Lademodul für Lithium-Ionen-Akkus. Modul zum Laden von Li-Ionen-Akkus. Laden über ein Labornetzteil

Lithiumbatterien (Li-Io, Li-Po) sind derzeit die beliebtesten wiederaufladbaren elektrischen Energiequellen. Die Lithiumbatterie hat eine Nennspannung von 3,7 Volt, die auf dem Gehäuse angegeben ist. Ein zu 100 % geladener Akku hat jedoch eine Spannung von 4,2 V und ein entladener „auf Null“ hat eine Spannung von 2,5 V. Es macht keinen Sinn, den Akku unter 3 V zu entladen, erstens wird er sich verschlechtern und zweitens im Bereich von 3 bis 2,5. Es liefert nur ein paar Prozent der Energie an die Batterie. Somit beträgt der Betriebsspannungsbereich 3 – 4,2 Volt. In diesem Video können Sie sich meine Auswahl an Tipps zur Verwendung und Lagerung von Lithiumbatterien ansehen

Es gibt zwei Möglichkeiten, Batterien anzuschließen: in Reihe und parallel.

Bei einer Reihenschaltung summiert sich die Spannung aller Batterien; bei Anschluss einer Last erzeugt jede Batterie einen Strom, der dem Gesamtstrom im Stromkreis entspricht; der Lastwiderstand bestimmt den Entladestrom. Das sollte man sich aus der Schule merken. Jetzt kommt der spaßige Teil: die Kapazität. Die Kapazität der Baugruppe mit dieser Verbindung entspricht in etwa der Kapazität des Akkus mit der kleinsten Kapazität. Stellen wir uns vor, dass alle Akkus zu 100 % geladen sind. Schauen Sie, der Entladestrom ist überall gleich und der Akku mit der kleinsten Kapazität wird zuerst entladen, das ist zumindest logisch. Und sobald es entladen ist, ist das Laden dieser Baugruppe nicht mehr möglich. Ja, die restlichen Akkus sind noch geladen. Wenn wir jedoch weiterhin den Strom abziehen, beginnt sich unsere schwache Batterie zu stark zu entladen und versagt. Das heißt, es ist richtig anzunehmen, dass die Kapazität einer in Reihe geschalteten Baugruppe gleich der Kapazität der kleinsten oder am stärksten entladenen Batterie ist. Daraus schließen wir: Um eine Serienbatterie zusammenzubauen, müssen Sie erstens Batterien gleicher Kapazität verwenden und zweitens müssen vor dem Zusammenbau alle gleich, also zu 100 % aufgeladen sein. Es gibt so etwas namens BMS (Battery Monitoring System), es kann jede Batterie in der Batterie überwachen und sobald eine davon entladen ist, trennt es die gesamte Batterie von der Last, darauf wird weiter unten eingegangen. Nun zum Laden eines solchen Akkus. Es muss mit einer Spannung geladen werden, die dem Betrag entspricht maximaler Stress auf allen Batterien. Bei Lithium sind es 4,2 Volt. Das heißt, wir laden einen Dreier-Akku mit einer Spannung von 12,6 V. Sehen Sie, was passiert, wenn die Batterien nicht gleich sind. Der Akku mit der geringsten Kapazität lädt am schnellsten. Aber der Rest hat noch nicht aufgeladen. Und unsere schlechte Batterie wird brennen und sich wieder aufladen, bis der Rest aufgeladen ist. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Lithium auch Tiefentladungen nicht besonders mag und sich verschlechtert. Um dies zu vermeiden, erinnern wir uns an die vorherige Schlussfolgerung.

Kommen wir zur Parallelschaltung. Die Kapazität einer solchen Batterie entspricht der Summe der Kapazitäten aller darin enthaltenen Batterien. Der Entladestrom für jede Zelle entspricht dem Gesamtlaststrom geteilt durch die Anzahl der Zellen. Das heißt, je mehr Akum in einer solchen Baugruppe vorhanden ist, desto mehr Strom kann sie liefern. Aber mit Spannung passiert etwas Interessantes. Wenn wir Batterien mit unterschiedlichen Spannungen sammeln, die grob gesagt zu unterschiedlichen Prozentsätzen geladen sind, beginnen sie nach dem Anschließen, Energie auszutauschen, bis die Spannung an allen Zellen gleich ist. Wir kommen zu dem Schluss: Vor dem Zusammenbau müssen die Akkus noch einmal gleichmäßig aufgeladen werden, da sonst beim Anschließen große Ströme fließen und der entladene Akku beschädigt wird und höchstwahrscheinlich sogar in Brand geraten kann. Während des Entladevorgangs tauschen die Batterien auch Energie aus, d. h. wenn eine der Dosen eine geringere Kapazität hat, lassen die anderen keine schnellere Entladung zu als sie selbst, d. h. in einer Parallelanordnung können Sie Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten verwenden . Die einzige Ausnahme ist der Betrieb mit hohen Strömen. Bei verschiedenen Batterien fällt die Spannung unter Last unterschiedlich ab und es beginnt ein Stromfluss zwischen der „starken“ und der „schwachen“ Batterie, was wir überhaupt nicht brauchen. Und das Gleiche gilt auch für das Aufladen. Sie können Akkus unterschiedlicher Kapazität absolut sicher parallel laden, d. h. ein Auswuchten ist nicht erforderlich, die Baugruppe gleicht sich selbst aus.

In beiden Fällen ist der Ladestrom und Entladestrom zu beachten. Der Ladestrom für Li-Io sollte die halbe Akkukapazität in Ampere nicht überschreiten (1000-mAh-Akku - 0,5 A laden, 2-Ah-Akku, 1 A laden). Maximaler Strom Die Entladung wird normalerweise im Datenblatt (TTX) der Batterie angegeben. Beispiel: 18650-Laptop- und Smartphone-Akkus können nicht mit einem Strom von mehr als 2 Akkukapazitäten in Ampere geladen werden (Beispiel: ein 2500-mAh-Akku, was bedeutet, dass Sie maximal 2,5 * 2 = 5 Ampere daraus entnehmen müssen). Es gibt jedoch Hochstrombatterien, bei denen der Entladestrom in den Kennlinien deutlich angegeben ist.

Funktionen zum Laden von Batterien mit chinesischen Modulen

Standardmäßig erworbenes Lade- und Schutzmodul für 20 Rubel für Lithiumbatterie ( Link zu Aliexpress)
(vom Verkäufer als Modul für eine 18650-Dose positioniert) kann und wird jede Lithiumbatterie laden, unabhängig von Form, Größe und Kapazität auf die richtige Spannung von 4,2 Volt (die Spannung einer voll geladenen Batterie, bis zur Kapazität). Auch wenn es sich um ein riesiges 8000-mAh-Lithiumpaket handelt (natürlich sprechen wir von einer 3,6-3,7-V-Zelle). Das Modul stellt einen Ladestrom von 1 Ampere zur Verfügung Dies bedeutet, dass sie jeden Akku mit einer Kapazität von 2000 mAh und mehr (2 Ah, was bedeutet, dass der Ladestrom halb so groß ist wie die Kapazität, 1 A) sicher laden können und dementsprechend die Ladezeit in Stunden der Akkukapazität in Ampere entspricht (tatsächlich etwas mehr, eineinhalb bis zwei Stunden pro 1000 mAh). Übrigens kann der Akku während des Ladevorgangs an die Last angeschlossen werden.

Wichtig! Wenn Sie einen Akku mit geringerer Kapazität laden möchten (z. B. eine alte 900-mAh-Dose oder einen winzigen 230-mAh-Lithium-Akku), ist der Ladestrom von 1 A zu hoch und sollte reduziert werden. Dies geschieht durch Austausch des Widerstands R3 am Modul gemäß der beigefügten Tabelle. Der Widerstand ist nicht unbedingt ein SMD-Widerstand, der gewöhnlichste reicht aus. Ich möchte Sie daran erinnern, dass der Ladestrom die Hälfte der Batteriekapazität betragen sollte (oder weniger, keine große Sache).

Aber wenn der Verkäufer sagt, dass dieses Modul für eine 18650-Dose gedacht ist, kann es dann zwei Dosen laden? Oder drei? Was ist, wenn Sie aus mehreren Akkus eine geräumige Powerbank zusammenstellen müssen?
DÜRFEN! Alle Lithiumbatterien können unabhängig von der Kapazität parallel geschaltet werden (alle Pluspunkte an Pluspunkte, alle Minuspunkte an Minuspunkte). Parallel verlötete Batterien halten eine Betriebsspannung von 4,2 V aufrecht und ihre Kapazität addiert sich. Selbst wenn Sie eine Dose mit 3400 mAh und die zweite mit 900 mAh nehmen, erhalten Sie 4300. Die Batterien arbeiten als eine Einheit und entladen sich proportional zu ihrer Kapazität.
Die Spannung in einer PARALLEL-Anordnung ist bei allen Batterien immer gleich! Und keine einzige Batterie kann sich in der Baugruppe physisch vor den anderen entladen; hier funktioniert das Prinzip der kommunizierenden Gefäße. Wer das Gegenteil behauptet und behauptet, dass sich Akkus mit geringerer Kapazität schneller entladen und sterben, wird mit SERIELLEM Zusammenbau verwechselt und spuckt ihnen ins Gesicht.
Wichtig! Vor dem Anschließen müssen alle Batterien ungefähr die gleiche Spannung haben, damit beim Löten keine sehr großen Ausgleichsströme zwischen ihnen fließen können. Deshalb ist es am besten, vor dem Zusammenbau einfach jeden Akku einzeln aufzuladen. Natürlich erhöht sich die Ladezeit der gesamten Baugruppe, da Sie das gleiche 1A-Modul verwenden. Sie können jedoch zwei Module parallel schalten und so einen Ladestrom von bis zu 2 A erhalten (sofern Ihr Ladegerät so viel liefern kann). Dazu müssen Sie alle gleichartigen Anschlüsse der Module mit Jumpern verbinden (außer Out- und B+, diese sind auf den Platinen mit anderen Nickels dupliziert und ohnehin schon verbunden). Oder Sie können ein Modul kaufen ( Link zu Aliexpress), auf dem die Mikroschaltungen bereits parallel sind. Dieses Modul kann mit einem Strom von 3 Ampere aufgeladen werden.

Entschuldigung für das Offensichtliche, aber die Leute sind immer noch verwirrt, also müssen wir den Unterschied zwischen parallelen und seriellen Verbindungen besprechen.
PARALLEL Die Verbindung (alle Pluspunkte zu Pluspunkten, alle Minuspunkte zu Minuspunkten) hält die Batteriespannung von 4,2 Volt aufrecht, erhöht jedoch die Kapazität durch Addition aller Kapazitäten. Alle Powerbanks nutzen die Parallelschaltung mehrerer Akkus. Eine solche Baugruppe kann weiterhin über USB aufgeladen werden und die Spannung wird durch einen Aufwärtswandler auf einen Ausgang von 5 V erhöht.
KONSISTENT Verbindung (jeder Plus-Minus-Anschluss der nachfolgenden Batterie) führt zu einer mehrfachen Erhöhung der Spannung einer geladenen Bank um 4,2 V (2 s - 8,4 V, 3 s - 12,6 V usw.), aber die Kapazität bleibt gleich. Werden drei 2000-mAh-Akkus verwendet, beträgt die Montagekapazität 2000 mAh.
Wichtig! Es wird davon ausgegangen, dass es für den sequentiellen Zusammenbau unbedingt erforderlich ist, nur Batterien gleicher Kapazität zu verwenden. Eigentlich stimmt das nicht. Sie können verschiedene verwenden, die Batteriekapazität wird dann jedoch durch die KLEINSTE Kapazität in der Baugruppe bestimmt. Addieren Sie 3000+3000+800 und Sie erhalten eine 800-mAh-Baugruppe. Dann schimpfen die Spezialisten, dass sich die schwächere Batterie dann schneller entlädt und den Geist aufgibt. Aber das spielt keine Rolle! Die wichtigste und wahrhaft heilige Regel ist, dass bei der sequentiellen Montage immer ein BMS-Schutzbrett für die erforderliche Anzahl Dosen verwendet werden muss. Es erkennt die Spannung an jeder Zelle und schaltet die gesamte Baugruppe ab, wenn sich eine zuerst entlädt. Im Falle einer 800er-Bank wird diese entladen, das BMS trennt die Last von der Batterie, die Entladung stoppt und die Restladung von 2200 mAh auf den verbleibenden Banken spielt keine Rolle mehr – Sie müssen aufladen.

Die BMS-Platine ist im Gegensatz zu einem einzelnen Lademodul KEIN sequentielles Ladegerät. Wird zum Aufladen benötigt konfigurierte Quelle der erforderlichen Spannung und des erforderlichen Stroms. Guyver hat dazu ein Video gemacht, also verschwenden Sie keine Zeit, schauen Sie es sich an, es geht so detailliert wie möglich darum.

Ist es möglich, eine Daisy-Chain-Baugruppe durch den Anschluss mehrerer einzelner Lademodule zu laden?
Tatsächlich ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich. Für einige selbstgemachte Produkte hat sich ein Schema mit Einzelmodulen, auch in Reihe geschaltet, bewährt, allerdings benötigt JEDES Modul eine eigene SEPARATE STROMQUELLE. Wenn Sie 3s laden, nehmen Sie drei Telefonladegeräte und schließen Sie jedes an ein Modul an. Bei Verwendung einer Quelle - Stromkurzschluss, nichts funktioniert. Dieses System dient auch als Schutz für die Baugruppe (die Module können jedoch nicht mehr als 3 Ampere liefern). Alternativ können Sie die Baugruppe einfach einzeln aufladen und das Modul an jede Batterie anschließen, bis es vollständig aufgeladen ist.

Batterieladeanzeige

Ein weiteres dringendes Problem besteht darin, zumindest ungefähr zu wissen, wie viel Ladung noch im Akku ist, damit dieser im entscheidenden Moment nicht leer wird.
Für parallele 4,2-Volt-Anordnungen wäre die naheliegendste Lösung, gleich ein fertiges Powerbank-Board zu kaufen, das bereits über ein Display mit Ladeprozentsätzen verfügt. Diese Prozentsätze sind nicht besonders genau, aber sie helfen trotzdem. Der Ausgabepreis beträgt ca. 150-200 Rubel, alle werden auf der Guyver-Website präsentiert. Selbst wenn Sie keine Powerbank, sondern etwas anderes bauen, ist dieses Board recht günstig und klein, um in ein selbstgemachtes Produkt zu passen. Außerdem verfügt es bereits über die Funktion, Batterien zu laden und zu schützen.
Es gibt fertige Miniaturindikatoren für eine oder mehrere Dosen, 90-100 Rubel
Nun, die günstigste und beliebteste Methode ist die Verwendung eines MT3608-Aufwärtswandlers (30 Rubel), der auf 5-5,1 V eingestellt ist. Wenn Sie eine Powerbank mit einem beliebigen 5-Volt-Wandler herstellen, müssen Sie tatsächlich nicht einmal etwas Zusätzliches kaufen. Die Modifikation besteht aus der Installation einer roten oder grünen LED (andere Farben funktionieren bei einer anderen Ausgangsspannung ab 6 V) über einen strombegrenzenden Widerstand von 200–500 Ohm zwischen dem positiven Ausgangsanschluss (dies ist ein Pluspol) und dem Eingangs-Pluspol (bei einer LED ist dies ein Minuspol). Du hast richtig gelesen, zwischen zwei Pluspunkten! Tatsache ist, dass beim Betrieb des Wandlers eine Spannungsdifferenz zwischen den Pluspunkten +4,2 und +5 V entsteht, wodurch sich gegenseitig eine Spannung von 0,8 V ergibt. Wenn die Batterie entladen ist, sinkt ihre Spannung, aber der Ausgang des Wandlers ist immer stabil, was bedeutet, dass die Differenz zunimmt. Und wenn die Spannung an der Bank 3,2–3,4 V beträgt, erreicht die Differenz den erforderlichen Wert, um die LED zum Leuchten zu bringen – sie beginnt zu zeigen, dass es Zeit zum Laden ist.

Wie misst man die Batteriekapazität?

Wir sind bereits daran gewöhnt, dass man für Messungen einen Imax b6 benötigt, aber dieser kostet Geld und ist für die meisten Funkamateure überflüssig. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, die Kapazität einer 1-2-3-Dosen-Batterie mit ausreichender Genauigkeit und kostengünstig zu messen – einen einfachen USB-Tester.

Wir werden über ein sehr praktisches Board mit einem Laderegler auf Basis von TP4056 sprechen. Die Platine verfügt zusätzlich über einen Schutz für Li-Ionen-Akkus mit 3,7 V.

Geeignet zum Umrüsten von Spielzeug und Haushaltsgeräten von Batterien auf wiederaufladbare Batterien.
Dies ist ein günstiges und effizientes Molul (Ladestrom bis zu 1A).

Obwohl bereits viel über Module auf dem TP4056-Chip geschrieben wurde, füge ich noch ein paar eigene hinzu.
Erst kürzlich habe ich davon erfahren, die etwas mehr kosten, etwas größer sind, aber zusätzlich ein BMS-Modul () zur Überwachung und zum Schutz des Akkus vor Tiefentladung und Überladung enthalten, basierend auf dem S-8205A und dem DW01, die das abschalten Batterie, wenn die Spannung an ihr überschritten wird.


Die Platinen sind für den Betrieb mit 18650-Zellen ausgelegt (hauptsächlich aufgrund des Ladestroms von 1 A), aber mit einigen Modifikationen (Umlöten des Widerstands – Reduzierung des Ladestroms) sind sie für alle 3,7-V-Batterien geeignet.
Das Layout der Platine ist praktisch – am Eingang, Ausgang und für die Batterie befinden sich Kontaktpads zum Löten. Die Module können ganz normal über Micro-USB mit Strom versorgt werden. Der Ladestatus wird durch eine eingebaute LED angezeigt.
Abmessungen ca. 27 x 17 mm, geringe Dicke, die „dickste“ Stelle ist der MicroUSB-Anschluss


Spezifikationen:
Typ: Ladegerätmodul
Eingangsspannung: 5 V empfohlen
Ladeabschaltspannung: 4,2 V (±) 1 %
Maximaler Ladestrom: 1000 mA
Batterie-Überentladungsschutzspannung: 2,5 V
Batterieüberstromschutzstrom: 3A
Brettgröße: ca. 27*17mm
Status-LED: Rot: Laden; Grün: Ladevorgang abgeschlossen
Paketgewicht: 9g

Der Link im Titel verkauft eine Menge von fünf Stück, das heißt, der Preis für ein Board beträgt etwa 0,6 $. Dies ist etwas teurer als eine TP4056-Ladeplatine, jedoch ohne Schutz – diese werden in Packungen für anderthalb Dollar verkauft. Für den Normalbetrieb müssen Sie jedoch ein BMS separat kaufen.

Kurz zum Anpassen des Ladestroms für TP4056

Ladereglermodul TP4056 + Batterieschutz
Bietet Schutz vor Überladung, Tiefentladung, dreifachen Schutz vor Überlast und Kurzschluss.
Maximaler Ladestrom: 1A
Maximaler Dauerentladestrom: 1A (Spitze 1,5A)
Ladespannungsbegrenzung: 4,275 V ±0. 025 V
Entladegrenze (Abschaltung): 2,75 V ±0. 1 V
Batterieschutz, Chip: DW01.
B+ wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden
B- wird an den Minuspol der Batterie angeschlossen
P- wird an den Minuspol des Last- und Ladeanschlusspunkts angeschlossen.

Auf der Platine befindet sich R3 (gekennzeichnet mit 122 - 1,2 kOhm). Um den gewünschten Ladestrom für das Element auszuwählen, wählen Sie einen Widerstand gemäß der Tabelle aus und löten Sie ihn neu.


Nur für den Fall, eine typische Aufnahme von TP4056 aus der Spezifikation.

Links ist ein Bild des alten Moduls. Die Platzierung der Komponenten ist beim neuen Modul anders, es sind jedoch alle gleichen Elemente vorhanden.


Wir schließen die Batterie an (Löten) an die Klemmen in der Mitte BAT +/–, löten die Motorkontakte von den Kontaktplatten für AA-Batterien (entfernen sie ganz), löten die Motorlast an den Platinenausgang (OUT +/–) .
Sie können mit einem Dremel für USB ein Loch in den Deckel schneiden.


Ich habe einen neuen Deckel gemacht – den alten habe ich komplett weggeworfen. Das neue hat Rillen zum Platzieren der Platine und ein Loch für MicroUSB.


GIF des Mixers, der mit Batteriestrom läuft und sich kräftig dreht. Die Kapazität von 280 mAh reicht für ein paar Minuten Arbeit, man muss es in 3-6 Tagen aufladen, je nachdem, wie oft man es benutzt (ich benutze es selten, man kann es sofort aufladen, wenn man es übertreibt.). Aufgrund des reduzierten Ladestroms dauert der Ladevorgang sehr lange, etwas weniger als eine Stunde. Aber jedes Aufladen über ein Smartphone.


Wenn Sie einen StepDown-Controller für ferngesteuerte Autos verwenden, ist es besser, zwei 18650- und zwei Platinen zu nehmen und diese wie im Bild in Reihe (und die Ladeeingänge parallel) zu schalten. Wobei der gemeinsame OUT ein beliebiges Abwärtsmodul ist und auf die erforderliche Spannung eingestellt ist (z. B. 4,5 V/6,0 V). In diesem Fall fährt das Auto nicht langsam, wenn die Batterien leer sind. Im Falle einer Entladung schaltet sich das Modul einfach abrupt ab.

Das TP4056-Modul mit integriertem BMS-Schutz ist sehr praktisch und vielseitig.
Das Modul ist für einen Ladestrom von 1A ausgelegt.
Wenn Sie eine Kaskade anschließen, berücksichtigen Sie beim Laden den Gesamtstrom. Beispielsweise „verlangen“ 4 Kaskaden zur Stromversorgung der Akkus eines Schraubendrehers 4 A zum Laden, ein Ladegerät von einem Mobiltelefon hält dem jedoch nicht stand.
Das Modul eignet sich zum Nachbauen von Spielzeugen – ferngesteuerte Autos, Roboter, verschiedene Lampen, Fernbedienungen... – alle möglichen Spielzeuge und Geräte, bei denen die Batterien häufig gewechselt werden müssen.

Update: Wenn das Minus Ende-zu-Ende ist, ist bei der Parallelisierung alles komplizierter.
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