Lithium-polymeer (Lipo) batterijladercircuit

De post legt een eenvoudige lithium-polymeer (Lipo) -batterij uit met uitschakelfunctie voor overladen. Het idee werd aangevraagd door de heer Arun Prashan.

Een enkele Lipo-cel opladen met CC en CV

Ik kwam je werk over 'Bicycle Dynamo Battery Charger Circuit' tegen in Homemade Circuit Design blog. Het was erg informatief.

Ik zou iets willen vragen over dat artikel. Ik werk aan een hexapedale robot met batterijwisselmechanisme. Zodra de primaire batterij een vooraf ingestelde spanning overschrijdt, zal de secundaire batterij het robotsysteem van stroom voorzien. Mijn zorg betreft niet het schakelcircuit.

Samen hiermee werk ik aan energieopwekking door aan elke motor een generator te koppelen. De gegenereerde stroom is bedoeld om te worden gebruikt om de 30C 11.1V 2200mAh 3-cel LiPo-batterij op te laden.

Ik ben me ervan bewust dat het circuit dat wordt genoemd in 'Fietsdynamo-acculadercircuit' niet bruikbaar zal zijn voor mijn doel. Kunt u mij een andere optie geven met betrekking tot mijn probleem? Ik moet gewoon weten hoe ik het circuit moet aanpassen om het LiPo-compatibel te maken met constante spanning en constante stroom of CC- en CV-snelheden. Bedankt, ik kijk uit naar een antwoord.

Vriendelijke groeten,

Arun Prashan

Maleisië

Het ontwerp

Een lithium-polymeerbatterij of gewoon een lipobatterij is een geavanceerd ras van de meer populaire lithium-ionbatterij, en net als zijn oudere tegenhanger wordt gespecificeerd met strikte laad- en ontlaadparameters.

Als we deze specificaties echter in detail bekijken, vinden we dat het wat de tarieven betreft nogal mild is, om preciezer te zijn, een Lipo-batterij kan worden opgeladen met een snelheid van 5C en zelfs ontladen tegen veel hogere snelheden, hier 'C 'is de AH-classificatie van de batterij.

De bovenstaande specificaties geven ons eigenlijk de vrijheid om veel hogere stroomingangen te gebruiken zonder ons zorgen te hoeven maken over een overstroomsituatie voor de batterij, wat normaal gesproken het geval is wanneer het om loodzuurbatterijen gaat.

Dit betekent dat de ampèrewaarde van de ingang in de meeste gevallen kan worden genegeerd, aangezien de classificatie in de meeste gevallen de 5 x AH-specificatie van de batterij niet mag overschrijden. Dat gezegd hebbende, is het altijd een beter en een veilig idee om dergelijke kritieke apparaten op te laden met een snelheid die lager kan zijn dan het maximale gespecificeerde niveau, een C x 1 zou de optimale en de veiligste oplaadsnelheid kunnen zijn.

Omdat we hier geïnteresseerd zijn in het ontwerpen van een lithium-polymeer (Lipo) batterijopladercircuit, zullen we ons hier meer op concentreren en zien hoe een lipo-batterij veilig en toch optimaal kan worden opgeladen met behulp van componenten die mogelijk al in uw elektronische junkbox zitten.

Verwijzend naar het getoonde schakelschema van de Lipo-acculader, kon het hele ontwerp worden gezien geconfigureerd rond de IC LM317, die in feite een veelzijdige spanningsregelaarchip is en alle ingebouwde beveiligingsfuncties heeft. Het laat niet meer dan 1,5 ampère over zijn uitgangen en zorgt voor een veilig versterkerniveau voor de accu.

De IC wordt hier in principe gebruikt voor het instellen van het exacte vereiste laadspanningsniveau voor de lipobatterij. Dit kan worden bereikt door de bijbehorende 10k-pot of een preset aan te passen.

Schakelschema

Het gedeelte uiterst rechts dat een opamp bevat, is de fase van overbelasting en zorgt ervoor dat de batterij nooit overladen mag worden, en sluit de voeding naar de batterij af zodra de drempel voor overbelasting wordt bereikt.

Circuitwerking

De 10 k preset gepositioneerd op pin3 van de opamp wordt gebruikt voor het instellen van het overlaadniveau, voor een 3,7 V li-polymeer accu kan dit zo worden ingesteld dat de output van de opamp hoog wordt zodra de accu is opgeladen tot 4,2 V (voor een enkele cel). Aangezien een diode aan de positieve kant van de batterij is geplaatst, moet de uitgang van de LM 317 worden ingesteld op ongeveer 4,2 + 0,6 = 4,8 V (voor een enkele cel) om de bijbehorende diodespanningsval te compenseren. Voor 3 cellen in serie moet deze waarde worden aangepast naar 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V.

Wanneer de stroom voor het eerst wordt ingeschakeld (dit moet worden gedaan nadat de batterij in de weergegeven positie is aangesloten), trekt de batterij in ontladen toestand de voeding van de LM317 naar het bestaande spanningsniveau, laten we aannemen dat dit 3,6 V is .

De bovenstaande situatie houdt pin3 van de opamp ruim onder het referentiespanningsniveau vast op pin2 van de IC, waardoor een lage logica ontstaat op pin6 of de uitgang van de IC.

Nu de batterij lading begint te verzamelen, begint het spanningsniveau te stijgen totdat het de 4,2 V-markering bereikt, die pin3-potentiaal van de opamp net boven pin2 trekt, waardoor de output van de IC onmiddellijk hoog of op het voedingsniveau gaat.

Het bovenstaande zet de indicator-LED ertoe aan om de BC547-transistor aan te zetten die is aangesloten op de ADJ-pin van de LM 317.

Zodra dit gebeurt, raakt de ADJ-pin van de LM 317 geaard en wordt deze gedwongen de uitgangstoevoer naar de lipobatterij af te sluiten.

Op dit punt wordt het hele circuit echter vergrendeld in deze afgesneden positie vanwege de terugkoppelspanning naar pin3 van de opamp via de 1K-weerstand. Deze handeling zorgt ervoor dat de accu onder geen beding de laadspanning mag ontvangen zodra de overlaadlimiet is bereikt.

De situatie blijft vergrendeld totdat het systeem wordt uitgeschakeld en gereset om mogelijk een nieuwe oplaadcyclus te starten.

Een constante stroom CC toevoegen

In het bovenstaande ontwerp kunnen we een constante spanningsregeling zien met behulp van LM338 IC, maar een constante stroom lijkt hier te ontbreken. Om een ​​CC in dit circuit in te schakelen, kan een kleine aanpassing voldoende zijn om deze functie te krijgen, zoals weergegeven in de volgende afbeelding.

Zoals te zien is, transformeert een eenvoudige toevoeging van een stroombegrenzende weerstand en een diodeverbinding het ontwerp in een effectieve CC- of constante stroom Lipo-celoplader. Wanneer de uitgang nu probeert stroom te trekken boven de gespecificeerde CC-limiet, wordt een berekend potentieel ontwikkeld over Rx, dat door de 1N4148-diode gaat en de BC547-basis activeert, die op zijn beurt de ADJ-pin van de IC LM338 geleidt en aarden, waardoor de IC wordt gedwongen om de voeding naar de oplader UIT te schakelen.

Rx kan worden berekend met de volgende formule:

Rx = Voorwaartse spanningslimiet van BC547 en 1N41448 / Max. Accustroomlimiet

Daarom Rx = 0,6 + 0,6 / Max. Accustroomlimiet

Lipo-batterij met 3-serie cellen

In het hierboven voorgestelde 11,1V-batterijpakket zijn er 3 cellen in serie en worden de batterijpolen afzonderlijk afgesloten via een connector.
Het wordt aanbevolen om de afzonderlijke batterijen afzonderlijk op te laden door de polen correct op de connector te plaatsen. Het diagram toont de basisbedradingsdetails van de cellen met de connector:

UPDATE: Om een ​​continu automatisch opladen van een meercellige Lipo-batterij te bereiken, kunt u het volgende artikel raadplegen, dat kan worden gebruikt voor het opladen van alle typen Lipo-batterijen, ongeacht het aantal cellen dat erin is opgenomen. Het circuit is ontworpen om de laadspanning te bewaken en automatisch over te dragen aan de cellen die mogelijk ontladen zijn en moeten worden opgeladen:

Lipo-acculadercircuit