc sẽ là 230 mA.

Cách kéo dài tuổi thọ cho 18650 của bạn

Pin đã tháo rời.

Nếu bạn phải không sử dụng pin lithium-ion trong một thời gian, tốt hơn hết bạn nên bảo quản pin riêng biệt với thiết bị mà chúng cấp nguồn. Một phần tử được sạc đầy sẽ mất một phần điện tích theo thời gian.

Một phần tử được sạc rất ít hoặc được xả hoàn toàn có thể mất chức năng vĩnh viễn sau một thời gian dài ngủ đông. Sẽ là tối ưu nếu lưu trữ 18650 ở mức sạc khoảng 50 phần trăm.

Bạn không nên để phần tử bị xả hoàn toàn và bị sạc quá mức. Pin lithium-ion hoàn toàn không có hiệu ứng nhớ. Nên sạc những loại pin như vậy cho đến khi hết pin. Điều này cũng có thể kéo dài tuổi thọ của pin.

Pin lithium-ion không thích nóng hoặc lạnh. Điều kiện nhiệt độ tối ưu cho những loại pin này sẽ nằm trong khoảng từ +10 đến +25 độ C.

Lạnh không chỉ có thể làm giảm thời gian hoạt động của nguyên tố mà còn phá hủy hệ thống hóa học của nó. Tôi nghĩ mỗi người trong chúng ta đều nhận thấy mức sạc của điện thoại di động nhanh chóng giảm xuống khi trời lạnh.

Phần kết luận

Tóm tắt tất cả những điều trên, tôi muốn lưu ý rằng nếu bạn định sạc pin lithium-ion bằng bộ sạc do cửa hàng sản xuất, hãy chú ý đến thực tế là nó không được sản xuất tại Trung Quốc. Rất thường xuyên, những bộ sạc này được làm từ vật liệu rẻ tiền và không phải lúc nào cũng tuân theo công nghệ cần thiết, có thể dẫn đến hậu quả không mong muốn là hỏa hoạn.

Nếu bạn muốn tự lắp ráp thiết bị thì bạn cần sạc pin lithium-ion với dòng điện bằng 10% dung lượng pin. Con số tối đa có thể là 20 phần trăm, nhưng giá trị này không còn được mong muốn nữa.

Khi sử dụng các loại pin như vậy, bạn nên tuân theo các quy tắc vận hành và bảo quản để loại trừ khả năng xảy ra vụ nổ, chẳng hạn như do quá nóng hoặc hỏng hóc.

Việc tuân thủ các điều kiện và quy tắc vận hành sẽ kéo dài tuổi thọ của pin lithium-ion và do đó giúp bạn tiết kiệm chi phí tài chính không cần thiết. Pin là trợ lý của bạn. Chăm sóc cô ấy!

Hiện nay, pin li ion và pin Li-pol (lithium polymer) được sử dụng rộng rãi.

Sự khác biệt giữa chúng là chất điện phân. Trong tùy chọn đầu tiên, helium được sử dụng, trong tùy chọn thứ hai - một loại polymer bão hòa với dung dịch chứa lithium. Ngày nay, nhờ sự phổ biến của ô tô sử dụng động cơ điện, câu hỏi cấp thiết là tìm ra loại pin li ion lý tưởng, tối ưu cho những phương tiện đó.

Nó bao gồm, giống như các loại pin khác, cực dương (carbon xốp) và cực âm (lithium), một dải phân cách ngăn cách chúng và một chất dẫn điện - chất điện phân. Quá trình phóng điện đi kèm với sự chuyển đổi các ion “cực dương” sang cực âm thông qua thiết bị phân tách và chất điện phân. Hướng của chúng bị đảo ngược trong quá trình sạc (hình bên dưới).

Các ion lưu thông trong quá trình phóng điện và sạc pin giữa các điện cực tích điện trái dấu.

Pin ion có cực âm được làm bằng các kim loại khác nhau, đây là điểm khác biệt chính của chúng. Các nhà sản xuất sử dụng các vật liệu điện cực khác nhau để cải thiện đặc tính của pin.

Nhưng điều đó xảy ra là sự cải thiện ở một số đặc điểm lại dẫn đến sự suy giảm rõ rệt ở những đặc điểm khác. Ví dụ, bằng cách tối ưu hóa công suất cần thiết để tăng thời gian di chuyển, bạn có thể tăng sức mạnh, độ an toàn và giảm tác động tiêu cực đến môi trường. Đồng thời, bạn có thể giảm dòng tải, tăng giá thành hoặc kích thước của pin.

Bạn có thể làm quen với các thông số chính của các loại pin lithium khác nhau (lithium-mangan, lithium-coban, lithium-phosphate và niken-mangan-coban) trong bảng:

Quy định đối với người sử dụng phương tiện giao thông điện

Dung lượng của pin như vậy thực tế không giảm trong quá trình lưu trữ lâu dài. Pin Li-ion chỉ xả 23% nếu bảo quản ở nhiệt độ 60 độ trong 15 năm. Chính nhờ những đặc tính này mà chúng được sử dụng rộng rãi trong các công nghệ vận chuyển điện.

Pin lithium-ion có hệ thống điều khiển hoàn chỉnh được tích hợp bên trong thân máy, phù hợp cho việc vận chuyển bằng điện.

Vì lý do này, trong quá trình vận hành, người dùng quên mất các quy tắc cơ bản có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng:

  • Pin phải được sạc đầy ngay sau khi mua ở cửa hàng, vì các điện cực được sạc 50% trong quá trình sản xuất. Do đó, công suất khả dụng sẽ giảm, tức là. thời gian hoạt động nếu không có phí ban đầu;
  • không được phép xả pin hoàn toàn để bảo toàn tài nguyên của pin;
  • Phải sạc pin sau mỗi chuyến đi, ngay cả khi vẫn còn một ít điện tích;
  • Không làm nóng pin vì nhiệt độ cao góp phần vào quá trình lão hóa. Để tận dụng tối đa nguồn tài nguyên, hoạt động phải được thực hiện ở nhiệt độ tối ưu là 20-25 độ. Vì vậy, không thể bảo quản pin gần nguồn nhiệt;
  • Khi thời tiết lạnh, nên bọc pin trong túi nhựa có hút chân không để bảo quản ở nhiệt độ 3-4 độ, tức là ở nhiệt độ 3-4 độ. trong một căn phòng không có hệ thống sưởi. Số tiền phải trả ít nhất là 50% số tiền đầy đủ;
  • sau khi pin được sử dụng ở nhiệt độ dưới 0, pin không thể được sạc nếu không giữ pin ở nhiệt độ phòng trong một thời gian, tức là cần phải làm nóng pin;
  • Pin phải được sạc bằng bộ sạc đi kèm trong bộ sản phẩm.

Có một số loại PU của các loại pin này - lithium - LiFePO4 (sắt - photphat), sử dụng cực âm sắt photphat. Đặc điểm của chúng cho phép chúng ta coi pin là đỉnh cao của công nghệ được sử dụng để sản xuất pin.

Ưu điểm chính của họ là:

  • số chu kỳ sạc-xả, đạt 5000 cho đến khi công suất giảm 20%;
  • tuổi thọ dài;
  • không có “hiệu ứng bộ nhớ”;
  • phạm vi nhiệt độ rộng với đặc tính hiệu suất không thay đổi (300-700 độ C);
  • ổn định hóa học và nhiệt, tăng độ an toàn.

Pin được sử dụng rộng rãi nhất

Trong số đó, phổ biến nhất là pin li ion cỡ 18650, được sản xuất bởi 5 công ty: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, có nhà máy đặt tại Nhật Bản, Trung Quốc, Malaysia và Hàn Quốc. Theo kế hoạch, pin 18650 li ion sẽ được sử dụng trong máy tính xách tay. Tuy nhiên, nhờ định dạng thành công nên chúng được sử dụng trong các mẫu xe điều khiển bằng sóng vô tuyến, ô tô điện, đèn pin, v.v.

Giống như bất kỳ sản phẩm chất lượng nào, những loại pin như vậy có rất nhiều hàng giả, vì vậy, để kéo dài tuổi thọ của thiết bị, bạn chỉ cần mua pin của những thương hiệu nổi tiếng.

Pin lithium-ion được bảo vệ và không được bảo vệ

Điều quan trọng nữa là pin lithium có được bảo vệ hay không. Phạm vi hoạt động trước đây là 4,2-2,5V (được sử dụng trong các thiết bị được thiết kế để hoạt động với nguồn lithium-ion): đèn pin LED, thiết bị gia dụng công suất thấp, v.v.

Dụng cụ điện, xe đạp có động cơ điện, máy tính xách tay, thiết bị quay phim và chụp ảnh sử dụng pin không được bảo vệ được điều khiển bởi bộ điều khiển.

Những điều bạn cần biết về pin lithium-ion?

Trước hết, những hạn chế phải được tuân thủ trong quá trình hoạt động:

  • điện áp nạp lại (tối đa) không được cao hơn 4,35V;
  • giá trị tối thiểu của nó không thể giảm xuống dưới 2,3 V;
  • Dòng phóng điện không được vượt quá hai lần giá trị điện dung. Nếu giá trị sau là 2200mAh thì giá trị dòng điện tối đa là 4400 mA.

Các chức năng được thực hiện bởi bộ điều khiển

Tại sao bạn cần bộ điều khiển sạc pin li ion? Nó thực hiện một số chức năng:

  • cung cấp dòng điện bù cho sự tự phóng điện. Giá trị của nó nhỏ hơn dòng sạc tối đa nhưng lớn hơn dòng tự phóng;
  • triển khai thuật toán chu trình sạc/xả hiệu quả cho một loại pin cụ thể;
  • bù đắp sự chênh lệch về dòng năng lượng đồng thời sạc và cung cấp năng lượng cho người tiêu dùng. Ví dụ: khi sạc và cấp nguồn cho máy tính xách tay;
  • Đo nhiệt độ khi quá nóng hoặc hạ thân nhiệt, ngăn ngừa hư hỏng pin.

Bộ điều khiển sạc pin li ion được sản xuất dưới dạng vi mạch tích hợp trong pin hoặc dưới dạng một thiết bị riêng biệt.

Để sạc pin, tốt hơn nên sử dụng bộ sạc tiêu chuẩn cho pin 18650 li-ion, được cung cấp kèm theo bộ sản phẩm. Bộ sạc cho pin lithium 18650 thường có đèn báo mức sạc. Thông thường, đó là đèn LED hiển thị khi quá trình sạc đang diễn ra và khi quá trình sạc kết thúc.

Trên các thiết bị cao cấp hơn, bạn có thể theo dõi trên màn hình thời gian còn lại cho đến khi kết thúc quá trình sạc và điện áp hiện tại. Đối với pin 18650 có dung lượng 2200mA thì thời gian sạc là 2 giờ.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải biết dòng điện nào để sạc pin li ion 18650. Nó phải bằng một nửa dung lượng danh định, tức là nếu là 2000 mAh thì dòng điện tối ưu là 1A. Bằng cách sạc pin với dòng điện cao, sự xuống cấp của pin sẽ nhanh chóng xảy ra. Nếu sử dụng dòng điện thấp thì sẽ lâu hơn.

Video: Cách sạc bộ sạc pin Li ion bằng tay của chính bạn

Sơ đồ thiết bị sạc pin

Nó trông như thế này:

Mạch được phân biệt bởi độ tin cậy và khả năng lặp lại, đồng thời các bộ phận đi kèm không đắt tiền và dễ tiếp cận. Để tăng tuổi thọ của pin, cần phải sạc pin li-ion đúng cách: về cuối quá trình sạc, điện áp sẽ giảm.

Sau khi hoàn thành, tức là. Khi dòng điện đạt đến 0, việc sạc pin li-ion sẽ dừng lại. Mạch nêu trên thỏa mãn các yêu cầu sau: pin đã xả được nối với bộ sạc (VD3 sáng lên) sử dụng dòng điện 300 mA.

Quá trình đang diễn ra được biểu thị bằng đèn LED VD1 đang cháy. Dòng điện giảm dần xuống 30 mA cho biết pin đang được sạc. Sự kết thúc của quá trình được báo hiệu bằng đèn LED VD2 sáng.

Mạch sử dụng bộ khuếch đại hoạt động LM358N (bạn có thể thay thế nó bằng KR1040UD1 hoặc KR574UD2 tương tự, khác nhau ở vị trí của các chân), cũng như bóng bán dẫn VT1 S8550 9 đèn LED có màu vàng, đỏ và xanh lục (1,5V).

Có thể phục hồi pin?

Sau một vài năm sử dụng tích cực, pin sẽ giảm dung lượng một cách nghiêm trọng, gây ra sự cố khi sử dụng thiết bị yêu thích của bạn. Có thể và làm cách nào để khôi phục pin li ion trong khi người dùng đang tìm kiếm pin thay thế?

Có thể tạm thời khôi phục pin li ion bằng một số cách.

Nếu pin bị sưng, tức là. không còn tích điện nữa, nghĩa là khí đã tích tụ bên trong.

Sau đó tiến hành như sau:

  • hộp pin được ngắt kết nối cẩn thận khỏi cảm biến;
  • tách cảm biến điện tử;
  • họ tìm thấy một chiếc mũ có thiết bị điện tử điều khiển bên dưới và cẩn thận dùng kim đâm vào nó;
  • sau đó, tìm một vật nặng, phẳng, có diện tích lớn hơn diện tích của pin, vật này sẽ được dùng làm máy ép (không sử dụng êtô hoặc các thiết bị tương tự);
  • Đặt pin trên mặt phẳng nằm ngang và dùng máy ép ấn xuống, lưu ý rằng pin có thể bị hỏng nếu tác động lực quá mạnh. Nếu không đủ thì có thể không đạt được kết quả. Đây là thời điểm quan trọng nhất;
  • Tất cả những gì còn lại là thả nhựa epoxy vào lỗ và hàn cảm biến.

Có nhiều cách khác mà bạn có thể đọc trên Internet.

Bạn có thể chọn bộ sạc trên trang web http://18650.in.ua/chargers/.

Video: Pin Li-ion, mẹo sử dụng pin li-ion

Bạn có thể sạc pin lithium-ion (li-ion) bằng bộ sạc hoặc tự sạc. Chúng tôi sẽ không xem xét việc thiết kế pin li-ion và polymer (li-pol) mà sẽ ngay lập tức chuyển sang thực hành. Cả hai loại pin đều sạc theo cùng một cách, vì vậy chúng ta sẽ nói thêm về li-ion.

Quy tắc sạc pin Li-Ion:

  • Pin chỉ có thể được sạc ở nhiệt độ từ 0 đến +45 độ. Cho đến khi pin nóng lên, nó sẽ không sạc bình thường;
  • Điện áp tối thiểu cho pin Li-Ion là 2,5 hoặc 3 volt, tùy thuộc vào thành phần hóa học. Tốt hơn là nên tập trung vào 3B;
  • Điện áp danh định 3,7 V;
  • Điện áp sạc tối đa là 4,2V hoặc 4,3V, tùy thuộc vào thành phần hóa học. Tốt hơn là nên tập trung vào 4.2V;
  • Dung lượng được ghi trên pin hoặc thiết bị, hãy gọi nó là C. Tiếp theo sẽ rõ lý do tại sao bạn cần biết nó để sạc;
  • Chế độ sạc thông thường: dòng điện được giới hạn ở 0,5*C (tức là giá trị bằng một nửa dung lượng pin), điện áp được giới hạn ở 4,2V;
  • Nếu pin được xả xuống mức 3V trở xuống: dòng điện phải được giới hạn ở mức 0,1*C cho đến khi điện áp vượt quá 3V;
  • Pin được sạc cho đến khi dòng điện ngừng giảm hoặc hoàn toàn không có dòng điện nếu bạn giới hạn điện áp ở mức 4,2V. Nếu không giới hạn điện áp, cho đến khi điện áp tăng lên 4,2V;
  • Không bao giờ tăng điện áp lên trên 4,2 hoặc 4,3 volt. Khi điện áp bị vượt quá liên tục, cặn bám sẽ xuất hiện trên các điện cực. Trong trường hợp tốt nhất, pin sẽ mất dung lượng vĩnh viễn. Nếu quá trình này kéo dài, cặn lắng sẽ gây đoản mạch. Nó có thể nóng lên, phá hủy các điện cực và bắt lửa.

Ngoài ra

Để tự sạc, bạn cần giới hạn điện áp và dòng điện. Lý tưởng cho việc cung cấp năng lượng trong phòng thí nghiệm này.

Trong pin lithium-ion có điện áp trên 3,7 V, pin được mắc song song. Chia điện áp pin cho 3,7 sẽ cho số lượng pin được mắc nối tiếp. Nhân số lượng pin với 3 sẽ cho bạn điện áp tối thiểu cho pin. Nhân với 4,2 chúng ta có được điện áp tối đa.

Pin Li-Ion thực tế không có "hiệu ứng bộ nhớ" và do đó không cần đào tạo. Cố gắng không xả hết pin hoặc sạc pin liên tục.

Mức sạc tối ưu cho pin là 50-80%. Tuy nhiên, việc chịu đựng và duy trì những giá trị như vậy khi sử dụng máy tính xách tay, điện thoại thông minh hay thậm chí là đèn pin là vô nghĩa. Thông thường họ sạc khi thuận tiện và khi cần thiết, và xả cho đến khi cần thiết. Đây là mục đích của Li-Ion, không có ích gì khi giới hạn bản thân.

Thực hiện theo các phương pháp sạc pin bằng điện áp cao hoặc dòng điện “nhảy” ở trên đều có hại cho pin. Tốt hơn là nên để pin ở mức dòng điện thấp trong vài giờ hoặc vài ngày. Đây là một cách tiết kiệm hơn để phục hồi pin. Điều này sẽ cho phép bộ điều khiển hoạt động như mong đợi và cho phép sạc ở dòng điện bình thường.

Tôi đoán chỉ vậy thôi, những bài tập vui vẻ.



Bài viết tương tự