Балансир необходим для правильной зарядки серийных аккумуляторных блоков, что продлевает срок их службы и обеспечивает максимальную эффективность.
Зарядка отдельных элементов Li-Ion аккумулятора не является проблемой. Доступны готовые зарядные устройства с полным пакетом безопасности. Немного хуже ситуация при использовании аккумуляторов, состоящих из нескольких последовательно соединенных элементов.
Из-за разброса по емкости напряжение на элементах батареи не всегда распределяется равномерно при последовательном соединении. Особенно опасно это для аккумуляторных Li-Po элементов 18650, для которых превышение напряжения 4,3 В приводит к необратимому повреждению и может привести к взрыву.
Как работает схема балансировки
Схема балансир необходима для правильной зарядки литиевых аккумуляторных блоков. Ее основная задача — защитить аккумулятор от повышения напряжения элемента выше безопасного предела, т.е. 4,2 В. При превышении 4,2 В схема шунтирует заряженный аккумулятор, продолжая заряжать оставшиеся элементы. Это увеличивает время зарядки батареи и снижает эффективность процесса (часть энергии рассеивается в тепло), но обеспечивает надежность и долговечность аккумуляторов.
Принципиальная схема балансировки показана на картинке. Устройство работает как прецизионный стабилитрон. Напряжение от аккумуляторной батареи поступает на микросхему U1 MCP65R41, которая работает как микромощный компаратор со встроенным опорным напряжением (1,20 В). Делитель R1…R4 задает порог переключения схемы.
Перемычки Z1 и Z2 позволяют точно установить порог включения схемы балансировки. Компаратор имеет гистерезис около 5 мВ. При переключении бывают кратковременные колебания, но в данном случае это не создает проблем. Микросхема U2 обеспечивает задержку включения и разделяет компаратор и транзистор Q1.
В момент превышения порога включения срабатывает транзистор Q1, включая балансировочные резисторы. В зависимости от потребностей ток балансировки можно ступенчато регулировать с помощью перемычек SW. При отсутствующих перемычках ток составляет 40 мА, подключение дополнительных резисторов обеспечивает ток 40/80/160 мА соответственно. Светодиод BAL сигнализирует об активном рабочем состоянии. В режиме покоя схема потребляет ток 15 мА и может быть постоянно подключена к элементу. Максимальный ток балансировки ~320 мА.
Балансир собран на небольшой двусторонней печатной плате. Расположение элементов показано на рисунке. Сборка проста и не требует описания.
Перед подключением платы балансировки требуется только проверка напряжения активации, которое должно составлять 4,18…4,20 В. Точную настройку можно произвести с помощью лабораторного источника питания, закоротив перемычки Z1 и Z2. Во время работы резисторы R8..15 нагреваются, поэтому обеспечьте достаточную циркуляцию воздуха и отодвиньте модуль от заряженных элементов.
Количество используемых модулей должно соответствовать количеству элементов Li-Ion, соединенных последовательно. Если батарея имеет 3 аккумулятора 18650, значит, необходимо подключить 3 модуля балансира.
Перечень элементов балансира
Сводный перечень элементов схемы балансира облегчит сборку устройства своими руками:
- R1 — 240 кОм/1% (SMD 1206);
- R2 — 5,1 кОм/1% (SMD 1206);
- R3 — 10 кОм/1% (SMD 1206);
- R4, R6 — 100 кОм/1% (SMD 1206);
- R5 — 10 МОм/1% (SMD 1206);
- R7 — 1 кОм/1% (SMD 1206);
- R8…R15 — 100 Ом/0,6 W/1%;
- C1 — 0,1 мкФ (SMD 1206);
- C2 — 0,47 мкФ (SDM 1206);
- Q1 — SI7157DP;
- U1 — MCP65R41-1.2 (SOT-23-6);
- U2 — SN74AHC1G14 (SC70-5);
- BAL — светодиод SMD 1206;
- LIPO — разъем SIP2;
- SW — переключатель.
Loading...
