Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4

yego666 02 Lip 2018 17:23 3474 8
  • Kilka dni temu wpadł mi w ręce moduł baterii do autek RC.
    W zasadzie to nic nadzwyczajnego, ale postanowiłem sprawdzić, co siedzi w środku.
    Spodziewałem się kilku akumulatorków LiPo lub LiIon, lecz ku mojemu zdziwieniu znalazłem cztery akumulatorki LiFePo4 typu 14500 o pojemności 400mAh połączone szeregowo.
    Nie bawiłem się dotąd takimi akumulatorkami, lecz ich zalety spowodowały, że postanowiłem je użyć w jednej ze swoich konstrukcji. Spytałem więc Internet, czy zna jakiś prosty układ ładowarki do tego typu akumulatorów, jednak nie trafiłem na żaden ciekawy i prosty schemat.
    Jedyny, jaki znalazłem, wykorzystywał regulator LM317 w układzie źródła prądowego. Układ to nieoszczędny i regulator grzeje się w nim niemiłosiernie.
    Postanowiłem więc skonstruować możliwie prosty i w miarę oszczędny układ ładowarki.
    Akumulatory LiFePo4 wymagają ładowania stałym prądem ( n.p. o wartości 1/2 C), dopóki nie osiągną napięcia 3.65V, a dalej już prądem malejącym do zera, gdy napięcie akumulatorka osiągnie 4.2V.
    Najpierw układ zasymulowałem w LTSpice, a gdy efekty były zadowalające, zmontowałem go i przetestowałem na płytce prototypowej. Rezultat testów spełnia wszystkie założenia projektowe z wystarczającą dokładnością.
    Poniżej znajduje się schemat, który jest bardzo prosty, jednak stałość regulacji prądu ładowania nie poraża, choć odchył wynosi zaledwie 15% w całym zakresie dopuszczalnych wartości.
    Układ 34063 pracuje w typowym układzie regulatora napięcia, a regulacja wartości prądu ładowania jest realizowana przez rezystor Rcs i tranzystor 2N2907.

    Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4 Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4

    Dla bardziej wymagających, poniżej zamieszczam schemat zapewniający dokładniejszą regulację prądu ładowania w pierwszej fazie (do osiągnięcia napięcia 3.65V).

    Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4

    Powyższy układ z komparatorem został jedynie zasymulowany w LTSpice.

    Jeśli Szanownym Kolegom przyjdzie pomysł na usprawnienie układu, chętnie skorzystam z dobrej podpowiedzi.
    Wartości kondensatorów i indukcyjności nie są krytyczne i można je zmienić w rozsądnych granicach.
    Próby pokazały, że ogniwo osiąga pełny poziom naładowania po około 3 godzinach (czas ten zależy od początkowego napięcia ogniwa ).


    Fajne!
  • #2 02 Lip 2018 21:16
    Jawi_P
    Poziom 32  

    yego666 napisał:
    Akumulatory LiFePo4 wymagają ładowania stałym prądem ( n.p. o wartości 1/2 C) dopóki nie osiągną napięcia 3.65V a dalej już prądem malejącym do zera gdy napięcie akumulatorka osiągnie 4.2V

    Fajny projekcik, ale z tymi poziomami ładowania tego akumulatora to bym się trochę bał.
    Skąd takie informację nt. LiFePo4?
    LiFePo4 to świetne ogniwa, przede wszystkim ze względu na trwałość i ilość cykli ładowania.
    Producenci deklarują przeciętnie >2000 cykli, choć gdzieś tam widziałem jakieś deklaracje nawet do 4000.
    Ale, z zastrzeżeniem, że ładowanie powinno trwać do 3,6 - 3,65V na ogniwo.
    Ja wiem, że piszą niektórzy, że ładować ogniwa te można nawet do 4.2V:
    http://www.powerstream.com/LLLF.htm
    Ale jak to ma się do trwałości ogniw? Trzeba pamiętać, że te "dobijanie' ogniw do 4.2V to zysk w postaci 5% max. Więc czy warto?
    Przykład charakterystyki żywotności ogniwa:
    https://www.bto.pl/pdf/03839/IFR26650E.pdf
    Testy potwierdzające żywotność:
    http://samochodyelektryczne.org/testy_akumula..._lifepo4_potwierdzaja_ich_wysoka_trwalosc.htm
    Wszystkie scalone gotowe ładowarki, ładują do 3.6V:
    https://www.tme.eu/pl/Document/544793d75b5e06f8382616e1ebecbe9b/MCP73123-22SIMF.pdf
    Choć teraz takie technologie nowe, że trzeba czytać dokumentację, bo LI-ion, czy Li-Po potrafią mieć końcowe ładowanie do 4.5V, zresztą producenci kontrolerów już biorą to pod uwagę:
    http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22005a.pdf
    Inna sprawa, że są osoby, które twierdzą, że naładowały ogniwo Li-Ion 18650 do 5V i bez uszczerbku dla niego. Ale o tym, czy odbiło się na ogniwie dowiedzą się za jakiś czas, jak po 10 ładowaniach ogniwo odejdzie do krainy utylizacji.
    Ja osobiście zredukował bym poziomy napięć końcowego ładowania. Aczkolwiek, fajny pomysł na ładowarkę.

  • #3 02 Lip 2018 21:34
    yego666
    Specjalista PLD

    Wobec mnogości różnych, wzajemnie sprzecznych informacji dostępnych w sieci, musiałem przyjąć arbitralnie konkretny zestaw napięć i prądów, tym bardziej, że ogniwa nie mają żadnych oznaczeń, które umożliwiłyby ich identyfikację.
    Zawsze należy sprawdzić wymagania dla konkretnego typu ogniw, które zamierzamy ładować i ewentualnie dokonać stosownych modyfikacji układu.
    Niemniej, powyższy układ działa dla moich ogniw ( No Name ), lecz jak długo będą mi służyły - tego nie wiem :).
    Chciałem w późniejszym czasie załączyć parę informacji dotyczących ogniw LiFePo4, lecz Kolega Jawi_P mnie ubiegł, za co bardzo dziękuję.

    Jeśli ktoś chciałby zakończyć ładowanie ogniw prądem stałym przy napięciu ok. 3.3V, proponuję następujący układ ładujący:
    Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4
    Napięcie końcowe można dostosować do własnych upodobań zmieniając wartości oporników ustalających napięcie dla układu TL431. W obecnym układzie jest to ok. 3.3V.

  • #4 03 Lip 2018 10:46
    squeze
    Poziom 12  

    Tylko taka mała uwaga, fedbac masz za cewką a potem jeszcze diodę D1 na której masz spadek napięcia (tym większy im większy prąd przez nią przepływa) co jest dość słabym ogniwem tej ładowarki.

    Jakiś czas temu robiłem ładowarkę z małym panelem solarnym dla LI-Ion właśnie na MC34063 diodę tęż musiałem dać bo w nocy gdy ogniwa nie były ładowane był wyciek prądu przez przetwornicę. Dlatego dałem diodę jak u ciebie (D1) ale pomiar napięcia wyjściowego robię za nią.

  • #5 03 Lip 2018 13:08
    yego666
    Specjalista PLD

    squeze napisał:
    Tylko taka mała uwaga, fedbac masz za cewką a potem jeszcze diodę D1 na której masz spadek napięcia (tym większy im większy prąd przez nią przepływa) co jest dość słabym ogniwem tej ładowarki.

    Zgoda. Jednakże układ został tak zrobiony, by skompensować ten efekt. Wymogi dotyczące ładowania ogniw LiFePo4 oraz dywagacje w poście kolegi Jawi_P pokazują, że dowolność w doborze napięć progowych jest dość duża i niekrytyczna, więc czy to będzie 5mV więcej czy mniej, nie wydaje się mieć zasadniczego znaczenia dla tego typu ogniw. Na pewno nie jest to prawdą dla ogniw LiIon i LiPo, które mają bardzo ostre wymogi. Tu jednak mamy dość dużą dowolność( w granicach rozsądku ).
    W pierwszym poście dodałem przebiegi I/U dla ilustracji działania układu.
    Zasymulowałem również układ w konfiguracji proponowanej przez Ciebie, ale jedyną różnicą jest wartość prądu wypływającego z baterii po wyłączeniu zasilania ładowarki.
    Jest jeszcze jeden powód, dla którego układ jest jaki jest. Jest ono częścią innego urządzenia ( stąd brak fotografii samej ładowarki ), które nie może drenować baterii w żadnym stopniu po odłączeniu zasilania. Urządzenia tego nie zamierzam tu prezentować, jednak ładowarka jest na tyle ciekawa moim skromnym zdaniem, że postanowiłem się podzielić nią z kolegami.



    squeze napisał:
    Jakiś czas temu robiłem ładowarkę z małym panelem solarnym dla LI-Ion właśnie na MC34063 diodę tęż musiałem dać bo w nocy gdy ogniwa nie były ładowane był wyciek prądu przez przetwornicę. Dlatego dałem diodę jak u ciebie (D1) ale pomiar napięcia wyjściowego robię za nią.

    Ci, którzy mogą sobie pozwolić na wsteczne drenowanie ogniwa mogą skorzystać z Twojej rady. Stosowny układ może wyglądać na przykład tak:
    Ładowarka (Charger) akumulatorków LiFePo4
    Jeśli diodę D1 na pierwszym schemacie zamienić na 1N4001 lub podobną, to uzyskamy końcowe napięcie ładowania akumulatora okolo 4V, co powinno wydłużyć żywot akumulatora. Sprawdzenie jak bardzo pozostawiam bardziej dociekliwym Kolegom. U siebie zamieniłem cewkę 68uH na 22uH. Przebiegi są nieco gładsze.

  • #6 16 Lip 2018 14:08
    Lazer
    Poziom 23  

    Nie wiem jak można naładować taki akumulator do 4.2V jak akumulatory Li-FePO4, mają znamionowe napięcie pracy 3.2V i odcięcie zasilania na poziomie 3.6-3.8V w trakcie ładowania i mogą być eksploatowane w zakresie napięć od 3,6V do 2,0V. Komuś się chyba coś pomieszało z Li-ion ....

  • #7 16 Lip 2018 14:25
    Jawi_P
    Poziom 32  

    Lazer napisał:
    Nie wiem jak można naładować taki akumulator do 4.2V jak akumulatory Li-FePO4, mają znamionowe napięcie pracy 3.2V i odcięcie zasilania na poziomie 3.6-3.8V w trakcie ładowania i mogą być eksploatowane w zakresie napięć od 3,6V do 2,0V. Komuś się chyba coś pomieszało z Li-ion ....

    Ale o tym była mowa już wyżej. Czy do 2V?... Hmm w DS chyba warto by spojrzeć, pewnie co producent to inny akumulator. W Li-Ion jedni podają 2,8V, a niektórzy nawet 2,5V.
    Im głębsze rozładowanie i wyższy poziom ładowania, to mniejsza żywotność akumulatora. To nie Ni-Cd, gdzie występowały magiczne efekty pamięciowe.

  • #8 16 Lip 2018 14:26
    Lazer
    Poziom 23  

    Nie wiem jak można naładować taki akumulator do 4.2V jak akumulatory Li-FePO4, mają znamionowe napięcie pracy 3.2V i odcięcie zasilania na poziomie 3.6-3.8V w trakcie ładowania i mogą być eksploatowane w zakresie napięć od 3,6V do 2,0V. Komuś się chyba coś pomieszało z Li-ion ....

  • #9 16 Lip 2018 14:28
    yego666
    Specjalista PLD

    Lazer napisał:
    Nie wiem jak można naładować taki akumulator do 4.2V

    To że Ty nie wiesz, nie znaczy, że nie można.
    Bądź łaskaw poczytać choć troszkę w internetach. Jeśli posługujesz się językiem obcym to polecam n.p. stronę http://www.powerstream.com/LLLF.htm .
    Nie przeczę, że istnieje wiele różnych schematów ( sposobów ) ładowania, z których niektóre stwierdzają to co napisałeś, jednakże inne ( a jest ich sporo ) poszerzają granice do 4.2V dla ogniw LiFePo4 ( patrz dyskusja powyżej ).
    Innymi słowy Nie odkryłeś Ameryki.
    W dodatku każdy z układów zaprezentowanych powyżej można dostosować do indywidualnych preferencji i przekonań implementatora zmieniając wartość jednego z rezystorów - nie jest to zabronione :) .