Lithium-Polymer (Lipo) -Batterieladekreis

In diesem Beitrag wird eine einfache Lithium-Polymer-Batterie (Lipo) mit Überladungsabschaltung erläutert. Die Idee wurde von Herrn Arun Prashan angefordert.

Laden einer einzelnen Lipozelle mit CC und CV

Ich bin auf Ihre Arbeit zu „Bicycle Dynamo Battery Charger Circuit“ im Blog „Homemade Circuit Design“ gestoßen. Es war wirklich informativ.

Ich möchte etwas zu diesem Artikel fragen. Ich arbeite an einem Hexapedal-Roboter mit Batterieschaltmechanismus. Sobald die Primärbatterie eine voreingestellte Spannung überschreitet, schaltet die Sekundärbatterie das Robotersystem ein. Mein Anliegen betrifft nicht den Schaltkreis.

Zusammen damit arbeite ich an der Energieerzeugung, indem ich an jedem Motor einen Generator anbringe. Der erzeugte Strom soll zum Aufladen des 30C 11.1V 2200mAh 3-Zellen-LiPo-Akkus verwendet werden.

Mir ist bekannt, dass die unter „Fahrrad-Dynamo-Batterieladekreis“ erwähnte Schaltung für meinen Zweck nicht nützlich ist. Können Sie mir eine andere Option bezüglich meines Problems geben? Ich muss nur wissen, wie man die Schaltung modifiziert, um sie LiPo-kompatibel mit konstanter Spannung und konstantem Strom oder CC- und CV-Raten zu machen. Vielen Dank und freue mich auf eine Antwort.

Grüße,

Arun Prashan

Malaysia

Das Design

Eine Lithium-Polymer-Batterie oder einfach eine Lipo-Batterie ist eine fortschrittliche Generation der populäreren Lithium-Ionen-Batterie und wird genau wie ihr älteres Gegenstück mit strengen Lade- und Entladeparametern spezifiziert.

Wenn wir uns diese Spezifikationen jedoch im Detail ansehen, stellen wir fest, dass sie in Bezug auf die Raten eher nachsichtig sind. Genauer gesagt kann eine Lipo-Batterie mit einer Rate von 5 ° C aufgeladen und sogar mit viel höheren Raten entladen werden, hier 'C. 'ist die AH-Bewertung der Batterie.

Die obigen Spezifikationen geben uns tatsächlich die Freiheit, viel höhere Stromeingänge zu verwenden, ohne sich über eine Überstromsituation für die Batterie Gedanken machen zu müssen, was normalerweise der Fall ist, wenn Blei-Säure-Batterien beteiligt sind.

Dies bedeutet, dass die Nennleistung des Eingangs in den meisten Fällen ignoriert werden kann, da die Nennleistung in den meisten Fällen die 5 x AH-Spezifikation der Batterie nicht überschreiten darf. Trotzdem ist es immer eine bessere und sichere Idee, solche kritischen Geräte mit einer Rate aufzuladen, die unter dem maximal angegebenen Wert liegen kann. Ein C x 1 könnte als die optimale und sicherste Laderate angesehen werden.

Da wir hier daran interessiert sind, eine Lithium-Polymer (Lipo) -Batterieladeschaltung zu entwickeln, werden wir uns mehr darauf konzentrieren und sehen, wie eine Lipo-Batterie sicher und dennoch optimal mit Komponenten geladen werden kann, die möglicherweise bereits in Ihrer elektronischen Junk-Box sitzen.

Unter Bezugnahme auf das gezeigte Schaltbild des Lipo-Batterieladegeräts konnte das gesamte Design um den IC LM317 herum konfiguriert werden, der im Grunde ein vielseitiger Spannungsregler-Chip ist und über alle integrierten Schutzfunktionen verfügt. Er lässt nicht mehr als 1,5 Ampere über seine Ausgänge und sorgt für einen sicheren Amp-Pegel für die Batterie.

Der IC wird hier grundsätzlich zum Einstellen des genau erforderlichen Ladespannungspegels für die Lipobatterie verwendet. Dies kann durch Einstellen des zugehörigen 10k-Topfes oder einer Voreinstellung erreicht werden.

Schaltplan

Der Abschnitt ganz rechts, der einen Operationsverstärker enthält, ist die Überladungsabschaltstufe und stellt sicher, dass der Akku niemals überladen wird, und unterbricht die Versorgung des Akkus, sobald die Überladeschwelle erreicht ist.

Schaltungsbetrieb

Das an Pin3 des Operationsverstärkers positionierte 10-k-Preset wird zum Einstellen des Überladepegels verwendet. Bei einer 3,7-V-Li-Polymer-Batterie kann dies so eingestellt werden, dass der Ausgang des Operationsverstärkers hoch wird, sobald die Batterie auf 4,2 V aufgeladen wird (für eine einzelne Zelle). Da eine Diode am Plus der Batterie positioniert ist, muss der Ausgang des LM 317 auf ungefähr 4,2 + 0,6 = 4,8 V (für eine einzelne Zelle) eingestellt werden, um den begleitenden Dioden-Vorwärtsspannungsabfall zu kompensieren. Für 3 Zellen in Reihe muss dieser Wert auf 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V eingestellt werden

Wenn die Stromversorgung zum ersten Mal eingeschaltet wird (dies muss erfolgen, nachdem die Batterie über die gezeigte Position angeschlossen wurde), zieht die Batterie im entladenen Zustand die Versorgung vom LM317 auf den vorhandenen Pegel ihres Spannungspegels, nehmen wir an, dass sie 3,6 V beträgt .

Die obige Situation hält Pin3 des Operationsverstärkers deutlich unter dem an Pin2 des IC festgelegten Referenzspannungspegel, wodurch eine niedrige Logik an Pin6 oder am Ausgang des IC erzeugt wird.

Sobald die Batterie beginnt, Ladung anzusammeln, steigt ihr Spannungspegel an, bis sie die 4,2-V-Marke erreicht, die das Pin3-Potential des Operationsverstärkers knapp über Pin2 zieht und den IC-Ausgang zwingt, sofort hoch oder auf Versorgungsniveau zu gehen.

Das Obige veranlasst die Anzeige-LED, den Schalter ON des BC547-Transistors zu leuchten, der über den ADJ-Pin des LM 317 angeschlossen ist.

Sobald dies geschieht, wird der ADJ-Pin des LM 317 geerdet und gezwungen, die Ausgangsversorgung der Lipobatterie zu unterbrechen.

Zu diesem Zeitpunkt wird jedoch die gesamte Schaltung aufgrund der Rückkopplungsspannung an Pin3 des Operationsverstärkers über den 1K-Widerstand in dieser Abschaltposition verriegelt. Dieser Vorgang stellt sicher, dass der Akku unter keinen Umständen die Ladespannung empfangen darf, sobald die Überladegrenze erreicht ist.

Die Situation bleibt gesperrt, bis das System ausgeschaltet und zurückgesetzt wird, um möglicherweise einen neuen Ladezyklus einzuleiten.

Hinzufügen eines Konstantstrom-CC

In der obigen Konstruktion sehen wir eine Einrichtung zur Steuerung konstanter Spannung unter Verwendung des LM338 IC, jedoch scheint hier ein konstanter Strom zu fehlen. Um einen CC in dieser Schaltung zu aktivieren, kann eine kleine Änderung ausreichen, um diese Funktion einzuschließen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wie zu sehen ist, verwandelt ein einfaches Hinzufügen eines Strombegrenzungswiderstands und einer Diodenverbindung das Design in ein effektives CC- oder Konstantstrom-Lipozellenladegerät. Wenn der Ausgang nun versucht, Strom über die angegebene CC-Grenze zu ziehen, wird über Rx ein berechnetes Potential entwickelt, das durch die 1N4148-Diode fließt und die BC547-Basis auslöst, die wiederum den ADJ-Pin des IC LM338 leitet und erdet und den IC zwingt um die Versorgung des Ladegeräts auszuschalten.

Rx kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Rx = Durchlassspannungsgrenze von BC547 und 1N41448 / Max. Batteriestromgrenze

Daher ist Rx = 0,6 + 0,6 / maximale Batteriestromgrenze

Lipo-Batterie mit 3er-Zellen

In dem oben vorgeschlagenen 11,1-V-Batteriepack sind 3 Zellen in Reihe geschaltet, und die Batteriepole sind separat über einen Stecker abgeschlossen.
Es wird empfohlen, die einzelnen Batterien separat zu laden, indem Sie die Pole am Stecker richtig positionieren. Das Diagramm zeigt die grundlegenden Verdrahtungsdetails der Zellen mit dem Anschluss:

UPDATE: Um ein kontinuierliches automatisches Laden eines mehrzelligen Lipo-Akkus zu erreichen, lesen Sie bitte den folgenden Artikel, der zum Laden aller Arten von Lipo-Akkus verwendet werden kann, unabhängig von der Anzahl der darin enthaltenen Zellen. Die Schaltung dient zur Überwachung und automatischen Übertragung der Ladespannung an die Zellen, die möglicherweise entladen sind und aufgeladen werden müssen:

Lipo Battery Balance Ladekreis