Контроллер заряда и балансир li-ion аккумулятора 18650

Когда контроллер заряда выходит из строя или вовсе сгорает, устройство может перестать получать энергию в нужном количестве, а в худшем случае, гаджет испортится так сильно, что восстанавливать его станет невыгодно. В этой статье я подробно разобрал все детали, касающиеся контроллера батареи, в том числе и замена контроллера батареи планшета.

Место расположения контроллера питания

Устройство li-ion аккумулятора 18650

Контроллер зарядки литий-ионного аккумулятора производят корпорации: Sony, LG, Sanyo, Panasonic, Samsung, ATL, HYB. Остальные производители перекупают элементы и выдают за собственный продукт.

Максимальная емкость ионных аккумуляторов 18650 – 3600 мА-ч.; они, в отличие от батарей, могут многократно перезаряжаться. Цифра 18650 – форм-фактор, указывающий на длину аккумулятора (65 мм) и его диаметр (18 мм).

Основные характеристики литий-ионного аккумулятора 18650:

• максимально допустимое напряжение – 4,2 В (небольшие перезарядки губительно сказываются на сроке службы);
• минимально допустимое напряжение – 2,75 В (при понижении до 2 В заряд не подлежит восстановлению);
• минимально допустимая температура –20 °C 0С (зарядить на морозе невозможно);
• максимально допустимая температура +60 °C 0С (при превышении показателей возможны взрыв и возгорание);
• измерение емкости в ампер-часах – полная зарядка выдает 1 А тока в течение 60 минут, 2 А тока – 30 минут, 15 А тока – 4 минуты.

Литий-ионный АКБ преобразовывает химическую энергию в электрическую, поэтому возникает ток, приводящий в действие то или иное устройство. Такие батарейки оснащаются специальной защитной схемой, которая контролирует уровень ее нагрева и циклы работы. При перегреве и спаде напряжения до 2,7 В – контроллер автоматически прекращает работу АКБ.

Li-ion батарейки очень взрывоопасны, поэтому в них встроены защитные платы. Глубокий разряд таких батарей наступает через 2–3 года их неиспользования, после чего восстанавливаются они проблематично и не отличаются долгим сроком службы

Замена контроллера питания планшета

В сети есть множество инструкций и даже видео уроков на тему того, как заменить контроллер зарядки на планшете. На вид все выглядит просто и не требует особых навыков, но на деле это не так.

Я крайне не рекомендую чинить или менять микросхему собственноручно в домашних условиях. Это сложный процесс, который требует не только познаний и навыков в определенной области, но и наличия нужного оборудования.

Тот же одновременный нагрев каждой точки припоя, попросту невозможен без специального оборудования. Поэтому отнесите свой гаджет в квалифицированный сервисный центр.

Как происходит замена платы на Андроид-устройствах (Samsung, Lenovo, ASUS и прочие бренды):

1. Диагностика с помощью специального оборудования.
2. Решение о замене контроллера питания.
3. Разборка девайса.
4. Закрепление всех подвижных элементов.
5. Подготовка к работе с микросхемой.
6. Обматывание термоскотчем ближайших (к руке) контактов.
7. Отпаивание металлической схемы.
8. Нанесение флюса на контроллер.
9. Прогрев определенных элементов до 380 °C.
10. Снятие микросхемы.
11. Очищение оставшейся платы.
12. Установка новой микросхемы, которая закрепляется паяльной пастой.
13. Прикрепление металлической схемы.
14. Сборка гаджета.

Важно: доверяйте этот процесс только квалифицированным специалистам, которые выдают гарантию на свою работу.

Предназначение контроллера зарядки

Контроллер регулирует процесс заряда и разрядки аккумулятора. Если напряжение падает ниже 3 В, защита отключает банку от потребителя тока: устройство выключается. Также защитная схема предотвращает короткие замыкания. Некоторые виды защитных плат имеют терморезистор, который защищает элементы АКБ от перегрева.

Все платы осуществляют контроль за:

• переразрядом батарейки;
• перезарядом;
• током нагрузки;
• температурой.

Имея под рукой защитную плату, можно переделать старые АКБ шуруповерта, дрели на литиевые батареи, отличающиеся долгим сроком службы.

Особенности контроллера для зарядки li-ion аккумулятора 18650

Контроллер для литиевых аккумуляторов 18650 расположен сверху корпуса, чем удлиняет само устройство. Плата расположена впереди отрицательной клеммы, защищая АКБ от перезарядки/переразрядки. Основная страна-производитель – Китай.

Предназначение контролера зарядки

Как только защита будет установлена, корпус помещают в специальную пленку с термоусадкой. Из-за дополнительной защитной конструкции корпус удлиняется и утолщается, в редких случаях – не помещается в гнездо. В случае применения аккумулятора 18650 для создания тока в 12 В с общим контроллером заряда прерыватели не устанавливаются.

Основная функция такой защиты – сохранение работы источника энергии в установленных параметрах.

Контроллеры для li-ion аккумуляторов отличаются ценой, производителем и внутренними элементами.

1. HX-3S-A02 (цена – 150 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, который защищает литий-ионные элементы от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему можно подключить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер защиты – 50х16 мм.
2. FDC-2S-2 (цена – 50 рублей). Производитель – Китай, чип – HY2120, предотвращает сильный заряд/разряд, короткие замыкания. Возможно подключение двух АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3А). Параметры защиты – 36х6х1 мм.
3. HX-2S-01 (цена – 70 рублей). Производство – Китай, чип – HY2120, уберегает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Подключаются две АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3 А). Размер защиты – 36х6х1 мм.
4. HX-3S-D01(цена – 220 рублей). Производство – Китай, чип S-8254AA, контролирует сильный заряд/разряд, короткое замыкание. К нему можно подсоединить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 20 А). Размер защитной платы – 51х23 мм.
5. HX-3S-D02 (цена – 200 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему подключаются три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер схемы – 50х16 мм.
6. HX-4S-A01 (цена – 250 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Можно подсоединить четыре АКБ типа 18650 (максимальный ток – 6 А). Размер микросхемы – 67х16мм.

Ошибочно думать, что контроллеры заряда-разряда существуют: разрядом управлять не нужно, ток находится в прямой зависимости от нагрузки. Главное – это контроль за напряжением и температурой, временем завершения заряда. Под таким контроллером подразумевают плату, защищающую АКБ от глубокой зарядки/разрядки.

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Микросхемы состоят из различных электронных элементов, поэтому имеют вариации:

1. DW01-Plus. Самая популярная и простая микросхема, находится под самоклейкой с надписями, которой обернут аккумулятор. Плата шестиногая, полевые транзисторы соединены в один корпус восьминогой сборкой. Сопротивление транзисторов создает измерительный шунт: возникает большой порог срабатывания от одного устройства к другому. В полевики встроены паразитные светодиоды, благодаря которым АКБ заряжается даже при срабатывании защиты от глубокой разрядки.
2. S-8241 Series. Разработчик микросхемы – фирма SEIKO, специализирующаяся на литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах. Защитные ключи срабатывают при 2,3 и 4,35 вольтах и при спаде напряжения на FET1-FET2 до 200 мВ.
3. LV5114OT. Защитная плата срабатывает при 2,5 и 4,25 вольтах, что предотвращает переразряд/перезаряд.
4. R5421N Series. Среднее потребление энергии в рабочем состоянии – 3 мкА, в состоянии покоя – 0,3 мкА. Данная микросхема имеет ряд модификаций, которые разнятся величиной напряжения срабатывания при перезаряде.

Составляем схему

Итак, компоненты мы выбрали. Схема получается совсем простая.

Резистор R1 необходим для ограничения скорости открытия транзистора и снижения нагрузки на управляющий каскад микросхемы. Резистор R2 необходим для защиты базы транзистора, а также для его надёжного закрытия при запуске схемы. Отметим, что резистор R2

даёт лишние 50 мкА потребления тока (при питании от 5 вольт), поэтому слаботочных схемах, когда прибор большую часть времени проводит в спящем режиме его лучшеисключить !

Печатная плата используется односторонняя и имеет размер всего 10х6 мм. Ширина силовых дорожек составляет 0.5мм, что вполне достаточно для тока 2А.

Причины блокировки контроллером li-ion аккумулятора 18650

Главная причина – возникновение короткого замыкания из-за превышения предельно допустимого напряжения тока внутри АКБ. Микросхема разрывает электрическую цепь. Для разблокировки батареи достаточно зарядить ее.

Вторая причина – глубокий разряд аккумулятора. При глубоком некритичном разряде батарейку можно разблокировать с помощью зарядного устройства.

При разряжении до критичного состояния устройство не включится: внутренние химические процессы приводят к образованию металлических литиевых кристаллов, которые создают опасный контакт между положительным и отрицательным полюсами, приводящий к взрыву.

Выводы

Модули защиты привариваются точечной сваркой к контактам аккумуляторов 18650 и оберегают их от глубокого разряда, размыкая выходные ключи. В целом процесс разряда зависит от нагрузки. Контроллер заряда встраивается в зарядные устройства и отвечает за подачу нужного зарядного тока, прекращение его подачи, отслеживание уровня нагрева. Но при использовании аккумуляторов не стоит полагаться только на встроенные схемы защиты. Нужно соблюдать рекомендованные производителем условия эксплуатации и не доводить источники питания до критических условий.

Обзор аккумуляторных батарей для электроинструментов представлен здесь.

Балансировочная плата для li-ion аккумулятора 18650

Какую функцию выполняет балансир в литийных аккумуляторах? Если последовательно соединять несколько банок, их напряжение складывается в общую сумму, а емкость батареи равняется самой низкой из всех элементов.

Чтобы предотвратить перезаряд самой «ленивой» части, ее отключают от питания, что позволяет оставшимся частям продолжать заряжаться. Балансир контролирует равномерно распределяющийся заряд, поэтому его включают в цепи с последовательным соединением элементов. При параллельном соединении в балансировке нет необходимости: здесь равномерное распределение заряда. Балансировочная плата обычно входит в общий защитный корпус MBS и носит название «балансировочный шлейф».

Как восстановить Li-ion АКБ

При полном выходе из строя батареи лучшее решение – утилизация, в ситуации крайней необходимости ее можно реанимировать различными способами:

1. Помещение АКБ в морозильник: резкая смена температуры в ряде случаев приводит к его временному запуску. В морозильной камере необходимо держать ее в течение 40–50 минут, после чего извлечь и незамедлительно подключить к зарядному устройству на 5 минут. Подождать разогрева батарейки до комнатной температуры и полностью зарядить.
2. Вскрытие АКБ и отсоединение защитной микросхемы. Процедура проводится крайне осторожно. Для начала необходимо измерить тестером напряжение на контактах (дальнейшие действия возможны только при нулевом показателе), отсоединить защитную плату, замерить показатели напряжения. Дальше подключить зарядное устройство к аккумулятору на 10–15 минут, установив такие показатели: 100 мА, 4,2 В. При перегреве батареи зарядку следует отсоединить. Как только она полностью зарядится, защитная схема возвращается на место.

Перед разбором посмотрите на дату выпуска li-ion аккумулятора. Если ему больше 3–4 лет, не стоит пытаться реанимировать его.

Итак, контроллер для литий-ионных батарей выполняет важную функцию – не позволяет напряжению вырасти до 4,2 В и понизиться до 2,75 В (оптимальное напряжение для АКБ на литии – 3,7 вольта). Сильная разрядка и повышенная зарядка приводят к выходу устройства из строя.

Как изготовить данный прибор самостоятельно

1. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки
2. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.
3. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.
4. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).
5. Приобрести все необходимые комплектующие.
6. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.
7. Плата готова!

Разъёмы здесь не используются, плата припаивается проводами. По окончанию лучше запаять готовую плату в термоусадку нужного размера. По необходимости вы можете переделать плату под свой размер (например, для аккумулятора 18650, которые дешевле купить без платы защиты).

Проверить плату очень легко, достаточно подключить потребитель к аккумулятору (например прибор или светодиод) и дождаться когда он сядет. После этого проверить напряжение на нем, оно должно быть около 2.9В.