В прошлой статье говорилось о возможности сборки мощной аккумуляторной батареи из большого числа отдельных элементов. При этом технически неверно с моей стороны было называть контроллерами заряда/разряда те модули, которые вмонтированы в непосредственно в батарею. Также при создании мощной батареи с последовательно-параллельным подключением элементов есть некоторые важные ограничения именно по напряжению.
Ну а если и говорить о контроллерах, то в качестве их можно применить плату старого мобильного телефона. Рассмотрим пример её использования на кнопочном Самсунге.
Контроллер или схема ограничения тока заряда/разряда?
Контроллер – это система плавного или ступенчатого контроля за режимом работы. Если говорить о зарядке/разрядке аккумуляторной батареи, то это контроль с поддержанием определённого значения напряжения и токов. Само устройство такого типа состоит из схемы управления и выходного ключа. Для питания, например, мобильных телефонов цифровой вариант управления невозможен из-за большого уровня помех и невозможности качественного подавления частоты преобразования в миниатюрном модуле.
А вот аналоговые контроллеры будут выделять большое падение мощности на выходном каскаде при значительных токах. Особенно при зарядке повышенным или нестабилизированным напряжением, поэтому в литиевые аккумуляторные модули их не ставят. Потому что SMD компоненты не могут выдержать большую габаритную мощность.
Платы, встроенные в батареи, содержат схемы ограничения напряжения и тока. Поэтому называть их платами-контроллерами с моей стороны было технически неправильно. Впрочем, к этим модулям мы ещё вернёмся в конце статьи и рассмотрим несколько схем ограничителей напряжения и тока заряда/разряда литиевых аккумуляторов.
Контроллеры для литиевых аккумуляторов тоже имеются, их монтируют в зарядные устройства и мобильные телефоны. Даже обычный старый кнопочный девайс можно использовать как контроллер заряда/разряда, им можно заменить знаменитую китайскую «жабку». Она то как раз и выполняет функцию контроля зарядки литиевых аккумуляторов и даже выводит некоторые батареи из «стопора», обусловленного полным разрядом аккумулятора.
Ели аккумулятор полностью разряжен, то это быстро приводит к потере свободных ионов. Они находят себе отрицательно заряженные пары и создают соединения. При этом аккумулятор теряет ёмкость, вплоть до 0. Восстановить его уже не представляется возможным.
Контроллер заряда из мобильного телефона
Контроллер, собранный из платы кнопочного телефона Samsung, например, может заряжать и немного восстанавливать аккумуляторы. Он работает сразу, при подаче на вход напряжения, без включения функций телефона. Важно лишь чтобы оно было стабилизировано и не превышало 5,2В. Если же подключить только аккумулятор, то система определяет степень его заряда и при напряжении 2,3 – 2,5В включает процессор-драйвер экрана с отображением надписи недостаточного уровня заряда.
Если же подать напряжение на микро-usb, то система начнёт заряжать аккумулятор. При достижении напряжения 4,18 – 4,35В система перестанет заряжать аккумулятор и выдаст сообщение о том, что батарея заряжена. Почему предел может быть больше 4,3В? Это делается с расчётом падения напряжения на переходах полевых транзисторов, входящих в состав модулей защиты (некоторые их схемы приведены ниже). Это и есть контроллер заряда, клеммы с платы мобильного телефона можно вынести на отдельную панель.
Таким устройством можно заряжать любые литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы со встроенными модулями-ограничителями заряда/разряда, ёмкостью до 2200 мА×ч. Если требуется контроллер на большую ёмкость, то используют телефон, в котором батарея была мощнее или усиливают ключ более мощным Mosfet-транзистором. Но при этом следует подбирать замену с учётом сопротивления перехода транзистора в открытом состоянии. Этот переход является измерительным шунтом, поэтому меняя транзистор – изменится ток регулирования.
Схемы ограничителей напряжения и тока
Самая распространённая схема модуля ограничителя тока и напряжения заряда/разряда собирается на интегральном компоненте DW01-Plus и сборке полевых транзисторов FS8205A.
Такая же схема может быть собрана на чипе AAT8660 от компании Advanced Analog Technology или S-8241 бренда SEIKO. В последнем случае балансный резистор не 100, а 470 Ом. Транзисторная сборка тоже может быть изготовлена в меньшем корпусе SOT-23-6.
Вывод 2 – датчик напряжения, которое падает на открытых переходах полевых транзисторов, работающих только в ключевом режиме.
Есть интегральные приборы, например, LC05111CMT, которые содержат не только систему управления, но и ключи.
Изменением моделей элементов ключа и (или) установкой делителя напряжения можно настроить и спаять более мощные ограничители на базе этих чипов, взятых из плат-ограничителей или специально приобретённых в магазине. Их можно будет установить на высокотоковые литий-ионные батареи 18650. Сопротивление перехода применяемых «полевиков» можно взять по справочнику и рассчитать либо настроить экспериментально.
А если применить «мосфеты» или другие ключи с большим напряжением стока, то удастся собрать батарею на большое напряжение, вплоть до 320В. Это как средне-амплитудное переменного 220В, то есть выпрямленное с сетевого. Такой аккумулятор без преобразователя напряжения можно применить для питания частотного преобразователя, запитав его постоянным напряжением, на вход переменного. Теперь на этот «частотник» можно нагрузить асинхронный двигатель, установив его на байк или авто. А систему регулировку оборотов – в ручку или педаль газа.
Впрочем, это только идеи, которые намереваюсь воплотить в ближайшем будущем, о чём вам обязательно напишу.