bongrif.ruДля начала нужно определиться с терминологией.
Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки - сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде - это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.
При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.
Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:
И вот тоже они:
Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).
Контроллеры заряда-разряда
Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).
DW01-Plus
Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.
Сама микросхема DW01 - шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.
Вывод 1 и 3 - это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 - датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.
Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.
Вся схема выглядит примерно вот так:
Правая микросхема с маркировкой 8205А - это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.
S-8241 Series
Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.
Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.
AAT8660 Series
Решение от Advanced Analog Technology - AAT8660 Series.
Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).
FS326 Series
Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора - FS326.
В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, - от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.
LV51140T
Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.
Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы - вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.
R5421N Series
Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки - порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).
Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:
| Обозначение | Порог отключения по перезаряду, В | Гистерезис порога перезаряда, мВ | Порог отключения по переразряду, В | Порог включения перегрузки по току, мВ |
|---|---|---|---|---|
| R5421N111C | 4.250±0.025 | 200 | 2.50±0.013 | 200±30 |
| R5421N112C | 4.350±0.025 | |||
| R5421N151F | 4.250±0.025 | |||
| R5421N152F | 4.350±0.025 |
SA57608
Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.
Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:
| Обозначение | Порог отключения по перезаряду, В | Гистерезис порога перезаряда, мВ | Порог отключения по переразряду, В | Порог включения перегрузки по току, мВ |
|---|---|---|---|---|
| SA57608Y | 4.350±0.050 | 180 | 2.30±0.070 | 150±30 |
| SA57608B | 4.280±0.025 | 180 | 2.30±0.058 | 75±30 |
| SA57608C | 4.295±0.025 | 150 | 2.30±0.058 | 200±30 |
| SA57608D | 4.350±0.050 | 180 | 2.30±0.070 | 200±30 |
| SA57608E | 4.275±0.025 | 200 | 2.30±0.058 | 100±30 |
| SA57608G | 4.280±0.025 | 200 | 2.30±0.058 | 100±30 |
SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме - порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).
LC05111CMT
Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor - контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.
Решение интересно тем, что ключевые MOSFET'ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.
Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет ~11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда - 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 - 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).
Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.
Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.
Контроллеры заряда и схемы защиты - в чем разница?
Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда - это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.
Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV - постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество "заливаемой" в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.
По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.
Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу - при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.
Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.
Не понятны пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта, в то же время как на аккумуляторах пороговые значения 3.0 и 4.2 Вольта
По идее, при нормальной эксплуатации аккумуляторов встроенная в них защита вообще не должна срабатывать. Ограничивать заряд должно зарядное устройство, а разряд - сама нагрузка.
Мощная нагрузка (типа фонарика, пауэрбанка) способна потреблять большие токи, при которых значительное влияние на выходное напряжение аккумулятора начинает оказывать его внутреннее сопротивление. Если бы схема защиты была бы точно настроена на минимальное напряжение аккумулятора (согласно его характеристик), то она бы отключала всю схему до того, как аккумулятор отдал всю свою накопленную энергию. Фактически, это было бы равносильно искусственному занижению его емкости. Точно такая же ситуация возникала бы и при быстрой зарядке (т.е. зарядке большими токами).
Производители аккумуляторов не могут знать заранее, в каких условиях будут работать их аккумуляторы, поэтому, чтобы не допустить выше описанных ситуаций, вынуждены раздвигать границы рабочего диапазона в схемах защиты. А в аккумуляторы, заранее рассчитанные на высокие эксплуатационные нагрузки (например, для вейпа), защиту вообще не ставят.
Поэтому, повторюсь, функции ограничения разряда и заряда НЕ ДОЛЖНЫ перекладываться на встроенные в аккумуляторы схемы защиты. Если при разряде/заряде аккумулятора полагаться только на его защиту, то это почти наверняка будет приводить к нарушению предписанных производителем условий эксплуатации. И чем меньше будут токи заряда/разряда, тем сильнее конечное напряжение на аккумуляторе будет отличаться от установленных в даташите. Со всеми вытекающими.
Здравствуйте!
Мне нужна только функция защиты от кз одной (или нескольких соединённых последовательно) банки лития, но на большой ток - например 30-70А.
Подскажите схемку, например на DW01. И обязательно ли в этом случае там использовать аж 2 полевика?
DW01 рано или поздно пробьет. при таких токах. ставь просто резисторы .а все эти микросборки -для сотовых телефонов плюс минус ......от кз релейная защита тебе поможет например на таймере 555.
резисторы я имею ввиду как балансировочные на каждый акум. я тоже в свое время собирал для шуруповерта на плате .... ну все их лепят во все места -только мне не понятно зачем !?. так вот акумы были б.у со всяких ноутов . подобрал по состоянию пригодности,а платки эти то ток ограничивают,то напряжение мне обрубают...ВЫКИНУЛ К Х-АМ ИХ ПОСТАВИЛ РЕЗИСТОР ПО ОМУ НА КАЖДЫЙ АКУМ СОЕДИНИЛ НА НУЖНОЕ U.(в моем случае 4 батарейки) ВСЕ РАБОТАЕТ КАК МНЕ НАДО !!! ДЛЯ ВЕЛИКА ТОЖ САМОЕ СДЕЛАЛ. ЕСТЬ АКУМУЛЯТОР(Ы).ЕСТЬ ЗАРЯДКА (САМОДЕЛЬНАЯ ЛУЧШЕ) СХЕМА ПРОСТА. А ОБЛЕПЛЯТЬ ЭТО "НАНО....." КАЖДЫЙ РЕШАЕТ САМ.
Подскажите гуру
Есть контроллер заряда на 4S
ранее использовал старые банки от акумов - и по итогу одна банка высасывалась в ноль через какое то время. Думал беда с бу банками
Купил нулевые элементы.
Прошло месяца 4-5 - не особо активного использования - опять одна банка в ноль да такой что опус ее не берет/
Вот такой контроллер c балансировкой
https://aliexpress.ru/item/32837937191.html?spm=2114.13010708.0.0.5f6733edAgKneC
А это всегда так-было есть и будет. слабое звено если хотите ! причем я заметил что садится элемент ближе к минусовому проводу.что в акумах на литии.что на свинце.Почему ??????? могу предположить ,что минусовая шина как опорная через нее вся нагрузка ,вот ближняя банка(секция,отсек.....)и высаживается.
Тоже заметил такое. Есть подозрение, что нижняя банка питает всю схему или еще что-то служебное. Из старых ноутов доставал акки, ближний к минусу разряжен в хлам.
Спасибо за статью!.
Для требуемого режима зарядки литиевого аккумулятора требуется срезать напряжение с 5 вольт до 4,3 вольт, силу тока при этом задает зарядное устройство. Где и как это происходит? Если это делает контроллер встроенный в гаджет, то куда давать выделяемое тепло? Если это делает схема в зарядом устройстве, то как управляется? Нигде не попадалось описание как работает контроллер заряда. Спасибо!
Здравствуйте.
Друг принес шуруповерт (типа профи 26 в 1). Их, конечно, великое множество разных модификаций. С одной пришлось столкнуться. Так вот, друг говорит, что шуруповерт не работает, зарядник родной потерял. У шуруповерта один аккумулятор типа C18650P был разряжен полностью, почти до нуля. С помощью подобранного зарядника с 4.5 В попытался провести зарядку. Заряжал примерно 1 час, проверил напряжение на аккумуляторе - никаких изменений. Затем попробовал зарядить уже с лабораторным БП, выставив тоже 4.5 В. Причем ток в нагрузке по показанию БП был равен 0 и соответственно акукумулятор после некоторого ожидания не зарядился. Тогда я взял и подключил аккумулятор напрямую к БП, ограничив ток на нагрузке (аккумуляторе). Периодически измеряя напряжение на аккумуляторе зарядил его до 3,6 В. С заряженным аккумулятором шуруповерт работает, но не заряжается. Наверное, что-то произошло с контроллером заряда. На плате, кроме всего прочего, есть только одна микросхема с маркировкой G3PT. Схем контроллеров заряда на ней в интернете не нашел. Может кто знает что это за схема такая.
Это что-то типа этого-MC78PC00 Series
Попробуй плату заряда и защиты подключить к блоку питания без аккумулятора и только потом отключенную плату припаиваешь к аккумулятору и подключаешь к блоку питания обычно помогает.
G3PT - это аналог DW01 но с другими напряжениями по отсечке.
S-8261ABPMD-G3P-T2
4,2В - 2,8В
Спасибо за статью!
В стать подробно описаны схемы плат защиты аккумулятора. И всольз упомянут о контроллере заряда, устанавливаемом в гаджете и утверждается, что контроллер управляет режимом зарядки. Хотелось бы схему и описание работы контроллера. Действительно ли он регулирует зарядный ток? Иными словами, если заряжать аккумулятор зарядками разных номиналов, то режим зарядки будет одинаковым?. Опыт показывает, что это не совсем так, если использовать зарядку с большим током, то продолжительность заряда сокращается. Я пробовал провести такие эксперименты, результаты выложил на сайте
a-rasskazov. narod. ru. Но осталось ещё много вопросов непонятных.
Подскажите можно ли как то изменить напряжения отсечки ?что и куда внедрить в схему чтобы можно было отрегулировать напряжение отсечки 11,5 - 12 в и использовать эти платы защиты для защиты автомобильного аккумулятора от разряда , при питании через них небольших нагрузок
Подскажите пожалуйста, есть ли подобные микросхемы для защиты NiZn аккумуляторов, или просто с настраиваемыми напряжениями срабатывания защиты? Нужно примерно 1.25В.
NiZn аккумуляторы очень удобные, но часто выходят из строя при соединении последовательно.
Есть. Ищи BMS1S для них и ставь на каждый
Хочу поблагодарить автора за хорошие статьи и попросить помочь опознать 2 контроллера защиты 1 банки li-Ion 18650:
1. 8036 + 4 полевика 8205
2. 3 штуки 6083.
Что интересно - обе платы с контроллерами ставятся в разрыв ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО вывода! Что большая редкость!
Откуда уверенность в том,что "диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2" ?
Диоды стоят встречно и без открытых полевиков ничего не пропускать не могут.
Опыт установки плат защиты на садовые фонари с солнечными батареями подтверждает полноценную защиту аккумулятора и от переразряда и от перезаряда.
А вот без плат защиты зимой эти фонари регулярно уходят в переразряд, а летом при ярком солнце - уходят в перезаряд. И то и другое сокращает жизнь аккумулятора до одного сезона. С платой защиты уже два года - полный порядок.
Мне интересно если в аккумуляторе от шуруповёрта стоят аккумы на 1300 мАн, можно их заменить допустим на 1500 или 2000? Контроллер не вылетит?
Уже два шура так переделал. С 1300 на 2500, с той же платой ВМС что там стоит. Уже больше года работают оба, не нарадуюсь. Правда, в бытовом режиме (не каждый день).
Извините за глупый вопрос неспециалиста. На электроскутере стоит батарея напряжением 60 вольт емкость 20 Ач. Для повышения "тяговитости" агрегата (у нас местность - "сплошные горы и пригорки" - ЮБК, иногда и больше 30 градусов уклон), советуют заменить батарею на 72 или даже 84 вольта. "Потянет" ли уже установленный на батарее 60 вольт контроллер (какой никто не в курсе) эти изменения, или надо ставить другой? Еще раз извините за глупый вопрос.
Здравствуйте. Скажите пожалуйста, что если подключить литионный аккумулятор реплика на оригинал от аккумулятора NP-960 7.2V 7800 mah от видеокамеры Sony к защитной плате от аккумулятора LP-E8 будут ли нормально работать аккумулятор и плата LP-E8 и сам фотоаппарат от которого эта плата и будет ли нормально сама камера показывать заряд ? Просто если подключить плате LP-E8 аккумуляторы 18650 четыре штуки две пары последовательно с возбуждением от зарядника всё работает нормально а вот тут не известно.