Hochstrom-Li-Ionen-Batterieladekreis

In diesem Beitrag wird eine Hochstrom-Li-Ionen-Batterieladeschaltung erläutert, die zum Laden von Hochstrom-Akkus wie 2S3P- und 3S2P-Akkus verwendet werden kann. Es kann auch zum Laden anderer Li-Ionen-Akkus mit ähnlich hohem Ah-Wert aus einer Auto- oder LKW-Batterie verwendet werden. Die Idee wurde von Herrn Neil angefordert

Laden eines 8800 mAh Li-Ion Packs

Es ist vielleicht sehr frech von mir, um Ihre Hilfe zu bitten, aber meine Designfähigkeiten sind in der Elektronik begrenzt und als Freiwilliger ist mein Budget begrenzt.

Ich bin ein Freiwilliger für eine lokale Such- und Rettungsorganisation (Suffolk Lowland Search and Rescue). Wir sind 365 Tage im Jahr rund um die Uhr für Sie da. Unsere Arbeit besteht darin, jemanden zu finden, der in Suffolk (und in angrenzenden Landkreisen) verschwunden ist.

Die Suche findet oft in den Stunden der Dunkelheit statt und wir haben ein besonderes Bedürfnis nach guten Fackeln, die sofort einsatzbereit sein müssen.

Ich bin Teil des Mountainbike-Rettungsteams, wir legen sehr schnell Boden zurück und können Wege viel schneller suchen als Fußteams, Lichter sind wieder sehr wichtig und ich hoffe, hier können Sie helfen.

Ich habe vor kurzem ein Cree LED-Licht für mein Fahrrad gekauft, es wird von einem 8,4 V Li-Ion 8800mAh Akku gespeist, ich habe 2.

Diese Geräte wurden mit einem netzbetriebenen Ladegerät (240 V UK) geliefert. Ich möchte, dass sie in dem Auto aufgeladen werden können, in dem das Fahrrad aufbewahrt wird.

Mir ist aufgefallen, dass du es schon getan hast entwarf einige Ladeschaltungen für diesen Batterietyp und ich frage mich, ob Sie Ihr Design ändern könnten, um von einem 12-V-Autokreis auf diese Spezifikationsbatterien aufgeladen zu werden.

Der Autokreis wird mit der Zündung geschaltet. Ich bin sehr fähig, die Schaltung zu konstruieren, nur meine Designfähigkeiten sind begrenzt!

Ich schätze es sehr, wenn Sie dafür Geld ausgeben, es wird nicht nur mir helfen, sondern möglicherweise auch jeder verlorenen Sohle in Suffolk.

Herzliche Grüße,

Neil.

Das Design

Die gezeigte Hochstrom-Li-Ionen-Batterieladeschaltung dient zum Laden von Li-Ionen-Batterien bis zu 5 AH mit dem gezeigten IC2 oder für 10AH-Batterien, wenn IC2 entsprechend ersetzt wird mit einem LM396

Der LM338 IC2 ist ein vielseitiger Spannungsregler-IC, der speziell zum Laden von Li-Ion-Zellen mit den wesentlichen Merkmalen Konstantstrom und Konstantspannung konfiguriert werden kann.

Das obige Design ist als Li-Ionen-Ladegerät mit konstanter Spannung konfiguriert, da wir davon ausgehen, dass die Eingangsversorgung ein konstanter Strom ist.

Falls die Eingangsversorgung jedoch nicht strombegrenzt ist, kann der IC2 mit einer effektiven Konstantstromfunktion erweitert werden. Wir werden dies am Ende dieser Erklärung diskutieren.

Das Design besteht aus zwei Grundstufen, der IC2-Spannungsreglerstufe und der IC1-Überladungsabschaltstufe.

IC2 ist in seiner Standardform als Spannungsregler konfiguriert, wobei P1 als Steuerknopf fungiert und eingestellt werden kann, um die erforderliche Ladespannung über der angeschlossenen Li-Ionen-Batterie am Ausgang zu erzeugen.

IC1 Pin3 ist der Erfassungseingang des IC und wird mit einer Voreinstellung P2 abgeschlossen, um die Einstellung des Überladespannungspegels zu erleichtern.

Die Voreinstellung P2 wird so eingestellt, dass bei Erreichen des vollen Ladewerts der Batterie die Spannung an Pin3 nur höher als an Pin2 wird, was zu einem sofortigen Hoch an Pin6 des IC führt.

Sobald dies geschieht, rastet das Hoch von Pin6 mit einem permanenten Hoch über R3, D2 an Pin3 ein und friert den Stromkreis in dieser Position ein. Denken Sie daran, dass dieses Verriegelungsnetzwerk optional ist. Sie können es entfernen, wenn Sie möchten. Dann wird der Li-Ionen-Akku jedoch nicht dauerhaft abgeschaltet. Schalten Sie ihn je nach dem vollen Ladezustand des Akkus zeitweise ein / aus.

Das obige Hoch wird auch an der Basis des BC547 geliefert, wodurch der ADJ-Pin von IC2 sofort geerdet wird und er gezwungen wird, seine Ausgangsspannung abzuschalten, wodurch die Spannung an der Li-Ionen-Batterie abgeschaltet wird.

Die rote LED leuchtet jetzt und zeigt den vollen Ladezustand und die Abschaltbedingungen des Stromkreises an.

Schaltplan

PCB Design

Teileliste für die vorgeschlagene Hochstrom-12-V / 24-V-Li-Ionen-Batterieladeschaltung

• R1, R5 = 4K7
• R2 = 240 Ohm
• P1, P2 = 10 K Voreinstellungen
• R3, R4 = 10K
• D1, D5 = 6A4 Diode
• D2 = 1N4148
• D3, D4 = 4,7 Vzenerdiode 1/2 Watt
• IC1 = 741 Operationsverstärker für 12-V-Eingang, LM321 für 24-V-Eingang
• IC2 = LM338

So richten Sie die Schaltung ein.

1. Schließen Sie zunächst keine Batterie am Ausgang an und drehen Sie P2 so, dass sein Schieberegler das Masseende berührt. Mit anderen Worten, stellen Sie P2 so ein, dass Pin3 auf Null oder Masse steht.
2. Führen Sie die Eingangsspannung ein und stellen Sie P1 so ein, dass der erforderliche Spannungspegel über dem Ausgang liegt, an dem die Batterie angeschlossen werden soll. In dieser Position leuchtet die grüne LED.
3. Bewegen Sie nun P2 vorsichtig nach oben, bis die rote LED gerade aufleuchtet und in dieser Position einrastet. Halten Sie P2 weiter an und bestätigen Sie mit dem Abschalten der grünen LED als Reaktion auf die Beleuchtung der roten LED.
4. Die Schaltung ist jetzt auf das erforderliche Hochstrom-Li-Ionen-Laden aus einer Autobatterie oder einer beliebigen 12/24-V-Quelle eingestellt.

Hinzufügen eines Konstantstrom-Features im obigen Design

Wie unten gezeigt, kann das obige Design weiter verbessert werden, indem ein Stromsteuerungsmerkmal hinzugefügt wird, das die vorgeschlagene Hochstrom-Li-Ionen-Ladeschaltung perfekt mit den Merkmalen von CC und CV macht, dh mit konstanten Spannungs- und Konstantstromattributen.

Vereinfachtes Design

Während die oben erläuterten Schaltungen mit ihren Merkmalen und ihrer Funktionsweise großartig sind, macht die Verwendung von LM338 das Design etwas komplex und kostspielig.

Ein kleines Basteln zeigt, dass die Anwendung eher mit nur einem einzigen Operationsverstärker und einer BJT-basierten Stromregelung implementiert werden kann, wie unten gezeigt:

Am invertierenden Eingang des IC wird ein 1uF-Kondensator eingeführt, der sicherstellt, dass der IC bei Stromversorgung immer mit einem positiv hohen Ausgang beginnt. Dies ermöglicht wiederum ein garantiertes Einschalten des Ausgangstransistors und ermöglicht es der angeschlossenen Batterie, sich beim Ladevorgang zu verriegeln.

Das Konzept wurde gründlich getestet, der Video-Proof ist zu sehen Hier.

WARNUNG: IN ALLEN OBEN GENANNTEN KONZEPTEN, TEMPERATURREGELUNG Da die Batterie nicht enthalten ist, stellen Sie bitte sicher, dass Sie den Strom auf einen Wert einstellen, der nicht dazu führt, dass die Batterietemperatur über 35 Grad Celsius hinausgeht.