Блок разрядки Li-ion аккумуляторов для длительного хранения

Вот привалит иногда маленькое счастье в виде нескольких полуживых аккумуляторных батарей от ноутбуков. После ревизии их содержимого остаётся некоторое количество условно годных для использования банок типа «18650». И, как обычно, прямо сейчас некуда их применить.

Однако и хранить их полностью заряженными или полностью разряженными (как обычно получается после проверки их ёмкости) нерационально — параметры аккумуляторов, особенно бэушных, в процессе хранения быстро «уплывают» безвозвратно.

В статье я хочу поделиться своим опытом работы с литий-ионными аккумуляторами. Расскажу об их хранении и правильной подготовке к хранению.

↑ Коротко о проблеме

Как говорят многочисленные источники в Сети, хранить литиевые аккумуляторы рекомендуется при остаточном заряде около 40%, что для Li-Io составляет напряжение 3,6-3,7 вольта. Вручную подгонять такое напряжение затруднительно.

Обычные зарядники (например, мой OPUS BT-C3100), не имеют функции формирования напряжения хранения аккумуляторов.

У зарядного iMAX-B6 есть такой пункт в меню, но работать он может только с одним аккумулятором одновременно, т. к. это одноканальный прибор.

↑ Схема и работа разрядника для хранения лития

Для правильной автоматической разрядки нам нужен параллельный стабилизатор напряжения около 3,65±0,05 Вольта, с ограничением тока и индикацией окончания разряда аккумулятора. И желательно многоканальный.

Режим балансировки для нескольких последовательно соединённых бэушных аккумуляторов даже не рассматривал, т. к. они имеют очень большой разброс ёмкостей и внутренних сопротивлений.

У меня скопилось солидное количество деталей от разного электронного «железа». Не зря же разбирал и собирал! Их можно приложить к данной задаче.

После некоторых раздумий родилась такая простая схема.

Основа схемы — U1 регулируемый стабилитрон TL431. С помощью делителя на R6 и R7 устанавливается пороговое напряжение открытия этого стабилитрона. При открытии U1 и протекании тока через R4 и R5 открывается транзистор Т2 и подаёт плюс батареи на затвор Т3. Открывшись, Т3 подключает к батарее нагрузку — лампочку.

Лампа (6,3 В × 0,3 А) выбрана для «мягкой» разрядки аккумулятора. Лампочка является своего рода бареттером, и стабилизирует ток разрядки. В начале разряда — около 300 мА при напряжении на аккумуляторе 4,25 В и 60-80 мА при 3,65 В в конце разряда. Второе назначение лампы — «наглядность» процесса разрядки: лампа постепенно гаснет.

При приближении напряжения аккумулятора к нижнему установленному пределу ток через лампу понижается до величины около 60-80 мА, и лампочка уже не светится, но разряд ещё идёт. Падение напряжения на лампе составляет около 1-1,5 Вольт.

Для индикации окончания разряда служит каскад на Т1 и светодиоде HL. Пока идёт разряд и напряжение на лампочке превышает 0,6 В, транзистор Т1 остаётся открытым, светодиод HL светится.

При достижении аккумулятором напряжения нижнего установленного предела регулируемый стабилитрон TL431 закрывается, соответственно — последовательно закрываются Т2, Т3 и Т1. Светодиод HL гаснет.
В этом состоянии разрядник, потребляя менее 1 мА, и может находиться продолжительное время. Про аккумулятор в разряднике можно забыть на пару недель, и ничего неприятного с ним не случится.

↑ Разрядник на макетке

Блок разрядки, собранный и испытанный на макетке.

↑ Печатные платы

Оба варианта печатных плат забирайте в архиве в разделе файлов.

↑ Детали разрядника

Я предлагаю два варианта платы: для выводного и smd монтажа, поэтому далее упоминаю детали для обоих типов.

Т1 и Т2 — любые маломощные кремниевые PNP транзисторы. В выводном корпусе TO-92 подойдут: BC556B, 2SA733, 2SA1206, КТ203, КТ208, КТ209, КТ3107, КТ502 и масса других. Перед установкой следует верно определить выводы Э-Б-К и правильно запаять.

Рекомендую «обуть» ноги транзисторов. Легко запастись разноцветными ПВХ-трубками, сняв их с кроссовки или кабеля UTP.

Например, на вывод базы оденьте изолятор белого цвета, на коллектор — красного, на эмиттер NPN — синего, на эмиттер PNP — чёрного или коричневого, или какого у вас больше. Цветовая схема на ваш вкус. И вы уже никогда не ошибётесь с распайкой выводов.

PNP транзисторы в планарном корпусе SOT23: BC807, а также другие, с обозначениями W06, 5Ap, 3Ep, K3N, 2A, 2D, 2L, t06, DKs.



Т3 — полевой n-канальный MOSFET транзистор, у меня планарный APM3054N в корпусе TO-252, с негодной материнской платы. Важное условие — напряжение открытия MOSFETa должно быть не более 2,5 Вольт, желательно даже около 2,0. Подходят большинство низковольтных полевиков со старых материнок.

Высоковольтные, силовые полевики не подходят — у них напряжение открытия (sourse-gate) превышает 3,5 вольта, и они просто не откроются.

Полевики в больших планарных корпусах (ТО-263, DD-PAK) — CEB6030, K3570, K3296, K3572, 15N03, 14N03, FDB6670, FDB6035.
В корпусе TO252 — T40N03, APM2510, 70T03, P75N02.

У всех этих полевичков напряжение открытия 1,8 — 2,2 Вольта. Практически все они с напряжением «сток-исток» около 25-30 Вольт, не более. Вымерял сам, из того, что у меня есть в наличии.
У меня нет низковольтных полевиков в корпусе ТО-220, поэтому ничего о них сказать не могу.



Нагрузка — лампочка 6,3 В × 0,3 А, применялись повсеместно для освещения шкал ламповых радиоприёмников. Более позднее их применение — новогодние гирлянды и т. п. При отсутствии таких лампочек можно установить резистор 10-15 Ом на мощность не менее 1 Вт.

Светодиод HL — любой, видимого цвета, у меня он жёлтый.

Резистор R7 — желательно многооборотный — точнее настройка, и напряжение не прыгает со временем.
Остальные резисторы — какие есть в 50-летних запасах Родины, т. е. любые, по наличию, ±50% от номинала.

Если планируется более серьёзная нагрузка — в качестве Т3 необходимо применить более мощный транзистор и радиатор.

↑ Настройка порога отключения

Перед первым включением желательно проверить монтаж. Это быстрее и проще, чем искать и менять умершие детали на уже смонтированной плате с плотным расположением.

На вход разрядника подайте напряжение 3,65 Вольта от регулируемого источника и с помощью R7 установите порог зажигания светодиода. Потом проверьте поведение схемы при несколько запредельных значениях нужных параметров (4,5 — 3,0) В. Но можно ограничиться и только установкой порогового напряжения.

Если вы считаете, что порог должен быть другим — устанавливайте свой. В принципе, на основе этой схемы можно рассчитать разрядник с любым разумным напряжением и мощностью. Изменяются только параметры делителя R6-R7 и мощность транзистора Т3 (полевики можно параллелить).

↑ Магнитные клеммы

Если будет делаться схема для одиночного аккумулятора «18650», то в качестве клеммников для подключения к аккумуляторам очень удобно использовать магниты из негодных ноутбучных винчестеров.

Эту идею нашёл где-то в форумах Датагора. Держатся замечательно, при небольших токах проблем нет. Только провода нужно припаивать к железной подошве (!) магнита, а не к самому магниту. Иначе — размагнитятся, лично проверил.

Припаивать провод желательно, предварительно пропустив его через одно из отверстий железного основания. Так провод переломится намного позднее.

↑ Моя итоговая конструкция разрядника

Я насдувал феном деталей со старой материнки и собрал многоканальный разрядник на SMD. Очень удачно применил держатель на 4 банки «18650», рекомендую.
Отличие схемы только в том, что при настройке вместо R7 подпаивался переменный резистор, устанавливался нужный порог напряжения. После замерялась полученная величина переменного резистора, и впаивался постоянный, ближайшего номинала. Мне так показалось проще, т. к. ±0,05-0,1 вольта не принципиально.

Лампочка впаивается в плату между точкой U4 и точками 1—1 (шина +5 Вольт). На фото ниже это хорошо видно.

↑ Заметки о литии

1. В разрядник нужно вставлять предварительно заряженный (!) аккумулятор.

2. Всё описанное выше можно, и даже желательно, применять и к новым Li-Io аккумуляторам для их хранения более 1-2-х месяцев. Например, на зимнее межсезонье.

3. Естественно, эта методика применима ко всем другим Li-Io аккумуляторам, например — от сотовых телефонов. У них иногда барахлит контроллер, а сам аккумулятор — в рабочем состоянии.

4. Аккумуляторы, разряженные до «хранительного» напряжения, желательно сохранять при температуре +2… +4 °С. Лучшее место хранения — верхняя полка холодильника, у задней стенки, в герметичном пакете, и в непрозрачной светлой коробочке, чтоб жена не сразу поняла

↑ Файлы

🎁Платы печатные, оба варианта в lay.7z  13.04 Kb ⇣ 82
Плату под SMD при печати зеркалить не нужно. Монтаж идёт со стороны фольги.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации