Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов
- Зарядка Li-ion импульсным током
- Схема импульсного зарядного устройства
- Особенности создания импульсной зарядки
По схеме 2-этапного режима подзарядки CC/CV, литий-ионные элементы питания заряжаются неизменным током до напряжения 4,2 В, восстанавливая порядка 80% предельной емкости. Далее достигнутое значение поддерживается еще некоторое время до окончательного набора емкости. Ток заряда уменьшается, но до нулевого значения не доходит. Процесс зарядки завершается, когда ток уменьшается примерно до 0,05 от номинальной емкости.
Описанный принцип зарядки имеет немало достоинств: позволяет оперативно набирать емкость, поддерживает необходимые параметры перехода к стадии уменьшения тока и четко задает критерии завершения зарядки. Ограничение напряжения на пределе 4,2 В оберегает аккумуляторы от потери емкости из-за деградации.
Но разумнее отслеживать напряжение на накопителе энергии не во время протекания через него значительного тока заряда, а при холостом ходе (ХХ). В зависимости от значения внутреннего сопротивления и тока, напряжение способно составить 4,3–4,4 В (если не используется PCB-модуль, отключающий источник питания при риске перенапряжения). В результате, зарядник быстрее переходит в стадию стабилизации напряжения, и общая длительность заряда увеличивается.
Зарядка Li-ion импульсным током
Альтернативный и более рациональный метод подзарядки Li-ion элементов питания – импульсами тока с промежуточными паузами. Импульсная зарядка вначале отключает зарядный ток, выдерживает незначительный промежуток времени, измеряет на накопителе энергии напряжение ХХ и, опираясь на полученные данные, принимает решение о последующих действиях. При близости напряжения к 4,15 В выдаваемые импульсы становятся короче, а при достижении этого порога подача импульсов прекращается.
Импульсная зарядка для аккумулятора бесперебойника и других устройств позволяет оставлять накопитель энергии подключенным на продолжительный период времени, чтобы при необходимости он подзаряжался. Зарядные устройства импульсного типа менее распространены, поскольку для их работы необходимо микропроцессорное управление. Оно усложняет схему и повышает стоимость устройства. Но есть упрощенная схема импульсного зарядника – без микропроцессора. Остановимся на ней подробнее.
Схема импульсного зарядного устройства
Реализовать импульсный принцип заряда Li-ion аккумуляторов можно и без использования микропроцессора, по приведенной схеме:
При включении элемент питания начинает заряжаться постоянным током, значение которого определяется напряжением питания и сопротивлением RD. Когда напряжение становится выше 4,15 В, компаратор реагирует на этот факт закрытием транзистора VT1. Затем выдерживается пауза, и напряжение уменьшается до реальной величины. Поскольку напряжение ХХ ниже 4,15 В, оно постепенно уменьшается, и компаратор заново отрывает зарядный ключ.
Далее процесс неоднократно повторяется, причем постепенно импульсы снижаются, а продолжительность пауз увеличивается. Ближе к завершению процесса зарядки продолжительность импульсов минимальна – она составляет доли % от срока выдерживаемых промежуточных пауз, а напряжение достигает величины, выставленной потенциометром R1 (4,15 В).
Особенности создания импульсной зарядки
Можно воспользоваться традиционным трансформатором без средней точки, взять однополупериодный выпрямитель или готовое 5 В зарядное устройство от мобильника. Чтобы защитить его, можно ограничить зарядный ток, подняв значение RD примерно до 0,47 Ом. Подойдет транзистор KTA1273. Силовой полевик желательно применять PHB108NQ03LT, выпаяв его из б/у материнской платы от компьютера.
Оптимальный вариант подстроечника – на 470 Ом. Если значение будет больше, возрастет гистерезис срабатывания микросхемы KIA, и вместо генерирования импульсов она будет выключать зарядку. Чтобы заряжать несколько последовательно объединенных элементов питания, можно аналогично соединять схемы.
Но для каждого конкретного элемента в таком случае должна применяться отдельная схема с источником питания – трансформатором или вторичной обмоткой. Они не должны иметь гальванической связи с остальными источниками, иначе в некоторых элементах возникнет короткое замыкание.
Схему допустимо упростить, убрав второстепенные цепи и используя вместо полевика простой биполярный транзистор.
Учитывая, что больше всего греется в импульсной зарядке конденсатор, лучше не превышать значение питания 6 В. Резистором R1 при сильно разряженном элементе питания следует ограничить ток на значении около 800 мА. При выборе резистора важно не превзойти предельную мощность силового транзистора и возможности источника питания.
Читайте в нашем предыдущем материале о первой зарядке Li-Ion аккумулятора.
