Иногда в процессе эксплуатации литиевого аккумулятора мы можем заметить, что он вздулся. Почему это происходит? Одной из причин такого поведения может быть нарушение режима эксплуатации аккумулятора. Литиевые аккумуляторы чувствительны к превышению токов заряда, разряда, температуре и пороговых напряжений при заряде-разряде.

В эксплуатации литиевого аккумулятора важно не допустить уход указанных параметров за пределы допустимых значений. Это можно сделать с помощью специализированных микросхем непосредственно в самом устройстве или использовать аккумулятор с уже установленной платой защиты и контроля (PCM).

Крайне важно обеспечить контроль параметров если используется аккумуляторная батарея состоящая из нескольких ячеек. В этом случае обязательным условием является не только идентичность используемых ячеек по ёмкости и внутреннему сопротивлению, но и контроль указанных величин на каждой ячейке индивидуально.

Для демонстрации работы платы защиты и выполняемых функций мы провели её тестирование, а что из этого получилось можно увидеть на видео.

АБСОЛЮТНО НОВОЕ УСТРОЙСТВО В УПАКОВКЕ.
Устройство позволяет визуально контролировать уровень заряда и разряда литиевых батарей (вольтаж), для предотвращения критического уровня разряда.
Визуальный и звуковой контроль составных аккумуляторных батарей.
Устройство, (детектор батарей питания, индикатор, тестер, контроллер, вольтметр, пищалка) имеет восемь контрольных входов для 1-8S, 1 или 8 Lipo/Li-Ion/LiMn/Li-Fe и позволяет подключать элементы с балансировочными контактами.
Данное устройство имеет малый размер и вес, незаменимо в авиамоделировании.

НАЗНАЧЕНИЕ:
Бипер - сигнализатор аварийного состояния батареи, может быть запрограммирован на нужный порог срабатывания.
Устройство информирует о низком напряжении (просадке напряжения) на любой из последовательно подключенной банке в составе аккумулятора.
Устройством удобно проверять уже использованные батареи.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ:
В нормальном состоянии происходит опрос напряжения батареи в целом и каждой банки в отдельности, показания выводятся яркими краснымм цифрами на дисплей. Показания дисплея отлично читаются при ярком солнечном свете.
При достижении запрограммированного уровня напряжения (заряда/разряда) любой банкой аккумулятора устройство издает сильный прерывистый звук (95дБ) двумя динамиками, а показания на дисплее показывают ярким красным цветом текущее напряжение каждого элемента составной батареи.
Уровень аварийного порога напряжения задается программно кнопкой, расположенной между динамиками, диапазон контролируемого напряжения 2,7В - 3,8В на каждый элемент в составе батареи.
Звуковая сигнализация может быть выключена на устройстве и в этом случае о аварийном режиме будет сигнализировать только дисплей.

ВНЕШНИЙ ВИД:
Устройство представляет собой установленные на плате элементы (в том числе: дисплей, бипер, кнопка программирования, гребенка 9ти контактного разъема) обтянутые прозрачной пленкой.

ПАРАМЕТРЫ:
размер: 39x25x11мм.;
вес 9гр.;
точность измерения: 0,01V;
диапазон индикации напряжения батареи: от 0,5V до 36V;
диапазон индикации напряжения ячейки (банки): от 0,5V до 4,5V;
диапазон установки порога аварийного срабатывания устройства: от 2,7V до 3,8V (при достижении заданного уровня в любой из ячеек)

ПОДКЛЮЧЕНИЕ:
Устройство подключается в специальный разъем балансира составной батареи 1-8s Lipo/Li-ion/LiMn/Li-Fe, и контролирует напряжение батареи в целом и каждой банки в составе по отдельности, при этом цепь питания работает независимо и в аварийном режиме размыкание нагрузочной цепи не происходит, а сигнализатор только оповещает пользователя о критическом состоянии батареи.
Устройство не контролирует цепь силовой нагрузки, поэтому нагрузка может работать до полной просадки батареи, независимо от состояния, вошел бипер в аварийный режим или нет.

Защита литий-ионных аккумуляторов (Li-ion). Я думаю, что многие из вас знают, что, например, внутри аккумулятора от мобильного телефона имеется ещё и схема защиты (контроллер защиты), которая следит за тем, чтобы аккумулятор (ячейка, банка, итд…) не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания. Когда аккумулятор исчерпывает свой срок службы, из него можно достать плату контроллера защиты, а сам аккумулятор выбросить. Плата защиты может пригодиться для ремонта другого аккумулятора, для защиты банки (у которой нету схем защиты), либо же просто можно подключить плату к блоку питания, и поэкспериментировать с ней.

У меня имелось много плат защиты от пришедших в негодность аккумуляторов. Но поиск в инете по маркировкам микросхем ничего не давал, словно микросхемы засекречены. В инете находилась документация только на сборки полевых транзисторов, которые имеются в составе плат защиты. Давайте посмотрим на устройство типичной схемы защиты литий-ионного аккумулятора. Ниже представлена плата контроллера защиты, собранная на микросхеме контроллера с обозначением VC87, и транзисторной сборке 8814 ():

На фото мы видим: 1 - контроллер защиты (сердце всей схемы), 2 - сборка из двух полевых транзисторов (о них напишу ниже), 3 - резистор задающий ток срабатывания защиты (например при КЗ), 4 - конденсатор по питанию, 5 - резистор (на питание микросхемы-контроллера), 6 - терморезистор (стоит на некоторых платах, для контроля температуры аккумулятора).

Вот ещё один вариант контроллера (на этой плате терморезистор отсутствует), собран он на микросхеме с обозначением G2JH, и на транзисторной сборке 8205A ():

Два полевых транзистора нужны для того, чтобы можно было отдельно управлять защитой при заряде (Charge) и защитой при разряде (Discharge) аккумулятора. Даташиты на транзисторы находились практически всегда, а вот на микросхемы контроллеров - ни в какую!! И на днях вдруг я наткнулся на один интересный даташит на какой-то контроллер защиты литий-ионного аккумулятора ().

И тут, откуда не возьмись, явилось чудо - сравнив схему из даташита со своими платами защиты, я понял: Схемы совпадают, это одно и то же, микросхемы-клоны! Прочитав даташит, можно применять подобные контроллеры в своих самоделках, а поменяв номинал резистора, можно увеличить допустимый ток, который может отдать контроллер до срабатывания защиты.

Защищенные и незащищенные литий ионные аккумуляторы - в чем их разница? Чем отличается устройство литий ионного аккумулятора с защитой? Можно ли использовать незащищенные аккумуляторы? На эти и другие вопросы Вы найдете ответы в нашей статье.

Уже давно известно, что для надежной и долгосрочной работы аккумуляторным батареям нужна защита. Обеспечить ее можно двумя способами - либо внутри самого аккумулятора, либо с помощью устройств, которые с аккумуляторами работают (в нашем случае - это светодиодные фонари и зарядные устройства). И по вполне понятным причинам - поскольку сделать защиту для аккумулятора существенно проще, чем "научить" фонарь работать с незащищенным аккумулятором - многие производители пошли по пути наименьшего сопротивления и переложили бремя дополнительной стоимости защиты аккумулятора на кошелек покупателя. Но не все компании выбрали этот путь - и в данный момент на рынке уже появились новые высокотехнологичные фонари со встроенной защитой аккумуляторов. А это значит, у нас появилась возможность безопасно использовать и незащищенные батареи. Какие преимущества это нам дает? Давайте попробуем ответить на этот вопрос.

Зачем аккумуляторам вообще нужна защита?

Всем известно, что литий-ионные аккумуляторы нужно беречь от полной разрядки и чрезмерной зарядки. Делается это для того, чтобы не допустить возникновения внутри аккумулятора химической реакции, которая может привести к очень неприятным последствиям. Проще говоря, если аккумуляторные батареи часто «высаживать в ноль» или чрезмерно заряжать, - это их убьет: емкость сильно снизится, а в некоторых случаях химические реакции могут привести и к воспламенению. Поэтому на рынке элементов питания уже давно появились «защищенные» аккумуляторы, в которых установлена специальная плата, отключающая их от устройства в следующих ситуациях:

• если аккумуляторная батарея чрезмерно разряжена (менее 2,8-3В) или, наоборот, заряжена (более 4,2-4,3В)
• если на него подается слишком высокий ток (более 1-8А)
• если литий-ионные аккумуляторы неправильно установлены
• в случае короткого замыкания.

Устройство литий-ионного аккумулятора

Тут следует оговориться - часто полоса защиты, которая предохраняет от КЗ, выполнена не очень качественно и со временем стирается, а это значит, что и защита теряется. Поэтому и полной гарантии, что таким аккумуляторам короткое замыкание не грозит, нет. На следующей фотографии отчетливо видно, что полоса защиты со временем потемнела, и на батарее появилось черное пятно - это подтверждает тот факт, что при перетирании полосы может произойти короткое замыкание.

И все же, преимущества защищенных аккумуляторов существенно облегчили задачу производителям фонарей и избавили их от необходимости модернизировать свою продукцию. Защищенные аккумуляторы затмили своих незащищенных «братьев» и отодвинули их на задний план. Они стали и остаются до сих пор лучшим вариантом питания для фонарей, не имеющих схем защиты.

Но современные качественные фонари производства наиболее продвинутых и ответственных брендов способны обеспечить защиту и обычным незащищенным аккумуляторам. А это дает нам возможность выбора, что само по себе не может не радовать.

Зачем нам возможность использования незащищенных аккумуляторов?

В фонаре со встроенной системой защиты аккумуляторов мы можем использовать как защищенные, так и незащищенные элементы питания. Чтобы получить полное представление о двух типах литий-ионных аккумуляторов, давайте сравним их по следующим основным параметрам:

• безопасность
• удобство

1. Безопасность

Плата защиты предохраняет литий-ионные аккумуляторы от чрезмерного заряда и разрядки. Что, соответственно, обеспечивает их безопасную эксплуатацию и продлевает срок службы. Именно поэтому с момента появления в продаже данного типа литий-ионных аккумуляторов, производители стали выдвигать их на первый план и расписывать их преимущества. Ведь гораздо проще давать рекомендации - с какими батареями их фонари будут работать лучше, - чем увеличить затраты на производство и гарантировать одинаковую эффективность работы со всеми доступными видами питания.

Но сейчас ситуация немного изменилась. С одной стороны, современные зарядные устройства для литий-ионных батарей снабжены собственной защитой от перезаряда и коротких замыканий. С другой, новые высокотехнологичные светодиодные фонари имеют встроенную защиту от переразряда. Когда заряд падает до 2,5-2,8В система сигнализирует об этом (обычно миганием), яркость падает, и через некоторое время фонарь отключается. Такая защита дает нам возможность с полной уверенностью использовать для их питания и незащищенные аккумуляторы. А это значит, что все те преимущества, которыми изначально обладали защищенные аккумуляторы, уже не имеют такого большого значения. Ведь защита теперь обеспечивается «извне», микросхемами устройств, для которых тип питания уже не имеет никакого значения.

2. Цена

Тоже немаловажный фактор при сравнении любых аккумуляторных батарей. Здесь все просто - цена на защищенные литиевые батареи выше (электронная плата тоже стоит денег). К тому же, использование защитной платы несколько уменьшает заявленную емкость. По сути, за одну и ту же сумму мы можем купить либо незащищенный аккумулятор высокой емкости, либо защищенный, но с емкостью чувствительно ниже. Тут уже каждый выбирает сам, что ему важнее. Конечно, если фонарь и зарядное устройство у Вас старого образца, и Вы боитесь «проморгать» опасный момент, лучше все же обезопаситься и выбрать защищенные аккумуляторы. Но если Вы давно уже обзавелись новыми «игрушками», которые сами защитят ваши батареи, разницы в безопасности для Вас нет. Поэтому, перефразируя известный слоган, можно сказать - «А если нет разницы - зачем платить больше и терять емкость?»

3. Удобство

Здесь, в первую очередь, хотелось бы упомянуть о чисто технологической стороне. А именно - о размере. О размерах можно судить по номенклатуре, например 18650 - это значит, что его диаметр - 18 мм, длина - 65 мм. Последняя цифра (0) указывает на то, что аккумулятор цилиндрический. По этим цифрам можно понять, что защищенные аккумуляторы длиннее обычных на 2-3 мм - из-за размера платы, а иногда еще и чуть шире - в зависимости от толщины полосы защиты.

Литиевый аккумулятор - плата защиты

Об этом упоминается во всех источниках, причем обычно с припиской «но такая разница обычно не мешает». Но, если почитать форумы и обсуждения товаров, можно увидеть, что все-таки мешает, притом сильно. После популяризации защищенных аккумуляторов от первых пользователей сразу же посыпались жалобы на то, что к их фонарю они не подходят - у кого-то слишком длинные, у кого-то шире обычных. Наученные горьким опытом своих предшественников, остальные покупатели сначала пытались узнать, подойдут ли аккумуляторные батареи именно к их фонарю, а потом уже решали - брать или не брать. Не слишком удобно, согласитесь? «Порадовало» и предлагаемое решение проблемы - «в крайнем случае, защиту можно отломать» (советуют, например, ). Т.е., если уж совсем не влезает - ломай и получай обычный. Только вот по цене защищенного…Что тоже очень радует.

А теперь о наиболее важном - об эксплуатации. Есть ли какие-то преимущества в использовании фонаря с незащищенными аккумуляторами? Давайте представим самую простую ситуацию - батарейки разрядились. Что происходит, если в фонаре установлены защищенные батареи? Защита сработает, и фонарь сразу выключится, причем, как зачастую бывает, произойти это может в самый неудобный момент. А если в этот момент вы находитесь в какой-либо экстремальной или опасной ситуации? Такое резкое выключение может оказаться критическим. К тому же, Вы уже не сможете использовать свои аккумуляторы до того, как хотя бы ненадолго не поставите их в зарядное - плата сработала и больше не «даст» Вам воспользоваться аккумуляторами, так как это для них опасно. Зато если Вы пользуетесь фонарем со встроенной защитой и обычными аккумуляторами, Вы заранее будете предупреждены о том, что питание заканчивается. Фонарь не выключится сразу, а переключится в слабый режим. Это даст Вам время «подготовиться» или заменить аккумуляторы. В крайнем случае, когда возможности заменить питание нет, Вы сможете дать незащищенным аккумуляторам «отдохнуть» - часть заряда восстановится, и Вы сможете использовать их еще какое-то время. К тому же, Ваш фонарь проработает без перезарядки дольше - поскольку нет защиты, на которой теряется дополнительная емкость. Конечно, время работы не увеличится намного, но в экстремальных ситуациях даже несколько минут могут сыграть решающую роль.

И что же в итоге?

А в итоге мы имеем следующую ситуацию. Если мы приобретаем фонарь, оборудованный системой защиты аккумуляторов, мы получаем возможность использовать для питания незащищенные литиевые батареи. А это дает нам определенные преимущества:

Экономия денег на элементах питания

Более продолжительное время работы

Возможность заранее узнать о скором выключении фонаря

Использование аккумуляторов стандартного размера, которые подойдут к любому фонарю и зарядному устройству

И при всех этих преимуществах, наши аккумуляторы полностью защищены и безопасны в использовании. Т.е., разница между «внутренней» и «внешней» защитой аккумуляторов все-таки не так уж и мала. И, видимо, не зря производители светодиодных фонарей предоставили нам возможность выбирать способ защиты самостоятельно.

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.
Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.

«С» значит Capacity

А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.

Схема простого зарядного устройства на LM317

Рис. 5.

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.

Надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.

Схема простого зарядного устройства на LTC4054

Рис. 6.

Рис. 7. У этого мелкого 5-ногого чипа маркировка «LTH7» или «LTADY»

Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.

Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле

I=1000/R,
где I - ток заряда в Амперах, R - сопротивление резистора в Омах.

Индикатор разрядки литиевого аккумулятора

Рис. 8.

Нюанс долговечности

Эксплуатация и меры предосторожности

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных - к полной или частичной потере ёмкости.

Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления - создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.

Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.

Где я применяю литиевые батареи

Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.

Ставлю в светодиодные фонарики.

В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.

Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.

Где я покупаю литий и полезности по теме

На счёт ёмкости китайцы обычно врут и она меньше написанной.

Честные Sanyo 18650