Предлагается вариант устройства для разряда литиевых аккумуляторов, с регулировкой разрядного тока, индикацией процесса и автоматическим отключением аккумулятора при установлении на нем порогового напряжения 3,0…3,1 В. Рассматриваются литий - ионные (Li-ion) и литий - полимерные (Li-Pol) аккумуляторы. Возможна работа с никель - металлогидридной (NiMH) и никель - кадмиевой (NiCd) батареей аккумуляторов из трех элементов.
Продолжительность жизни аккумуляторов смартфонов традиционно оценивается в 500 – 600 циклов зарядки - разрядки. Вследствие внутренних процессов, после некоторого числа перезарядок аккумулятор теряет свою емкость. Также, если в предыдущих циклах работы, емкость аккумулятора часто не использовалась полностью, в аккумуляторе возникает «эффект памяти» - снижение емкости аккумулятора при неполном разряде. Например, аккумулятор, который систематически заряжают в интервале 20 – 80 % может потерять до 40 % имеющейся емкости - от 0 до 20 и от 80 до 100 %.
Но это в основном относится, к уходящим в прошлое никель – металлогидридным и никель – кадмиевым аккумуляторам. Новые гаджеты уже комплектуются литиевыми аккумуляторами. Но старые конструкции еще работают в различных устройствах. В них, для поддержания ресурса аккумулятора и смягчения «эффекта памяти», рекомендуется периодически выполнять его «тренировку» - осуществлять разряд аккумулятора до минимально допустимого (порогового) напряжения, а затем полностью его зарядить.
Литиевые аккумуляторы практически не подвержены «эффекту памяти». При работе с ними рекомендуется поступать иначе. А именно, держать заряд аккумулятора в пределах 40 – 80 %. Другими словами, заряжать по мере необходимости, но не до конца и не давать ему возможности разрядиться полностью.
Однако, из-за нестабильного процесса зарядки (заряжаем телефон где, когда и как придется - от USB, от разных з/у, от внешнего аккумулятора) специалисты рекомендуют и на литиевых аккумуляторах, периодически выполнять цикл аналогичный «калибровке» аккумулятора.
Для калибровки и профилактики, желательно, раз в 1 – 3 месяца разрядить аккумулятор полностью, затем зарядить на 100% и выдержать на зарядке несколько часов.
В телефонах и других устройствах, рабочий диапазон напряжения на Li-Ion аккумуляторе находится в пределах 3,5…4,2 В.
При снижении напряжения ниже 3,0 В, индикатор телефона покажет 0% заряда и устройство выключится. И хотя система покажет 0%, в аккумуляторе еще осталось 5% номинальной емкости. Производители назначают этот порог, для запаса заряда на поддержание дальнейшей работы системы до следующего подключения к з/у.
Если напряжение понизится до 2,5В, Li-Ion аккумулятор начнет быстро разряжаться и контроллер отключит его как неисправный. Каждая такая разрядка значительно уменьшает емкость аккумулятора, а после этого, зарядить его штатным з/у уже не получится.
Для поддержания долгосрочной службы аккумулятора в рабочем состоянии предлагается, изготовить устройство для разряда литиевого аккумулятора с возможностью регулировки разрядного тока. Индикация процесса разряда выполняется непрерывным свечением светодиода. При достижении порогового напряжения 3,0…3,1 В на аккумуляторе, он практически отключается от нагрузки, а светодиод начинает изредка мигать.
Схема устройства для разряда литиевых аккумуляторов
Для разряда аккумулятора реализуем несложную схему из доступных деталей.
Схема состоит из двух основных частей – узла разряда аккумулятора (левая часть схемы, относительно Х1) и индикатора разряда аккумулятора (правая часть).
Работу всей схемы объединяет узел проверки напряжения, выполненный на базе специализированной микросхемы (DA1) PS Т529Н, специально разработанной для контроля напряжения. Такие микросхемы называют мониторами напряжения или детекторами напряжения. Достоинствами таких микросхем является крайне низкое потребление энергии в дежурном режиме (около 3 мкА), высокая точность и четкость момента переключения при достижении порогового значения напряжения. Все это достигается построением микросхемы на основе операционного усилителя.
Примененный в схеме монитор напряжения, при понижении напряжения на аккумуляторе ниже 3,1 В, подключает выход микросхемы (вывод 3) к общему проводу, создавая на выходе низкий уровень напряжения. При напряжении на аккумуляторе выше 3,1 В, на выходе микросхемы поддерживается высокий уровень. Эта функция микросхемы позволяет устройству, при достижении порогового напряжения, переключить режим индикации процесса разряда и своевременно отключить разряд аккумулятора.
Вместо используемого в схеме монитора напряжения PS Т529Н на пороговое напряжение 3,1 В, допустимо использовать похожие микросхемы других производителей, например BD4731. Или воспользоваться детекторами на напряжение 3,08 В - TS809CXD, МСР103Т-315Е/ТТ, TCM809TENB713, САТ809ТТВI-G. Аналогично можно использовать подобную микросхему на другое напряжение, необходимое для работы устройства. Найти такие микросхемы на различные напряжения, кроме продаж, несложно при разборке старой аудио и видео техники.
Изготовление разрядного устройства
Изготовление индикатора разряда аккумулятора
Для более заметной и экономичной индикации окончания разряда аккумулятора, вводим в устройство режим мигающего светодиода. Для этого изготовим простейший генератор импульсов высокой скважности на двух транзисторах VT1 и VT2, образующих несимметричный мультивибратор.
При напряжении на аккумуляторе выше 3,1 В и высоком уровне на выходе детектора напряжения, генератор не работает, светодиод горит непрерывно.
При разряде аккумулятора, а следовательно появившемся низком уровне на выходе микросхемы, генератор импульсов включается и через усилитель на транзисторе VT3 включает светодиод с периодом: пауза – 3…20 сек., короткая вспышка - 1 сек. Длительность паузы и вспышки регулируются резисторами R2, R3 и конденсатором С1. Такой режим индикации позволяет уменьшить потребляемый ток генератора в паузе до 0,15 mА, а при вспышке до 4,8 mА, что становится важным, когда аккумулятор уже разряжен до порогового напряжения и дальнейшие утечки желательно уменьшить.
Изготовление и сборка монтажной платы
Вырезаем из универсальной печатной платы кусочек размером примерно 20 х 25 мм. Размер вырезаемой платы будет зависеть от применяемых деталей, их компоновки при монтаже. Обрабатываем края заготовки, зачищаем и лудим дорожки.
Подбираем детали согласно правой части схемы (относительно разъема Х1) и собираем индикатор разряда на монтажной плате. Подключаем изготовленный индикатор разряда аккумулятора к регулируемому источнику питания и проверяем работу схемы, плавно изменяя напряжение от 4,5 до 2,8 В.
Изготовление разрядного устройства
Узел разрядки аккумулятора (левая часть схемы) построен на базе транзисторов VT4 и VT5 соединенных по схеме Дарлингтона. Нагрузкой при разрядке аккумулятора служит резистор R6 номиналом 1…2 Ом, мощностью 2 Ватта.
Регулировка разрядного тока осуществляется потенциометром R8 номиналом 680 - 1000 Ом. При полностью заряженном аккумуляторе будет возможна регулировка разрядного тока в пределах от 0 до 1,0А. По мере снижения напряжения на аккумуляторе при его разряде, разрядный ток будет уменьшаться. Для его стабилизации, в диапазоне до напряжения стабилизации, между точкой «А» и общим проводом можно установить стабилитрон, например КС133А (КС433А).
Узел отключения разряда аккумулятора выполнен на транзисторе VT6. Низкий уровень на выходе детектора напряжения (при наступлении порогового напряжения) открывает транзистор VT6, соединяя базу управляющего транзистора VT5 с общим проводом. При этом транзисторы VT5 и VT4 закрываются и ток разряда уменьшается до 3,5 mА. В этом режиме, аккумулятор может без последствий находиться в разрядном устройстве некоторое время, изредка сигнализируя о своем состоянии. До порогового напряжения в 3,0 В у него имеется запас 0,05…0,07 В.
При изготовлении, разделим схему узла разрядки аккумулятора на две части. Детали, активно выделяющие тепло – силовой транзистор VT4 на радиаторе и нагрузочный резистор R6 (состоит из двух параллельно соединенных резисторов по 2 Ома), отделены от управляющих элементов схемы для уменьшения на них температурного влияния.
Закрепим силовой транзистор КТ815Б на алюминиевом радиаторе, а через отрезок фольгированного гетинакса закрепим и соединим в цепь нагрузочный резистор.
Сборка и испытание устройства для разряда аккумулятора
Для проверки и настройки схемы, соберем все устройство для разряда аккумулятора на универсальной монтажной плате. Подключаем схему устройства к блоку питания с плавной регулировкой напряжения в пределах 2,5…5,0 В и проверяем работу устройства в целом.
Плавно уменьшаем входное напряжение на гнездах для подключения аккумулятора (разъем Х1) начиная с 4,5 В. До напряжения 3,1 В светодиод горит непрерывно.
Проверяем ток разряда установленного аккумулятора.
При напряжении на аккумуляторе 3,8 В, максимальный ток разряда определяется в 0,73А.
Потенциометром R8 устанавливаем ток разряда 0,5А и начинаем понижать входное напряжение. При значении 3,01…3,05 В светодиод гаснет.
Переключаем мультиметр в режим измерения тока, значение тока разряда после отключения аккумулятора составляет всего 3,5 mA.
Остается перенести детали управляющей части узла разрядки, с монтажной на рабочую плату и собрать все устройство для разряда аккумулятора в корпусе.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
