Arduino зарядка li ion аккумулятора: Как зарядить литиевую батарею 7.4 В с помощью Arduino: схема и программа — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Самодельное зарядное устройство li-ion аккумуляторов на базе МК ATMega328

Анализируется возможность построения схемы зарядки литий-ионных аккумуляторов на базе МК ATMega328 и популярного программного обеспечения ARDUINO версии 1.8.5.

В интернете, в свободном доступе, размещена статья Рыкованова А., Беляева С. «Зарядные устройства для портативных литий-ионных аккумуляторных батарей», где рассмотрена методология построения зарядных устройств, без рассмотрения принципиальных схем. В данной статье сделана попытка разработки и изготовления одной из множества вероятных схем на основе радиолюбительской технологии «Сделай сам».

За основу взяты два графика, размещённых в плоскости Рис.3, заряда одиночного литий-ионного аккумулятора приводимого в указанной статье. График I – интерпретирует ток заряда аккумулятора, график U – напряжение на аккумуляторе.

Рис.1. График АКБ

Первоначальный заряд малым током (этап 1’) используется для обеспечения безопасности аккумулятора (АК) при заряде. Если внутри АК произошло короткое замыкание (КЗ), то по истечении некоторого времени заряда напряжение на нем не будет возрастать. Этот факт может свидетельствовать о неисправности. Если начать заряд достаточно большим током сразу, то при КЗ может произойти сильный разогрев аккумулятора и его разгерметизация. Необходимо отметить, что данный этап часто исключают из цикла заряда батареи, начиная заряд сразу с этапа1.

На этапе 1 заряд осуществляется номинальным током, который измеряется в долях от номинальной емкости (Сh) АК. Например, емкость АК 1000мАч, ток заряда 0,1Сн, то есть 100 мА обеспечивается 10-и часовым режимом заряда. Чтобы заряд осуществлялся быстрее, например в течение 2 ч, что соответствует 0,5 Сн (500мА). Такой режим заряда называеся ускоренным. Для нормальной работы АК номинальный ток заряда лежит в пределах от 0,1 СН (100мА) до 2,8 Сн,т.е. 280 мА. Т.е. на этапе 1’ и 1 зарядное устройство (ЗУ) работает как стабилизатор тока, при этом напряжение на АК линейно возрастает.

На этапе 2 поддерживается постоянное напряжение близкое к напряжению полного заряда, при этом ток снижается по экспоненте практически до нуля.
Привязываем указанные этапы к Li-ion аккумуляторам с номинальным напряжением в 3,7 В, см.рис.2:

Рис.2. Li-ion аккумуляторы.

Этап 1’ – напряжение на АК <2,5 В ток заряда 50 мА до 3 В

Этап 1 – напряжение на АК 4В > АК > 3 В ток заряда 100 мА

Этап 2 – напряжение на АК 4,2В => АК > 3 В ток в пределах 150-200 мА.

На всех этапах, напряжение подаваемое на АК постоянное, порядка 8В, через ограничивающий 2-х ваттный резистор R21 в 20 Ом. При достижении напряжения на АК 4,2 В, напряжение обнуляется путём подачи нулевого кода в порт D, см.Рис.4.

На Рис.3 представлена структурная схема ЗУ. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) фиксирует код от микроконтроллера (МК) в виде аналогового напряжения от 0 до 8 вольт с дискретностью 8/255=~30 мВ и через гасящий резистор R подаётся напряжение на АК.

Ток контролируется и регулируется через измерение падения напряжения на R (АЦП2-АЦП1)/R. Напряжение на АК контролируется АЦП2.

Рис.3. Структурная схема ЗУ.

Рис.4. Принципиальная схема ЗУ.

Для управления ЗУ был выбран ATMega328 в виду относительной лёгкости написания и отладки программы на языке Arduino. ATMega328 имеет встроенный загрузчик, что позволяет комфортно производить отладку на персональном компьютере в среде Windows7 с использованием виртуального COM-порта. Порт D МК полностью задействован на управление 8-и разрядным параллельным ЦАП состоящим из 16-ти SMD-резисторов (R1÷R16) по 22 и 11 кОм соответственно. МК работает на частоте 16 мГц что обеспечивается кварцевым резонатором и соответствующей прошивкой фьюзов МК.

Для контроля и измерения напряжения и тока на АК служат два аналоговых канала А0 и А1. Непрерывно измеряемая информация поступает в МК для обработки и выдаётся на OLED-дисплей, управляемый по протоколу программной шины I2C сигналами SDA и SCK. Вывод информации на OLED производится на основе библиотеки iarduino_OLED_txt.h, см.Приложение1. Для выдачи звуковых сигналов служит мини-динамик управляемый каналом МК PB2. Для формирования звука использовалась функция языка Arduino tone(), см. на сайте arduino «Программирование Ардуино».

Напряжение ЦАП формируется кодом D0÷D7 и не может превышать на выходе цепи R-2R 5-и вольт. ( R1÷R18, операционный усилитель (ОУ) MCP602 вход 3,выход 1, см.рис.4). Для создания эффективного тока для ЗУ на всех этапах требуется напряжение превышающее 5 В. Имеющийся в наличии ОУ MCP602 имеет следующие характеристики:

Рабочее напряжение питания от 2,7В до 5,5В
Амплитуда выходного сигнала до напряжения питания
Допускается входной сигнал с амплитудой ниже нуля
Полоса частот до 2,8МГц
Низкое энергопотребление Idd=325мкА
Рабочий температурный диапазон от -40 до +85гр.С
Два операционных усилителя в одном корпусе

Прекрасная микросхема, но на нет сводит всю работу. Нужен усилитель до 10 вольт. Что я теряю, если запитаю её на 10 вольт? Максимум она сгорит, а мне придётся искать однополярное ОУ на 10 вольт. Сказано, сделано. После того, как ЗУ надёжно проработало с данным ОУ целый месяц, стало понятно что рабочее напряжение микросхемы занижено. Повышение питания не сказалось на линейности выдаваемого напряжения на усилитель мощности на Т1 и Т2.

Cхема усилителя на MCP602 представлена 2-мя каскадами. Первый каскад неинвертирующий усилитель, ножки 1,2,3 с коэффициентом усиления равным (R17+R18)/R17=3.(См. В.С.Гутников «Применение операционных усилителей в измерительной технике», стр.29).

Второй каскад, ножки 5,6,7 – прецезионный повторитель с относительно мощным выходом способным работать на повторитель на транзисторах Т1, Т2 не загружая предварительный усилитель.

Силовая часть ЗУ состоящая из Т1, Т2, D1, R21 через разъёмы типа «мама/папа» формирует напряжение на АК. Напряжение на АК в точке А1 контролируется АЦП(А1) МК, канал PC1/ADC1, контакт 24 МК. Для измерения тока служит цепочка из R19 и R20, по 22кОм и 11кОм соответственно. Используя закон Ома для участка цепи:

Измеряется напряжение в точке соединения R19 и R20 АЦП(А0), канал PC0/ADC0, контакт 23 МК.
Вычисляется ток на участке цепи R20 как АЦП(А0)/R20.

Вычисляется напряжение в узле цепи D1 и R21 как (АЦП(А0)/R20)*( R19 + R20).
Вычисляется ток подаваемый в АК как ((АЦП(А0)/R20)*( R19 + R20))/R21.

Почему так вычисляется ток на АК? Это связано с тем что 5-и вольтовое АЦП МК не сможет измерять напряжение свыше 5-и вольт. Поэтому стоит делитель R19 и R20 на канале А0. АЦП меряет часть напряжения и программа путём расчётов вычисляет требуемые значения тока и напряжения.
Узел питания для МК и OLED выполнен на регулируемом стабилитроне ТL431, транзисторе КТ815Б и потенциометре R24 на 10 кОм. На Рис.5 ЗУ в стадиях разработки и испытаний.

Рис.5. Настройка ЗУ.

Левая часть рис.5 – отладка и испытания макета с использованием отладочного комплекса Arduino Uno с выводом результатов испытаний на дисплей ПК, справа — наработка на надёжность готового ЗУ с выводом результатов испытаний на дисплей OLED, рис.

Рис.6. Внешний вид платы ЗУ.

Укрупнённое фото ЗУ в момент зарядки АК. Зарядка идёт через разъём OUT помеченного белой изолентой. OLED-дисплей фиксирует момент зарядки 2-го этапа, т.е. когда напряжение на АК равно 4,153В, что меньше 4,2В и больше 4В. При этом порт D выдаёт максимальный код равный 255 и ток зарядки равный 194 мА. При этом резистор зелёного цвета в 20 Ом гасит избыточное напряжение для АК. При окончании зарядки, т.е. когда напряжение на АК превысит 4,2 В, программа формирует малый ток (поддержка 4.2 В), при этом динамик выдаёт октаву октаву звукового ряда до,ре,ми, фа,соля,си и т.д. до отсоединения АК от ЗУ.

Рис.7. Обратная сторона готовой платы ЗУ.

СКАЧАТЬ Приложение:

17-06-20.ino – скетч (программа) под Arduino
17-06-20.ino.standard.hex – прошивка скетча для программирования флэш-памяти МК любым программатором для МК фирмы Atmel.
17-06-20.ino.with_bootloader.standard.hex – загрузчик, при использовании Arduino Uno (Nano) встроен в память МК и через COM-порт загружает скетч пользователя

Инструменты при разработке ЗУ:

Сервисное ПО для разработки и отладки, Arduino версия 1. 8.5.
sPlain 7.0, графический редактор – вычерчивание принципиальной схемы.
Sprint Layout 6.0 — вычерчивание печатной платы (ПП) и экспорт ПП в предварительные текстовые форматы фрезеровки и сверловки для фрезерного станка.
CNC_Converter_v1.72.exe — конвертер экспорта ПП в текстовые форматы для фрезерного станка.
Указанные программы находятся в свободном доступе в Интернете.
Фрезерный станок СНС-3 Луганского завода малого машиностроения – изготовление ПП.

Выводы:

ЗУ уверенно распознаёт диапазон в котором оно будет работать, с выдачей и контролем тока и напряжения для данного диапазона.

Если диапазон этапа 1’, ЗУ с задержкой в 1 сек каждого кода порта D, наращивает ток до 50 мА и заряжает АКБ данным током до 3В, т.е. в первую секунду формируется код 01, во вторую секунду 02 и т.д., контролируя ток до 50мА, после чего наращивание тока прекращается. По мере зарядки АК напряжение на нём растёт и ток падает ниже 50мА, ЗУ распознаёт уменьшение и наращивает ток до 50мА и т. д. до 3-х вольт.
Переходя в диапазон этапа 1, ЗУ наращивает ток до 100 мА и заряжает АК данным током до 4В.
Переходя в диапазон этапа 2, ЗУ наращивает ток до 150÷200 мА и заряжает АК данным током до 4,2 В. При достижении 4,2 В, ЗУ малым током поддерживает АК с выдачей звукового сигнала.
Для любопытного читателя отсылаем к статье, в свободном доступе, по применению используемого ЦАП — «Параллельный Цифро Аналоговый Преобразователь по схеме R-2R»

Автор: Владимир Шишмаков, Кузнецовск (Вараш), июнь 2020 г.

Метки: [ зарядное ]

ПОДЕЛИТЕСЬ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ:

П О П У Л Я Р Н О Е:

Ремонт зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Принесли мне делать зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов заводского изготовления совсем новое. Проработало оно совсем не долго… Подробнее…

Простое автоматическое зарядное устройство

Кому некогда «заморачиваться» со всеми нюансами зарядки автомобильного аккумулятора, следить за током зарядки, вовремя отключить, чтоб не перезарядить и т. д., можно порекомендовать простую схему зарядки автомобильного АКБ с автоматическим отключением при полной зарядке аккумулятора. В этой схеме используется один не мощный транзистор для определения напряжения на аккумуляторе.

Подробнее…

Зарядное устройство для АКБ 12В, 7а-ч

Простое зарядное устройство для АКБ

Ниже представлена простая схема для автоматического поддержания аккумулятора в заряженном состоянии. Схема не содержит дорогих и дефицитных деталей. Простое и недорогое зарядное устройство предназначено для 12В, 7 а/ч свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Можно также использовать для зарядки автомобильных аккумуляторов и систем аварийного освещения и т.п.

Подробнее…

Популярность: 2 369 просм.

Ардуино зарядное устройство для аккумуляторов

Это устройство построено в основном из готовых модулей в том числе Arduino Nano , продаваемых в интернет-магазинах. Его основное назначение — тренировать аккумуляторы и их батареи, восстанавливая утраченную ёмкость, но оно может и просто разряжать или заряжать их. К нему можно подключить одновременно до восьми однотипных аккумуляторов батарей. Информация о ходе процессов и их результатах, в том числе об отданном при разрядке или полученном при зарядке электрическом заряде, выводится на ЖКИ. Пользуясь этой информацией, можно вычислить внутреннее сопротивление аккумулятора.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Зарядное устройство XTAR VC4 для Li-ion/Ni-Mh аккумуляторов

Нестандартное зарядное устройство на Arduino

Создать зарядное устройство, контролируемое arduino — Проектов — 2019

Power Bank Li-Ion аккумулятор 2000 мА·ч для Arduino проектов

Arduino-шилд для зарядки литиевых аккумуляторов.

Зарядное для свинцовых аккумуляторов на базе ардуино

Как запитать Arduino, используя автоматическое переключение между сетью и аккумулятором?

Зарядное устройство/балансировщик для аккумуляторов Li-Ion/Polymer — 50Вт, 5A

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 16.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Универсальное тестово-зарядное устройство для аккумуляторов на Ардуино Розыгрыш среди подписчиков.

Зарядное устройство XTAR VC4 для Li-ion/Ni-Mh аккумуляторов

Представлена схема зарядного устройства с тиристорным управлением, которое осуществляется сдвигом фаз. Схема проста. Всю конструкцию я монтировал на обыкновенном оргалите включая и конденсатор 10мкф в. В зимнее время года, все чаще и чаще обращаем внимание на зарядку автомобильного акб, изза его разрядки, и слабой работы. Но цены на зарядки для акб не очень маленькие, и иногда легче сделать ЗУ своими руками, о чем и пойдет дальше речь.

Предлагаемая схема очень качественно зарядит ваш аккумулятор,. Схема зарядного устройства представлена на микросхемах относительной сложности. Но если человек хоть немного знаком с электроникой, повторит без проблем. Создавалось это зарядное только ради одного условия: регулировка по току должна быть от 0 и до максимума более широкий диапазон зарядки и типов.

Он может работать от сетевого адаптера или от автомобильной батареи. Устройство не влияет на сопротивление массы автомобильного электрооборудования, поскольку ток заряда измеряется в. Предлагаемый вариант зарядного устройства автоматически отключается от сети переменного тока по окончании зарядки и не содержит шкальных приборов. Контроль включения и протекания зарядного тока осуществляется при помощи двух индикаторных лампочек.

Устройство работает следующим образом. Предлагаю маломощное зарядное устройство ЗУ с гасящим конденсатором. Оно предназначено для зарядки аккумуляторов с максимальным выходным током мА и напряжением до 20 В. Транзисторная пороговая схема позволяет установить зарядное напряжение 13, Предлагаемый блок питания предназначен для питания 3-вольтовых плейеров, приемников и т.

Он позволяет одновременно заряжать их аккумуляторные батареи АБ. Блок питания построен по схеме, аналогичной [1]. Он обеспечивает выходной ток до мА, а также защиту от короткого замыкания на выходе. Простейшее зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двуполупериодного выпрямителя [1].

Последовательно с батареей включают мощный реостат для установки необходимого. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора — ток заряда 10А с плавной регулировкой от нуля, защита от КЗ и перегрузки, индикация правильной полярности подключения аккумулятора. Основу зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, принципиальная схема которого приведена на рисунке, составляет интегральная микросхема МА с системой защиты и цепями аналоговых индикаторов.

Индикаторы обеспечивают контроль зарядного тока и напряжения аккумулятора. Сетевое напряжение. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора Представлена схема зарядного устройства с тиристорным управлением, которое осуществляется сдвигом фаз. Зарядка для автомобильного аккумулятора В зимнее время года, все чаще и чаще обращаем внимание на зарядку автомобильного акб, изза его разрядки, и слабой работы.

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов Схема зарядного устройства представлена на микросхемах относительной сложности. Зарядное устройство-автомат Предлагаемый вариант зарядного устройства автоматически отключается от сети переменного тока по окончании зарядки и не содержит шкальных приборов.

Бестрансформаторное зарядное устройство Предлагаю маломощное зарядное устройство ЗУ с гасящим конденсатором. Зарядное устройство для стартерных аккумуляторов А 12В Простейшее зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двуполупериодного выпрямителя [1].

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора — ток заряда 10А с плавной регулировкой от нуля, защита от КЗ и перегрузки, индикация правильной полярности подключения аккумулятора. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора Основу зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, принципиальная схема которого приведена на рисунке, составляет интегральная микросхема МА с системой защиты и цепями аналоговых индикаторов.

Нестандартное зарядное устройство на Arduino

Литий-ионные батареи очень широко используются во многих электронных устройствах, которые мы используем сегодня. Эти батареи являются надежным источником питания, поэтому также очень удобно использовать их в проектах когда вы делаете что-то своими руками. Однако на данный момент зарядка этих батареек по-прежнему не простой вопрос, так как коммерческие зарядные устройства довольно дорогие. Кроме того, для литий-ионных батарей необходимо зарядное устройство хорошего качества, в противном случае срок службы батареи ухудшится. Сбалансированное зарядное устройство хорошо работает, но оно доступно в более высоком ценовом диапазоне. Итак, в этом уроке мы решили сделать зарядное устройство Li-Ion, которое одновременно может заряжать четыре ых. Это зарядное устройство очень простое в изготовлении и выполняет работу сбалансированного зарядного устройства, прекращая питание отдельных батареек после полной зарядки.

Особенности зарядки аккумуляторов китайскими модулями два модуля, получив зарядный ток до 2А (если ваше зарядное устройство.

Создать зарядное устройство, контролируемое arduino — Проектов — 2019

Я бы не хотел идти по дорогому щиту и вместо этого купить недорогие разделительные доски у Aliexpress или eBay, если это возможно. Я готов потратить время, чтобы узнать, укажет ли кто-нибудь путь. Источник Поделиться. Создан 21 мар. Есть много способов сделать это, поскольку вы упоминаете, что есть готовые щиты, которые делают это. Мощность — сколько энергии будет потреблять ваша цепь, так как многие из этих плат будут способны выдавать только мАч, если этого достаточно, и в то же время вы узнаете, как долго ваша цепь сможет работать от батареи. Теоретически, вы можете использовать 1 липоэлемент непосредственно для питания MCU, так как напряжение колеблется от 3,6 до 4,7 Вольт на ячейку и заряжать липо, когда НЕ используется вы не можете заряжать липо непосредственно во время использования, вот и все. Это был бы самый дешевый способ. Несмотря на то, что цепь зарядки раздражает дополнительная нагрузка, параллельная батарее, экономите ли вы зарядку батареи без выключения устройства? Я думаю, что хороший ответ должен касаться именно этой проблемы, поскольку все остальное следует из этого.

Power Bank Li-Ion аккумулятор 2000 мА·ч для Arduino проектов

Данная плата прекрасно подходит для автономных проектов на основе Arduiono, таких как мобильные роботы, охранные системы, электронные тайники и т. Заряжать аккумулятор Power Bank можно от компьютера или зарядного устройства смартфона. Для этого не нужно вынимать Power Bank из собранного устройства. Достаточно вставить кабель с разъёмом micro-USB.

Логин или эл. Войти или Зарегистрироваться.

Arduino-шилд для зарядки литиевых аккумуляторов.

Но есть замечания. Измерение внутренного сопротивления тоже не правильно, могу даже ссылки дать по госту -пункт 4. И вот ещё вариант на резисторах. Сейчас есть недорогие АЦП с тру-дифф входом. Да, схема, не самая оптимальная Старался делать из того что «есть под рукой», со всеми вытекающими последствиями

Зарядное для свинцовых аккумуляторов на базе ардуино

Простое устройство, которое поможет зарядить телефон вдали от розетки. Легкое и простое в исполнении. Данное устройство питается от одной пальчиковой батарейки, и может заряжать маломощные гаджеты: телефон, GPS, фонарик, фотоаппарат и т. Простое устройство позволяющее зарядить любой маломощный гаджет. Также устройство снабжено солнечным элементом, который может зарядить аккумулятор в устройстве. Если солнечная панель не выдает достаточной мощности к примеру в темное время суток , то ток от аккумулятора начинает течь обратно в солнечную панель. Одним из простейших и популярных решений является использование диода, включенного последовательно, который предотвращает обратное протекание тока. Однако тут возникает проблема небольшого падения напряжения на диоде, тем самым уменьшается напряжение для зарядки аккумулятора.

Как запитать Arduino, используя автоматическое переключение между сетью и аккумулятором?

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Идеальный номер два?

Зарядное устройство/балансировщик для аккумуляторов Li-Ion/Polymer — 50Вт, 5A

Большой высокоинформативный LCD дисплей отображает в реальном времени тип аккумулятора, напряжение заряда, ток заряда и емкость аккумулятора на текущий момент. Зарядное устройство в автоматическом режиме определяет тип заряжаемого аккумулятора каждом канале и необходимое напряжение зарядки. Зарядка VC4 контролирует состояние аккумулятора, отслеживает и устанавливает специальные параметры тока и напряжения для правильной химической реакции в аккумуляторной банке. Профиль заряда постоянным током CC и постоянным напряжением CV , данный метод зарядки заряда рекомендуемый и наиболее скоростной для перезаряжаемых аккумуляторов, сохраняет их ресурс и не уменьшает их емкость со временем, что позволяет использовать аккумулятор более циклов заряда-разряда.

Отправить комментарий. Метеостанция на arduino

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 16.

Опубликовано Не только интересный, но и полезный в быту проект для Arduino представила в своем блоге комманда Electro-Labs. В этом проекте был разработан программируемый шилд для Arduino, который выполняет функцию зарядного устройства для литиевых аккумуляторных батарей. Шилд включает в себя LCD дисплей и кнопочный интерфейс, позволяющий пользователю регулировать напряжение от 2В до 10В и ток от 50мА до 1,1А. Также устройство обеспечивает возможность контролировать процесс зарядки. Шилд основан на микросхеме LT и управляется Arduino Uno. В качестве дисплея используется простой и доступный Nokia LCD.

Старый добрый «Выпрямитель В14 зарядный»! Был всегда ты как спаситель : Выручал нас, ненаглядный! При жаре и зимней стуже Оживлял аккумулятор; Даже если я простужен, Ты — как робот Терминатор!

Прибор для восстановления аккумуляторов часть 1

Это устройство построено в основном из готовых модулей (в том числе Arduino Nano), продаваемых в интернет-магазинах. Его основное назначение — тренировать аккумуляторы и их батареи, восстанавливая утраченную ёмкость, но оно может и просто разряжать или заряжать их. К нему можно подключить одновременно до восьми однотипных аккумуляторов (батарей). Информация о ходе процессов и их результатах, в том числе об отданном при разрядке или полученном при зарядке электрическом заряде, выводится на ЖКИ. Пользуясь этой информацией, можно вычислить внутреннее сопротивление аккумулятора.

Устройство работает с аккумуляторами и их батареями (в дальнейшем будем называть их просто аккумуляторами) всех типов с номинальным напряжением от 1 до 12 В, обеспечивая ток разрядки и зарядки 0,07…2 А. Полезную информацию о свойствах различных аккумуляторов и оптимальных режимах работы с ними можно найти в [1-5].

Прибор разряжает аккумуляторы заданным током разрядки до заданного минимального напряжения и заряжает их заданным током зарядки до заданного максимального напряжения. Для предотвращения аварийных ситуаций продолжительность этих процессов ограничена. Предусмотрено также автоматическое выполнение от одного до 20 циклов разрядка-пауза-зарядка-пауза с индикацией заданных и текущих параметров. Заданные параметры, в том числе длительность пауз, можно изменять в процессе работы. При одновременной работе с несколькими (до восьми) аккумуляторами их параметры контролируются индивидуально.

Текущее значение напряжения каждого аккумулятора устройство определяет при временно отключённых источниках разрядного и зарядного тока. Это позволяет более точно контролировать состояние аккумуляторов разной степени изношенности. Информацию о длительности процессов разрядки и зарядки аккумуляторов и количестве отданного или полученного ими электрического заряда устройство выводит на ЖКИ и запоминает в энергонезависимой памяти, содержимое которой можно передать для обработки в компьютер.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов прибор не измеряет. Однако этот параметр можно оценить по результатам измерения напряжения аккумулятора при подключённой нагрузке и без неё. У «плохих» аккумуляторов разница результатов этих измерений, как правило, существенно увеличена, что соответствует повышенному внутреннему сопротивлению.

Схема аналоговой части прибора изображена на рис. 1, а его цифровой части — на рис. 2. Галетный переключатель SA2 (ПГ3 3П6Н) имеет три положения: предварительная установка тока разрядки (У1), предварительная установка тока зарядки (У2), работа (Р) (разрядка-зарядка аккумуляторов). Предварительно устанавливать ток необходимо для того, чтобы не повредить аккумуляторы недопус-тимым током. Действие кнопок SB1 — SB6 в различных положениях переключателя SA2 соответствует табл. 1.

Рис. 1. Схема аналоговой части прибора

Рис. 2. Схема цифровой части прибора

Таблица 1

Положение SA2		Уст. тока разрядки (У1)	Уст. тока зарядки (У2)	Подготовка к пуску / Работа (Р)
Функция кнопки	SB1	Выбор режима	Не действует	Вывод по USB содержимого EEPROM / Не действует
	SB2	Не действует	Перебор заданных параметров
	SB3	Не действует	Перебор текущих параметров
	SB4	Добавление цикла	Увеличение выбранного заданного параметра
	SB5	Удаление цикла	Уменьшение выбранного заданного параметра
	SB6	Очистка EEPROM	Не действует	Пуск/Следующий процесс

Источником зарядного и разрядного тока служит готовый модуль 5A XL4015 (рис. 3). Из него выпаяны подстроечные резисторы установки выходного напряжения и тока, а вместо них к показанным на рис. 3 точкам а-е подключены внешние цепи регулировки. Переменные резисторы R11 «Ток зарядки грубо», R14 «Ток зарядки точно» и R4 «Напряжение» размещены на передней панели прибора. Подстроечные резисторы R5, R6 и R13 служат для установки пределов регулирования тока и напряжения.

Рис. 3. Модуль 5A XL4015

В переключении режимов, задаваемых переключателем SA2, участвуют также реле модуля HL-54S (рис. 4), управляемые командами модуля Arduino Nano. Их состояние в разных режимах работы прибора указано в табл. 2. В ней же показаны логические уровни сигнала на выходе A3 модуля Arduino Nano. Низкий уровень (0) соответствует измерению микроконтроллером напряжения аккумулятора, высокий (1) — его зарядке или разрядке.

Рис. 4. Реле модуля HL-54S

Таблица 2

Положение SA2		Состояние
		Реле			Выход АЗ
		К9	К10	К11
Уст. тока разрядки (У1)		Вкл.		Выкл.	0
Уст, тока зарядки (У2)					0
Работа (P)	Разрядка	Выкл.			0/1
	Пауза после разрядки				0
	Зарядка	Вкл.			0/1
	Пауза после зарядки				0

Пользователь контролирует напряжение аккумулятора, ток его разрядки и зарядки с помощью цифрового ампервольтметра P1 (рис. 5). Первоначально я установил его для удобства налаживания прибора, но он оказался очень полезным и при работе с ним.

Рис. 5. Цифровой ампервольтметр

Модуль Arduino Nano выводит на ЖКИ HG1 заданные и текущие значения параметров. Он же управляет разрядкой и зарядкой аккумуляторов, отсчитывает паузы между этими процессами, измеряет напряжение на аккумуляторах, включает и выключает текущий через них ток. ЖКИ подключён к модулю Arduino Nano через преобразователь параллельного интерфейса ЖКИ в последовательный интерфейс I²C (рис. 6), который стыкуется непосредственно с разъёмом ЖКИ. Это позволило сократить до двух число линий, по которым модуль Arduino Nano управляет ЖКИ.

Рис. 6. Преобразователь параллельного интерфейса ЖКИ

Зарядка организована с помощью упомянутого выше модуля 5A XL4015. При работе с аккумуляторами желательно не допускать слишком большого напряжения на них. Максимальное напряжение на выходе источника зарядного тока должно быть лишь на 20 % больше напряжения заряженного аккумулятора.

Стабилизатором тока разрядки служит узел на ОУ DA3 и полевом транзисторе VT2, которые охвачены отрицательной обратной связью по току. Транзистор VT2 установлен на игольчатом алюминиевом теплоотводе, установленном снаружи корпуса на его боковой стенке иглами к ней. Размеры теплоотвода — не менее 50×30 мм.

Датчик тока образуют резисторы R18 и шунт амперметра P1. Ток разрядки регулируют выведенными на переднюю панель прибора переменными резисторами R10 и R12. Сигнал с датчика тока, усиленный ОУ DA4, поступает также на вход A2 модуля Arduino Nano для измерения. Результат этого измерения программа использует для расчёта принятого или отданного аккумулятором электрического заряда.

Напряжение 5 В для питания модуля Arduino Nano, ЖКИ HG1, микросхем DD1-DD4 и реле получено из напряжения первичного источника 18 В с помощью импульсного стабилизатора напряжения — модуля DSN-MINI-360 (рис. 7). Поскольку этот стабилизатор регулируемый, нужное напряжение (+5 В) на его выходе ещё до подачи его на питаемые узлы прибора следует установить имеющимся в модуле подстроечным резистором.

Рис. 7. Модуль DSN-MINI-360

Напряжение на выходе интегрального стабилизатора DA1 78L05 повышено с +5 В до +9 В с помощью стабилитрона VD1 КС147Г и использовано для питания ОУ DA3 и DA4. Таймер DA2 КР1006ВИ1 служит задающим генератором источника отрицательного напряжения питания, необходимого этим ОУ. Его импульсы усилены полевым транзистором VT1 и преобразованы в отрицательное постоянное напряжение выпрямителем на диодах VD2 и VD3. Его ограничивает до -9 В стабилитрон VD4.

Аналогичным образом с помощью транзистора VT3 и диодов VD5, VD6 получено напряжение -1,5 В для питания цепи управления электронным ключом на сборке полевых транзисторов VT4. Стабилизатор этого напряжения — полевой транзистор VT6, работающий как низковольтный стабилитрон.

Реле K1-K8, объединённые в релейный модуль (рис. 8), поочерёдно подключают аккумуляторы G1-G8 к цепям разрядки-зарядки. Модуль Arduino Nano формирует сигналы управления этими реле в виде последовательного кода, который затем преобразует в параллельный код микросхема DD3 (74HC595N). С её выходов управляющие сигналы поступают на входы релейного модуля.

Рис. 8. Релейный модуль

Кроме того, сигналы с этих выходов через электронные ключи микросхемы dD4 (ULN2803APG) управляют двухцветными светодиодами HL3-HL10. Свечение каждого из них свидетельствует о том, что идёт разрядка или зарядка соответствующего аккумулятора. Цвет свечения (красный при разрядке, зелёный при зарядке) зависит от состояния полевых транзисторов сборки VT7. Когда идёт работа с аккумуляторами, включён светодиод HL2.

Работой устройства управляют с помощью кнопок SB1-SB6 и DIP-переключателей SA3 «Тип аккумуляторов», SA4 «Число аккумуляторов». Параллельные коды состояния кнопок и переключателей сдвиговые регистры DD1 и DD2 (CD4014BE) преобразуют в последовательный код для загрузки в модуль Arduino Nano.

Для контроля температуры аккумуляторов и теплоотвода транзистора VT2 в приборе имеются два датчика температуры DS18B20. Их информационные входы-выходы подключены к одной и той же линии D2 модуля Arduino Nano. Программа микроконтроллера модуля различает эти датчики по хранящимся в их постоянной памяти идентификационным кодам. Какой из них должен измерять температуру теплоотвода, а какой температуру аккумуляторов, определяют в процессе налаживания прибора. В случае превышения допустимой температуры аккумулятора (+45 ^оС) или теплоотвода транзистора (+80 ^оС) ток зарядки или разрядки прерывается до тех пор, пока температура не понизится до допустимой.

В правом нижнем углу экрана ЖКИ прибор выводит номер режима в цикле (1 или 3 — разрядка; 2, 4 или 6 — пауза; 5 или 7 — зарядка) и состояние реле K9, K10, К11 модуля HL-54S. Символ подчёркивания означает, что соответствующее реле выключено, символы p, a, m — включены соответственно реле K9, K10, К11.

Поскольку на аналогово-цифровой преобразователь модуля Arduino Nano нельзя подавать напряжение более +5 В, для работы с аккумуляторами большего напряжения применён делитель напряжения R29R30. Реле K9 при необходимости по сигналу модуля Arduino Nano включает его в цепь измерения. Конденсатор С11 сглаживает выбросы измеряемого напряжения и коммутационные помехи.

Для подключения к прибору аккумуляторов различных типов предусмотрены два не показанных на схеме разъёма, с которыми соединяют контактные устройства. Их конструкция может быть любой. Главное, чтобы были обеспечены хороший контакт и допустимый ток не менее 3 А.

Процесс работы с аккумулятором состоит из интервалов измерения напряжения на нём в отсутствие тока и интервалов подачи установленного переменными резисторами R11 и R14 тока зарядки или переменными резисторами R10 и R12 тока разрядки. При этом аккумуляторы, число которых задано DIP-переключателем SA4, по очереди включаются в работу контактами реле K1.1-K8.1. Коммутация зарядка-разрядка организована с помощью ключей на сборках полевых транзисторов VT4 и VT5, управляемых с выхода A3 модуля Arduino Nano.

В процессе работы в EEPROM микроконтроллера модуля Arduino Nano записываются в формате с плавающей запятой текущие параметры выполняемой процедуры, каждый из которых занимает в нём по четыре ячейки. Это даёт возможность просмотреть результаты не только во время работы, но и после отключения питания прибора. Адреса ячеек EEPROM и их содержимое соответствуют указанным в табл. 3. В ячейках, соответствующих аккумуляторам с номерами, большими, чем набранное на DIP-переключателе SA4 число, хранятся нули.

Таблица 3

Ячейки	Содержимое	Ед. изм.
Разрядка
0-3	Текущее напряжение аккумулятора 1	В
4-7	Текущая продолжительность разрядки аккумулятора 1	ч
8-11	Ток разрядки аккумулятора 1, усреднённый за четыре последних измерения	А
12-15	Текущее количество электричества, отдан ное аккумулятором 1	А·ч
16-20	Текущее напряжение аккумулятора 2	В
…	. ..	…
120-127	Текущее количество электричества, отданное аккумулятором 8	А·ч
Зарядка
128-131	Текущее напряжение аккумулятора 1	В
132-135	Текущая продолжительность зарядки аккумулятора 1	ч
136-139	Ток зарядки аккумулятора 2, усреднённый за четыре последних измерения	А
140-143	Текущее количество электричества, сообщённое аккумулятору 1	А·ч
144-147	Текущее напряжение аккумулятора 2	В
…	…	…
236-239	Текущее количество электричества, сообщённое аккумулятору 7	А·ч

Продолжение следует

Литература

1. Особенности зарядки Ni-MH аккумуляторов, требования к зарядному устройству и основные параметры. — URL: http://akbinfo. ru/shhelochnye/ni-mh-akkumuljatory-kak-zarjazhat-zarjadnoe-ustrojstvo-i-parametry. html (03.05.2018).

2. Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов. — URL: http://electro-shema.ru/chertezhi/pulse-charger-li-ion.html (03.05.2018).

3. NiMH аккумуляторы, их тренировка и восстановление. — URL:http://www. electrosad.ru/Sovet/NiMH.htm (03.05.2018).

4. Виды заряда никель-кадмиевых аккумуляторов. — URL: http://samodelka. info/zaryadnie-akb/princip-zaryada-nikel-cadmievih-akb.html (03.05.2018).

5. Аккумуляторы типоразмера 18650. Не дай себя обмануть! — URL: http:// uceleu.ru/blog/snaraga/2041.html (03.05.2018).

Автор: Н. Осницкий, г. С.-Петербург

Заряжаем литий ионный аккумулятор правильно

Оглавление

1 Использование оригинальных зарядных устройств
2 Хранить аккумуляторы лучше с малым зарядом (30-50%)
3 Не допускайте перезаряда и полного разряда аккумулятора.
4 Li-Ion аккумулятор не любит холода и жары.
5 Бренд против Нонейма
6 Как правильно заряжать полимерный аккумулятор

Зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов очень похоже на зарядное для свинцово- кислотных, за тем лишь исключением, что у Li-ion аккумуляторов значительно выше напряжение на каждой банке и более жёсткие требования к допускам по напряжению.

Банкой называют литий ионные элементы питания за из схожесть по форме на алюминиевую банку из-под прохладительных напитков (напр. coca-cola) Самым распространенным элементом такой формы является банка формата 18650. То есть 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту.

В то время, когда для свинцово-кислотных аккумуляторов возможны некоторые неточности в установке граничных напряжений при зарядке, с литий-ионными все гораздо жёстче. Во врем заряда, когда напряжение на элементе возрастает до 4,2 вольта, должно прекращаться подача напряжения на элемент питания. Разрешенный допуск в напряжении всего 0,05 вольт.

Средний литий-ионный аккумулятор заряжается около 3 часов. Однако точное время зарядки, все же зависит от ёмкости аккумулятора.

Итак приведём несколько основных правил, используя которые можно продлить срок использования li-ion аккумулятора в разы.

Использование оригинальных зарядных устройств

При изготовлении литий ионных аккумуляторов, их производители довольно серьёзно относятся к зарядным устройствам. Никто не даст вам гарантии, что зарядные устройства сомнительного происхождения не погубят Ваши аккумуляторы. Оригинальные же зарядки 100% выдают только необходимое напряжение и правильно заканчивают зарядку каждого элемента питания. Ведь, если в конце процесса зарядки напряжение будет затухать со значительным опозданием, это может привести к перезарядке элемента, что в свою очередь скажется весьма негативно на химической системе литий-ионного аккумулятора и будет потеряна часть емкости.

Хранить аккумуляторы лучше с малым зарядом (30-50%)

Если Вам приходится оставлять li-ion аккумуляторы на продолжительное время бездействовать, то лучше их вынуть из устройства (фонаря, Р/У машинки и т. д.).

Очень вероятно, что полностью заряженный аккумулятор при продолжительном хранении потеряет часть своей ёмкости. Полностью разряженный или при минимальном уровне, хранящийся аккумулятор, может «умереть» навсегда. Т.е. восстановить его так и не удастся после длительной спячки. Исходя из этого и рекомендуется держать 50% заряд у хранящихся, длительное время li-ion аккумуляторов.

Не допускайте перезаряда и полного разряда аккумулятора.

Учитывая химическую особенность литийевых аккумуляторов, весьма не рекомендуют, как полностью разряжать, так и чрезмерно перезаряжать такие аккумуляторы.

Как известно, у li-ion аккумуляторов, полностью отсутствует «эффект памяти«, исходя из этого рекомендуется разряжать аккумулятор до 10-20% а заряжать до 80-90, дабы не повредить химическую систему элемента.

Эффект памяти, в основном свойствен только Никель-Кадмиевым аккумуляторам.

А означает он некую потерю емкости аккумулятора после неправильного режима зарядки, в частности дозарядки при не полностью разрядившемся аккумуляторе. Проще говоря Ni-Cd нельзя начинать заряжать, до того, как он разрядится до допустимо низкого уровня. Нарушая данное правило, емкосли никель кадмиевого аккумулятора несколько уменьшается.

Литий ионные аккумуляторы, лучше начинать заряжать не дожидаясь их полного разряда. Таким образом можно значительно продлить срок жизни элемента питания.

Вышеуказанное правило относится только к незащищённым аккумуляторам. Литиевые аккумуляторы с защитой не страдают от пере или недозаряда. Встроенная плата защиты, отсекает чрезмерное напряжение (более 3,7 вольт на банку) при зарядке и отключает аккумулятор, если уровень заряда упал до минимального, обычно до 2,4 вольт.

Li-Ion аккумулятор не любит холода и жары.

Оптимальной температурой для литиевых аккумуляторов, является от +10°С до +25°С. Li-ion аккумуляторы чувствительны к большим перепадам температур. При отрицательной температуре, время работы аккумулятора сильно сокращается, хим. система элемента может сильно пострадать и даже разрушиться. Наверняка, вы замечали, как заряд мобильного телефона, на морозе резко начинает стремиться к минимуму, хотя ранее, в тепле, заряд был полным.

Нужно заметить, что литий-ионные аккумуляторы, весьма неприхотливы. При должном уходе, они проживут от 3 до 5 лет исправной службы хозяину. Так же нужно знать что такие аккумуляторы имеют свой срок использования от даты производства, а это значит, что заранее покупать запасные аккумуляторы не всегда хорошая идея. Обычно считается нормальным покупать литий-ионки не позднее 2-х лет после производства.

По поводу ёмкости литий ионных аккумуляторов. Банки самого распространенного формата 18650, могут иметь реальную емкость до 3500 мАч. При цене не менее 3-4 долларов за шт. Аккумуляторы, ёмкостью в 9900 мАч по цене $2 за шт. — это как минимум смешно. В действительности там будет 3000 мАч. если повезет.

Бренд против Нонейма

Стоит сказать несколько слов о производителях литий ионных аккумуляторов.

Практически все аккумуляторы имеют название (Бренд изготовителя), но это может быть «Panasonic» в котором реальная емкость будет меньше на 50 мАч из 3000 мАч или какой ни-будь «ХуньСюньПродакшн», в котором не хватает 1900 мАч из 3000 мАч. И это не смешно, а реальные цифры.

Так вот нормальными (честными) брендами среди аккумуляторов без защиты, считаются:

Panasonic,
Sony,
Sanyo,
Samsung,
LG,

Напротив, такие бренды, как:

UltraFire,
SingFire,
Bailong,
TrastFire

имеют далеко не точную указанную емкость, зато стоят в 2 — 3 раза дешевле.

Среди достойных установщиков защиты на литий-ионки стоит отметить:

Keeppower;
Efest;
Nitecore

Купить литий ионные аккумуляторы, например, формата 18650 можно как в местных интернет магазинах, так и у китайцев на прямую.

И пожалуйста не обольщайтесь на низкую цену и банки аккумуляторов в прозрачной термо-усадке. Из опыта, могу сказать, что в таком варианте используются в основном оригинальные банки но совсем никудышние платы защиты.

Как правильно заряжать полимерный аккумулятор

Литий полимерный отличается от литий ионного аккумулятора только лишь консистенцией электролита. Более подробнее читайте здесь. В остальном же, литий-полимерный поддается тем же правилам, что и литий-ионный аккумулятор.

все про литий ионные батареи на холоде

Пользователи литиевых батарей не понаслышке знают, что на холоде заряд исчерпывается быстрее. Это характерно не только для аккумуляторов смартфонов. Любая литиевая батарея на морозе теряет свою емкость, а насколько – зависит от химического состава используемого электролита. Наиболее подходящими для эксплуатации в холодный период считаются батареи типа LiFePO4 – литий-железо-фосфатные. Литиевые элементы питания другого химического состава также используются зимой, но по сравнению с эксплуатацией в теплый сезон эффективность их работы падает.

Что происходит с Li-ion аккумуляторами на морозе?

Из-за снижения температуры электролита уменьшается скорость движения ионов и интенсивность прохождения химических реакций. На практике это выглядит так: при комнатной температуре аккум имеет заряд 100%, а после попадания на улицу и дальнейшего пребывания на холоде падает до 80% и ниже, не считая расходования энергии на питание устройства. Но потеря емкости литий-ионных аккумуляторов на морозе – временное явление. При последующем прогреве до комнатной температуры характеристики накопителей энергии полностью восстанавливаются.

Необратимое повреждение происходит только при охлаждении ниже допустимого уровня в -40 °С. Во избежание негативных последствий для большинства литий-ионных АКБ рекомендуется не превышать нижнюю температурную границу в -20 °С, для литий-железо-фосфатных – минус 30 °С. В целом литиевые аккумуляторы и мороз вполне совместимы. Главное – помнить, что на холоде АКБ разряжаются быстрее, а долгое хранение при глубоком разряде ведет к неминуемой смерти батареи.

Можно ли хранить Li-Ion аккумуляторы на морозе?

В отличие от эксплуатации, длительное хранение литиевых аккумуляторов на морозе недопустимо. При низких температурах временно снижается токоотдача, и увеличивается скорость саморазряда источников питания. Это некритично, если после использования АКБ снова окажется в помещении с плюсовой температурой и после нагрева будет заряжена.

Но при долгом хранении на холоде быстрый саморазряд может спровоцировать критическую разрядку источника питания. А при хранении Li-Ion аккумуляторов на протяжении 3-х месяцев или более длительного срока с напряжением ниже 2,5 В емкость теряется необратимо – АКБ утрачивает способность к восполнению заряда. Поэтому заморозка литий-ионным аккумуляторам противопоказана. Оптимальная температура для их хранения– от +1 до +25 °С, допустимая – от 0 до +40 °С.

Хранить литиевые АКБ нужно в сухом месте, извлеченными из оборудования, с уровнем заряда порядка 40%. Это поможет не допустить критического снижения напряжения при саморазряде. Если же напряжение упадет ниже значения 2,5 В на элемент, последующее хранение АКБ в течение 3-х месяцев или более длительного срока приведет к невосстанавливаемому падению емкости. Может произойти и коррозия элементов. При хранении аккумуляторов более 7 дней с напряжением до2 В на элемент происходит критическое изменение их химической структуры. Такие элементы питания подлежат утилизации.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на холоде?

Зарядка аккумулятора на морозе недопустима. Более того – после использования при низкой температуре аккумуляторную батарею нужно выдержать в помещении, чтобы она прогрелась. Прогрев должен быть естественным и постепенным, без использования близко расположенных источников тепла.

Оптимальный температурный диапазон для подзарядки литий-ионных АКБ – от +10 до +25 °С. Если зарядить литиевый аккумулятор на холоде, при последующем нагреве накопитель энергии окажется перезаряженным. А перезаряд, как и критический разряд, губительно сказывается на работоспособности батарей и их ресурсе.

Простые правила для сохранения работоспособности АКБ

Уберечь литий-ионные батареи от преждевременного выхода из строя поможет соблюдение нижеприведенных правил:

Заряжайте АКБ, не дожидаясь ее глубокого разряда, при положительных температурах.
Не заряжайте переохлажденные источники питания. Вначале прогрейте их до комнатной температуры.
Используйте оригинальные зарядные устройства, рекомендованные для данной модели АКБ ее производителем.
Не храните литиевые батареи на морозе и при температуре выше 30 °С.
На длительное хранение отправляйте АКБ с уровнем заряда 35–50%.
Не допускайте продолжительного хранения накопителей энергии в состоянии глубокого разряда, иначе они быстро деградируют.
Избегайте перезаряда источника питания. Он неизбежен, если полностью зарядить АКБ в прохладе, а затем внести в более теплое помещение.

Морозостойкие аккумуляторы разных типов

К эксплуатации в холода наиболее адаптированы аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата и литий-титаната (LiFePO4 и Li4Ti5O12). Но для оснащения персонального электротранспорта модели на основе литий-титаната практически не используются из-за высокой цены и низкой удельной энергоемкости. Другое дело – батареи LiFePO4. Они считаются лучшим вариантом для использования в холодное время года, т. к.:

способны работать в широком температурном диапазоне – от -30 до +55°C;
отличаются малым сопротивлением;
долговечны;
термически стабильны;
терпимы к высокому заряду;
могут храниться при высоком напряжении;
максимально безопасны в применении, даже при 100% заряде.

Более чувствительны к низким температурам Li-Ion аккумуляторы типа LiCoO2 (литий-кобальтовые), LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель), LiNiMnCoO2 (литий-никель-марганец-кобальт-оксидные, сокращенно NMC).

Способы защиты литиевых АКБ от холода

Чтобы уберечь аккумуляторную батарею от воздействия отрицательных температур, не оставляйте ее надолго на морозе – по возможности снимайте АКБ и заносите в помещение. Защитить батарею от переохлаждения во время работы позволяет использование термокейса. Для его изготовления можно использовать изолон, пенопласт и другие термоизоляционные материалы. В процессе работы АКБ нагреется, а термокейс не даст ей быстро остыть во время непродолжительной стоянки.

Выводы

Боятся ли литиевые аккумуляторы мороза – зависит от химического состава используемого накопителя энергии и соблюдения правил его эксплуатации. Наиболее устойчивы к воздействию отрицательных температур батареи типа LiFePO4. Остальные литий-ионные АКБ также допустимо использовать зимой (до -20 °С), но желательно поместить их в термокейс из теплоизоляционных материалов.

Дальность хода на одном заряде у одной и той же батареи зимой будет ниже, чем в теплое время года, поскольку при снижении температуры временно уменьшается и емкость АКБ. Заряжать и хранить литиевые АКБ нужно исключительно при положительных температурах. После использования в холодных условиях аккумулятор нужно внести в помещение и выдержать 2–3 часа при комнатной температуре, а затем зарядить.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как собрать аккумуляторную батарею для электровелосипеда своими руками.

Очень простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

Домашний
Сделай сам
Очень простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

Всегда помните, что полностью заряженный литий-ионный аккумулятор 18650 имеет около 48000 Дж запасенной энергии. Интересно, что это значит? Это означает, что с его помощью можно расплавить 46 г меди. Вы не хотите плавить медь дома. Или на твоей скамейке. Так что не делайте глупостей и прочитайте мою правовую оговорку внизу страницы.

В последнее время было много случаев, когда мне приходилось использовать батареи для питания всевозможных устройств и прототипов. Во многом это связано с тем, что для некоторых действительно малошумных работ это единственно возможный подход, а для других случаев это был просто очень удобный способ разорвать контуры заземления. Естественно вопрос о «зарядке» возник довольно скоро. Сначала я просто использовал ограниченный по току лабораторный блок питания, но у меня быстро закончились каналы, так как мне нужно было также запитать другие устройства на стенде. Поскольку это происходило во время рождественских каникул, я начал задаваться вопросом, что делать. Удачи с покупкой чего-нибудь разумного в это время года, поэтому я решил быстро смоделировать что-нибудь.

Концепция

Как всегда, вы начинаете с чего-то простого, чего-то разумного, например: «Я просто хочу зарядить эти батареи». И тогда вы попадаете в этот водоворот «кроличьей норы» «других функций, которые были бы хороши». Каждый, кто что-либо проектировал в своей жизни, знает, о чем я говорю. Так родился список пожеланий:

Функции зарядки и разрядки
Выбор токов и напряжений для обеих функций
Индикация текущего состояния
Возможность измерения и индикации емкости
Возможность экспорта логов на ПК
Работа при напряжении питания 5 В
Минимум 4 канала

Из этого списка было видно, что какой-нибудь встроенный микроконтроллер с парой транзисторов просто не вырубит. Или потребуется гораздо больше времени на разработку, чем я был бы готов потратить на это. Поэтому я начал искать альтернативы и наткнулся на проект LINX MakerHub для LabView. Я был потрясен прямо здесь и тогда последствиями, которые это предоставило. Управление встроенными платформами, такими как Arduino и ChipKit, непосредственно из LabView открывает целый новый мир возможностей! Я действительно не знаю, почему вокруг этого так мало шума. Конечно, это не изменит индустрию автоматизации или что-то в этом роде. Потому что, скажем так, управление ядерным реактором (или даже котлом, если на то пошло) с какой-нибудь 4-долларовой платой Arduino, работающей на окнах «очень RTC», может быть не самой лучшей идеей. Но для самодельных целей (и не только) это действительно просто замечательно!

Аппаратное обеспечение

«Мозги» проекта работают на плате Arduino Nano. Этого щенка можно купить за 3,8 доллара (доставка включена, если вам интересно), так что да. Дешевле тогда не бывает. Эта плата основана на ATmega328P, которая имеет 8 аналоговых входов и 4 выхода PWM.

Мы должны измерить ток заряда, напряжение и управлять зарядным устройством. Это означает минимум 2 аналоговых входа и 1 ШИМ-выход на канал. Таким образом, эта плата как раз соответствует минимальным теоретическим требованиям для управления 4-канальным зарядным устройством.

Схема управления

Далее, как следует из названия проекта, нам нужна простая схема зарядки. В большинстве профессиональных коммерческих зарядных устройств используются 2 МОП-транзистора.

P-канал для зарядки и N-канал для разрядки. Также должен быть диод защиты от обратной полярности. В случае, если батарея подключена в обратном порядке, встроенный диод N-MOS будет проводить и производить много волшебного дыма. Вы точно этого не хотите. Также этот защитный диод должен НЕ быть в цепи обратной связи, так как это очень нелинейное устройство.

Фактическая схема

В нашем случае приведенная выше схема создает пару проблем. Первое — два мосфета это уже не так просто и второе — у нас не хватает каналов ШИМ для их управления. Конечно, мы могли бы сделать какую-нибудь мультиплексирующую схему и выбрать, какой мосфет управлять, но опять же — это не очень упрощенный подход. Итак, давайте перейдем к простому решению с одним мосфетом.

Вот полная схема для одного канала. Цифровой выход D2 Arduino управляет реле, которое, в зависимости от того, заряжаем мы аккумулятор или разряжаем, подключает его к земле или источнику питания зарядного устройства Vs. D3 — это ШИМ-выход, который управляет мосфетом. Цепь привода затвора, состоящая из резистора 5,6 кОм и конденсатора 10 мкФ, сглаживает ШИМ-сигнал и замедляет ПИД-контур (100 кОм — это просто понижение). Аналоговые входы Arduino A0 и A1 контролируют напряжение и ток батареи (используя чувствительный резистор 0,47 Ом), а резисторы 2,7 кОм предназначены только для защиты (подтягивание 22 кОм предотвращает плавание A0, когда он не подключен). И это в основном все. Проще некуда.

Есть только одна проблема. Ну, может, парочка. Во-первых, нет диода обратной полярности. Независимо от того, где вы его поместите, он всегда будет находиться в контуре обратной связи (по току или по напряжению). Во-вторых, вы должны вручную изменить полярность батареи при разрядке. Это цена за такой простой подход. Но что может быть хуже? Ну а если вы забудете поменять полярность батареи — на токоизмерительном резисторе будет -4В и через него потечет ток 8,5А. Следовательно, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ для заземления в схемах. И все — вы вытаскиваете предохранитель. Ниже приведена полная схема для всех 4 каналов.

Прошивка управления

Сначала вам нужно загрузить прошивку LYNX на плату Arduino NANO. Если у вас уже установлен LabView, это простая процедура с помощью мастера развертывания встроенного ПО. И я бы порекомендовал этот подход, если вы новичок в устройствах Arduino. После установки надстройки LINX с помощью VIPM запустите LabView, перейдите в Инструменты>>Makerhub>>LYNX>>Мастер прошивки LYNX и следуйте простым инструкциям. Студенческая версия LabView предоставляется бесплатно в течение 6 месяцев. Если вы не хотите загружать почти 2 ГБ с серверов NI, работающих на хомяках (на момент написания это было очень медленно), скачайте прошивку LYNX и загрузите ее с помощью Arduino IDE. Просто откройте Arduino IDE, щелкните Файл>>Примеры>>LINX>>LINX Arduino Nano Serial, создайте и разверните.

После успешного развертывания прошивки подключите Arduino к компьютеру и убедитесь, что в диспетчере устройств есть устройство USB-SERIAL. Фактическое имя устройства может отличаться в зависимости от того, какой USB-чип используется на вашей конкретной плате. Что важно, так это номер COM-порта (COM9 в примере выше). Запомните это, и все, вы готовы к работе!

Программное обеспечение для зарядки

Очевидно, оно было написано в LabView. Насколько я понимаю, это — единственный — визуальный язык программирования, который действительно работает на сегодняшний день. Конечно, у него есть тенденция делать вещи, которые были бы очень простыми в других текстовых языках, как-то сложными. Но затем он делает много других вещей, которые можно было бы написать целую вечность, на одном дыхании! Я люблю это. Вы можете скачать скомпилированный исполняемый файл здесь. Если у вас не установлен LabView, просто загрузите движок выполнения LabView и вы сможете без проблем запустить этот исполняемый файл.

Это пользовательский интерфейс с подходом «одно окно» (не хотелось бы больше). Настройте разделители разделов под размер экрана. При первом запуске введите настройки программы, которые соответствуют вашим потребностям. Выберите номер COM-порта в диспетчере устройств. Напряжение питания — введите напряжение питания зарядки (Vs на схеме). Также вы можете вручную настроить текущие коэффициенты. В основном это число, на которое вы умножаете, чтобы получить ток из измерения напряжения. Таким образом, для токоизмерительного резистора 0,47 Ом это 1/0,47 = 2,127. Позже вы можете откалибровать ток, отрегулировав это значение, чтобы оно соответствовало фактическому сопротивлению. Тогда есть возможность изменить опорное напряжение Arduino.

Прочтите предупреждение и убедитесь, что вы понимаете, что делаете. Если вы питаете Arduino от USB и используете режим AVCC по умолчанию, измерьте фактическое напряжение на контакте +5 В и введите это значение в REF OVERRIDE. Нажмите «Сохранить», когда закончите. Это создаст файл .ini в вашем пользовательском каталоге, чтобы сохранить все эти настройки в следующий раз.

Теперь нажмите CONNECT, чтобы увидеть момент истины. Если звезды выстроились правильно — вы должны увидеть активный зеленый индикатор Link и Loop rate, указывающий частоту обновления. Все остальное, я думаю, само собой разумеющееся.

Краткий обзор программы

Выберите функцию, нажимая кнопки ЗАРЯДКА или РАЗРЯДКА, введите параметры и нажмите Старт.

Реле срабатывает, и если вы не подключили аккумулятор, в статусе отображается ОЖИДАНИЕ. При подключении аккумулятора начинается зарядка.

Зарядка начинается в режиме постоянного тока, и в состоянии отображается CHARGE. Затем, когда достигается заданное напряжение, начинается TOPPING в режиме постоянного напряжения. На графике отображаются фактические значения напряжения (желтая кривая), тока (синяя кривая) и емкости (красная кривая) в зависимости от времени.

При достижении заданного тока отключения зарядка прекращается и отображается статус ГОТОВ. Вы можете сохранить этот график сейчас, нажав кнопку СОХРАНИТЬ. Он в формате .cvs, поэтому вы можете легко импортировать его в Excel для дальнейшего использования. Файл графика также содержит все параметры для текущего сеанса.

РАЗРЯД работает аналогичным образом. Нажмите функциональную кнопку DISCHARGE, введите параметры и нажмите Start.

Единственным существенным отличием является формат графика. Теперь это напряжение батареи в зависимости от емкости. Частота обновления графика составляет 1 секунду, поэтому на самом деле он также имеет отметку времени.

Как видно по номеру версии 0.9, это достаточно зрелая ревизия, которую я не боюсь публиковать. Это означает, что все действительно очевидные ошибки исчезли, и есть некоторые минимальные обработчики ошибок. Как, например, если батарея отключена, цикл может быть перезапущен с того места, где вы остановились. Но я уверен, что есть много других вещей, которые вы можете сделать, чтобы сломать его (или разжечь небольшой огонь), и я не планирую развивать его дальше. Так что используйте его на свой страх и риск и не задерживайте дыхание для обновлений.

Некоторые другие соображения

Я использую фиксированный канал 5 В 5 А от моего лабораторного источника питания для питания этого зарядного устройства (отсюда начальное требование 5 В). Другие варианты будут зависеть от ваших конкретных текущих потребностей. Я бы предложил использовать отдельные стабилизаторы напряжения для каждого канала. Таким образом, вы не получите никаких колебаний от других каналов при запуске/остановке циклов (очень важно в режиме CV, так как контроллер пытается удерживать напряжение в диапазоне мВ, регулируя ток). Простой 7805 справится со своей задачей, если будет достаточно тока зарядки 1А.

Так и должно быть, так как для большинства аккумуляторов 18650 это почти 0,5C зарядный ток. Кроме того, как показано на приведенных выше схемах, при использовании IRF540N и Rsense 0,47 Ом максимально возможный ток составляет 1 А. Если нужно больше — уменьшите Rsense. Тогда для питания используйте 7805 с внешним стабилизирующим транзистором, а еще лучше – купите дешевый импульсный блок питания на 5В.

Нечто подобное (5В 10А) можно было купить за 10$ (ага, включая доставку) на многочисленных китайских интернет-маркетах. На самом деле это меньше, чем 4×7805 и несколько хороших сглаживающих колпачков. И, наконец, вот моя настоящая издевка.

Неплохо для пары часов работы. Вам не нужен этот массивный радиатор. Для работы 1 А от источника питания 5 В будет только 1,5 Вт рассеяния в худшем случае на MOSFET. Я использовал его просто как основу для всего. Как видно далее, я также использовал простые мосфеты из своего мусорного ящика (на самом деле IRFP044N), поэтому максимальный ток составляет всего 0,8 А. Вот почему я рекомендую использовать логический уровень IRF540N. Я также исключил реле (только простые перемычки) и предохранители (я люблю жить опасно), что ни в коем случае не рекомендуется.

Так что берегите себя и наслаждайтесь мастерством!

arduino Micro USB 5V 1A 18650 TP4056 Модуль зарядного устройства для литиевых батарей Зарядная плата с защитой Двойные функции 1A Литий-ионный блок питания Электронный набор для хобби Цена в Индии

129

Описание

TP4056 Micro USB 5V 1A 18650 Защитный модуль платы зарядного устройства для литиевых батарей TP4056 представляет собой комплексное линейное зарядное устройство постоянного тока/постоянного напряжения для одноэлементных литий-ионных аккумуляторов. Его пакет SOP и небольшое количество внешних компонентов делают TP4056 идеально подходящим для портативных приложений. Кроме того, TP4056 может работать с USB-адаптером и настенным адаптером. Благодаря внутренней архитектуре PMOSFET не требуются затемняющие диоды, которые предотвращают цепь тока отрицательного заряда. Термическая обратная связь регулирует зарядный ток для ограничения температуры кристалла. Напряжение заряда зафиксировано на уровне 4,2 В, а ток заряда можно запрограммировать снаружи с помощью одного резистора. TP4056 автоматически завершает цикл заряда, когда ток заряда падает до 1/10 запрограммированного значения после достижения конечного напряжения подзарядки.

Specifications

In The Box

General

brand	arduino
Model Number	Micro USB 5V 1A 18650 TP4056 Lithium Battery Charger Module Charging Board С защитой Двойные функции 1A Li-ion
Тип	Блок питания
Минимальный возраст	5
ROHS Complaint	Yes
Material	Fiber

Dimensions

Width	1 cm
Высота	1 см
Другие размеры	90X03. 200004
Weight	2

Power Features

Battery Type	Lithium
No Of Batteries	1
Размер батареи	5 В пост. тока
Источник питания	Пост.0141	Потребляемая мощность	USB 5V 1A
Прочие характеристики питания	Светодиодный индикатор: красный — зарядка, синий — защита от напряжения полной зарядки: 5: 3A, защита от перегрузки по току. В, максимальный ток заряда: 1000 мА, напряжение отключения зарядки: 4,2 В +/- 1%, входное напряжение 5 В, автоматическая перезарядка, предустановленное напряжение заряда 4,2 В с точностью 1,5%, зарядка одноэлементных литий-ионных аккумуляторов напрямую через порт USB , Полное линейное зарядное устройство в упаковке SOP-8 для одноэлементных литий-ионных аккумуляторов, 2,9V Trickle Charge Threshold (TP4056)

Frequently Bought Together

arduino Micro USB 5V 1A 18650 TP4056 Lithium Battery Charger Modu. ..

4.2

(87)

₹175

₹200

12% от

Rotobotix Мужской до самок -джамперского проволока 20 см (40pcs)

4,2

(1,255)

Денгинеры CRT Kit01

111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111тели.0012 ₹ 175

2 Аддорн

₹ 461

Всего

₹ 636

Рейтинги и обзоры

87 рейтингов и

21 Обзоры

003

5 5555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555а

21. 3★

2★

1★

Pretty good

Yes best products

Debojit Baroi

Certified Buyer, Lido Town

Nov, 2020

Permalink

Report Abuse

Brilliant

Качество товара хорошее, но, пожалуйста, включите светодиодный индикатор.

ПОДРОБНЕЕ

Ранджан Сингх

Сертифицированный покупатель, Гувахати

Январь 2021 г.

Permalink

Report Abuse

Terrific

Nice kit

Shivraj Shirke

Certified Buyer, Sangli District

Feb, 2021

Permalink

Report Abuse

Great product

Это хороший продукт

ПОДРОБНЕЕ

Палаш Мандал

Сертифицированный покупатель, Dalkhola

Март, 2021

Постоянная ссылка

Сообщить о нарушении

Просто вау!

Очень очень хороший продукт спасибо Flipkart

Читать подробности

Flipkart Customer

Сертифицированный покупатель, Bengaluru

ФЕВ, 2021

PEMMAMALINK

Отчет Abuse

Отлично!!!

ПОДРОБНЕЕ

Клиент Flipkart

Сертифицированный покупатель, Haldia

Февраль 2021 г.

Постоянная ссылка

Сообщить о нарушении

Настоятельно рекомендуется

Отличный продукт, работающий идеально. Соотношение цены и качества.

Flipkart Customer

Certified Buyer, Secunderabad

Jan, 2021

Permalink

Report Abuse

Highly recommended

Good

Flipkart Customer

Certified Buyer, Islampur

ноябрь 2020 г.

Постоянная ссылка

Сообщить о нарушении

Не оправдал ожиданий

Очень дешево

ПОДРОБНЕЕ

ЯИКРИШНА . В. J

Сертифицированный покупатель, район Коттамам

октябрь, 2020

Постоянная ссылка

Отчет о злоупотреблениях

Потрясающий

Продукт хороша, но поздняя доставка

Redieck

FLIPK Product — это хорошо, но поздняя доставка

. Более

FLIPK Product — это хорошо, но поздняя доставка

. Более

FLIPK. Октябрь 2020 г.

Постоянная ссылка

Сообщить о нарушении

Все 21 отзыв

Есть сомнения относительно этого продукта?

Безопасные и надежные платежи. Легкий возврат. 100% подлинные продукты.

Как питать Arduino от батареи

Некоторые проекты предназначены для переноски или предназначены для удаленной работы. Учитывая это, нам нужен портативный источник питания, который можно оставить без присмотра на какое-то время. Один из способов сделать это — использовать аккумулятор.

Но какие факторы нам нужно учитывать? В этой статье мы обсудим требования к питанию батареи ваших устройств, управляемых Arduino, в соответствии с предполагаемой портативной и компактной конструкцией.

При проектировании Arduino с батарейным питанием всегда используйте Arduino наименьшего возможного размера. Например, Arduino Nano потребляет меньше энергии, чем Arduino UNO, а Pro-Mini потребляет меньше энергии, чем Nano. Всегда начинайте с самого маленького Arduino, который способен на то, что вы планируете построить. Arduino также включает библиотеку, которая создает режим энергосбережения, но мы рассмотрим это в другой статье.

Выбор размера батареи в соответствии с вашими потребностями

Существует множество способов питания устройства Arduino, но правильный выбор батареи может создать или разрушить в остальном хороший проект. Многие компромиссы необходимы, чтобы подобрать аккумулятор для конкретной задачи. Одним из первых решений, которое необходимо принять, будет выбор между основной или вторичной батареей.

Первичные батареи являются наиболее распространенным типом батарей и существуют уже более ста лет. Они не перезаряжаемые, стандартного размера и надежны практически в любой среде. Доступный в стандартных размерах от AAA до D Cell, он обеспечивает стабильное напряжение 1,5 В для питания устройства. Аккумулятор на 9 В также считается основным аккумулятором и на самом деле состоит из небольших отдельных элементов на 1,5 В. Первичные батареи хорошо подходят для портативных устройств, которые не находятся в отдаленных местах и не требуют слишком большой мощности.

С другой стороны, вторичные батареи бывают разных конфигураций и размеров. Они перезаряжаемы, надежны и обычно дороже, чем первичные батареи. В зависимости от конкретной батареи некоторые из них требуют особого обращения и уникальных зарядных устройств. При неправильном использовании они могут загореться или даже взорваться.

Номинал батареи должен дать вам представление о том, как долго вы можете рассчитывать на работу цепи. Например, если ваша схема постоянно потребляет 35 мА, можно ожидать, что батарея емкостью 3400 мАч проработает около 4 дней.

Первичные элементы

Угольно-цинковые батареи , щелочные батареи , 9V и монета являются типами первичных батарей (неперезаряжаемых), которые, скорее всего, будут использоваться в проекте Arduino. Каждый из них имеет различные характеристики, которые следует учитывать при выборе источника питания.

Угольно-цинковые Батарейки

Углеродно-цинковые батареи существуют уже более ста лет. Каждая ячейка способна обеспечить 1,5 вольта. Они недороги, рассчитаны на легкие нагрузки и имеют относительно долгий срок службы. Углеродно-цинковые батареи имеют длительный срок хранения, но не предназначены для использования при очень низких температурах и не подлежат перезарядке.

Никогда не используйте этот с первичными ячейками любого другого типа. Когда углеродно-цинковые батареи укладываются друг на друга для увеличения напряжения, все элементы должны быть одного типа. Углеродно-цинковые батареи Double-A (AA) имеют номинал 400-900 мАч. Сегодня они были заменены щелочными батареями, но включены сюда для целей обсуждения.

Щелочные батареи

Щелочные батареи имеют более высокую плотность энергии (сколько энергии удерживает батарея) и более длительный срок хранения, чем угольно-цинковые батареи. В зависимости от приложенной нагрузки рейтинг варьируется от 3000 мАч при низкой скорости тока до 700 мАч при большой нагрузке.

Выходное напряжение щелочной батареи падает по мере использования батареи, поэтому ее использование зависит от требований нагрузки. Он может легко справляться с легкими нагрузками, но большие нагрузки (1 А) сокращают срок службы батареи. Щелочные батареи Double-A (AA) способны обеспечивать ток примерно 700 мА без перегрева батареи. Щелочные батареи — хороший выбор для приложений с небольшой нагрузкой. В качестве плюса это позволяет вам перейти от ячейки AA к ячейке C или даже элемент D для увеличения емкости.

Аккумуляторная батарея 9 В ies

Вездесущая батарея 9 В относится к одной из двух категорий: литиевая или щелочная. Это неперезаряжаемая батарея, состоящая из небольших элементов, сложенных друг с другом для создания источника 9 В. Срок службы 9-вольтовой литиевой батареи емкостью около 500 мА·ч и током 25 мА составляет немногим более 24 часов. При подаче 1А это продлится менее 8 часов. Щелочные батареи способны на значительно меньшее.

При подключении к Arduino 9-вольтовая батарея проходит линейную регулировку, чтобы снизить напряжение до приемлемого уровня. Это само по себе будет облагать налогом типичную 9-вольтовую батарею. Было бы лучше, если бы 3 батарейки АА были подключены к входу 5V на Arduino в обход регулятора. Но это не означает, что Arduino нельзя модифицировать и запрограммировать для успешной работы с 9-вольтовой батареей. Подробнее об этом можно прочитать здесь.

Монета Cel l Батарейки

Батарейка типа «таблетка» представляет собой литиевую батарейку, которую невозможно перезарядить. Это считается ячейкой малой мощности, которую можно штабелировать для увеличения напряжения. Обычно он используется в небольших устройствах дистанционного управления и брелоках, но из-за его уникальной конструкции требуется специальный держатель. Из-за этого его использование несколько ограничено только очень маленькими схемами Arduino.

Вторичные элементы

Вторичные батареи являются перезаряжаемыми и доступны во многих различных размерах и конфигурациях. Вторичными батареями, которые, скорее всего, будут использоваться с системами на базе Arduino, являются литий-ионные, литий-полимерные, никель-металлогидридные и герметичные свинцово-кислотные батареи.

Литий-ионные и литий-полимерные батареи

Существует множество вариантов литий-ионной химии. Но мы сосредоточимся на литий-полимерных (LiPo) и литий-ионных (Li-ion) типах, потому что они наиболее популярны:

Lithium Ion Batteries vs. Lithium Polymer Batteries 9 Перезаряжаемый

Lithium Polymer	Lithium-Ion
Less power density	More power density
More expensive	Less expensive
Упаковка: гибкий пакет	Упаковка: цилиндрическая, призматическая (коробка)
Безопасность: безопаснее, чем Li-ion	Безопасность: может быть нестабильной, неправильная зарядка может вызвать проблемы
Н/Д	Включает схемы для регулирования мощности и разряда для предотвращения взрывов
Н/Д	Старение может вызвать проблемы
Перезаряжаемый

Оба обеспечивают напряжение от 3,7 до 4,2 В, что в среднем составляет 3,7 В.

При зарядке литиевых батарей зарядное напряжение должно быть меньше или равно напряжению батареи. Не заряжайте аккумулятор выше номинального напряжения . Встроенная схема предотвратит это.

Знайте текущие требования вашего устройства и никогда не потребляйте от батареи больше тока, чем она может обеспечить. Это также контролируется схемой, встроенной в литий-ионный аккумулятор. Никогда не пытайтесь заряжать аккумулятор при температуре выше 122 градусов по Фаренгейту .

Для зарядки литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов требуется зарядное устройство, специально предназначенное для них. Зарядное устройство не должно превышать 4,2 В. Большинство литий-ионных зарядных устройств позволяют вам использовать устройство во время его зарядки, подавая кнопку «OUT» для подачи питания на нагрузку во время зарядки аккумулятора.

Всегда обращайте внимание на номинал батареи «C» (C = показатель в ампер-часах/1 час). Аккумулятор емкостью 1300 мАч будет заряжаться током 1300 мАч в течение 1 часа. Зарядка при 0,5C займет 2 часа. Производители публикуют рекомендуемые рейтинги для зарядки своих аккумуляторов.

Никель-металлогидридные (NiMH ) батареи

Никель-металлогидридные батареи считаются заменой щелочным батареям. Они обеспечивают 1,25 В на элемент и перезаряжаются, но имеют проблемы с саморазрядом. Кроме того, он требует длительного цикла перезарядки и весит больше, чем литий-ионные аккумуляторы. Но они не представляют такой опасности, как литий-ионные, что некоторым кажется обнадеживающим.

Простым сравнением NiMH аккумуляторов было бы считать их перезаряжаемыми аккумуляторами AAA, AA, C и D, работающими от напряжения 1,2 В. Они обеспечивают только 1,2 В на элемент, в то время как литий-ионные / полимерные обеспечивают 3,7 В каждый.

Свинцово-кислотные батареи

Мы включили свинцово-кислотные батареи для тех специальных приложений, которые требуют большого количества энергии и находятся в удаленных местах. Помимо того, что они чрезвычайно громоздки, они также требуют более мощной схемы зарядки.

Внешний аккумулятор своими руками

Вы можете легко создать свой собственный внешний аккумулятор. Блок питания справа, оснащенный двумя литий-ионными элементами 18850, способен выдавать напряжение 3,3 В или 5 В. Устройство имеет встроенное зарядное устройство, которое позволяет заряжать его от USB-порта на ПК.

Спасибо за чтение и не забудьте оставить комментарий, если у вас есть вопросы о чем-либо!

Добавьте зарядное устройство к ESP8266 и ESP32 (отлично)

Последнее изменение 8 месяцев

Содержание

1 А что такого в том, что он хорошо сделан?
2 Заповеди Li-ion и Li-po аккумуляторов
3 Грех большинства проектов
4 Обычная и (очень) плохо сделанная система питания
5 Базовое решение
6 А как поступим это правильный путь?
7 Учебные материалы
8 Особенности, преимущества и функциональные возможности нашей системы питания от аккумуляторов
9 Анализ и практические испытания
10 MCP73871 Анализ и испытания зарядной платы
- 10. 1 Некоторые контакты MCP73871
  - 10.1.1 Контакт SEL (3) — работа от USB-порта или источника питания
  - 10.1.2 Контакт PROG2 (4) — максимальный ток порта USB при SEL = LOW
  - 10.1 .3 Контакт PROG1 (13) — Программирование тока нагрузки
  - 10.1.4 Контакт VPCC (2) — Контроль заряда, пропорциональный напряжению (важно для солнечных панелей)
11 Модификация платы для использования с зарядным устройством USB или питанием адаптер (изменить VPCC)
- 11.1 Отключение VPCC MCP73871
12 Шаг вперед и оптимизация потребления
13 Это будет продолжать расти …

В этом уроке я покажу вам, как добавить аккумулятор и зарядное устройство в любой проект на основе микроконтроллера, основан на Arduino , ESP8266, ESP32 или любые другие , правильно, безопасно, легко и недорого. .

Кроме того, к концу этого проекта речь идет не только о создании , но и о для комментариев по ходу дела, что очень важно для производителей, желающих питать свои гаджеты от батареек. Потому что, вы заметили «молодец» в названии?

Варианты использования безграничны, и хотя я буду использовать в качестве примера, мой проект домашнего измерителя CO2, вы можете использовать его в любом другом проекте.

Есть несколько случаев, когда мы хотели бы использовать монитор CO2 с батареями (по крайней мере, это часто случается со мной). Даже периодически калибровать на улице, мне хорошо, что они автономные. До сих пор я использовал powerbank (перезаряжаемый блок питания с аккумулятором), обычно используемый для питания мобильных телефонов , , но я подумал, что пришло время для более комплексного решения.

А что такого в том, что он хорошо сделан?

Установка батареи на гаджет, работающий от напряжения 5 В (или 3,3 В, если на то пошло), кажется одной из самых простых вещей в мире, верно?

У меня есть секрет : Эта статья не только рассказывает вам как «подключить» аккумулятор , но и учит вас почему важно делать это определенным образом , вот почему он такой обширный (и поверьте мне, он мог бы быть намного более обширным, если бы мы углубились в детали).

Я прошу вас об одолжении: даже если вы думаете, что это очень просто и что в этой статье слишком много слов для чего-то такого простого, пожалуйста, прочитайте всю статью (не просто идите «на сборку»), возможно, вы уже все это знаете, но, может быть, будете удивлены.

Думаю, теперь все знают, что Литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (литий-полимерные) батареи , или «Lipo», хрупкие и даже могут быть опасными . Наверняка многие из вас помнят о скутерах, которые не так давно оставили гореть в одиночестве на улице.

Мы живем с этими батареями, и обычно ничего не происходит, но это потому, что подавляющее большинство коммерческих устройств, которые их используют, знают о своих рисках и управляют ими надлежащим образом .

Опасность исходит не от самой батареи (ну, отчасти да), а, прежде всего, от ее использования.

Проблема заключается в том, что большинство из « неспециалистов » не знают (и это логично, они не должны знать), что такое « использование, которое делается из него » и тем более, когда они уверены, что если они возьмут аккумулятор и зарядное устройство и аккуратно вставят, то ничего страшного не произойдет.

ОШИБКА!

Существует тип использования, который является особенно деликатным и Меня тошнит от проектов с дизайном, который подвергает опасности вашу батарею, ваше устройство и ваш дом .

Этот тип использования, прежде всего, когда вы хотите использовать устройство и одновременно заряжать аккумулятор .

Подумайте об этом, не так много устройств, которые делают то, что . Мы можем думать о телефонах и, что они действительно расширены, еще несколько …

Мы хотим, чтобы батарея нашего счетчика всегда была заряжена, мы хотим, чтобы наше устройство работало, пока батарея заряжается . Мы не хотим выключать счетчик на несколько часов, пока заряжается аккумулятор.

Заповеди Li-ion и Li-po аккумуляторов

Это десять самых важных заповедей +1 при работе с Li-ion и Li-po аккумуляторами (за ними следуют другие):

Дон’ t перезаряжать аккумулятор
Не перезаряжать аккумулятор
Не перезаряжать аккумулятор
Не перезаряжать аккумулятор
Не перезаряжать аккумулятор0003 Не перекачивайте аккумулятор

Не перекачивайте аккумулятор

Не заменяйте аккумулятор

Не перегружайте батарею

Не перегружайте батарею
4
Не допускать короткого замыкания аккумулятор (это так же важно, как и предыдущие 10)

Не допускать переразряд аккумулятор ниже определенного уровня

Не допускать перегрева Аккумулятор

Не кладите батареи параллельно , если они не одинаковы и имеют одинаковый заряд

Они не единственные, но это то, что вы можете сделать пусть ваш дом загорится more без труда.

Грех большинства проектов

Большинство проектов, которые видны в Интернете, совершают серьезную ошибку , и я собираюсь рассказать вам, что это такое, простым способом, чтобы вы могли быстро понять это.

Если вы помните, первые десять заповедей гласили: «Не перезаряжайте аккумулятор» . Это означает, что в процессе зарядки аккумулятора есть определенный момент, в котором надо перестать заряжать его и не выходить оттуда . Продолжать заряжать аккумулятор после этого момента опасно.

Как вы понимаете, из предыдущего абзаца видно, что процесс зарядки аккумулятора очень деликатный и зарядные устройства для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов (в отличие от свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлические батареи, выдерживающие большие нагрузки) — очень точные устройства.

Я не буду подробно объяснять, как происходит процесс зарядки Li-ion и Li-po аккумулятора (возможно, в другой статье), но я собираюсь дать вам основные черты того, что делает зарядное устройство :
Процесс зарядки аккумулятора с помощью TP4056

Сначала зарядное устройство выполняет некоторые проверки безопасности , чтобы убедиться, что аккумулятор не подключен наоборот, находится в определенном диапазоне напряжения и т. д.

Затем зарядное устройство выполняет «Предварительное кондиционирование». , в котором он очень контролируемым образом и путем подачи малых токов проверяет, что батарея «поглощает» ток, который она должна поглотить, что ее напряжение повышается при подаче тока и так далее.

Начинается зарядка постоянным током , которая занимает почти весь процесс зарядки. Это означает, что зарядное устройство будет изменять напряжение , которое питает батарею, по мере необходимости, так что батарея всегда поглощает одинаковую интенсивность .

Когда зарядное устройство обнаруживает, что напряжение батареи близко к 4,2 В, что соответствует ее максимальному напряжению, оно начинает снижать силу тока подаваемого на аккумулятор.

Когда ток меньше определенного значения, зарядное устройство прекращает зарядку . Закончилось.

Ну, проблема в том, что в большинстве проектов последняя точка никогда не достигается и батарея заряжается, заряжается, заряжается. .. до тех пор, пока… пока не сядет батарея.

Вы замечали, сколько устройств, работающих от батареи, имеют с ней проблемы? Что ж, у вас есть веская причина.

А почему не перестает загружаться? Ну, это я тебе тоже объясню ниже.

Обычная и (очень) плохо сделанная система питания

Во многих (многих) проектах люди делают следующее:

Начинают с проекта, который нормально питается от 5 вольт.

Следующим шагом было бы добавить аккумулятор с его зарядным устройством (небольшая плата на основе интегральной схемы TP4056, которая прекрасно работает и способна заряжать аккумулятор с точностью до 1,5%), и который можно было бы оставить подключенным всегда постоянно заряжать аккумулятор:

Конечно, в предыдущем примере у нас была бы заряженная батарея, но эта батарея давала бы нам напряжение от 3 до 4,2 вольт, в зависимости от того, насколько она заряжена, и мы не могли бы использовать ее напрямую для питания нашей схемы. (для работы которого требуется 3,3 или 5 вольт).

Что делает наш умный конструктор, так это подключает параллельно аккумулятору схему, называемую «шаг вверх вниз» (среди других любопытных комбинаций слов, таких как бустер или SEPIC), на вход которой мы можем подать любое напряжение (в пределах несколько пределов, которые зависят от конкретной схемы, которую мы используем, скажем, между 2,5 и 30 вольтами) и что на выходе он всегда даст нам замечательные 3,3 или 5 стабилизированных вольт :

Но ох уж наш конструктор-любитель замечает через непродолжительное время ( когда сядет аккумулятор или случится беда , что бы ни случилось раньше, но его не будет долго), что здесь чего-то не хватает для правильной работы схемы и для спокойного сна по ночам .

Защита от переразряда , потому что, если вы оставите устройство подключенным слишком долго и батарея разрядится ниже точки, батарея умрет (некоторые батареи имеют встроенную защиту).

Защита от короткого замыкания , потому что, а если серьезно, в любой момент (и более в любительской схеме, каковой мы и являемся) кабель может задеть другой, и… дым, который несут все электронные компоненты внутри… (в лучшем случае чехлы).

Прочие средства защиты , которые не могут привести к возгоранию здания или дома, но которые удобно иметь.

Итак, вы возвращаетесь к макетной плате и меняете простое зарядное устройство, которое вы использовали для более полное зарядное устройство , которое включает в себя необходимые защиты (обратите внимание на соединения с зарядным устройством, они очень похожи, но не одинаковы: у предыдущего было только две клеммы выход а у этой четыре независимых клеммы , две для аккумулятора и еще две для выхода):

На данный момент у нашего конструктора-любителя есть то, что он хотел. Система питания, работающая от аккумулятора, которая может одновременно заряжать аккумулятор и питать устройство и имеет необходимые средства защиты . ..

Попробовал, работает! и так счастлив, что он публикует его…

Но этот дизайн (так широко распространенный, погуглите, если хотите, и вы увидите их сотни) скрывает темную тайну, смертный грех , который может подвергнуть нас опасности:

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НИКОГДА НЕ ЗАКОНЧАЕТ ЗАРЯДКУ АККУМУЛЯТОРА, НАРУШАЯ ПЕРВЫЕ 10 ЗАПОВЕДЕЙ!

И почему это происходит?

Ключ находится в первом пункте таблицы данных интегральной схемы TP4056:

«TP4056 автоматически завершает цикл заряда, когда ток заряда падает до 1/10 запрограммированного значения после достижения конечного плавающего напряжения».

Это означает, что TP4056 прекратит зарядку аккумулятора только тогда, когда конечное напряжение достигнет 4,2 В и зарядный ток упадет до одной десятой запрограммированного зарядного тока.

По умолчанию на большинстве плат с TP4056 (и иже с ним) запрограммирован ток нагрузки 1 Ампер (его можно модифицировать изменением сопротивления), а значит до тех пор, пока не будет потребления менее 100 мА, процесс зарядки не будет прерван, и, поскольку у нас подключена дополнительная цепь, « висит на зарядном устройстве », зарядное устройство будет « сбито с толку » этим дополнительным потреблением и никогда не будет прекратить зарядку аккумулятора.

Если запрограммированный зарядный ток равен 500 мА. зарядное устройство заканчивало зарядку аккумулятора только тогда, когда напряжение достигало 4,2 В, а потребление составляло менее 50 мА .

Основное решение

Решение предыдущей задачи состоит в том, чтобы получить , что цепи зарядки аккумулятора и питания нашего устройства независимы .

Посмотрите на диаграмму ниже, представьте, что у нас есть этот переключатель в нашей схеме и он меняется автоматически в зависимости от того, подключен внешний источник питания или нет .

Здесь у нас есть с внешним питанием, подключенным . Как видите, аккумулятор продолжает заряжаться, но не имеет никакого отношения к нашей схеме :

А здесь у нас есть только с батареей :

Электронно это обычно делается MOSFET транзистором и диодом , работающими вместе, так что между ними способны направить ток по правильному пути , в зависимости от того, есть ли внешний источник питания или нет:

В основном у нас есть та же запрещенная цепь, что и раньше , но теперь у нас есть тот самый « автоматический выключатель », который выбирает правильный путь для тока .

Ниже приводится путь, который проходит ток при подключении внешнего питания. Как видите заряд батареи и источник питания нашего устройства полностью независимы :

При отсутствии внешнего питания наше устройство питается только от аккумулятора :

Кроме того, таким образом также мы отдаем приоритет внешнему питанию от аккумулятора при питании устройства от кабеля, так что будем чтобы наша схема не вызывала непрерывная зарядка и разрядка аккумулятора (что сильно сократит его жизнь).

Изображения выше взяты из отличной заметки производителя Microchip по применению , где говорится о конструкции зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов и схемах « распределение нагрузки » (распределение нагрузки) или « путь питания » (путь потока). Если вам интересно узнать больше о , рекомендую прочитать, здесь .

И как это сделать правильно?

Несколько лет назад нам понадобилось бы много компонентов: несколько для защиты аккумулятора, несколько для зарядного устройства, несколько для «распределения нагрузки». Теперь у нас есть на рынке интегральные микросхемы , которые выполняют все эти функции в четверти квадратного сантиметра .

Решение, которое я предлагаю вам на этот раз, основано на одной из этих интегральных схем. Интегральная схема MCP73871 .

Техническое описание MCP73871 можно найти здесь.

Из-за такого маленького размера изготовителю очень сложно правильно паять. Хорошей новостью является то, что мы можем купить плату со встроенным MCP73871 и всеми компонентами, необходимыми для работы , менее чем за 2 € . Так что проект супер легкий !

Я подготовил полный видео-учебник, где я все объясняю, Шаг за шагом .

Не пропустите, если когда-нибудь вы планируете добавить аккумулятор и зарядное устройство к любому из ваших проектов.

Кстати, пока не забыл, и как я рассказываю в видео, эта схема полностью совместима с зарядкой аккумулятора солнечными панелями (5,5 и 6В), так как обладает интеллектом, необходимым для того, чтобы не перегружать солнечную панель и всегда извлекайте максимально возможную энергию. Ниже вы можете прочитать больше об этой функции, называемой VPCC.

ВАЖНО (ОБНОВЛЕНИЕ ИЗ ПЕРВОГО ВИДЕО):

Если вы собираетесь использовать эту плату, питая ее от зарядного устройства или блока питания, я рекомендую вам подключить ее, как я указываю ниже (ввод тока на клеммы + и — вместо клеммы PWR, внимательно посмотрите на картинку, чтобы не перепутать два контакта с пометкой «+», которые расположены довольно близко друг к другу):

Также проверьте ниже, а в второе видео , так как следует доработать плату, чтобы оптимизировать ее для использования с адаптером питания или зарядным устройством.

Учебник разделен на два видео:

В первом видео вы увидите объяснение и общую сборку.

На втором видео Вы увидите рекомендуемые модификации для корректной работы зарядного устройства с внешним адаптером питания или зарядным устройством (вместо солнечной батареи).

Видео немного длинное, потому что они очень подробно объясняются и полны советов и информации, которые, как мне кажется, могут быть интересны.

Если вам нравятся видео, не забудьте поставить «Нравится» и подписаться на канал. Это будет мотивировать меня продолжать снимать подобные видео.

Также относится: Чтобы узнать, как измерить напряжение батареи с помощью ESP Easy с помощью Arduino, ESP8266 или ESP32 (или любым другим способом), обязательно ознакомьтесь со следующим руководством:

Учебные материалы

В в учебнике я использовал очень дешевые и легко найти материалы .

Я оставляю вам ссылки, где я купил компоненты и материалы, которые я использовал для создания учебника:

👉 Power management board, charger MCP73871 DIY More

👉 Step up booster board

👉 Battery protection board

👉 Silicone cables

👉 RMA- 223 Паяльный флюс

Особенности, преимущества и функциональные возможности нашей системы питания от батарей

Существуют и другие способы решения этой проблемы, но тот, который я предлагаю в этом руководстве, имеет много преимуществ . Вот некоторые из них:

Интегрированное распределение заряда системы и управление зарядом батареи ( распределение нагрузки / путь питания ).

Одновременное питание и нагрузка системы литий-ионный аккумулятор

пропорциональное напряжение тока пропорциональное управление (VPCC) обеспечивает приоритет зарядки системы над зарядным током литий-ионного аккумулятора
диод» операция
Контроллер полное управление линейной нагрузкой .

Встроенная цепь питания Транзисторы

Встроенная защита от обратного разряда .

Выбираемые источники питания: Порт USB или настенный адаптер Переменный ток Постоянный ток

У вас также есть несколько дополнительных опций (для некоторых из них вам нужно будет проверить техническое описание интегральной схемы, чтобы узнать, как их использовать им):

Предустановленное высокоточное напряжение зарядки Варианты:

Зарядка аккумулятора при 4,10 В, 4,20 В, 4,35 В или 4,40 В

Допустимое отклонение 0,5%.

Постоянный ток/постоянное напряжение (CC/CV)

Максимальный общий входной ток 1,8 А (с радиатором). Без радиатора рекомендуется не превышать 1А .

Программируемый ток быстрой зарядки по сопротивлению. Управление: от 50 мА до 1 А

Уставка нагрузки, программируемая резистором

Выбираемое управление входным током USB. Абсолютный максимум: 100 мА (L) / 500 мA (H)

Автоматическая перезарядка

Автоматический контроль завершения зарядки

Таймер безопасности с включением/выключением таймера

Предварительное кондиционирование 0,1C для сильно разряженных элементов

Аккумулятор контроль температуры

Блокировка низкого напряжения (UVLO)

Индикатор низкого заряда батареи (LBO)

Индикатор состояния питания (PG)

Индикаторы состояния заряда и ошибок

Кроме того, благодаря улучшениям, представленным во втором видео, мы достигнем:

Оптимизирован для использования с внешним зарядным устройством или источником питания

Защита от короткого замыкания

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки по току

Измерение напряжения батареи от ESP8266

Анализ и практические тесты

Вот вам и первый практический тест.

Меня очень поразил тот факт, что на этой плате была цифра , поэтому чрезвычайно большой конденсатор (4700 мкФ 25 В), особенно когда производитель чипа рекомендует использовать конденсатор 4,7 мкФ в своем техническом описании.

Мне кажется, что ответ есть в самом даташите и я его отмечаю ниже.

Конечно, здесь написано «любой хороший конденсатор выходного фильтра», а «хороший конденсатор» стоит недёшево , поэтому производитель , похоже, решил сэкономить, используя посредственный, но намного больший конденсатор. .

Чтобы проверить, так ли это, я выполнил следующие два теста:

С оригинальным конденсатором из 4700 мкФ 25 В . С входом 5В от повербанка.

А результат следующий:

С танталовым конденсатором 4,7мкФ 25В, как указано производителем микросхемы.

Результат такой:

Как видите, результат практически тот же (чуть лучше с танталовым 4,7мкФ 25В, так как конденсатор более качественный).

В обоих случаях результат очень хороший , особенно принимая во внимание, что, вероятно, часть наблюдаемого шума исходит от самого осциллографа, который также находится в достаточно электрически шумной среде.

Это были экспресс-тесты без нагрузки . Может быть так, что при увеличении нагрузки конденсатора 4,7мкФ не хватает и надо ставить большего размера. Я сделаю больше измерений, когда у меня будет время, и выложу их здесь.

Также вполне возможно, что этот конденсатор большей емкости необходим при использовании солнечных панелей .

MCP73871 Анализ и испытания зарядной платы

Обновление (23 марта 2021 г.): загадка раскрыта. Проблемы, о которых я расскажу ниже, были вызваны неправильной настройкой VPCC. Если вы собираетесь использовать плату с блоком питания или зарядным устройством USB, читайте ниже пункт «Модификация платы для использования с зарядным устройством/блоком питания (модификация VPCC)», чтобы узнать больше.

Эта плата управления питанием и зарядкой немного загадочна.

Вроде как недорогая версия платы Adafruit «USB, DC & Solar Lipoly Charger», которая с тем же чипом и теми же характеристиками стоит 17 евро. Adafruit больше не продает эту плату, она заменила ее на аналогичную с чипом BQ24074.

Реальность такова, что после того, как счетчик, с помощью которого я написал эту статью и записал видео, работал в течение нескольких недель без каких-либо проблем (в основном подключен к сети, с очень небольшим использованием батареи), после комментария пользователя, который сказал, что счетчик не работает, если в нем не установлена батарея (что теоретически не будет проблемой, согласно даташиту MCP73871) я начал исследовать и обнаружил некоторые вещи немного странно …

Дело в том, что я еще не успел сделать проверки счетчика, который собрал (вы уже видели на видео, что все приклеено и довольно плотно, так что придется много разбирать) но Я сделал тестовую сборку, состоящую из: лабораторного блока питания на входе Power, аккумулятора 18650 емкостью 2800 мАч на входе BAT и управляемой компьютером электронной нагрузки на выходе.

Первые результаты испытаний оказались очень загадочными…

С источником, установленным на 5,0 В и ограниченным 1 А, заряженной батареей (4,15 В) и нагрузкой, которая увеличивалась с 0,1 А до 1,2 А с шагом 0,1 А каждые 2 секунды, результат был следующим:

Как видно как нагрузка увеличивается (красная линия) напряжение выдаваемое платой (синяя линия) уменьшается так что при нагрузке 0.5А подаваемое напряжение 3.79В а при нагрузке 1.2А напряжение падает уже до 3.16 А.

К сожалению, производитель платы (DIY More) не опубликовал ни схему, ни документацию по ее использованию, поэтому необходимо реконструировать плату с помощью микроскопа, мультиметра и даташита.

Обновлено 23.03.2021 : Благодаря пользователю jcomas у нас есть схема платы «Сделай сам». (Спасибо, Джозеп!)

Обновление (23.03.2021): Тайна раскрыта. Как я упоминал выше, если вы собираетесь использовать плату с блоком питания или USB-зарядным устройством, прочтите пункт «Модификация платы для использования с зарядным устройством/блоком питания (модификация VPCC)» ниже, чтобы узнать больше.

Обновление (04.01.2021): Опубликовано второе видео с модификацией VPCC, улучшениями, оптимизациями, защитой.

Некоторые выводы микросхемы MCP73871

Микросхема MCP73871 имеет несколько выводов, которые в зависимости от того, установлен ли на них высокий или низкий логический уровень, изменяют рабочие характеристики микросхемы, активируют и деактивируют опции и т. д.

В техническом описании вы можете найти подробное описание того, что каждый из них делает.

Далее я подробно расскажу о некоторых проверках, измерениях и тестах, которые я провел на некоторых контактах в процессе обратного проектирования, о котором я вам рассказывал.
9Контакт 1496 SEL (3) — работа от USB-порта или источника питания
Этот контакт позволяет MCP73871 работать в двух режимах: «USB» или «Питание».

При установке на низкий уровень режим работы — USB , и в этом режиме MCP73871 будет ограничивать потребление тока, чтобы не повредить USB-порт, к которому он подключен (согласно стандарту USB эти порты имеют относительно низкую ограничения мощности).

Если вывод установлен на высокий уровень , рабочий режим будет «адаптер питания» . В этом случае MCP73871 снимает ограничения по потреблению входного тока и будет потреблять до 1,8А от блока питания, к которому он подключен.

Эта плата имеет номер по умолчанию с этим выводом, установленным на высокий уровень (через резистор 10 кОм), поэтому ее режим работы — с адаптером питания, который может потреблять до 1,8 А.

Плата имеет в нижней части контактную площадку с маркировкой SEL , которая позволяет легко модифицировать этот уровень контактов (конечно, легко, если знать, как его использовать. Мне все еще нужно изучить схемы).

Контакт PROG2 (4) — Максимальный ток USB-порта, когда SEL = LOW

Этот контакт позволяет, когда MCP73871 работает в режиме USB (контакт SEL на низком уровне), выбрать, хотим ли мы, чтобы чип потреблял больше энергии. до максимум 100 мА или 500 мА (низкий уровень = 100 мА, высокий уровень = 500 мА).

Этот контакт доступен снизу платы на контактной площадке с маркировкой PROG2 .

Вывод PROG1 (13) — программирование тока нагрузки

Ток заряда батареи можно запрограммировать с помощью резистора, подключенного к выводу PROG1 микросхемы MCP73871, таким образом, его можно регулировать между 100 мА и 1000 мА .

Плата поставляется производителем с резистором 2K , который программирует MCP73871 на зарядку аккумулятора 500 мА . Заменив резистор 2K на сопротивление 1K, мы получим ток нагрузки 1000 мА , а если мы заменим его на 10K, ток нагрузки будет ограничен 100 мА.

На следующем графике вы можете увидеть, каким будет зарядный ток для различных значений сопротивления, подключенного к PROG1, чтобы вы могли выбрать то, которое подходит вам лучше всего.

Помните, что всегда должен соблюдаться максимальный ток заряда, указанный производителем аккумулятора. Когда эти данные недоступны, допустимым значением будет 90 611, половина емкости аккумулятора 90 612 (то есть, если аккумулятор 1200 мАч, обычно допустимо заряжать его током 600 мА).

Вывод VPCC (2) — Контроль заряда, пропорциональный напряжению (важно для солнечных панелей)

Этот вывод важен для работы MCP73871, так как от него зависит одна из основных характеристик этой микросхемы, что отличает ее от других подобных чипсы.

MCP73871 позволяет заряжать батарею с помощью солнечных панелей (максимально увеличивая ее эффективность, чтобы в полной мере использовать энергию, которую могут предоставить эти панели), и одной из характеристик панелей является то, что чем больше вы заряжаете солнечную панель (запрашивая для большей интенсивности выхода) есть критическая точка, в которой панель «схлопывается»; его напряжение резко падает, как и энергия, которую он может отдавать.

Это означает, что мы должны быть осторожны, чтобы панель не рухнула. Другими словами: вы должны попытаться получить от него максимально возможную интенсивность, но непосредственно перед точкой «коллапса» , и эта точка постоянно меняется в зависимости от солнечной энергии, которая существует в этот момент, и от потребления контура, который мы подключили.

Функция VPCC, включающая микросхему MCP73871, служит для оптимизации и работает следующим образом (краткое и простое объяснение, чтобы вы поняли, о чем идет речь, чтобы узнать больше, см. техническое описание, где эта функциональность подробно описана):

MCP73871 отслеживает напряжение, подаваемое панелью, через делитель напряжения, который подключается к выводу VPCC. Делитель напряжения необходимо рассчитать так, чтобы на выводе VPCC было 1,23В при оптимальном напряжении солнечной панели, позволяющем отдавать максимальную энергию.

Когда напряжение на выводе VPCC падает ниже 1,23 В , микросхема снижает требуемую от панели интенсивность, снижая ток зарядки, чтобы отдать приоритет устройству, подключенному к ее выходу (и обеспечивая необходимую интенсивность от аккумулятора, если что солнечной панели не хватает, пока не в комплекте).

Эту функцию можно отключить, подключив вывод VPCC к IN.

Например, если у нас есть система, предназначенная для панелей, которые обеспечивают 5,5 В с допуском ± 0,5 В (что довольно часто), нам придется выбрать наихудший сценарий, который в этом случае будет 5,0 В, для расчета напряжение, которое мы должны подать на вывод VPCC через делитель напряжения.

Этот делитель напряжения, который вы видите в примере, очень похож на тот, который установлен на нашей плате с завода. Разница в том, что вместо резистора 330К у нас резистор 270К, а вместо резистора 110К у нас резистор 100К.

Выбранная нами плата настроена на заводе для оптимизации работы в качестве зарядного устройства с солнечной панелью, а не с блоком питания или портом USB.

Как и , наша плата оптимизирована на заводе для использования с солнечными панелями с напряжением 5,0 В, возможно, что, если мы подключим его к зарядному устройству USB или адаптеру питания, напряжение упадет ниже 5,0 В (из-за падения напряжения в кабелях и допусков компонентов), что будет означать что MCP73871 будет ограничивать ток, который он потребует от зарядного устройства или адаптера питания, дополняя энергию, которой не хватает для питания схемы от батареи.

Важно: Если вы собираетесь использовать эту схему с солнечными панелями и собираетесь питать оборудование 5 В Вместо «шага вверх» рекомендуется использовать «шаг вверх вниз», так как солнечные батареи могут выдавать до 5,5 или 6В на полной мощности. «Повышение» только повышает напряжение (поэтому входное напряжение должно быть ниже выходного напряжения), в то время как «шаг вверх-вниз» может повышать или понижать его, в зависимости от того, ниже ли входное напряжение. или выше желаемого.

Модификация платы для использования с зарядным устройством USB или адаптером питания (модификация VPCC)

Если мы собираемся регулярно использовать нашу зарядную плату с питанием от зарядного устройства или блока питания (хотя во многих случаях все работает правильно, потому что напряжение остается выше 5В) целесообразно уменьшить VPCC, доработав делитель напряжения или отключив его путем подключения вывода VPCC к IN.

Как я уже упоминал в предыдущем пункте, плата в том виде, в каком она идет с завода, оптимизирована для зарядки от солнечных батарей, при этом VPCC отрегулирован так, чтобы зарядный ток уменьшался при снижении напряжения питания ниже 5В.

При использовании платы с блоком питания или USB-зарядным устройством это лотерея, потому что в зависимости от нескольких факторов, о которых я уже упоминал, источник питания может легко упасть ниже 5 В, поэтому ток зарядки будет резко снижен. .

Для решения этой проблемы у вас есть два варианта:

Вы можете полностью отключить VPCC, привязав пин VPCC к IN.

Вы можете изменить делитель напряжения VPCC, чтобы снизить напряжение, с которого падает нагрузка.

Здесь я объясню, как можно легко полностью отключить VPCC (вариант 1).

Я не буду пошагово объяснять вариант 2 по двум причинам: во-первых, обычно в этом нет необходимости, если вы собираетесь использовать плату с зарядным устройством USB или блоком питания. Во-вторых, при расширенном использовании предполагается, что вы знаете, что делаете, и в предыдущем пункте я уже объяснил, как самостоятельно рассчитать делитель напряжения.

Отключение VPCC MCP73871

Как я упоминал ранее, мы можем деактивировать эту функцию , присоединив вывод VPCC к Vin.

И что как мы делаем это ?

Ну, тут все просто: Как я уже объяснял, вывод VPCC подключается к входу питания через делитель напряжения следующим образом:

Этот делитель напряжения, который вы видите в примере, очень похож на тот, что есть на нашей плате. установлен с завода. Разница в том, что вместо резистора 330К у нас резистор 270К, а вместо резистора 110К у нас резистор 100К.

Это положение двух интересующих нас резисторов на нашей пластине (R1 и R5 это шелкография, которая на пластине, хотя сейчас вы ее плохо увидите, потому что резисторы находятся поверх шелкографии, скрывая it):

Так как нам нужно подключить пин VPCC напрямую к Vin, нам нужно только убрать оба резистора и на место занимаемое резистором 270К сделать перемычку с каплей олова или кусок провода (где был резистор 100К). Вот и все!

У вас есть пошаговые инструкции, чтобы сделать эту модификацию во втором видео, которое вы можете найти выше.

Повышающий уровень и оптимизация потребления

После долгих исследований выяснилось, что используемый повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем, основан на интегральной схеме MT3608 (или китайской версии).

Интересная особенность этой микросхемы заключается в том, что она имеет ENABLE контакт (включение), который позволяет вам «включать и выключать» по желанию шаг вверх от вашего микроконтроллера , и таким образом вы можете включать и выключать датчики или исполнительные механизмы, которые вы к нему подключили, для экономии энергии.

Его работа очень проста: когда этот вывод подключен к VCC, работает повышающий и на его выходе мы получим ожидаемое напряжение. При подключении вывода к GND микросхема будет «выключена» и на ее выходе мы получим 0 вольт (что на практике означает отключение всего, что мы к ней подключили).

Это необходимо для экономии энергии.

Плата повышения не имеет этого контакта, и он поставляется с завода, постоянно подключенным к VCC (так что повышение всегда работает), поэтому, если вы хотите использовать этот контакт, вам придется немного выполнить . модификация , состоящая из перерезания дорожки, которая подключается к VCC и соединения вывода с выводом на микроконтроллере , с помощью кабеля.

Когда контакт вашего микроконтроллера находится на уровне 1 (включен), мы начинаем повышение, а когда он находится на уровне 0, мы останавливаем его.

Это сложная операция, учитывая небольшой размер компонентов, но, как я всегда говорю, нет ничего невозможного, если проявить немного решимости.

На следующих фотографиях вы можете видеть дорожку печатной платы, которую вам нужно разрезать, чтобы отключить ее от VCC, а также провод, припаянный к контакту ENABLE, который вы должны подключить к контакту вашего микроконтроллера, который вы хотите шаг вверх, чтобы включить и выключить.

Вот ссылка на таблицу данных MT3608, если вы хотите узнать о нем больше.

Это будет продолжать расти…

С этого вы можете начать, хотя многое осталось в разработке .

Есть еще вещи, которые я буду добавлять на эту страницу по мере их подготовки, так как видео становится слишком длинным и «много ткани, которую нужно вырезать».

Также хочу показать другие подобные платы, тесты, замеры и анализ работы, проведенные с осциллографом, электронной нагрузкой и другими измерительными приборами.

И знаете, если вы хотите, чтобы я подробно остановился на каком-либо конкретном аспекте этой темы, оставьте это в комментариях.

Подпишитесь сейчас на рассылку новостей и присоединитесь к группе Telegram и не пропустите.

Насколько полезен был этот пост?

Нажмите на звездочку, чтобы оценить!

Средняя оценка 4.5 / 5. Всего проголосовало: 11

Голосов пока нет! Будьте первым, кто оценит этот пост.

Сожалеем, что этот пост не был вам полезен!

Давайте улучшим этот пост!

Расскажите, как мы можем улучшить этот пост?

Подсчет кулонов [1 из 2] — Arduino и ESP32 на литиевых батареях [Pin-Depth]

Когда вы разрабатываете свои проекты на своем рабочем столе или в пещере <политически_дружественный_выбранный_гендер>, обеспечить питание очень просто! Вы почти наверняка так или иначе подключены к сети. Даже если вы используете свой ноутбук с USB-кабелем, подключенным к вашему проекту, вы по-прежнему эффективно питаетесь от внешнего источника.

Иногда легко упустить из виду географические или служебные ограничения области, в которой будет развернут ваш проект.

Черт возьми, иногда — даже когда вы знаете, вам нужен собственный источник питания для ваших устройств — трудно понять каким должен быть этот источник питания, каким сколько энергии вам нужно подавать, как долго устройство должно работать от этого источника питания и т. д.

Да, вы можете подключить несколько щелочных или никелевых батарей, но даст ли это то, что вам нужно?

Кроме того, как вы контролируете этот блок питания? Как ваша программа узнает о низком уровне заряда батарей?

В этой статье мы рассмотрим использование литиевых батарей с Arduino и ESP32 ( соответственно ). Мы собираемся открыть для себя способы подключения литиевых батарей к нашему устройству, способы зарядки этих батарей, как получить правильное напряжение питания устройства от батарей и, что особенно важно, как контролировать состояние этих батарей (9). 0018 как при зарядке, так и при разрядке ).

Из-за огромного количества информации, которую нам нужно охватить, мы разобьем эту статью на две части.

Часть первая (часть, которую вы сейчас читаете) будет полностью посвящена аппаратному обеспечению (компоненты и проводка).

Часть вторая (последняя) будет полностью посвящена программному обеспечению (работе с литиевыми батареями в ваших программах MCU).

Подключайтесь и заряжайтесь… у нас есть запас хода!

Кривые разряда:
Почему нельзя
Просто измерить напряжение!

Возможно, вы знакомы с основными понятиями использования AREF ( Опорные напряжения ) для определения приблизительного оставшегося заряда батареи.

Это наиболее распространенный подход к мониторингу батарей, когда речь идет о щелочных или свинцово-кислотных батареях, и его чрезвычайно просто реализовать в коде. Если вы знаете максимальное напряжение и текущее напряжение, вы можете легко рассчитать оставшийся процент.

Это работает с щелочными и свинцово-кислотными батареями, потому что их разрядные кривые довольно Линейный . То есть напряжение батареи падает почти в той же пропорции, что и общая оставшаяся емкость.

Однако литий отличается! Литиевые элементы (, будь то литий-ионные или литий-полимерные ) сохраняют очень высокое напряжение на протяжении большей части общего цикла разрядки. Действительно, вы не увидите большой разницы в напряжении с литиевым элементом между 90% его полной емкости и 20%.

Это означает, что мы не можем полагаться на эталонное напряжение для получения какой-либо значимой информации о состоянии заряда литиевой батареи.
Кривая разряда батареи
Действительно, именно это и является причиной этой (двухчастной) статьи! Обеспечить средство контроля надежности литиевых батарей, питающих ваше устройство (устройства).

Прежде чем мы углубимся в решение, давайте поговорим о разных литиевых батареях, их плюсах, минусах и сопоставимых свойствах.

Литий-ионный (Li-Ion)
по сравнению с
Литий-полимерный (Li-Po)
43 9143 -20 до 35º C 8 -20 -20.0612

Атрибут Литий-ионный Li-Po

Low Usable Voltage 3v 3v

High Usable Voltage 4.2v 4.2v

Energy Density Самый высокий Низкий

Физическая гибкость Очень низкий Умеренный

1 2 Heavier Lighter

Volatility High Low

Charging Time Slower Faster

Cost Inexpensive Slightly more Expensive

Емкость Ниже Приблизительно в 2 раза выше

Диапазон рабочих температур -20 до 60º C -20 до 60º C

Импеданс (ω) <100 МОД <50 МОм
<50 МОм

<50 МОм

<50 МОм

<50 МОм

. от 0 до 40º C

Оптимальный диапазон хранения -20 до 35º C -20 до 35º C

Нет (обычно запечатаны в устройстве)

Общие приложения Ноутбуки, электромобили, устройства ИБП, бытовая электроника с высоким энергопотреблением (где требуются сменные батареи), компьютерная периферия Планшеты, мобильные телефоны, радио -Управляемые транспортные средства (дроны), потребительские электронные устройства с низким энергопотреблением, такие как наушники

Сравнительная матрица — литий-ионные и литий-полилитий-ионные аккумуляторы
При выборе аккумулятора для вашего устройства вам сначала нужно решить, какого размера и форма, которую вы ищете. И литий-ионные (Li-Ion), и литий-полимерные (Li-Po) сопоставимы, когда речь идет о потенциальной выходной мощности, а литий-полимерные имеют преимущество с точки зрения общего времени работы на одну зарядку на объем.

Однако литий-ионные батареи весят значительно больше, чем литий-полимерные, негибкие ( обычно внутри металлического корпуса для обеспечения жесткости ) и имеют фиксированные форм-факторы, что может ограничить их полезность в ваших проектах.

Между тем, литий-полимерные (Li-Po) более гибкие, чем их литий-ионные аналоги. Литий-полимерные аккумуляторы доступны в более широком диапазоне форм-факторов, емкостей, веса, размеров и т. д. быстро, и их может быть целых в два раза превышает время работы своих литий-ионных аналогов с точки зрения емкости по объему.

Литий-полимерные аккумуляторы также сохраняют заряд при хранении значительно дольше, чем литий-ионные, что может быть значительным преимуществом для устройств, способных входить в состояние глубокого сна.

Действительно, меньшая летучесть ( меньше вероятность воспламенения ), большая емкость на единицу объема, меньшая масса (, таким образом, вес ) и быстрая зарядка являются основными причинами, почему радиоуправляемые аппараты ( напр. Радиоуправляемые самолеты, вертолеты, квадрокоптеры и т. д. ) и роботы, как правило, предпочитают Li-Po, а не Li-Ion.

Точно так же ваш смартфон имеет литий-полимерный аккумулятор просто потому, что вес и размеры (форм-фактор) значительно лучше для портативных портативных устройств.
Литий-полимерный. АккумуляторыЛитиевая батарея с батарейным отсеком
Однако, если ваше устройство потребляет много энергии и требует, чтобы оператор мог быстро заменить батареи, вы можете предпочесть использовать литий-ионную батарею стандартного форм-фактора. Это связано с тем, что для конечного пользователя гораздо проще и быстрее заменить цельный аккумулятор, чем отсоединить и заменить полугибкий литий-полимерный блок (9).0018, которые почти всегда считаются необслуживаемыми деталями и обычно недоступны без полной разборки устройства.

Таким образом, выбор типа батареи, в конечном счете, полностью зависит от ваших требований.

Руководство для
Все литиевые батареи

Если вы решите, что литий-полимерный или литий-ионный аккумулятор лучше всего подходит для вашего проекта, это руководство поможет вам.

Мы расскажем о соображениях, которые вам необходимо учитывать для вашего проекта, о нескольких способах расчета наилучшей емкости батареи для вашего проекта, о том, как получить необходимое напряжение от вашей батареи, о зарядке батареи и, возможно, о самых главное — следить за емкостью и состоянием батареи.

Мы пойдем еще дальше и создадим фрагмент кода для отслеживания состояния батареи, который вы можете использовать в своих проектах ( Библиотека, опубликованная для Arduino IDE и PlatformIO ).

Платы
со встроенными цепями батарей

Некоторые платы, такие как макетная плата LPKit ESP32, изображенная выше, поставляются со встроенными цепями батарей.

Эти платы упрощают питание вашего устройства с помощью литиевой батареи и могут упростить вашу собственную схему, поскольку вы уже знаете, что ваша отладочная плата получает правильное напряжение и ток от источника литиевой батареи.

Вам следует знать, что, несмотря на то, что такие платы позволяют подавать питание непосредственно от батареи, они не , а не обеспечивают средство опроса состояния заряда литиевой батареи!

Кроме того, как вы, вероятно, знаете, не все платы поставляются со встроенными схемами батарей. К счастью, довольно просто добавить дополнительные схемы, необходимые для питания ESP или Arduino (на самом деле , практически любой ) макетной платы от литиевой батареи.

TP4056
Литий-ионная
Зарядная плата

Это литий-ионная зарядная плата TP4056.

Тот, что на картинке, имеет разъем MicroUSB, а также светодиоды для индикации состояния заряда подключенной литиевой батареи.

Если ваша макетная плата не включает в себя цепь батареи, это доступное и эффективное устройство ( или один из его многочисленных вариантов ) идеально подходит для питания от литиевой батареи.

Подключение литиевой батареи к узлам B+ и B- ( соответственно ) и подключение OUT+ к VIN на отладочной плате и OUT- к GND на отладочной плате достаточно для питания любой отладочной платы на 3,3 В от отладочной платы. Литий-ионный аккумулятор.
TP4056 Плата литиевой батареи
Однако многие макетные платы (, включая платы Arduino ) требуют входного напряжения 5 В. Итак, как нам взять источник питания 3,3 В и превратить его в стабильный источник питания 5 В?

ME2108
5 В
480 мА
Повышающий усилитель
ME2108 Повышающий усилитель 5 В
Это схема повышающего усилителя ME2108 5 В, 480 мА.

Имейте в виду, что максимальный номинальный стабильный выходной ток составляет 480 мА, что, вероятно, достаточно для большинства проектов, но может оказаться недостаточным для некоторых проектов с более высоким потреблением.

Действительно, я бы порекомендовал схему Step-Up Booster с более высокой выходной мощностью для любого проекта с участием NeoPixels!

Во всяком случае, это крошечное маленькое устройство принимает входное напряжение с OUT+ вашей литий-ионной зарядной платы TP4056 на VI ( Voltage In ) на ME2108 и OUT- на общую землю ME2108 и выдает стабильное напряжение 5 В на VO. ( Выходное напряжение ) ME2108.

Подключение выхода напряжения (VO) ME2108 к VIN Arduino и, конечно же, подключение общего заземления к контакту GND Arduino, абсолютно достаточно для питания Arduino 5 В от литий-ионного или литиевого аккумулятора 3 В. Полимерная батарея.

Как видите, схема на беспаечной прототипной плате довольно проста. Самое приятное то, что мы можем заряжать литий-полимерный аккумулятор, а также питать макетную плату.
RF-Nano Arduino с питанием от литий-полимерной батареи емкостью 5000 мАч Состояние батареи отображается на OLED-дисплее
Теперь, когда мы можем обеспечить питание и безопасно заряжать литиевую батарею; нам нужно средство для измерения состояния заряда литиевой батареи в нашем программном обеспечении.

Это необходимо для представления оставшейся емкости в процентах пользователям вашего устройства (устройств) и для запуска любых функций управления питанием или энергосбережения, которые может предоставить ваше устройство.

Мы можем, например, уменьшить мощность антенны радиомодулей, когда емкость батареи падает ниже порогового значения, продлевая время работы устройства за счет возможной потери некоторых характеристик, которые могут не требоваться в это время.

По крайней мере, мы можем уведомить пользователей, когда батарея требует подзарядки.

LTC4150
Кулоновский счетчик
Плата

Кулоновские счетчики — это устройства, которые измеряют ток в двух направлениях. В нашем приложении это будет поток тока к (при зарядке) и от (при разрядке) литиевой батареи.

Эти элегантные устройства являются единственным надежным средством отслеживания состояния заряда литиевой батареи (как литий-ионной , так и литий-полимерной ).

Мало того, что LTC4150 может уведомлять наш код каждый раз, когда устройство подключается и отключается от внешнего источника питания; он обеспечивает средства для измерения фактической скорости зарядки и разрядки.

Это, в свою очередь, означает, что мы можем точно рассчитать энергопотребление различных периферийных устройств/аксессуаров/входов/выходов, подключенных к нашему устройству.
LTC4150 Плата счетчика кулонов
Что вам нужно знать, так это то, что нам нужно физически настроить LTC4150 в зависимости от входного напряжения нашего устройства.
SparkFun LTC4150 Нижняя сторона — в режиме 5 В
Оставьте разъемы под пайку SJ2 и SJ3 открытыми для устройств 5 В .
SparkFun LTC4150 Нижняя сторона — в режиме 3,3 В
Закрыть Разъемы под пайку SJ2 и SJ3 для устройств 3,3 В .

В этой статье используется LTC4150 с отладочной платой Arduino и отладочной платой ESP32 в сочетании с кодом, который мы собираемся создать и изучить.

Результат: мы сможем представить оставшуюся емкость литиевой батареи, определить, заряжается она или разряжается от момента к моменту, определить, сколько тока течет в любом направлении, и — в качестве дополнительного бонуса — рассчитать, как остается много времени до полной зарядки аккумулятора (если он заряжается) или до полного разряда (если он разряжается).

Однако сначала нам нужно обсудить некоторые соображения и ограничения.

Ограничение:
Скорость изменения емкости
НЕ
Начальная емкость!

Первое фундаментальное ограничение, которое нам нужно знать, состоит в том, что хотя мы можем измерить поток тока в любом направлении ( таким образом, скорость изменения ), мы не можем использовать кулоновский счетчик для определения начального Емкость литиевой батареи.

Действительно, в настоящее время невозможно рассчитать точную оставшуюся емкость литиевой батареи. Существует много опубликованных научных работ по Оценка остаточной емкости для литиевых батарей, тем не менее, они по-прежнему кажутся мне чисто теоретическими документами.

В конечном счете, вы должны знать, что LTC4150 не даст вам возможность произвольно подключить литиевую батарею и спросить: «Какова начальная емкость этой батареи?»

Вам нужно начать с литиевой батареи, которая в идеале должна быть полностью заряжена. Таким образом, мы можем разумно указать, что при первом выполнении нашего кода емкость литиевой батареи в этот момент равна Номинальная емкость батареи.

Проще говоря: если мы впервые прошиваем нашу Arduino или ESP кодом, содержащим исходный код, который мы вскоре рассмотрим в этой статье, и подключаем батарею емкостью 2500 мАч, мы можем безопасно инициализировать нашу Arduino или ESP с начальным значением емкости батареи 2500 мАч.

Однако мы можем обеспечить немного больше гибкости, разрешив некоторую степень «динамической повторной калибровки» для компенсации любых заниженных или завышенных оценок. Мы подробно расскажем об этом, когда будем работать с исходным кодом во второй части этой статьи.

Тем не менее, вы должны знать, что вы можете только измерять изменять , а не состояние моментального снимка с помощью кулоновского счетчика, такого как LTC4150.

Рассмотрение:
Как долго мое устройство должно работать от батареи?

Одна вещь, которую мы должны учитывать, это: как долго наше устройство должно работать от батареи?

Ответ может сильно варьироваться от нескольких минут до часов, дней, недель, месяцев или, возможно, даже лет.

Тем не менее, ответ на этот вопрос является довольно важным соображением. Да, мы, , можем интегрировать в нашу конструкцию огромный литий-полимерный элемент (скажем, , 5000 мАч, как ячейки самой высокой емкости, показанные на фотографиях, сопровождающих эту статью ), но это может привести к увеличению стоимости ( и сделать наше устройство значительно больше/тяжелее ) абсолютно без ощутимой выгоды.

К счастью, расчет требуемой мощности обычно довольно прост.

Предложение:
Рассчитать наихудший сценарий

Еще в 2016 году я пошел в автосалон Tesla (, когда у Tesla были дилерские центры ) и спросил одного из работающих там инженеров ( примечание: я перефразирую Ответы инженера… этот разговор произошел много лет назад ):

Я: «Хорошо, я вижу, что маркетинговая реклама дает Model X типичный запас хода 340 миль».
Инженер: «Да… и это исключительный запас хода по сравнению с другими электромобилями на рынке!»
Я: «Да, это звучит здорово, но я полагаю, что это основано на некоторых лабораторных тестах, верно?»
Инженер: «Ну, мы пытаемся объединить диапазонов из разных тестов, чтобы вычислить средний диапазон …»
Я: «Хорошо, отлично… но вот мой вопрос: каков НАИБОЛЕЕ НАИЛУЧШИЙ диапазон?»
Инженер: «Что ты имеешь в виду?»
Я: «Итак, давайте предположим, что батарея изначально полностью заряжена, давайте предположим, что мы едем на максимально неэффективной скорости, тогда давайте включим все огни, обогрев на максимум, стереосистему на полную громкость с устройство ввода с максимальным потреблением, обогреватели сидений… все предметы роскоши, которые можно включить одновременно… непрерывно, и все это одновременно с быстрой зарядкой моего телефона с помощью зарядного устройства на 3 А! Даже дворники включились!»
Инженер: «Хм… хороший вопрос! Подождите, мы можем подсчитать для вас некоторые цифры прямо сейчас!»

Инженер оставил меня осматривать Model X на 5-10 минут, прежде чем вернуться.

Инженер: «74 мили!»

Это фактический наихудший пробег от полного пробега для Tesla Model X в 2016 году, рассчитанный группой из трех инженеров Telsa, работающих в дилерском центре Westfield в Лондоне в декабре 2016 года. Если вы читаете это, Илон Маск , пожалуйста, не стесняйтесь запускать цифры и дайте мне знать, если вы придумаете что-то другое.

Так вот, в то время у инженера, отвечавшего на мой довольно необычный запрос, был слегка пессимистичный тон, когда он давал мне ответ. Тем не менее, я считаю, что 74 мили в качестве абсолютного наихудшего диапазона для электромобиля ( от полностью заряженного до разряженного ) чрезвычайно впечатляющие!

Больше всего меня впечатлило то, что у двери позади него стояли еще два инженера, и у него в руке были записаны их расчеты на бумаге!

При расчете требуемой емкости батареи я всегда стараюсь исходить из наихудшего возможного сценария ( включение всего, что может одновременно потреблять энергию, и рассчитать на основе постоянной скорости потребления любого тока, которому это соответствует ).

Этот номер меня больше всего интересует. Меня не не волнует как долго батарея может работать в каких-то лабораторных идеалистических условиях! Я хочу знать, как долго это продлится в наихудшей возможной ситуации.

Теперь Tesla оценивает и рассчитывает свои батареи в киловатт-часах (кВтч). В микроэлектронике мы обычно рассчитываем ток и емкость батареи в миллиампер-часах (мАч).

Чтобы вернуться к теме этой статьи, мы можем использовать наш LTC4150 для расчета этого наихудшего сценария!

Математика довольно проста:

Рассчитайте время работы (часы), используя емкость батареи (мАч) и уровень потребления (мАч)

Комбинированный максимальный уровень потребления в мАч (назовем это C )
Номинальная емкость батареи в мАч (назовем это T )
Мы определяем «время работы» как количество времени в часах, в течение которого полная батарея может работать при постоянной скорости разряда C (назовем это Р ).

R = T / C

Довольно просто, правда?

Нам известна номинальная емкость нашего аккумулятора [ T ] ( напечатано на корпусе ячейки ). Мы можем использовать LTC4150 для расчета скорости разряда [ C ], как вы увидите в источнике вскоре в этой статье. Просто разделив Потребление [ C ] на Емкость [ T ], мы получим количество часов работы [ R ] ( десятичное значение ).

Итак, подставим гипотетический.

Our Battery is rated at 2500mAh [ T = 2500 ]
Our Hardware’s maximum peak Consumption Rate is 250mAh [ C = 250 ]

R = 2500 / 250 = 10

Таким образом, батарея емкостью 2500 мАч может питать устройство, потребляющее 250 мАч, в течение максимально возможного общего количества 10 часов.

Следует отметить, что большинство ячеек не на самом деле обеспечивают полную номинальную потребляемую мощность. Литиевые батареи не могут полностью разряжаться, и большинство из них содержат интегральную схему для отключения потока тока, когда он падает ниже порогового значения.

Однако, поскольку мы рассчитываем абсолютный наихудший сценарий, предполагая, что пиковая скорость потребления является постоянной — тогда как в действительности она никогда не будет такой высокой — 10 часов является безопасной оценкой наихудшего случая.

Мы также делаем обратное:

Рассчитать требуемую емкость батареи (мАч) для облегчения уровня потребления (мАч) для заданного времени работы (часы)

Поскольку мы знаем пиковое комбинированное потребление [ C ], мы можем рассчитать требуемую емкость батареи [ T ] используя желаемую среду выполнения [ R ].

T = C * R

Итак, вернемся к нашей гипотезе и скажем, что у нас есть пиковое потребление 250 мАч [ C = 250 ].

Допустим, нам требуется, чтобы наше Устройство могло работать в течение 5 часов непрерывно на батарее [ R = 5 ]
T = 250 * * 5 2052 мАч 5 = 1

Таким образом, мы знаем, что можем использовать аккумулятор емкостью 1250 мА·ч, чтобы обеспечить безопасное питание в течение как минимум 5 часов непрерывной работы. В большинстве случаев это, скорее всего, оставило бы значительный запас для более длительного времени работы ( , возможно, даже до 8-9 часов, в зависимости от типичной скорости потребления вашего устройства ), но гарантирует, что вы соответствуете своим минимальным требованиям без чрезмерного превышения.

Если у вас есть амперметр, вы можете легко рассчитать пиковое потребление вашего устройства. Если вы этого не сделаете, позже мы продемонстрируем, как использовать LTC4150, чтобы сделать то же самое. По сути, вы можете думать о LTC4150 как о несколько более сложном амперметре.

Проводка

LTC4150

Arduino

Большинство плат Arduino имеют ограничение, заключающееся в наличии только двух цифровых контактов GPIO, которые можно использовать в качестве контакта прерывания ( ISR ).

Например, платы Arduino на базе ATMega328 (, такие как Uno, Nano и даже RF Nano, изображенные выше ) позволяют настраивать только контакты D2 и D3 как прерывания.

Если вы можете сделать оба этих контакта доступными для LTC4150 (, если вам не требуются прерывания для каких-либо датчиков, подключенных к вашему устройству ), тогда я рекомендую использовать первую схему подключения ( для режима прерывания ).

Если вы не можете выделить эти контакты или не хотите использовать прерывания ( ISR ) по какой-либо другой причине, используйте вторую схему подключения ( Режим без прерываний ).

Проводка для ESP32 значительно более либеральна, чем проводка для Arduino.

В отличие от большинства плат Arduino, каждый доступный вывод GPIO на ESP32 может использоваться как прерывание ( ISR ) штифт. По этой причине я настоятельно рекомендую вам использовать первую схему подключения ( для режима прерывания )

. вторая схема подключения ( Непрерываемый режим ).

Метод 1 — подключение режима прерывания
Схема подключения Arduino LTC4150 — режим прерывания

Arduino (ATMega328) LTC4150 Direction

GPIO 2 (Interrupt Pin) POL INPUT

GPIO 3 (Interrupt Pin) INT INPUT

GND GND –

5V VIO –

Arduino – LTC4150 – подключение режима прерывания
Метод 1 – подключение режима прерывания
ESP32 LTC4150 Схема подключения – режим прерывания

0141 ESP32 LTC4150 Direction

GPIO 4 POL INPUT

GPIO 35 INT INPUT

GND GND –

3V3 VIO –

ESP32 – LTC4150 – Подключение в режиме прерывания
Способ 2 – Подключение без прерывания

Перед использованием LTC4150 без Interrupts, you will need to unsolder header SJ1 as shown in the following image:
LTC4150 Non-Interrupt Mode SwitchingArduino LTC4150 Wiring Diagram – Non-Interrupt Mode

Arduino (ATMega328) LTC4150 Direction

GPIO 2 POL INPUT

GPIO 3 INT INPUT

GPIO 4 CLR OUTPUT

GND GND –

5V VIO –

Arduino – LTC4150 – Interrupt Mode Wiring
Method 2 – Non-Interrupt Wiring

Before you can use the LTC4150 without Interrupts, вам необходимо отпаять разъем SJ1, как показано на следующем рисунке:
LTC4150 Переключение режима без прерывания ESP32 Схема подключения LTC4150 — режим без прерывания

ESP32 LTC4150 Direction

GPIO 4 POL INPUT

GPIO 35 INT INPUT

GPIO 34 CLR OUTPUT

GND GND –

3V3 VIO –

ESP32 – LTC4150 – проводка в режиме прерывания
.

Для ESP32 вы также можете выбрать разные контакты при использовании режима прерывания ( все доступные контакты поддерживают прерывания на ESP32 )

соответствующий номер вывода изменяется в готовящемся исходном коде (во второй части этой статьи).

Возможно, вы заметили, что для режима без прерывания требуется дополнительный провод. Это связано с тем, что в режиме прерывания LTC4150 немедленно автоматически сбрасывает состояние вывода INT (прерывание). Однако в режиме без прерывания нашему коду необходимо вручную сбросить состояние, переключив контакт CLR (очистить) LTC4150.

По этой причине проще использовать LTC4150 в режиме прерывания, где это возможно.

Понятно, что использование прерываний не обязательно подходит для всех приложений, поэтому мы уделяем время одинаковому пониманию как режимов прерывания, так и режима без прерывания.

Далее во второй части:
Библиотека для
Arduino и устройств ESP32 с батарейным питанием желаемое количество времени и лучше понять, что, почему и как.

Во второй части мы отойдем от физического мира проводов и печатных плат и вместо этого начнем создавать фрагмент кода для отслеживания состояния заряда нашей литиевой батареи.

Как питать Arduino Nano от батареи

Краткое описание

1. Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи — это тип батарей, в которых катод (отрицательный электрод) изготовлен из соединения на основе лития. Во время использования ионы лития мигрируют от положительного электрода к отрицательному через разделительную мембрану, погруженную в жидкий раствор электролита. Анод (положительный электрод) обычно состоит из графита или других материалов на основе углерода, которые обеспечивают места интеркаляции ионов лития.

Arduino Nano лучше всего питается от литий-ионной батареи. Эти аккумуляторы не отличаются высокой ценой и выпускаются в удобной форме 18650, заключенной в прочный металлический корпус.

2. Литий-полимерный

Литий-полимерный — это тип литий-ионного аккумулятора, электролитом которого является полимер, а не жидкий электролит. Литий-полимерные или LiPo аккумуляторы имеют большую плотность энергии (больше энергии на единицу веса), чем другие литий-ионные аккумуляторы. Это делает их подходящими для приложений, где пространство и вес ограничены.

Литий-полимерные аккумуляторы — это высокоэффективные аккумуляторы, необходимые для устройств, потребляющих много энергии, таких как дроны. Следовательно, они немного дороже и не идеальны для питания Arduino Nano.

3. Перезаряжаемые/неперезаряжаемые батареи AA

Батареи AA — это наиболее часто используемые одноэлементные батареи в электронных приборах. Они могут быть как первичными (неперезаряжаемыми), так и вторичными (перезаряжаемыми). Первичные батареи обычно бывают двух типов – щелочные и хлоридно-цинковые. Аккумуляторы могут быть литий-ионными, никель-металлогидридными (NiMH) или никель-кадмиевыми (NiCd).

4. Другие батареи

Другие типы батарей также могут использоваться для питания Arduino Nano. Однако задействованные процессы могут быть довольно сложными в зависимости от типа используемой батареи.

Как питать Arduino Nano от батареи

Необходимые вещи

Литий-ионные батареи : Вы можете легко питать Arduino с помощью литий-ионной батареи. Литий-ионные аккумуляторы доступны в виде одноэлементных аккумуляторов 18650 или 14500 (размер AA).

Держатель батареи : Выбор держателя батареи полностью зависит от размера вашей батареи. Пожалуйста, используйте высококачественный держатель, так как держатели низкого качества часто могут привести к ослаблению контакта и вызвать нежелательное поведение.

Плата защиты аккумулятора : Литий-ионные аккумуляторы нельзя заряжать напрямую. Это связано с тем, что небольшая часть перезаряда или перенапряжения может привести к опасным ситуациям, таким как пожар или взрыв. Следовательно, они заряжаются с помощью платы защиты аккумулятора, которая отключает питание в тот момент, когда аккумулятор достигает максимально допустимого напряжения (обычно 4,2 В).

Выполните следующие действия:
Шаг 1. Поместите аккумулятор в держатель.

Поскольку ячейки 18650 больше, чем ячейки 14500 (AA), для них потребуется держатель большего размера. Держатели должны быть адаптированы к размеру батареи, чтобы обеспечить надлежащий контакт. Контакты имеют какой-то пружинный механизм, обеспечивающий плотную фиксацию. Клеммы держателя могут иметь или не иметь припаянные к ним провода для соединения.

Шаг 2. Соедините клеммы держателя батареи с платой защиты

Если в вашем батарейном отсеке уже подключено два провода, просто подключите их к плате защиты. В противном случае нужно аккуратно припаять два провода (один для плюса и один для минуса) к соответствующим клеммам держателя.

Вы можете начать с зарядки литий-ионного аккумулятора. Подключите положительные и отрицательные клеммы держателя к соответствующим клеммам на плате защиты. Убедитесь, что полярность правильная, иначе батарея может быть повреждена.

Шаг 3. Теперь зарядите аккумулятор с помощью зарядного устройства для телефона с разъемом Micro-USB

Для подключения платы защиты можно использовать любое стандартное зарядное устройство для телефона с разъемом USB. После завершения зарядки плата защиты сообщит об этом зеленым светодиодом. Обычные литий-ионные аккумуляторы показывают напряжение около 4,2 В при полной зарядке.

Шаг 4. Подключите USB-порт Arduino Nano

Отсоедините защитную плату от зарядного устройства телефона и подключите ее к порту micro-USB на Arduino Nano. Теперь Arduino Nano должен загореться, показывая, что он работает.

Потребляемая мощность Arduino Nano

Потребляемый ток Arduino Nano будет зависеть от следующего:

Устройства, которые были с ним связаны, такие как дисплеи, внешние датчики и т. д.

Напряжение питания также определяет потребляемый Nano ток. Для источника питания 9 В потребляемый ток обычно составляет около 4,83 мА. Он может снизиться до 3,41 мА, если напряжение питания уменьшить до 3,3 В.

Потребляемая мощность также будет зависеть от того, находится ли Arduino Nano в активном состоянии или в спящем режиме. Так что, в свою очередь, это также будет зависеть от программного обеспечения, которое вы на нем используете.

Потребляемый ток также зависит от марки Arduino и стабилизатора напряжения, который используется на плате.

Наконец, тактовая частота встроенного контроллера Atmega328 также будет определять потребление тока. Вообще говоря, тактовые частоты 8 МГц предпочтительнее для маломощных приложений. Однако, если на плате Arduino установлен кварцевый генератор с частотой 16 МГц, то его сначала необходимо заменить на 8 МГц.

Вывод
Очень важно понимать допустимые уровни напряжения Arduino или любого другого электронного устройства, прежде чем включать его. Лучший способ определить это — изучить спецификацию от производителя. Превышение допустимого уровня может привести к необратимому повреждению платы.