Двостепени круг пуњача литијумске батерије од 7,4 В

Чини се да напредак у електричним возилима, дрону и другој мобилној електроници попут ИоТ уређаја обећава за будућност. Једна од уобичајених ствари међу свима њима је да се сви напајају из батерија. Следећи Мооре-ов закон, електронски уређаји постају мањи и питкији, ови преносни уређаји би требало да имају свој извор напајања. Најчешћи избор батерија за преносну електронику данас су литијум-јонске или литијумске полимерне батерије. Иако ове батерије имају врло добру густину наелектрисања, оне су хемијски нестабилне у тешким условима, па би требало бити опрезан док их пуните и користите.

У овом пројекту ћемо изградити двостепени пуњач батерија (ЦЦ и ЦВ) који се може користити за пуњење литијум-јонских или литијум-полимерних батерија. Коло пуњач батерија је дизајниран за 7.4В литијум батерије (два 18650 у серији) који сам обично користе у већини роботици пројекту, али круг се лако може модификовати да се уклопи у нижим или нешто вишим акумулатора као да се изгради 3,7 литијум пуњачем или 12в литијум-јонска батерија пуњач. Као што можда знате, за ове батерије постоје готови пуњачи, али они који су јефтини врло су спори, а они брзи врло скупи. Тако сам у овом колу одлучио да направим једноставан сирови пуњач са ЛМ317 ИЦ са ЦЦ и ЦВ режимом. Такође, шта је забавније од стварања сопственог уређаја и учења у његовом процесу.

Имајте на уму да са литијумским батеријама треба пажљиво поступати. Прекомерно пуњење или скраћивање може довести до експлозије и опасности од пожара, зато будите сигурни око њега. Ако сте потпуно нови у литијумским батеријама, топло бих вам саветовао да прочитате чланак о литијумским батеријама пре него што наставите даље. То је речено, уђимо у пројекат.

ЦЦ и ЦВ режим за пуњач батерија:

Пуњач који овде намеравамо да направимо је пуњач у два корака, што значи да ће имати два начина пуњења, наиме Константно пуњење (ЦЦ) и Константни напон (ЦВ). Комбиновањем ова два начина моћи ћемо напунити батерију брже него обично.

Константно пуњење (ЦЦ):

Први начин рада који ће почети са радом биће ЦЦ режим. Овде је фиксна количина струје пуњења која треба да уђе у батерију. Да би се одржала ова струја, напон ће се у складу са тим променити.

Константни напон (ЦВ):

Када се ЦЦ режим заврши, ЦВ режим ће се активирати. Овде ће се напон одржавати фиксним, а струја ће моћи да варира према захтеву за пуњење батерије.

У нашем случају имамо 7,4 В литијумску батерију, која је ништа друго до две 18650 ћелија од 3,7 В свака је повезана у серију (3,7 В + 3,7 В = 7,4 В). Овај пакет батерија треба напунити када напон досегне 6,4В (3,2В по ћелији) и може се напунити до 8,4В (4,2В по ћелији). Стога су ове вредности већ фиксне за нашу батерију.

Затим смо одлучили да је струја пуњења у ЦЦ режиму, а то се обично може наћи у техничком листу батерије, а вредност зависи од Ах вредности батерије. У нашем случају сам одредио вредност од 800мА као константну струју пуњења. Дакле, у почетку када је батерија повезана за пуњење, пуњач треба да пређе у ЦЦ режим и у њега угура 800мА променом напона пуњења у складу са. Ово ће напунити батерију и напон батерије ће почети полако да расте.

С обзиром да у батерију гурамо јаку струју са већим вредностима напона, не можемо је оставити у ЦЦ док се батерија не напуни до краја. Пуњач морамо пребацити из ЦЦ режима у ЦВ режим када напон батерије достигне значајну вредност. Наша батерија овде би требала бити 8,4 В када је потпуно напуњена, тако да је можемо пребацити из ЦЦ режима у ЦВ мод на 8,2 В.

Када се пуњач пребаци у режим ЦВ, требало би да одржавамо константан напон, у нашем случају вредност константног напона износи 8,6 В. Батерија ће испразнити знатно мање струје у ЦВ режиму од ЦЦ режима, јер је батерија скоро напуњена у самом ЦЦ режиму. Дакле, при фиксних 8,6В батерија ће трошити мање струје и та струја ће се смањивати како се батерија пуни. Дакле, морамо пратити струју када достигне врло малу вредност, рецимо мање од 50мА, претпостављамо да је батерија потпуно напуњена и аутоматски искључити батерију из пуњача помоћу релеја.

Да резимирамо, поступак пуњења батерије можемо навести на следећи начин

Уђите у ЦЦ режим и напуните батерију фиксном струјом од 800мА.
Надгледајте напон батерије и када достигне 8,2 В пређите у ЦВ режим.
У режиму ЦВ напуните батерију фиксним 8,6В регулисаним напоном.
Надгледајте струју пуњења како се смањује.
Када струја достигне 50мА, аутоматски искључите батерију из пуњача.

Вредности 800мА, 8,2В и 8,6В су фиксне јер имамо 7,4В литијумску батерију. Ове вредности можете лако променити према захтевима батерије. Такође имајте на уму да постоји много сценских пуњача. Овакав двостепени пуњач је најчешће коришћен. У тростепеном пуњачу фазе ће бити ЦЦ, ЦВ и плутајуће. У пуњачу са четири или шест степени узимаће се у обзир унутрашњи отпор, температура итд. Сада, када имамо кратко разумевање како би двополни пуњач заправо требало да ради, уђимо у круг.

Кружни дијаграм

Комплетна шема кола за овај пуњач литијумских батерија налази се у наставку. Коло је направљено помоћу ЕасиЕДА-е, а ПЦБ ће такође бити направљен користећи исти.

Као што видите, склоп је прилично једноставан. Користили смо две ИЦ-ове ЛМ317 са променљивим регулатором напона, једну за регулацију струје, а другу за регулацију напона. Први релеј користи се за пребацивање између ЦЦ и ЦВ режима, а други релеј користи за повезивање или одвајање батерије од пуњача. Разломимо коло на сегменте и схватимо његов дизајн.

ЛМ317 Регулатор струје

ЛМ317 ИЦ може да делује као регулатор струје уз помоћ једног отпорника. Коло за исто је приказано испод

За наш пуњач морамо регулисати струју од 800мА како је горе речено. Формула за израчунавање вредности отпорника за потребну струју дата је у техничком листу као

Отпорник (ома) = 1,25 / струја (ампери)

У нашем случају вредност струје је 0,8А и за то добијамо вредност 1,56 Охма као вредност отпорника. Али најближа вредност коју бисмо могли да искористимо је 1,5 Ома, што је поменуто у горњој шеми.

ЛМ317 Регулатор напона

За ЦВ режим пуњача литијумске батерије морамо подесити напон на 8,6 В, као што је претходно речено. ЛМ317 опет може то да уради уз помоћ само два отпорника. Коло за исто је приказано испод.

Формула за израчунавање излазног напона за регулатор ЛМ317 даје се као

У нашем случају излазни напон (Воут) треба да буде 8,6 В, а вредност Р1 (овде Р2) треба да буде мања од 1000 охма, па сам одабрао вредност од 560 охма. Ако израчунамо вредност Р2, добићемо 3,3 кма. Алтернативно можете користити било које вредности комбинације отпорника под условом да излазни напон буде 8,6В. Помоћу овог мрежног калкулатора ЛМ317 можете себи олакшати посао.

Релејни распоред за пребацивање између ЦЦ и ЦВ режима

Имамо два 12В релеја, од којих сваки Ардуино покреће кроз БЦ547 НПН транзистор. Оба распореда релеја приказана су доле

Први релеј се користи за пребацивање између ЦЦ и ЦВ начину пуњача, овај релеј се активира од стране Ардуино пин означен као "Моде". Подразумевано је да је релеј у ЦЦ моду када се активира, прелази из ЦЦ у ЦВ мод.

Слично томе, други релеј се користи за повезивање или одвајање пуњача од батерије; овај релеј покреће Ардуино пин означен са „Цхарге“. Релеј подразумевано искључује батерију из пуњача, када се активира, повезује пуњач са батеријом. Поред тога, две диоде Д1 и Д2 се користе за заштиту кола од реверзне струје, а 1К отпорници Р4 и Р5 користе се за ограничавање струје која тече кроз базу транзистора.

Мерење напона литијумске батерије

Да бисмо надзирали процес пуњења, морамо измерити напон батерије, тек тада пуњач можемо пребацити из ЦЦ режима у ЦВ режим када напон акумулатора достигне 8,2 В, како је већ речено. Најчешћа техника која се користи за мерење напона код микроконтролера попут Ардуина је употреба кола за поделу напона. Овде коришћени приказан је у наставку.

Као што знамо да је максимални напон који може да измери Ардуино Аналог пин може бити 5В, али наша батерија може да достигне чак 8,6В у ЦВ режиму, тако да ово морамо спустити на нижи напон. То је тачно урађено кругом делитеља напона. Можете израчунати вредност отпорника и знати више о делитељу напона помоћу овог мрежног калкулатора за поделу напона. Овде смо израчунали излазни напон за половину првобитног улазног напона, а овај излазни напон се затим шаље на аналогни пин Ардуино помоћу ознаке „ Б_Волтаге “. Касније можемо да вратимо изворну вредност током програмирања Ардуина.

Мерење струје пуњења

Други витални параметар који треба измерити је струја пуњења. Током ЦВ режима батерија ће бити искључена са пуњача када струја пуњења падне испод 50мА што указује на завршетак пуњења. Постоји много метода за мерење струје, најчешће коришћена метода је употреба ранжерског отпорника. Коло за исто је приказано испод

Концепт који стоји иза тога је једноставан закон ома. Читава струја која тече ка батерији тече кроз ранжирни отпор 2.2Р. Тада према Охмовом закону (В = ИР) знамо да ће пад напона на овом отпорнику бити пропорционалан струји која кроз њега тече. Пошто знамо вредност отпорника и напон на њему се могу мерити помоћу Ардуино Аналог пин-а, вредност струје се може лако израчунати. Вредност пада напона на отпорнику шаље се Ардуину преко ознаке „Б_Цуррент “. Знамо да ће максимална струја пуњења бити 800мА, па помоћу формула В = ИР и П = И ² Р можемо израчунати вредност отпора и вредност снаге отпорника.

Ардуино и ЛЦД

Коначно, на Ардуино страни морамо да повежемо ЛЦД са Ардуином како бисмо кориснику приказали поступак пуњења и контролисали пуњење мерењем напона, струје и затим активирањем релеја у складу с тим.

Ардуино Нано има уграђени регулатор напона, па се напон напаја Вином, а регулисаних 5 В користи се за покретање Ардуино и ЛЦД дисплеја 16к2. Напон и струја могу се мерити помоћу аналогних пинова А0 и А1 помоћу ознака „Б_Волтаге“ и „Б_Цуррент“. Релеј се може покренути пребацивањем ГПИО пина Д8 и Д9 који су повезани преко налепница „Начин рада“ и „Пуњење“. Када шеме буду спремне, можемо наставити са израдом ПЦБ-а.

Дизајн и израда ПЦБ-а помоћу ЕасиЕДА-е

Да бисмо дизајнирали овај Литхум пуњач за батерије, изабрали смо мрежни ЕДА алат ЕасиЕДА. Раније сам много пута користио ЕасиЕДА и сматрао сам да је врло згодан за употребу, јер има добру колекцију отисака стопала и отворен је извор. Након дизајнирања ПЦБ-а, узорке ПЦБ-а можемо наручити путем њихових јефтиних услуга израде ПЦБ-а. Такође нуде услугу снабдевања компонентама где имају велику залиху електронских компонената и корисници могу да наруче потребне компоненте заједно са наруџбом ПЦБ-а.

Док дизајнирате своје склопове и ПЦБ-ове, такође можете учинити своје дизајне кола и ПЦБ-а јавним, тако да их други корисници могу копирати или уредити и искористити ваш рад, такође смо учинили целокупним распоредима својих кола и ПЦБ-а јавним за ово коло, проверите доњи линк:

хттпс://еасиеда.цом/ЦирцуитДигест/7.4В-Литхиум-Цхаргер-витх-МЦУ

Можете погледати било који слој (горњи, доњи, горњи, свиленкасти, итд.) ПЦБ-а одабиром слоја из прозора „Слојеви“. Такође можете погледати ПЦБ пуњача за литијумску батерију, како ће изгледати након израде помоћу дугмета Пхото Виев у ЕасиЕДА:

Израчунавање и наручивање узорака на мрежи

Након завршетка дизајна овог ПЦБ-а за пуњач литијумске батерије, ПЦБ можете наручити путем ЈЛЦПЦБ.цом. Да бисте наручили ПЦБ од ЈЛЦПЦБ, потребна вам је датотека Гербер. Да бисте преузели Гербер датотеке са ПЦБ-а, само кликните дугме Генериши фабричку датотеку на страници ЕасиЕДА уређивача, а затим преузмите датотеку Гербер одатле или можете кликнути на Наручи на ЈЛЦПЦБ као што је приказано на доњој слици. Ово ће вас преусмерити на ЈЛЦПЦБ.цом, где можете да изаберете број ПЦБ-а које желите да наручите, колико слојева бакра вам треба, дебљину ПЦБ-а, тежину бакра, па чак и боју ПЦБ-а, попут снимка приказаног доле:

Након клика на дугме за наруџбину на ЈЛЦПЦБ, одвешће се до веб странице ЈЛЦПЦБ где ПЦБ можете наручити по врло ниској цени која износи 2 УСД. Њихово време израде је такође врло кратко, што је 48 сати са ДХЛ испоруком од 3-5 дана, у основи ћете добити своје ПЦБ-ове у року од недељу дана од наручивања.

Након наручивања ПЦБ-а, можете да проверите производни напредак ваше ПЦБ-а са датумом и временом. Проверите га тако што ћете отићи на страницу налога и кликнути на везу „Производни напредак“ испод ПЦБ-а као што је приказано на доњој слици.

После неколико дана наручивања ПЦБ-а, добио сам узорке ПЦБ-а у лепом паковању као што је приказано на сликама испод.

Након што се уверио да су трагови и трагови тачни. Наставио сам са састављањем ПЦБ-а, користио сам женска заглавља за постављање Ардуино Нано-а и ЛЦД-а тако да их касније могу уклонити ако су ми потребни за друге пројекте. Потпуно залемљена плоча изгледа овако доле

Програмирање Ардуина за двостепено пуњење литијумске батерије

Када је хардвер спреман, можемо наставити са писањем кода за Ардуино Нано. Комплетан програм за овај пројекат налази се на дну странице, а можете га учитати директно на ваш Ардуино. Сада, хајде да разбијемо програм на мале исечке и схватимо шта код заправо ради.

Као и увек започињемо програм иницијализацијом И / О пинова. Као што знамо из нашег хардвера, пинови А0 и А2 се користе за мерење напона, односно струје, а пинови Д8 и Д9 се користе за управљање релејем режима и релејем пуњења. Код за исто дефинисање приказан је у наставку

цонст инт рс = 2, ен = 3, д4 = 4, д5 = 5, д6 = 6, д7 = 7; // Наведите број пина за ЛЦД везу ЛикуидЦристал лцд (рс, ен, д4, д5, д6, д7); инт Цхарге = 9; // Приквачите за повезивање или одвајање батерије у круг инт Моде = 8; // Приквачите за пребацивање између ЦЦ режима и ЦВ режима инт Волтаге_дивидер = А0; // За мерење напона батерије инт Схунт_ресистор = А1; // за мерење пуњења струје пуњења Цхарге_Волтаге; флоат Цхарге_цуррент;

Унутар подешавање функција, ми иницијализирати ЛЦД функцију и приказати интро поруку на екрану. Игле релеја такође дефинишемо као излазне пинове. Затим активирајте релеј за пуњење, повежите батерију са пуњачем и пуњач подразумевано остаје у режиму ЦЦ.

воид сетуп () { лцд.бегин (16, 2); // Иницирање ЛЦД ЛЦД штампе са 16 * 2 ("Ли + пуњач од 7,4 В"); // Увод у линију поруке 1 лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт ("- ЦирцуитДигест"); // Увод у линију поруке 2 лцд.цлеар (); пинМоде (пуњење, излаз); пинМоде (Моде, ОУТПУТ); дигиталВрите (пуњење, ВИСОКО); // Започните с Цхаргиг-ом у почетку повезивањем батерије дигиталВрите (Моде, ЛОВ); // ВИСОКО за ЦВ режим и НИЗКО ЦЦ режима, првобитно кашњење ЦЦ режима (1000); }

Следеће, унутар бесконачне петље функција, ми почети програм за мерење напона батерије и пуњење струје. Вредности 0,0095 и 1,78 се множе са аналогном вредношћу да би се 0 претворило у 1024 у стварну вредност напона и струје. Помоћу мултиметра и стезаљке можете измерити стварну вредност, а затим израчунати вредност множитеља. Такође је теоретски израчунати вредности множитеља на основу отпорника које смо користили, али није било толико тачно колико сам очекивао.

// Прво меримо напон и струју Цхарге_Волтаге = аналогРеад (Волтаге_дивидер) * 0.0092; // Мерење напона батерије Цхарге_цуррент = аналогРеад (Схунт_ресистор) * 1,78; // Измери струју пуњења

Ако је напон пуњења мањи од 8,2В, улазимо у ЦЦ режим, а ако је већи од 8,2В, улазимо у ЦВ режим. Сваки режим има своју вхиле петљу. Унутар петље режима ЦЦ држимо пин Моде као ЛОВ да останемо у ЦЦ режиму, а затим настављамо да надгледамо напон и струју. Ако напон премаши гранични напон од 8,2 В, прекидамо ЦЦ петљу помоћу наредбе прекида. Статус напона пуњења такође се приказује на ЛЦД-у унутар ЦЦ петље.

// Ако је напон батерије мањи од 8,2 В, уђите у ЦЦ режим док је (Цхарге_Волтаге <8,2) // ЦЦ МОДЕ Лооп { дигиталВрите (Моде, ЛОВ); // Останите у ЦЦ режиму // Измерите напон и струју Цхарге_Волтаге = аналогРеад (Волтаге_дивидер) * 0.0095; // Мерење напона батерије Цхарге_цуррент = аналогРеад (Схунт_ресистор) * 1,78; // Мерење струје пуњења // штампање података на ЛЦД екрану лцд.принт ("В ="); лцд.принт (Цхарге_Волтаге); лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт („У режиму ЦЦ“); кашњење (1000); лцд.цлеар (); // Проверите да ли морамо да изађемо из ЦЦ режима иф (Цхарге_Волтаге> = 8.2) // Ако да { дигиталВрите (Моде, ХИГХ); // Прелазак у прекид ЦВ режима ; } }

Иста техника се може следити и за ЦВ режим. Ако напон прелази 8,2 В, пуњач прелази у ЦВ режим тако што ће пин Моде бити висок. Ово односи константних 8,6 В на батерију, а струја пуњења може да варира у зависности од захтева за батеријом. Ова струја пуњења се затим надгледа и када достигне испод 50мА можемо прекинути поступак пуњења искључивањем батерије из пуњача. Да бисмо то урадили, једноставно морамо искључити релеј пуњења као што је приказано у доњем коду

// Ако је напон батерије већи од 8,2 В, уђите у ЦВ режим док је (Цхарге_Волтаге> = 8,2) // ЦВ МОДЕ Лооп { дигиталВрите (Моде, ХИГХ); // Останите у ЦВ режиму // Измерите напон и струју Цхарге_Волтаге = аналогРеад (Волтаге_дивидер) * 0.0092; // Мерење напона батерије Цхарге_цуррент = аналогРеад (Схунт_ресистор) * 1,78; // Мерење струје пуњења // Приказ детаља кориснику на ЛЦД екрану ("В ="); лцд.принт (Цхарге_Волтаге); лцд.принт ("И ="); лцд.принт (Цхарге_цуррент); лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт („У режиму ЦВ“); кашњење (1000); лцд.цлеар (); // Проверите да ли је батерија напуњена надгледањем струје пуњења иф (Цхарге_цуррент <50) // Ако је одговор да { дигиталВрите (Наплати, НИСКО); // Искључите пуњење док (1) // Пуњач држите искљученим док се поново не покрене { лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт („Наплата завршена.“); кашњење (1000); лцд.цлеар (); } } } }

Рад 7,4В двополног литијумског пуњача

Када је хардвер спреман, отпремите код на Ардуино плочу. Затим спојите батерију на терминал за пуњење плоче. Обавезно их повежите у правилном поларитету, преокретање поларитета ће проузроковати озбиљна оштећења батерије и плоче. Након повезивања напајања батерије пуњач помоћу 12В адаптера. Дочекаће вас уводни текст, а пуњач ће прећи у ЦЦ режим или ЦВ режим на основу статуса батерије. Ако се батерија потпуно испразни у време пуњења, прећи ће у ЦЦ режим и ваш ЛЦД ће приказати нешто слично доле.

Како се батерија пуни, напон ће се повећавати како је приказано на видео снимку испод . Када овај напон достигне 8,2 В, пуњач ће ући у ЦВ режим из ЦЦ режима и сада ће приказати и напон и струју као што је приказано доле.

Одавде полако тренутна потрошња батерије опада док се пуни. Када струја достигне 50 мА или мање, пуњач претпоставља да је батерија потпуно напуњена, а затим искључује батерију из пуњача помоћу релеја и приказује следећи екран. Након тога можете ископчати батерију из пуњача и користити је у својим апликацијама.

Надам се да сте разумели пројекат и уживали сте у његовој изради. Комплетни рад можете пронаћи у видео снимку испод. Ако имате било каквих питања, објавите их у одељку за коментаре испод, користите форуме за друга техничка питања. Поново је струјни круг само у образовне сврхе, зато га користите са одговорношћу, јер литијумске батерије нису стабилне у тешким условима.