Защита литий-ионных аккумуляторов (контроллер защиты Li-ion). Схема защиты акб от глубокого разряда на микросхеме ne7555 Схема ограничитель разряда аккумулятора ниже 11.9 вольт

04.08.2023 | Тюнинг своими руками

Есть две вещи, которые очень не любят аккумуляторы: перезарядка и переразрядка. И если первую проблему успешно решают современные зарядные устройства (кроме простейших выпрямителей), то с разрядом ниже критического уровня дела обстоят хуже - почти никогда питаемые от батарей устройства не обеспечивают предохранение от сверхразрядки. Не исключается и случайный разряд - когда просто забыли отключить прибор и он разряжается, разряжается... Для решения этой проблемы предлагается к самостоятельной сборке простой низковольтный модуль отключения цепи. Такая схема довольно проста и применима к любой литиевой или свинцово-кислотной аккумуляторной батарее. Естественно порог отключения можно настроить соответственно АКБ.

Схема блока защиты АКБ

Как это работает. Когда кнопка сброса нажата, положительное напряжение поступает на затвор N-канального MOSFET силового транзистора.

Если напряжение на выходе стабилитрона U1 выше 2.5 вольт, а это определяется делителем напряжения, состоящим из R4, R5 и R6, катод U1 оказывается подключен к его аноду, что делает его отрицательным по отношению к его эмиттеру, R2 ограничивает базовый ток до безопасного значения и обеспечивает достаточный ток для работы U1. И транзистор Q1 будет удерживать схему открытой, даже когда вы отпустите кнопку сброса.

Если напряжение на U1, падает ниже 2,5 вольт, стабилитрон отключается и подтягивает положительное напряжение эмиттера R1, выключив его. Резистор R8 также выключает полевой транзистор, приводя к отключению нагрузки. Причём нагрузка не будет включена снова до нажатия кнопки сброс.

Большинство малогабаритных полевых транзисторов рассчитаны только для +/- 20 вольт на затворе - источник напряжения, а это означает, что схема блока подходит для не более чем 12 вольтовых устройств: если требуется рабочее напряжение выше, необходимо будет добавить дополнительные элементы схемы, чтобы сохранить безопасность работы полевика. Пример использования такой схемы: простой контроллер заряда солнечных батарей показанный на фото.

Если требуется более низкое напряжение, чем 9 вольт (или выше 15) - надо будет пересчитывать значения резисторов R4 и R6, чтобы изменить диапазон регулировки.

В схему можно поставить практически любой кремниевый PNP транзистор с номиналом не менее 30 вольт и любой N-канальный MOSFET с номинальным напряжением не менее 30 вольт и током более чем в 3 раза от того, что вы собираетесь коммутировать. Проходное сопротивление доли Ома. Для прототипа использовался F15N05 - 15 ампер, 50 вольт. Для высоких токов подойдут транзисторы IRFZ44 (50 А Макс.) и PSMN2R7-30PL (100 А Макс.). Также можно параллельно соединить несколько однотипных полевых транзисторов по мере необходимости.

Это устройство не должно оставаться подключенным к АКБ долговременно, так как потребляет само несколько миллиампер из-за светодиода и тока потребления U1. В выключенном состоянии его ток потребления ничтожно мал.

Создавая устройства с автономным питанием необходимо позаботиться о защите аккумулятора от глубокого разряда. Достаточно один раз упустить момент и допустить глубокую разрядку акб ниже минимального порога напряжения и ваш аккумулятор выйдет из строя, либо потеряет часть емкости и окажется неспособен работать на номинальных токах нагрузки.

С целью предотвращения случаев снижения напряжения ниже критической отметки в разрыв цепи акб- потребитель устанавливают схемы защиты, которые состоят из нескольких узлов:
компаратора и силового ключа.

Требования к схеме защиты:

малый ток утечки (собственное потребление)
коммутация токов сравнимых с максимально допустимыми для АКБ

Данная схема защиты от глубокого разряда аккумулятора собиралась для защиты кислотно-гелевого 6 вольтового АКБ емкостью 4 ампер-часа, но она может быть настроена и на работу с 12 вольтовыми акб и выше, вплоть до напряжения питания микросхемы ne7555. Прообразом этой платы, была найденная в каком-то журнале и немного измененная. Вместо обычного стабилитрона, был введен регулируемый стабилитрон TL431 который позволяет настраивать напряжение отсечки (отключения нагрузки) в совокупности с подстройкой резистивного делителя R6/R7. С 3-ей ножки микросхемы таймера 555 сигнал стал не засвечивать светодиод, а открывать n-p-n транзистор, который в свою очередь открывает силовой ключ N-channel полевой транзистор. Обратите ваше внимание на характеристики данного транзистора, он должен быть рассчитан на работу с предполагаемыми токами нагрузки, и еще немаловажная деталь- это напряжение открытия затвора. Если вы планируете схему для 6 вольтового акб вам необходим полевой транзистор с напряжением открытия 5 вольт n-channel logic level mosfet. Полевые транзисторы «общего силового» назначения с напряжением открытия 10-20 вольт вам не подойдут, так как при напряжении между затвором и истоком транзистора 5 вольт они будут находиться не в режиме насыщения а в линейном режиме, что приведет к сильному тепловыделению и выходу из строя.

Много раз на mySKU описывались модули зарядки литий-ионных аккумуляторов на базе контроллера TP4056. Применений множество - от переделки игрушек до бытовых поделок. Народный модуль TP4056 со встроенной защитой на базе DW01A прекрасен всем, только нижний порог срабатывания защиты по напряжению 2,5±0,1 В, т.е. 2,4 В в худшем случае. Для большинства современных аккумуляторов это подходит, т.к. у них порог 2,5 В. А что делать, если у вас мешок аккумуляторов с нижним порогом 2,75 В? Можно плюнуть и использовать их с таким модулем. Просто увеличивается риск того, что после разряда аккумулятор выйдет из строя. А можно использовать дополнительную плату защиты, нижний порог напряжения у которой соответствует аккумуляторам. Именно о такой плате я сегодня расскажу.

Понимаю, что большинству эта тема не интересна, но пусть будет для истории, т.к. иногда вопрос поднимается.

Если вы используете аккумуляторы со встроенной защитой, то эта плата вам не нужна, вы можете спокойно использовать «народный» модуль на базе TP4056 без защиты. Если вы используете аккумуляторы без защиты с минимальным напряжением 2,5 В, то вы можете спокойно использоваться «народный» модуль на базе TP4056 с защитой.

Модулей на базе TP4056 с порогом 2,75 В я в продаже не нашёл. Начал искал отдельные модули защиты - выбор большой, есть очень дешёвые, но большинство из них сделаны на том же контроллере DW01A. Модуль из обзора - это самое дешёвое, что я смог найти. 275 рублей за 5 штук.

Модуль крошечный, 39,5 x 4,5 x 2 мм.

Контактные площадки стандартные для защиты одной ячейки: B+, B- для подключения аккумулятора и P+, P- для подключения ЗУ и нагрузки.

Официальные технические характеристики:

Модуль сделана на базе контроллера . Версия BM112-LFEA. Техническим характеристикам соответствует. В роли транзистора выступает двойной N-канальный MOSFET транзистор .

Схема подключения простая:

Для активации модуля защиты достаточно подать питание на P+, P-. Конечно, TP4056 подключать не обязательно, аккумулятор с модулем защиты может спокойно жить своей жизнью (как обычный аккумулятор с защитой).

Практический тест

Это не лабораторный тест, погрешности могут быть большими, но общую картину продемонстрирует.

Я буду использовать преобразователь в качестве регулируемого БП, тестер EBD-USB и боевой аккумулятор TrustFire для проверки защиты от КЗ.

Минимальное напряжение:

Уменьшаю напряжение с помощью потенциометра. Защита срабатывает при напряжении 2,7 В. Это не заявленные 2,88 В, но, учитывая возможную погрешность, для аккумуляторов с нижним порогом напряжения 2,75 В подходит.

Максимальная рабочая сила тока:

Максимальная рабочая сила тока составляет 3,6 А. При превышении срабатывает защита. Время срабатывания зависит от нагрева транзистора. Если он горячий, то срабатывает сразу при установке 3,7 А. Если холодный, то через 30 секунд. При токе 4 А защита срабатывает практически сразу в любом случае. Т.е. заявленных 4 А нет, но 3,6 А тоже хорошо.

Температура модуля:

За 5 минут работы при максимальной силе тока транзистор нагрелся до 60 ºC, т.е. лучше не примыкать модуль вплотную к аккумулятору (без прокладки) при монтаже.

Сброс защиты происходит через некоторое время или можно подать напряжение с ЗУ для принудительного сброса.

Защита от КЗ есть… одноразовая:). Подключил свой боевой TrustFire к модулю защиты и замкнул контакты P+, P- через мультиметр. На мультиметре успел мелькнуть ток 14 А, «пшик» произошёл сразу. Сгорел транзистор на плате защиты. При этом плата защиты ток потребителю больше не пропускала, но и не работала по сути больше.

Первым делом встроил один модуль в кейс для установки аккумуляторов 18650 (USB коннектор там просто для удобства, без преобразователя). Обычно я и дети используем его для поделок с помощью мини-дрели.

Заключение

Модули защиты отличные. Заявленные характеристики почти соответствуют реальным. Огорчает только цена, но дешевле для аккумуляторов с порогом 2,75 В я не нашёл. Планирую купить +77 Добавить в избранное Обзор понравился +49 +103

Как часто мы забываем выключить нагрузку от аккумулятора… Вы никогда не задумывались над этим вопросом… А ведь часто так бывает вроде работает-работает АКБ, а тут что то высох… Меряем на нем напряжение, а там 9-8В, а то и меньше. Торба, востановить аккумуляторную батарею можно попробовать, но не всегда выходит.
По этому поводу было придумано устройство, которое при разрядке аккумулятора будет отключать от него нагрузку и предотвратит глубокую разрядку АКБ, ведь не секрет, что АКБ боятся глубокого разряда.
Если честно, я думал много раз об устройстве защиты аккумулятора от глубокого разряда, но никак не судьба было все попробовать. И вот на выходных поставил цель сделать небольшую схему защиты

Схема защиты аккумулятора от полного разряда

Кнопки Start и Stop любые без фиксации

Рассмотрим схему. Как видите все построено на двух ОУ включенных в режиме компаратора. Для эксперимента была взята LM358. И так поехали…
Опорное напряжение формируется цепочкой R1-VD1. R1 балластный резистор, VD1 – простейший стабилитрон 5В, можно и на большее-меньшее напряжение. Но не больше и не равное напряжению разряженного АКБ, которое равно кстати 11В.

На первом ОУ был собран компаратор, сравнивающий опорное напряжение с напряжением аккумулятора. Напряжение на 3 ногу подается от АКБ через резисторный делитель, который и создает сравниваемое напряжение. Если на делителе напряжение приравнивается к опорному, на первой ножке появляется положительное напряжение, которое открывает транзисторы, которые поставлены как усилительный каскад, что бы не нагружать выход ОУ.

Настраивается все просто. Подаем на клемму Out — 11В. Именно на эту ногу, потому что на диоде идет падение на 0,6В и потом придется перестраивать схему. Диод нужен, что бы при нажатии на кнопку старт, ток не уходил в нагрузку, а подавал напряжение на саму схему. Подбором резисторов R2R6 ловим момент, когда реле будет отключаться, на 7 ноге пропадет напряжение, а на 5 ноге напряжение должно быть чуть меньше опорного

Когда отстроили первый компаратор, подаем напряжение 12В, как и положено, на клемму Vcc и жмем Start. Схема должна включится и работать без проблем, пока напряжение не упадет до 10,8В, схема должна отключить реле нагрузки.

Нажимаем Стоп, на 5 ноге пропадет напряжение и схема отключится. Кстати C1 лучше не ставить большего наминала, поскольку он будет долго разряжаться и придется держать кнопку STOP дольше. Кстати пока не придумал как заставить схему сразу отключаться, если на самой нагрузке стоит хорошая емкость, которая будет дольше разряжаться, хотя можно и на сам кондер балластный резистор кинуть

На втором Оу было решено собрать индикатор указывающий когда АКБ почти разряжен и схема должна отключиться. Настраивается так же… Подаем на Out – 11,2В и подбором R8R9 добиваемся, что бы загорался красный светодиод
На этом настройка заканчивается и схема полностью работоспособна…

Удачи всем с повторением…
Для безопасной, качественной и надежной зарядки любых типов аккумуляторов, рекомендую

Что бы не пропустить последние обновления в мастерской, подписывайтесь на обновления в Вконтакте или Одноклассниках , так же можно подписаться на обновления по электронной почте в колонке справа

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественные зарядные устройства

Простенькое зарядное устройство с светодиодным индикатором зарядки, зеленый батарея заряжается, красный батарея заряжена.

Есть защита от короткого замыкания, есть защита от переполюсовки. Отлично подойдет для зарядки Мото АКБ емкостью до 20А\ч, АКБ 9А\ч зарядит за 7 часов, 20А\ч — за 16 часов. Цена на это зарядное всего 403 рубля,доставка бесплатна

Этот тип зарядного способен автоматически заряжать практически любые типы автомобильных и мото аккумуляторов 12В до 80А\Ч. Имеет уникальный способ зарядки в три этапа: 1. Зарядка постоянным током, 2. Зарядка постоянным напряжением, 3. Капельная дозарядка до 100%.
На передней панеле два индикатора, первый указывает напряжение и процент зарядки, второй указывает ток зарядки.
Довольно качественный прибор для домашних нужд, цена всего 781,96 руб, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 1392, оценка 4,8 из 5. Евровилку

Зарядное устройство для самых разнообразных типов аккумуляторов 12-24В с током до 10А и пиковым током 12А. Умеет заряжать Гелиевые АКБ и СА\СА. Технология зарядки как и у предыдущего в три этапа. Зарядное устройство способно заряжать как в автоматическом режиме, так и в ручном. На панеле есть ЖК индикатор указывающий напряжение, ток заряда и процент зарядки.

Хороший прибор если вам надо заряжать все возможные типы АКБ любых емкостей, аж до 150А\ч

Цена на это чудо 1 625 рублей, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 23, оценка 4,7 из 5. При заказе не забудьте указать Евровилку

Если какой то товар стал недоступен, пожалуйста напишите в комментарий внизу страницы.
Автор Статьи: Admin-чек

Возникла у меня необходимость защиты аккумулятора от глубокого разряда. И основное требование к схеме защиты, что бы после разряда аккумулятора, она отключила нагрузку, и не смогла ее самостоятельно включить, после того как аккумулятор немного наберет напряжение на клеммах, без нагрузки.

За основу схемы здесь взят 555-й таймер, включенный в качестве генератора одиночного импульса, который после достижения минимального порогового напряжения, закроет затвор транзистора VT1 и отключит нагрузку. Схема сможет включить нагрузку только после отключения, и повторного подключения питания.

Плата (Зеркалить не нужно):

Плата SMD (Нужно зеркалить):

Все SMD резисторы — 0805. Корпус MOSFET — D2PAK, но можно и DPAK.

При сборке, стоит обратить внимание на то, что под микросхемой (в плате на DIP компонентах) есть перемычка и про нее главное не забыть!

Настраивается схема следующим образом: резистор R5 выставляется в верхнее по схеме положение, далее подключаем ее к источнику питания с выставленным на нем напряжением, при котором она должна отключить нагрузку. Если верить википедии , то напряжение полностью разряженного 12-и Вольтового аккумулятора соответствует 10,5 Вольт, это и будет нашим напряжением отключения нагрузки. Далее вращаем регулятор R5 до тех пор, пока нагрузка не отключится. Вместо транзистора IRFZ44 можно использовать практически любой мощный низковольтный MOSFET, необходимо только учитывать, что он должен быть рассчитан на ток, раза в 2 больше, чем будет максимальный ток нагрузки, а напряжение затвора должно быть в пределах напряжения питания.

При желании, подстроечный резистор можно заменить на постоянный, номиналом 240 кОм и при этом резистор R4 необходимо заменить на 680 кОм. При условии, что порог у TL431 2,5 Вольта.