Як зарядити акумулятор у зарядному пристрої. Чи можна зарядити алкалінові батареї. Чи можна продовжити термін служби

Майже кожна сучасна людина має пристрій, для роботи якого потрібні акумулятори або батареї: телевізійний пульт, годинник настінні, стільниковий телефон або фотоапарат. Всі ці гаджети стали настільки звичайними, що ніхто вже не намагається вникнути в суть функціонування їх елементів живлення, а тим часом з моменту винаходу прототипу сучасної батарейки минуло вже більше двох століть.

Вибір типу батарей безпосередньо пов'язаний із пристроєм приладу, де вони будуть використовуватися. Алкалінову (лужну) батарейкувідносять до марганцево-цинкового джерела живлення. Реакція, необхідна генерування електрики, створюється рахунок лужного електроліту. Алкалінові батарейки (на їхньому корпусі часто можна виявити напис alkaline) знайшли широке застосування в пристроях, що споживають малу кількість енергії, наприклад, портативному ліхтарику, електричній зубній щітці. Рано чи пізно будь-який елемент живлення вичерпує свій резерв. Чи можна зарядити алкалінові батареї? Чи є способи реанімувати старі джерела струму чи доведеться купувати нові?

Принцип дії алкалінової батареї

Принцип дії цього джерела живлення досить простий. Його описав італійський фізик Алессандро Вольта у далекому 1782 році. Вчений сконструював гальванічний елемент, в якому цинковий анод і мідний катод поринали в розчин сірчаної кислоти. Різниця потенціалів двох металів, опущених в електроліт, створювала електричний струм..

Своєю назвою цей вид батарейок зобов'язаний речовині, що виконує функцію провідника струму, а саме концентрованому розчину лугу. Виробляють електроліт, використовуючи переважно гідроксид калію або гідроксид натрію.

Іншими обов'язковими учасниками електрохімічної реакції в алкаліновому елементі стають негативний електрод (з цинку) і позитивний електрод (з оксиду марганцю). Залежно від типу джерела струму напруга може становити 1,5-12 В.

Конструкція алкалінової батареї

Розмір циліндричного елемента аналогічний розміру елемента марганцево-цинкової системи із сольовим електролітом. Однак між пристроєм алкалінових та сольових джерел струму є деякі відмінності: алкалінові батарейки відрізняються вивернутою конструкцією. В елементі живлення, де є лужний електроліт, цинк знаходиться в порошкоподібному стані. У зв'язку з цим, цинковий стаканчик замінюють сталевим нікельованим циліндричним корпусом, що служить струмовідведення електрода зі знаком «+».

В активному стані відбувається пресування позитивного електрода до внутрішніх стінок корпусу. У лужному елементі, як правило, є можливість розмісити більша кількістьактивної маси позитивного електрода, ніж у сольовому аналогу такого самого розміру. Так, у лужній батарейці типу D може бути розташовано 35-40 г діоксиду марганцю. Сольовий елемент живлення подібного типорозміру вміщує не більше 25-30 г електроліту.

Сепаратор попередньо просочують електролітом, а потім вставляють у внутрішню порожнину заповнену активною масою анода. Сепараційним матеріалом може виступати гідратцелюлозна плівка або якийсь нетканий полімерний матеріал.

По осі хімічного джерела струму розміщують струмовідведення (з латуні) катода, а в порожнину між латунним струмовідведенням і сепараційним матеріалом вводять анодний склад, що складається з цинкового порошку. Важливо, щоб перед цим цинковий порошок був просякнутий загущеним електролітом.

На виробництві нерідко як електроліти використовують луги, заздалегідь насичені цинкатами. Такий захід знижує витрати лугу на початковому етапі експлуатації. Крім того, присутні цинкати в електроліті гальмують розвиток корозійного процесу.

Відмінності сольових батарей від алкалінових

Як сольові, так і лужні елементи живлення довгі роки не втрачають популярності серед споживачів. Тим не менш, між цими видами батарей є ціла низка відмінностей.

Сольові:

Лужні:

• Працездатність зберігається через п'ять років після покупки.
• Практично несприйнятливі до коливань температур.
• Чи не протікають.
• Мають питому ємність, що перевищує аналогічний параметр у сольових елементів, мінімум у 2 рази при малоточному навантаженні та в 5-10 разів при високоточному навантаженні.
• Підійдуть для пристроїв з будь-яким рівнем енерговитрати, але найкраще демонструють себе в умовах постійного навантаження.

Чи можна зарядити алкалінову батарейку?

Ринок гальванічних елементів різноманітний. Щодня з конвеєрів сходять мільйони найрізноманітніших батарейок. Є безліч дешевих екземплярів, доступних кожному. Їх можна придбати на касі будь-якого супермаркету чи магазині електротоварів. Таким чином, питання про те, чи можна заряджати лужні батареї, втратив свою актуальність. Зі шкільного курсу хімії всім відомо, що при нагріванні їдкого лугу, що міститься в батарейці, може статися бурхлива хімічна реакція. Зворотний струм зарядного пристрою, проходячи через замкнутий простір, провокує закипання батареї та навіть тепловий вибух.

Якщо елементу живлення вдалося пережити одиничний цикл заряду, його ємність все одно не збільшиться до початкового рівня. Будь-яка лужна батарея, швидше за все, незабаром знову втратить свій заряд. При цьому може статися розгерметизація корпусу та витікання електроліту, а це може спричинити поломку пристрою, що споживає енергію. Виходить, що замість бажаної економії можна просто загробити дорогий пристрій.

Для тих, хто готовий ризикнути або потребує екстреної підзарядки, тому що можливості купити алкалінову батарейку на даний момент немає, є кілька хитрих способів продовжити життя джерела струму.

Ліхтарики, цифрові плеєри, диктофони, електронний годинник, іграшки, пульти дистанційного керуваннята портативна медична техніка - роботу всіх цих та багатьох інших пристроїв забезпечують джерела живлення.

Влаштовані джерела живлення гранично просто: два електроди - негативний анод і позитивний катод - занурені в ємність з електролітом і упаковані в металевий корпус.

При замиканні контактів починається рух електронів від одного електрода до іншого, виникає електричний струм. Згодом запас активної речовини на аноді виснажується, електронів стає менше. З іншого боку, знижується здатність електроліту проводити струм. Ось чому батарейка розряджається.

Елементи живлення розрізняються за формою та за внутрішнім складом, точніше, за типом хімічної реакції, що призводить до утворення електричного струму.

Види батарейок за формою

Робоча напруга циліндричних елементів живлення – 1,6 Вольта. А "крона" забезпечує напругу цілих 9 вольт.

За типом хімічної реакції

• Сольові. Відрізняються малою потужністю, можна зберігати від 1 до 3 років.
• Лужні чи «алкалінові». Назва походить від імпортного маркування Alkaline. Вони здатні впоратися з більш сильним навантаженням. Термін зберігання – від 3 до 5 років.
• Літієві. Найкраще справляються з високим навантаженням. Термін зберігання – від 5 до 7 років.

Які батарейки можна заряджати у зарядному пристрої

Хімічні процеси, які у звичайному гальванічному елементі, незворотні. Вичерпавши свій ресурс, він перестає виробляти електричний струм. Визначити їх просто: зазвичай на корпусі такого елемента живлення є напис "do not recharge" - "перезарядження не підлягає". Продовжити йому життя можна єдиним способом — спробувати помістити в менш енергоємний пристрій.Так, наприклад, батарейки, які не підходять для машини, що керує керуванням, можуть підійти для роботи пульта від телевізора.

Єдиний тип батарейок, які можна правильно перезаряджати велику кількість разів, - це акумуляторні. Їх можна відрізнити за маркуванням rechargeable battery. Робоча напруга акумуляторних батарей нижче, ніж у звичайних - 1.2 Вольта. Акумуляторні елементи живлення дорожчі за звичайні: чим більша їх потужність і кількість циклів перезарядки, тим вища ціна. Крім того, вам знадобиться спеціальний зарядний пристрій, який купується окремо. Часто такі зарядні пристрої мають індикатор, який покаже, наскільки зарядився акумулятор. Час заряджання акумуляторних батарей становить 8-12 годин.

Підзарядка в домашніх умовах

Виникає питання: чи можна заряджати алкалінові батареї в зарядному пристрої? Існує порівняно безпечний спосібзарядити алкаліновий елемент живлення, але ефективність його під питанням. Для цього екстреного заходу вам знадобиться зарядний пристрій на 4 акумулятори. У перші три відсіки зліва направо вставляємо розряджені алкалінові елементи, які заряджатимуться. А в четвертий (що справа) — акумулятор. Тривалість лікування — від 5 до 10 хвилин. Після цього алкалінові елементи можна знову використовувати, але не довго.

Ентузіастами вигадані численні методи, як зарядити пальчикову батарейку в домашніх умовах. Звісно, ​​це не повноцінна підзарядка. Адже самі хімічні реакції всередині такого джерела живлення необоротні. Наприклад, якщо акуратно пом'яти елемент живлення плоскогубцями або постукати їм про будь-яку тверду поверхню, це дозволить злегка реанімувати електролітта витягти кілька додаткових відсотків потужності. Тільки не пошкодіть корпус, інакше електроліт витече, і джерело живлення не працюватиме.

Нагрівати розряджені гальванічні елементи не можна - висока небезпека вибуху.

Якщо ви хочете, щоб гальванічні елементи прослужили довше, не використовуйте їх на морозі: вони швидко втрачають заряд. Звертайте увагу на дату випуску: батарейки мають властивість саморозряджатися. Не варто використовувати різні типибатарей одночасно, а також старі з свіжішими. Це також зменшує їх термін служби.

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):

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

Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори

Найбільш правильним способомзаряду літієвих акумуляторів є заряд у два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sonyу 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 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності ( конкретне значенняємності залежить від струму заряду: при прискореному заряді буде 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 ЗУ (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складуакумулятора 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 струмомзниженої величини до того часу, поки напруга на акумуляторі досягне значення 2.8 У.

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 попереднє прогрівання акумулятора, що актуально при заряді при низьких температурах довкілля(У неопалюваному приміщенні 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 нокіївські 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 варто плутати PCB-плату із 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 аналогічним. 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 роботимікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі та напругою живлення повинна 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 схемавключення:

Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга ні в якому разі не зможе перевищити 7 вольт, то 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 платизі 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).

Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, 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:

1. Контролює напругу підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
2. 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.
3. Заряджання максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
4. При досягненні на батареї 4.2 В напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
5. При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядний пристрій вимикається.
6. 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-pголовне, 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 даному випадкуможна замінити дешевим LM358.

TL431 + транзистор

Напевно, складно придумати схему 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 від 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:

1. Мінімальна кількість деталей обважування.
2. Можливість заряджання повністю розрядженої батареї (передзаряд струмом 30мА);
3. Визначення закінчення заряджання.
4. Програмований зарядний струм – до 1000 мА.
5. Індикація заряду та помилок (здатна детектувати незаряджувані батареї та сигналізувати про це).
6. 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.

Більше докладний описзнаходиться 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 вже 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.

Для нормальної роботи будь-якого акумулятора потрібно завжди пам'ятати «Правило «Трьох П»:

1. Чи не перегрівати!
2. Чи не перезаряджати!
3. Чи не перерозряджати!

Для обчислення часу заряджання нікель-метал-гідридного акумулятора або батареї з декількох елементів можна використовувати таку формулу:

Час заряджання (год) = Місткість акумулятора (мАч) / Сила струму зарядного пристрою (мА)

Приклад:
Ми маємо акумулятор з ємністю 2000mAh. Струм заряду в нашому зарядному пристрої – 500mA. Ділимо ємність акумулятора на струм заряду та отримуємо 2000/500=4. Це означає, що при струмі 500 міліампер наш акумулятор з ємністю 2000 міліампергодин заряджатиметься до повної ємності 4 години!

А тепер більш докладно про правила, яких потрібно намагатися дотримуватися, для нормальної роботи нікель-метал-гідридного (Ni-MH) акумулятора:

1. Зберігайте Ni-MH акумулятори з невеликою кількістю заряду (30-50% від його номінальної ємності).
2. Нікель-металогідридні акумулятори більш чутливі до нагрівання, ніж нікель-кадмієві (Ni-Cd), тому не перевантажуйте їх. Перевантаження може негативно позначитися на струмовіддачі акумулятора (здатність акумулятора тримати та видавати накопичений заряд). Якщо у вас є інтелектуальний зарядний пристрій з технологією « Delta Peak» (переривання заряду акумулятора по досягненню піку напруги), то ви можете заряджати акумулятори практично без ризику перезаряджання та руйнування їх.
3. Ni-MH (нікель-метал-гідридні) акумулятори після покупки можна (але не обов'язково!) піддавати «тренуванню». 4-6 циклів заряду/розряду для акумуляторів у якісному зарядному пристрої дозволяє досягти межі ємності, яка була розгублена в процесі перевезення та зберігання акумуляторів у сумнівних умовах після виходу з конвеєра заводу-виробника. Кількість подібних циклів може бути різною для акумуляторів від різних виробників. Якісні акумулятори досягають межі ємності вже після 1-2 циклів, а акумулятори сумнівної якості зі штучно завищеною ємністю не можуть досягти своєї межі і після 50-100 циклів заряду/розряду.
4. Після розряду або заряду намагайтеся дати охолонути акумулятору до кімнатної температури (~20 o C). Заряд акумуляторів при температурі нижче 5 o C або вище 50 o C може значно позначитися на терміні служби батареї.
5. Якщо хочете розрядити Ni-MH акумулятор, то не розряджайте його менше ніж до 0.9В для кожного елемента. Коли напруга нікелевих акумуляторів падає нижче 0.9В на елемент, більшість зарядних пристроїв, які мають «мінімальний інтелект», не можуть активувати режим заряду. Якщо Ваш зарядний пристрій не може впізнати глибоко розряджений елемент (розряджений менше 0.9В), то варто вдатися за допомогою більш «тупого» зарядника або підключити акумулятор на короткий час до джерела живлення зі струмом 100-150мА до досягнення напруги на акумуляторі 0.9В.
6. Якщо ви постійно використовуєте ту саму збірку з акумуляторів в електронний пристрійв режимі дозаряду, іноді варто розряджати кожен акумулятор зі складання до напруги 0,9В і виробляти його повний заряд у зовнішньому зарядному пристрої. Подібну процедуру повного циклування варто проводити один раз на 5-10 циклів дозаряду акумуляторів.

Таблиця заряду типових Ni-MH акумуляторів

Дані в таблиці є актуальними для повністю розряджених акумуляторів.