Кратко о том, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда. Переразряд аккумулятора


Переразряд NiMH аккумуляторов

alex.g 06-09-2008 13:08

Очень часто встречал упоминание того, что переразрядом якобы можно убить NiMh аккумуляторы. Причем это часто упоминалось и здесь, и на некоторых других ресурсах, в т.ч. зарубежных. Это действительно имеет место или же это какое-то очередное массовое заблуждение? У меня много аккумуляторов. Я много раз многие из них подвергал глубокой разрядке. Просто до посещения этого форума ранее не слышал ничего подобного, зато считал что наоборот, перед зарядкой аккумулятор надо как можно сильнее разрядить во избежание появления эффекта памяти. Разряжал разными способами, чаще всего в фонарике с лампой накаливания оставлял очень надолго. Ни один аккумулятор не умер в результате этого.

Так где истина?

airborne trooper 06-09-2008 14:18

если разряжить ниже опредеенного уровня то может произойти прча аккума.переполюсовки вроде не будет, но там электролит кристализуется и усе... потом тока на умном заряднике восстанавливать

zhyr 06-09-2008 14:33

Не не так вроде кристализируется - это эффект памяти.И разряжая аккумулятор до значения около вольта вы как раз разрушаете часть кристаллов восстанавливая акк.Но посстепенно количество кристаллов не разрушаемых разрядов растет и их можно разрушить только еще более глубоким разрядом но! - только по специальному алгоритму.Если тупо разряжать до предела то можно разрушить какой-то сепаратор - Тогда уже трындец.Вот так вроде.

alex.g 06-09-2008 15:21

Ну и кто-нибудь таким образом разрушил хоть один аккумулятор? Можно подробности?

ISVLabs 06-09-2008 15:27

Переразрядом разрушать не приходилось, а перезарядом (перегревом) убивал, и не даже раз Грущу Тем более, что этим страдают многие простые зарядники - либо экстремальный ток до самого окончания заряда, либо неправильный контроль окончания. Результат - нагретые до 70-80 градусов аккумы и потеря ими емкости.

zhyr 06-09-2008 15:28

Ну он как бы не перестает мгновенно работать.Снижается емкость, растет саморазряд.Процесс этот сильно зависит от интесивности эксплуатации.

Kimik 09-09-2008 01:34

У меня аккумуляторы провалялись где-то год, практически сдохли. Но все-таки восстановил их какое-то время работали нормально аккумуляторы GP 1000 АА, после восстановления емкость стала 500 мА. Через месяц после восстановления начали быстро разряжается сами по себе в 0.

guns.allzip.org

Как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда: все способы восстановления литий ионных АКБ

В общем, ситуаций может быть только две:

  1. Аккумулятор вроде бы работает, но очень быстро разряжается.
  2. Аккумулятор сел в ноль и вообще не хочет заряжаться.

Первая ситуация: потеря емкости

В первом случае у аккумулятора упала емкость и с этим придется смириться. Полное восстановление аккумуляторов после глубокого разряда невозможно (это касается всех Li-ion аккумуляторов: 18650, 14500, 10440, аккумуляторов от мобильников и т.д.). Даже теоретически нельзя вернуть емкость литиевого аккумулятора.

Снижение емкости - абсолютно нормальный процесс. Это происходит во время каждого цикла заряда/разряда, независимо от того, насколько правильно эксплуатируется аккумулятор. Однако, если в процессе эксплуатации часто допускаются глубокие разряды или, наоборот, длительные перезаряды (более 500%), то скорость потери емкости может существенно возрасти.

Последние исследования показали, что литиевые аккумуляторы теряют свою емкость даже если вообще не эксплуатируются. Например, во время обычного хранения на складах. По данным исследований, аккумулятор теряет примерно 4-5% емкости в год.

Вторая ситуация: не хочет заряжаться

Теперь рассмотрим второй случай - аккумулятор не заряжается.

Обычно эта ситуация возникает, когда какое-либо устройство (телефон, планшет, мп3-плейер) долго лежали без дела с разряженным аккумулятором. Или если литиевые аккумулятор подвергся глубокому охлаждению.

В принципе проблем с зарядкой таких аккумуляторов быть не должно. Внутри каждого аккумулятора - между самой банкой аккумулятора и теми клеммами, которые мы видим - находится модуль защиты, который отключает банку от клемм при снижении напряжения ниже определенного порога. Внешне это проявляется как полное отсутствие напряжение на выходе аккумулятора (ноль вольт).

На самом деле, как правило, на самой банке в этот момент напряжение составляет около 2.4-2.8 Вольта.

Все современные модули защиты устроены таким образом, что даже в случае блокировки аккумулятора от дальнейшего разряда, его все-таки можно зарядить. Это происходит благодаря паразитному диоду, встроенному в ключ на полевом транзисторе. Вот типовая схема модуля защиты аккумулятора 18650:Паразитный диод в модуле защиты литий-ионного аккумулятора

Так как при глубоком разряде закрывается только транзистор FET1, а второй MOSFET при этом остается открытым (пропускает ток в обоих направлениях), то зарядный ток спокойно протекает от плюсовой клеммы батареи через FET2, паразитный диод внутри FET1 к минусовой клемме.

В случае блокировки аккумулятора по перегрузке (КЗ в нагрузке), модуль защиты также запирает транзистор FET1. Нет никакой разницы от чего сработала защита - от переразряда или от короткого замыкания. Результат один - открытый транзистор FET2 и закрытый полевик FET1.

Таким образом, при глубоком разряде плата защиты литий-ионного аккумулятора ни в коей мере не препятствует заряду аккумулятора.

Проблема лишь в том, что некоторые зарядные устройства считают себя слишком умными и когда видят, что на аккумуляторе слишком низкое напряжение (а в нашем случае оно вообще будет равно нулю), они считают, что произошла какая-то недопустимая ситуация и напрочь отказываются выдавать зарядный ток.

Это сделано исключительно в целях безопасности. Дело в том, что при внутреннем коротком замыкании аккумулятора, заряжать его становится опасно - он может сильно перегреться и вспучиться (со всякими спецэффектами вроде вытекания электролита, выдавливания крышки планшета и т.п.). В случае же обрыва внутри аккумулятора, заряжать его становится совершенно бессмысленно. Так что логика работы таких умных зарядников вполне понятна и оправданна.

О том, как обхитрить зарядку и восстановить работоспособность литиевого аккумулятора после глубокого разряда читайте далее.

Как заставить заряжаться?

По сути, восстановление литий ионных аккумуляторов после глубокого разряда сводится к тому, чтобы вернуть его в штатный режим работы. Надо понимать, что потерю емкости это никоим образом не компенсирует (это невозможно в принципе).

Чтобы все-таки заставить слишком хитрое зарядное устройство заряжать наш сильно севший аккумулятор, необходимо сделать так, чтобы напряжение на нем превысило некий порог. Как правило, достаточно 3.1-3.2 Вольта, чтобы ЗУ посчитало ситуацию штатной и разрешило зарядку.

Поднять напряжение на аккумуляторе можно только с помощью сторонней (более глупой) зарядки. В народе это называется "толкнуть" аккумулятор. Для этого достаточно просто подключить к клеммам аккумулятора внешний блок питания, ограничив при этом максимальный ток.

Для наших целей подойдет любое зарядное устройство для сотового телефона. Чаще всего современные зарядники имеют выход в виде USB-гнезда и, соответственно, выдают 5В. Нам осталось только лишь подобрать резистор, ограничивающий ток заряда.

Сопротивление резистора рассчитывается по закону Ома. Возьмем худший сценарий - на внутренней банке литий-ионного аккумулятора напряжение составляет 2.0 Вольта (померить его, не разбирая аккумулятор, мы не сможем, поэтому просто предположим, что это так).

Тогда разница между напряжением источника питания и напряжением на аккумуляторе будет составлять:

5В - 2В = 3В

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора, чтобы ток заряда не превышал 50 мА (этого вполне достаточно для первоначального заряда и в то же время вполне безопасно):

R = 3В / 0.050А = 60 Ом

Теперь узнаем, какова мощность будет рассеиваться на этом резисторе, в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора (тогда на резисторе будет падать все напряжение блока питания):

P = (5В)2 / 60 Ом = 0.42 Вт

Таким образом, чтобы восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда, берем любой блок питания на 5В, ближайший подходящий резистор - 62 Ом (0.5Вт) и подключаем все это к аккумулятору следующим образом:Аккумулятор 18650 не заряжается? Есть решение!

Подойдет источник питания и на другое напряжение, достаточно будет пересчитать сопротивление и мощность ограничительного резистора. И нужно помнить, что в схемах защиты li-ion, как правило, используются полевые транзисторы с небольшим напряжением сток-исток, поэтому брать блок питания с большим выходным напряжением нежелательно.

Надежный контакт при подключении проводов к клеммам аккумулятора 18650 помогут обеспечить небольшие неодимовые магнитики.

Неодимовые магниты вместо клемм

Если заряд не идет (резистор не греется, а на аккумуляторе полное напряжение блока питания), то либо схема защиты ушла в совсем глубокую защиту, либо она просто вышла из строя, либо имеет место внутренний обрыв.

Тогда можно попробовать снять наружную полимерную оболочку аккумулятора и подключить нашу импровизированную зарядку напрямую к банке. Плюс к плюсу, минус к минусу. Если и в этом случае заряд не пошел, то аккумулятору кранты. Зато если пошел, то нужно дождаться пока напряжение поднимется до 3+ Вольт и дальше можно заряжать уже как обычно (штатной зарядкой).

Конечно, с помощью данной приспособы можно зарядить аккумулятор полностью, но тогда ждать придется очень долго (все-таки ток заряда очень маленький). К тому же в этом случае придется очень плотно контролировать напряжение на банке, чтобы не прозевать момент когда там станет 4.2V. А, если кто не знает, напряжение ближе к концу заряда начнет подниматься очень быстро!

Теперь другая ситуация - резистор, наоборот, ощутимо нагревается, но на аккумуляторе нулевое напряжение, значит где-то внутри имеется короткое замыкание. Потрошим аккумулятор, отпаиваем модуль защиты и пытаемся зарядить саму банку. Если дело пошло, значит плата защиты неисправна и подлежит замене. Впрочем, можно использовать аккумулятор из без нее.

electro-shema.ru

Несложный способ восстановления работоспособности Li-Ion аккумуляторов от портативных устройств

Привет всем юзерам хабра, сегодня я буду рассказывать про то, как я довольно таки простым методом, восстанавливаю нерабочие Li-Ion аккумуляторы от портативных устройств до того как обзавёлся таким замечательным устройством как Imax B6. Таким методом я восстановил работоспособность уже, наверное, трем десяткам аккумуляторов от разных гаджетов, от фотоаппаратов до MP3 плееров, но я замечу, только восстановил работоспособность, емкость таким образом вернуть не получится, да и лично я не встречал способов вернуть емкость для такого типа аккумуляторов. К слову, емкость, которая останется в аккумуляторе, очень сильно зависит от того сколько аккумулятор пробыл в такой «клинической смерти».

Скажу сразу, данный метод не претендует на что-то из разряда «Вау, это что-то новенькое» но, тем не менее, не все про него знают. Суть данного метода чтобы «толкнуть» аккумулятор.

Вот видео всего процесса:

(информация что ниже будет дублировать информацию, предоставленную в видео) Для того чтобы попробовать вернуть в жизнь аккумулятору нам понадобиться:

— Блок питания который выдаёт постоянное напряжение от 5 до 12 Вольт; — Резистор номиналом от 330 до 1000 Ом, рассчитан на мощность 0.5 Вт, а хорошо бы и по мощнее; — Вольтметр для того чтобы контролировать напряжение (по желанию).

Как правило, большинство блоков питания от Wi-Fi роутеров, свичей и модемов идут с разъемом 2.5 мм, например такой как на фото:

Почти всегда центральный контакт разъема имеет плюс, а боковой минус, и еще, как правило, полярность изображают на самом корпусе блока питания:

Как видно на фото мой блок выдаёт постоянное напряжение 12 В об этом свидетельствует значок посредине между 12V и 2.0A. Ток блока питания должен быть выше 0.1 А.

Отключаем блок питания от сети чтобы уберечься от короткого замыкания которое может вывести из строя блок, подключаем так, как показано на рисунке, а именно, плюс 12 В к одному концу резистора, а второй конец резистора к плюсу аккумулятора (как правило у аккумулятора указанная полярность, если нету, то нужно как-то узнать где плюс а где минус), минус блока питания подсоединяем к минусу нерабочего аккумулятора.

Смотрим на напряжение если есть такая возможность, оно должно начать потихоньку расти, как только поднимется до 3.3 В то заряжаем уже посредством самого устройства от которого аккумулятор, после этого обязательно нужно следить за температурой аккумулятора на протяжении всего процесса заряда, пробовать рукой не начинает ли он греется, если аккумулятор начнёт быть более чем тёплым или горячим, немедленно вынимаем аккумулятор из устройства, он восстановлению уже не подлежит. Если же нету возможности смотреть за напряжением, то делаем такую зарядку минуту или две, и вставляем в наше устройство чтобы посмотреть принимает ли оно аккумулятор или нет.

Давайте рассчитаем ток зарядки аккумулятора по Закону Ома (I = U / R) для случая с 12 В блоком питания:

12 В / 330 Ом = 0,036 А(36мА), то есть ток заряда будет 36 мА или же если взять резистор на 1 КилоОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,012А (12 мА).

То есть, при 12 В напряжении источника питания, зарядный ток будет составлять 36 мА, это если использовать резистор на 330 Ом, а если резистор взять резистор на 1 КОм, то ток зарядки будет составлять 12 мА.

Для случая с 5-ти вольтовым блоком питания (как правило, это зарядки для смартфонов):

5 В / 330 Ом = 0,015 А(15 мА), то есть ток заряда будет 15 мА или же если взять резистор на 1 КОм тогда будет 12 В / 1000 Ом = 0,005А (5 мА).

Как видим в этом случае ток зарядки, а соответственно и скорость роста напряжения на аккумуляторе будет ниже, по этому для случая с 5 В блоком питания можно взять резистор от 100 Ом, 5 В / 100 Ом = 0,050 А(50мА).

Не советую злоупотреблять токами зарядки(50 мА более чем достаточно для «толчка» аккумулятора) и завышением напряжения выше 4.2 В, в сети есть достаточно видео с возгоранием литиевых аккумуляторов, например вот:

Так что весь процесс восстановления работоспособности аккумулятора должен, проводится только под наблюдением. Нам главное только вывести аккумулятор из того состояния при котором контроллер, что внутри батареи, отключает аккумулятор от нагрузки.

Почему это работает?

Дело в том, что в аккумуляторах от многих портативных устройств есть контроллер, который следит за напряжением на аккумуляторе, если аккумулятор не использовать или же он долго полежит в разряженном состоянии, то контроллер как бы отключает рубильник, который соединяет аккумулятор от контактных площадок к которым подключается устройство.

Делается это то ли для защиты устройства то ли для того чтобы потребитель через некоторое время покупал новую продукцию.

Все мои публикации.

PS Есть ещё один способ которым я давно пользовался, вместо резистора взять компьютерный вентилятор 80х80 мм, правда минимальное напряжение в таком случае будет от 8 В ну а максимальное 16 В, но способ с резистором более проще, да и не у каждого есть вентилятор.

PPS Как говорят люди в комментариях, риск возгорания восстановленного аккумулятора повышается, особенно в момент первой зарядки, ещё раз акцентирую внимание на этом, следите за температурой на аккумуляторе при первой зарядке.

PPPS Не рекомендую восстанавливать очень старые аккумуляторы, которые пролежали в мёртвом состоянии больше чем пол года, так как у них риск возгорания будет ещё выше.

habr.com

Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда

 

«»748589

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскык

Соцнаиистмческмк"

Респубттии (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.06.78 (21) 2621463/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Г!риоритет— (51) M. Кл.т

Н Ol M 1О/42

H02H 7/18

Всудэрстаавый квмнткт

СС.СР (53) УДК 621.355..1 (088.8) Опубликовано 15.07.80. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 25.07.80 ео делам изебретеккй к еткрытнй

Ю. Г. Басин, В. И. Браварец, 1О. А. Гриц н В. И. Исаченко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АККУМУЛЯТОРА

ОТ ПЕРЕРАЗРЯДА,И ПЕРЕЗАРЯДА

Изобретение относится к устройствам защиты электрических аккумуляторов от переразряда, в особенности аккумуляторов автономных систем электропитания с радиоизотопными первичными источниками энергии.

Известны близкие по назначению устройства защиты аккумуляторов от переразряда или перезаряда. К характерным признакам указанных устройств относится йаличие порогового элемента на полупроводниковых диодах или транзисторах и электро- 10 магнитного реле или контактора. Пороговый элемент срабатывает при достижении верхнего или нижнего заданного уровня напряжения на аккумуляторе; реле коммутирует зарядное устройство и нагрузку аккумулятора так, чтобы предотвратить его перезаряд или переразряд 11), 12) и 13).

В пороговых элементах этих устройств ответственным является только уровень срабатывания, а уровню огпускания не придают значения. Уровень отпускания элемента зависит от установленного уровня срабатывания и сам по себе не регулируется.

Применительно к автономным системам электропитания с запрограммированными

2 сеансами работы нагрузки это свойство порогового элемента является существенным недостатком, так как после срабатывания защиты от переразряда аккумулятор должен накопить заряд, гарантирующий проведение очередного сеанса работы. Следовательно, уровень отпускания элемента тоже должен быть ответственным и регулируемым.

Известны также устройства, защищающие аккумуляторы, которые имеют один порогбвый элемент с регулируемыми уровнями срабатывания и отпускания 14).

Однако эти уровни зависят друг от друга, что создает трудности при регулировании.

Известно устройство заШиты от перезаряда и переразряда аккумулятора, содержащее мостовой датчик отклонения напряжения аккумулятора от номинала, два раздельных пороговых элемента на транзисторах с независимыми уставками уровней срабатывания и три электромагнитных реле.

Обмотки первых двух реле включены каждая в выходную цепь своего порогового элемента, а обмотка третьего реле присоединена к источнику питания схемы через последовательно включенные контакты первого и вто- рого реле, причем в исходном состоянии схемы контакты первого реле разомкнуты, а контакты второго замкнуты. Контакты третьего реле управляют зарядным источником. При достижении одного из заданных уровней напряжения аккумулятора (например, нижнего) срабатывает соответствующий пороговый элемент и замыкаются контакты в цепи обмотки третьего реле, которое, в свою очередь, включает зарядный источник

Дополнительным контактом третьего реле сработавший пороговый элемент блокируется, чтобы предотвратить отключение 1о зарядного источника до окончания зарядки аккумулятора. При достижении другого заданного уровня напряжения (верхнего) срабатывает второй пороговый элемент и размыкается цепь обмотки третьего реле.

Отключается зарядный источник, и схема возвращается в исходное состояние 151.

Недостаток такого устройства проявляется в тех случаях, когда первичный источник энергии имеет ограниченную мощность. В частности, радибизотопные источники энер- ze гии с термопреобразователями по ряду технологических и экономических соображений обычно рассчитывают на выходную мощность, не превывающую единиц и даже долей ватта. При такой мощности энергопотребление дежурных систем, в том числе устройств защиты, должно быть сведено к минимуму. С этой же точки зрения это устройство неэкономично, так как оба пороговых элемента постоянно включены и потребляют энергию источника. Кроме того, зо в течение всего времени зарядки аккумулятора к источнику подключена и потребляет энергию обмотка третьего реле.

Цель изобретения — уменьшение мощности, потребляемой устройством.

Это достигается тем, что устройство, содержащее два пороговых элемента с независимыми уставками уровней срабатывания и двумя электромагнитными реле, обмотки которых включены каждая в выходную цепь своего порогового элемента, введен дистанционный переключатель, первая обмотка управления которого через замыкающие контакты первого реле подключена к выводам питания первого порогового элемента, вторая обмотка через замыкающие контакты второго реле — к выводам питания второго порогового элемента. Два одноименных вывода питания пороговых элементов подключены к одной шине зарядного источника, а два других — к неподви>кным контактам дистанционного переключателя.

Подвижный контакт дистанционного переключателя подключен ко второй шине зарядного источника. Пара силовых контактов дистанционного переключателя коммутирует нагрузку.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Схема устройства содержит первичный (зарядный} источник 1 питания, аккумуI

4 лятор 2, нагрузку 3 (не входящие в состав устройства), пороговые элементы 4 и 5 со своими реле 6 и 7, потенциометры 8 и 9 уставки уровня срабатывания, а также дистанционный переключатель 10, к которому относится и пара силовых контактов 11.

Пороговый элеМент 4 установлен на верхний заданный уровень напряжения аккумулятора, а пороговый элемент 5 — на нижний допустимый уровень (защита от переразряда). Исходное положение контактов реле изображено на чертеже; включено питание порогового элемента 4, идет зарядка аккумулятора. По достижении верхнего уровня напряжения пороговый элемент 4 срабатывает и замыкаются контакты реле 6.

Подвижный контакт дистанционного переключателя 10 перебрасывается во второе положение, при этом отключается. питание порогового элемента 4, обесточивается первая обмотка дистанционного переключателя 10 и включается питание порогового элемента 5. Одновременно замыкаются контакты 11, подключающие нагрузку 3 к источнику 1. В случае переразряда аккумулятора срабатывает пороговый элемент 5, замыкаются контакты реле 7, подвижный контакт дистанционного переключателя 10 возвращается в прежнее положение и переключает питание порогового элемента 5 на пороговый элемент 4, отключается нагрузка 3.

В устройстве пороговые элементы 4 и Ь представляют собой, например, транзисторные ключи с опорными источниками напряжения на стабилитронах. Для обеспечения высокой заданной надежности устройства пороговые элементы вместе с опорными источниками и реле резервированы.

Таким образом, улучшаются показатели надежности предложенного устройства по сравнению с известным, так как один из пороговых элементов устройства значительную часть времени отключен и фактически находится в режиме хранения.

Формула изобретения

Устройство для защиты аккумулятора от переразряда. и нерезаряда, питаемое от зарядного источника,. содержащее два пороговых элемента с независимыми уставками уровней срабатывания и двумя электромагнитными реле, обмотки которых включены каждая в выходную цепь своего порогового элемента, отличающееся тем, что, с целью уменьшения мощности, потребляемой устройством, в него введен дистанционный переключатель, первая обмотка управления дистанционного переключателя через замыкающие контакты первого реле подключены

748589 контакты второго реле подключена к выво дам пнтання второго порогового элемента, два одноименных вывода питания пороговых элементов подключены к одной шине зарядного источника, а два других — к неподвнжным контактам дистанционного переключателя, подвнжный контакт которого подключен ко второй шине источника.

Источники информации, прннятые во внимание прн экспертизе ь

l. Патент Японии № 48-15741, кл,5701, 1973.

2. Патент Японии № 49-41894, кл.5701, 1974.

3. Патент США № 3708738, кл. 320-9, 1973.

4. Патент Японии,% 48-15?40, кл.57D 1, 1973.

5. Вайлов А. М. н др. Автоматнзацня контроля н обслуживания аккумуляторных батарей. М., «Связь», 1975, рнс. 3.12, с. 39

Составитель И. Найдина

Редактор С. Лыжова Техред К. Шуфрич Корректор Е. Папп

Заказ 4374/15 Тираж 844 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеиий и открытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП Патента,,Г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда 

www.findpatent.ru

Свинцовые аккумуляторы перезаряд - Справочник химика 21

    Отработанный свинцовый аккумулятор, содержащий PbS04 массой 1,198 кг, перезарядили. Рассчитайте массу образовавщихся катода и анода. Какой объем раствора серной кислоты (ш (h3SO4) =40% и р=1,30 г/см ) необходим для работы такого аккумулятора  [c.143]

    В свинцовом аккумуляторе меняется импеданс обоих электродов, но при перезаряде наибольшие изменения происходят в отрицательном, когда начинает интенсивно выделяться водород. [c.225]

    Необслуживаемые стартерные батареи. Идея разработки необслуживаемых стартерных батарей возникла из практической потребности устранить недостатки традиционных свинцово-кислотных батарей. Как известно, стоимость обслуживания стартерной батареи в эксплуатации включает в себя стоимость собственного заряда и стоимость периодической доливки воды. Тот факт, что до сих пор кислотные стартерные батареи подвергаются сильному перезаряду (свыше 25%), особенно если они перед этим были разряжены глубоко, отрицательно сказывается на их эксплуатации во-первых, имеет место излишняя трата электроэнергии во-вторых, перезаряды способствуют развитию коррозионного процесса и оплыванию активной массы положительного электрода, т. е. сокращают срок службы в-третьих, избыток перезаряда приводит к сокращению периодов между доливками воды в аккумуляторы. [c.185]

    При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные процессы выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряжении отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше в обычных условиях заряда при 50-80 % заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре О °С уже после заряда на 30-40 %. Поэтому отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 %. Этот перезаряд сопровождается значительным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода - на положительном. [c.121]

    После того как произойдет зарядка свинцового аккумулятора, его можно перезарядить, приложив к нему внеишее напряжение, которое превысит его собственную э. д. с., т. е. 2 В в расчете на каждый элемент батареи. Это приводит к обращению реакций, указанных в подписи к рис. 19-7, в результате чего сульфат свинца превращается в свинец и оксид свинца. Если бы по мере разрядки аккумулятора сульфат свинца осаждался на дно бака, обратная реакция оказалась бы невозможной. Однако этого не происходит сульфат свинца остается на свинцовой решетке, готовый к обратному превращению. Это и делает свинцовую аккумуляторную батарею удобным устройством для запасания электрической энергии в форме химической свободной энергии. [c.170]

    Было отмечено, что коррозия основ положительных электродов свинцовых аккумуляторов может быть замедлена при введении в электролит присадок солей кобальта [Л. 8— 10] и серебра [Л. 10]. Благотворное их влияние сказывается при перезаряде электродов [Л. 10], т. е. именно в периоды наибольшего коррозионного разрушения решеток. В присутствии этих солей отмечается снижение перенапряжения кислорода на положительном электроде. Механизмы ингибирующего влияния указанных присадок, выдвигаемые разными авторами, довольно противоречивы. Б. Н. Кабанов [Л. 8] считает, что ионы Со+з или СоОг адсорбируются на поверхности РЮг, затрудняя внедрение избыточного кислорода в его кристаллическую решетку. Тем самым уменьшается возможность диффузии атомарного кислорода к свинцовой основе. Адсорбция этих ионов может, кроме того, понизить смачиваемость поверхности РЬОг электролитом, который при этом труднее проникает между отдельными кристаллами или агломератами РЬОг к свинцовой решетке. Из работы Л. И. Антропова [Л. 9], ионы Со+з способствуют созданию более плотного и совершенного слоя РЬОг, окисляя металлический свинец в порах двуокисно-свинцового слоя (реакция 1)  [c.199]

    Свинцовые аккумуляторы типа Циклон фирмы Хлорайд— Джэйтс Энеджи Лтд со спиральной комбинацией электродов, выпускаемые в Великобритании, аналогичны рассмотренным выше аккумуляторам. Аккумуляторы имеют полипропиленовый корпус с внешней металлической оболочкой и выпускаются как в виде отдельных элементов, так и в виде аккумуляторных батарей, включая батареи для фонарей. Полностью герметичная конструкция аккумуляторов исключает доливку воды и предотвращает выделение паров кислоты или ее вытекание. Для предотвращения увеличения давления в аккумуляторах в условиях жесткого перезаряда он снабжен самозакрывающимся клапаном. [c.183]

    В связи с расширением области применения герметизированных свинцовых аккумуляторов до обитаемых комплексов специального назначения, где должны использоваться мощные источники тока с большим напряжением, стало необходимым изучение последствий возникновения аварийных ситуаций в эксплуатации. Такие ситуации могут возникать как при разбалансировании характеристик аккумуляторов, составляющих батарею, так и в результате неправильного обслуживания батарей или отказе управляющего оборудования.В этом случае при перезаряде или переразряде батарей, приводящем к переполюсованию наиболее слабых аккумуляторов, может произойти разгерметизация аккумуляторов или даже разрушение их баков. [c.131]

    Аккумуляторные батареи типа Дрифит фирмы Зонненшайн выпускаются двух типов АЗОО с диапазоном емкости 1—9,5 А-ч для эксплуатации в аварийном резервном режиме и А200 с диапазоном емкости 1—36 А-ч, напряжением 12 В для длительного циклирования. Фирма Кромптон Паркинсон Лтд производит герметичные свинцовые необслуживаемые устойчивые к перезаряду аккумуляторы в диапазоне емкостей 1,5—4,5 А-ч. Эти аккумуляторы пригодны в качестве источников питания для охранной сигнализации и аварийного освещения, для переносной электронной аппаратуры на транзисторах, используемых в быту, а также в медицине и связи. [c.182]

    Электрические компании США уделяли скрупулезное впимание обслуживанию установок и обеспечили их длительную беспрерывную работу с очень малыми колебаниями напряжения и практически без колебаний частоты переменного тока. Преобразовательные установки размещаются около батарей и спроектированы так, что колебания напряжения сведеньи к минимуму. Это обеспечило возможность США широкого применения и долголетней работы аккумуляторов с пастированными пластинами в режиме постоянного подзаряда. Сейчас -многие тысячи таких батарей установлены и успешно работают. Аккумуляторы, решетки пластин которых содержат кальций, преимущественно применяются для работьи с постоянным подзарядом па телефонных станциях. Ток подзаряда таких аккумуляторов, необходимый для поддержания состояния полного заряда, составляет всего 0,2—0,125 от тока, пеобходи- мого для аккумуляторов со свинцово-сурь-мянистыади решетками при прочих равных условиях. Количество воды, добавляемой в элемент для поддержания уровня электролита на надлежащем уровне, связано определенным отношением с объемом перезаряда батареи и поэтому может быть использовано как средство проверки правильности выбранного режима подзаряда. Слишком большой расход воды свидетельствует, что выданный режи.м слишком высок. Заводы-изготовители обычно регламентируют максимум добавки воды. [c.284]

    В аккумуляторах с водным электролитом интенсификация процесса выделения газов при перезаряде приводит к характерным изменениям низкочастотного импеданса, которые связываются с газозаполнением поро-вого пространства положительного электрода. На рис. 8.10 показаны эти изменения в процессе заряда Ni- d и Ni-MH аккумуляторов разных производителей (емкостью от 0,5 до 1,0 Ач), на рис. 8.11 - герметизированной свинцово-кислотной ячейки емкостью 1,2 Ач. [c.226]

chem21.info

Микросхема защиты аккумулятора MP24AD | hardware

Микросхема MP24AD предназначена для реализации защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов с одной энергетической ячейкой 3.7V Li-Ion или Li-Po. MP24AD встраивается прямо в корпус аккумуляторной батареи на миниатюрной печатной плате, и защищает энергетическую ячейку от перезаряда, переразряда, превышения тока разряда, превышения тока заряда и других анормальных явлений (путем выключения внутренних N-канальных транзисторов MOSFET). Защита в микросхеме построена на основе четырех детекторов напряжения, детектора короткого замыкания, источников опорного напряжения, генератора, схемы счетчика и схем логики.

На фото показана микросхема MP24AD, установленная на плате контроллера оригинальной аккумуляторной батареи смартфона Samsung Galaxy Note GT-N7000.

На рисунке показана упрощенная блок-схема внутреннего устройства MP24AD.

MP24AD block diagram

Пояснения к схеме: VDD плюс напряжения питания узлов микросхемы, Source1 минусовой контакт защищаемой энергетической ячейки, Drain стоки силовых транзисторов микросхемы (как ни странно, этот контакт не используется), Source2 внешний минусовой контакт для подключения к зарядному устройству (и к цепи питания смартфона, где используется аккумулятор), V- специальный вход для организации защит.

Сигналы COUT (управление транзистором заряда) и DOUT (управление транзистором разряда) являются выходами CMOS, и могут напрямую управлять внутренними N-канальными транзисторами MOSFET. Выход COUT переходит в состояние лог. 0 после фиксированного времени задержки при детектировании перезаряда. Выход DOUT переходит в состояние лог. 0 после фиксированного времени задержки при детектировании переразряда, превышения тока разряда, или при детектировании короткого замыкания.

В состоянии перезаряда, если напряжение VDD меньше, чем напряжения отпускания перезаряда, то выход COUT переходит в состояние лог. 1 после фиксированного времени задержки. В состоянии переразряда, если напряжение на энергетической ячейке поднялось выше напряжения детектирования переразряда при подключенном зарядном устройстве, то выход DOUT переходит в состояние лог. 1 после фиксированного времени задержки. Ток зарядки может быть предоставлен для батареи, даже если она разряжена до 0V. 

В состоянии детектирования переразряда или короткого замыкания, если условия нагрузки батареи поменялись (снизился ток потребления или устранено короткое замыкание), то выход DOUT переходит в лог. 1 после фиксированного времени задержки. В состоянии переразряда ток потребления уменьшен до минимально возможного значения. Как только было детектировано превышение тока заряда, выход из этого состояния происходит путем отключения зарядного устройства и подключения нагрузки.

[Основные особенности микросхемы MP24AD]

1. В микросхему встроены 2 силовых N-канальных MOSFET-транзистора  с общим стоком. 

2. Уменьшенное количество внешних выводов - все основные соединения осуществлены внутри корпуса микросхемы. 

3. Применена высоковольтная технология CMOS, секция зарядного устройства выдерживает абсолютное максимальное напряжение 28V. 

4. Точность детектирования напряжений:

детектирование перезаряда ±25mV (Ta=25oC), ±45mV (Ta=-30~70oC)детектирование переразряда ±70mV (Ta=25oC), ±80mV (Ta=-30~70oC)детектирование перегрузки по току разряда ±10mV (Ta=25oC), ±20mV (Ta=-30~70oC)детектирование перегрузки по току заряда ±20mV (Ta=25oC), ±40mV (Ta=-30~70oC) 

5. Задержки времени детектирования: 

детектирование перезаряда 1.00±0.20с (Ta=25oC), 1.00[+0.50,-0.40]с (Ta=-30~70oC)детектирование переразряда 96.0±19.2мс (Ta=25oC), 96.0[+48,-38.4]мс (Ta=-30~70oC)детектирование перегрузки по току разряда 12.0±2.4мс (Ta=25oC), 12.0[+6,-4.8]мс (Ta=-30~70oC)детектирование перегрузки по току заряда 6.0±1.2мс (Ta=25oC), 6.0[+3.0,-2.4]мс (Ta=-30~70oC)детектирование короткого замыкания 400[+160,-120]мкс (Ta=25oC), 400[+400,-200]мкс (Ta=-30~70oC) 

6. Функции детектирования работают даже с аварийным зарядным устройством.

7. Разрешен заряд даже при нулевом напряжении на батарее. 

8. Разрешена функция автоматического пробуждения. 

Использование продвинутой технологии предоставляет отличные параметры сопротивления открытого канала транзисторов сток-исток RDS(ON), и как следствие низкое падение напряжения на регулирующем элементе. Допустимое рабочее напряжение сток-исток составляет от 2.5V до максимального 12V. Микросхема имеет защиту от статического электричества. Благодаря наличию контроллера на микросхеме MP24AD в батарее аккумулятора схема зарядного устройства получается очень простая - по сути это должен быть источник ограниченного тока 0.5..2 A напряжением 5..7V. Требования к току заряда определяются в основном емкостью батареи и нужной скоростью зарядки.

Основные электрические характеристики микросхемы MP24AD приведены в таблице.

Параметр Обозначение Величина
Напряжение сток-исток VDS 24V
Ток стока ID 7A
Сопротивление открытого канала RDS(ON) < 44 mΩ (VGS=4.5V, ID=5A)
Защищенность от ESD (HBM)   2000V

Примечание: ESD переводится как Electro-Static Discharge (разряд статического электричества), HBM переводится как Human Body Model (модель тела человека). 

[Цоколевка MP24AD]

MP24AD package TEP 5L pinout top

MP24AD package TEP 5L pinout bottom

Вывод Назначение
1 не подключен
2 Source 1 (то же самое, что и VSS). Сюда подключается отрицательный полюс защищаемой банки Li-Po или Li-Ion (энергоноситель).
3 Source 2. Подключается к отрицательному внешнему выводу аккумуляторной батареи.
4 VDD. Напряжение питания микросхемы (+).
5 V-
6 Drain (стоки силовых транзисторов).

[Предельно допустимые значения]

Параметры приведены для условий рабочей температуры 25oC и напряжении Source1 (VSS)=0V.

Параметр Мнем. Значение Ед.
Напряжение питания VDD -0.3 .. +12 V
Напряжение на входе V- V- VDD-28 .. VDD+0.3 V
Напряжение между стоком и истоком VDS 24 V
Напряжение между истоком и затвором VGS ±12 V
Выходное напряжение COUT VCOUT VDD-28 .. VDD+0.3 V
Выходное напряжение DOUT VDOUT VSS-0.3 .. VDD+0.3 V
Рабочая температура TOPR -40 .. +85 oC
Температура хранения TSTG -55 .. +125 oC

[Электрические характеристики]

Эти параметры приведены для условий рабочей температуры 25oC:

Параметр Мнем. Условия измерения Min. Typ. Max Ед. *1
Входное напряжение питания VDD1 VDD - VSS 1.5 - 10.0 V A
Минимальное рабочее напряжение для заряда от 0V VST VDD-V-, VDD-VSS=0V - - 1.2 V A
Сопротивление нагрузки для отпускания защиты перегрузки по току RSHORT VDD=3.6V, V-=1.0V 30 50 100 F
Напряжение COUT низкого уровня VOL1 IOL=30mkA, VDD=4.5V - 0.4 0.5 V -
Напряжение COUT высокого уровня VOh2 IOH=-30mkA, VDD=3.9V 3.4 3.7 - V -
Напряжение DOUT низкого уровня VOL2 IOL=30mkA, VDD=2.0V - 0.2 0.5 V -
Напряжение DOUT высокого уровня VOh3 IOH=-30mkA, VDD=3.9V 3.4 3.7 - V -
Потребляемый ток IDD VDD=3.9V, V-=0V - 3.0 6.0 mkA L
Потребляемый ток в режиме Standby (выключено) IS VDD=2.0V - - 0.5 mkA L
Порог детектирования срабатывания защиты от перезаряда VDET1 R1=1.0kΩ 4.200 4.225 4.250 V B
Порог отпускания защиты от перезаряда VREL1 R1=1.0kΩ 3.985 4.025 4.065 V B
Порог детектирования срабатывания защиты от переразряда VDET2 V-=0V, R1=1.0kΩ 2.430 2.500 2.570 V D
Порог отпускания защиты от переразряда VREL2 R1=1.0kΩ 2.800 2.900 3.000 V D
Порог отпускания защиты от переразряда 2 VREL2' Vchg=4.2V, R1=1.0kΩ, R2=2.2kΩ 2.430 2.520 2.610 V D
Порог детектирования срабатывания защиты превышения тока разряда VDET3 VDD=3.0V, R2=2.2kΩ 0.140 0.150 0.160 V F
Порог детектирования срабатывания защиты превышения ток заряда VDET4 VDD=3.5V, R2=2.2kΩ -0.170 -0.150 -0.130 V G
Напряжение детектирования короткого замыкания VSHORT VDD=3.0V VDD-1.2 VDD-0.9 VDD-0.6 V F
Время задержки срабатывания защиты от перезаряда tVDET1 VDD=3.6V -> 4.6V 0.80 1.00 1.20 с B
Время задержки отпускания защиты от перезаряда tVREL1 VDD=4.6V -> 3.6V 1.6 2.0 2.4 мс B
Время задержки срабатывания защиты от переразряда tVDET2 VDD=3.6V -> 2.2V 76.8 96.0 115.2 мс D
Время задержки отпускания защиты от переразряда tVREL2 VDD=2.2V -> 3.6V 3.2 4.0 4.8 мс E
Время задержки срабатывания защиты от превышения тока разряда tVDET3 VDD=3.0V, V-=0V -> 1V 9.6 12.0 14.4 мс F
Время задержки отпускания защиты от превышения тока разряда tVREL3 VDD=3.0V, V-=3V -> 0V 3.2 4.0 4.8 мс F
Время задержки срабатывания защиты от превышения тока заряда tVDET4 VDD=3.5V, V-=0V -> -1V 4.8 6.0 7.2 мс G
Время задержки отпускания защиты от превышения тока заряда tVREL4 VDD=3.5V, V-=-1V -> 0V 3.2 4.0 4.8 мс G
Время задержки срабатывания защиты от короткого замыкания tSHORT VDD=3.0V, V-=0V -> 3.0V 280 400 560 мкс F
Порог детектирования защиты от превышения напряжения зарядного устройства Vchg1 VDD=3.6V, R2=2.2kΩ 6.0 8.0 10.0 V A
Порог отпускания защиты от превышения напряжения зарядного устройства Vchg2 VDD=3.6V, R2=2.2kΩ 5.3 7.3 9.3 V A
Напряжение пробоя сток-исток (Drain-Source Breakdown Voltage) BVDSS ID=250mkA, VGS=0V 24 - - V  
Ток утечки стока при нулевом напряжении на затворе (Zero Gate Voltage Drain Current) IDSS VDS=20V, VGS=0VTJ=55oC - - 1 mkA  
- - 5
Ток утечки затвор-подложка (Gate-Body Leakage Current) IGSS  VDS=0V, VGS=±10V - - 10 mkA  
Напряжение пробоя затвор-исток (Gate-Source Breakdown Voltage) BVGSO VDS=0V, IG=±250mkA ±12 - - V  
Пороговое напряжение затвора (Gate Threshold Voltage) VGS(th) VDS=VGS, ID=250mkA 0.6 1.0 1.5 V  
Статическое сопротивление открытого канала Source1-Source2 RSS(ON) VGS=10V, ID=5ATJ=125oC - 32 39  
- 50 60
VGS=4.5V, ID=5A - 38 44  
VGS=3.9V, ID=5A - 39 45  
VGS=2.5V, ID=3A - 50 64  
Прямое падение напряжения на диоде VSD IS=2A, VGS=0V 0.5 0.69  0.90 V  
Максимальный продолжительный постоянный ток подложка-диод IS       4.5 A  

Эти параметры приведены для условий рабочей температуры 30..70oC:

Параметр Мнем. Условия измерения Min. Typ. Max Ед. *1
Порог детектирования напряжения перезаряда VDET1 R1=1.0kΩ 4.180 4.225 4.270 V B
Порог напряжения отпускания защиты от перезаряда VREL1 R1=1.0kΩ 3.955 4.025 4.095 V B
Порог детектирования напряжения переразряда VDET2 V-=0V, R1=1.0kΩ 2.420 2.500 2.580 V D
Порог напряжения отпускания защиты от переразряда VREL2 R1=1.0kΩ 2.790 2.905 3.010 V D
Порог напряжения защиты от превышения тока разряда VDET3 VDD=3.0V, R2=2.2kΩ 0.130 0.150 0.170 V F
Порог напряжения защиты от превышения тока заряда VDET4 VDD=3.5V, R2=2.2kΩ -0.190 -0.150 -0.110 V G
Напряжение детектирования короткого замыкания VSHORT VDD=3.0V VDD-1.2 VDD-0.9 VDD-0.6 V F
Время задержки срабатывания защиты от перезаряда tVDET1 VDD=3.6V -> 4.6V 0.60 1.00 1.50 с B
Время задержки отпускания защиты от перезаряда tVREL1 VDD=4.6V -> 3.6V 1.2 2.0 3.0 мс B
Время задержки срабатывания защиты от переразряда tVDET2 VDD=3.6V -> 2.2V 57.6 96.0 144.0 мс D
Время задержки отпускания защиты от переразряда tVREL2 VDD=2.2V -> 3.6V 2.4 4.0 6.0 мс E
Время задержки срабатывания защиты от превышения тока разряда tVDET3 VDD=3.0V, V-=0V -> 1.0V 7.2 12.0 18.0 мс F
Время задержки отпускания защиты от превышения тока разряда tVREL3 VDD=3.0V, V-=3V -> 0V 2.4 4.0 6.0 мс F
Время задержки срабатывания защиты от превышения тока заряда tVDET4 VDD=3.5V, V-=0V -> -1V 3.6 6.0 9.0 мс G
Время задержки отпускания защиты от превышения тока заряда tVREL4 VDD=3.5V, V-=-1V -> 0V 2.4 4.0 6.0 мс G
Время задержки срабатывания защиты от короткого замыкания tSHORT VDD=3.0V, V-=0V -> 3.0V 200 400 800 мкс F
Порог срабатывания защиты от превышения напряжения зарядного устройства Vchg1 VDD=3.6V, R2=2.2kΩ 6.0 8.0 10.0 V A
Порог отпускания защиты от превышения напряжения зарядного устройства Vchg2 VDD=3.6V, R2=2.2kΩ 5.3 7.3 9.3 V A

Примечание: *1 относится к схемам тестирования.

[Схемы для тестовых измерений]

[Описание функционирования MP24AD]

Детектор перезаряда (Overcharge detector VD1). Схема VD1 мониторит напряжение вывода VDD во время заряда. В состоянии заряда батареи, он детектирует перезаряд, если напряжение на её выводах становится больше, чем напряжение детектирования перезаряда (обычно 4.225V). И затем вывод COUT переключится в состояние низкого уровня, так что внутренний управляющий N-канальный MOSFET выключится, и запретит заряд батареи. 

После детектирования перезаряда, это состояние будет отменено, если напряжение VDD станет меньше напряжения отпускания перезаряда (обычно 4.025V). Вывод COUT перейдет в высокий уровень, так что внутренний управляющий N-канальный MOSFET включится, и заряд батареи продолжится. 

Когда напряжение VDD станет больше чем напряжение детектирования перезаряда, для отключения зарядного устройства и подключения нагрузки на выводе COUT остается низкий уровень, но нагрузка остается подключенной через паразитный диод внутреннего N-канального транзистора MOSFET. И если напряжение VDD станет ниже, чем напряжение детектирования перезаряда, вывод COUT переходит в высокий уровень, так что внутренний N-канальный транзистор MOSFET включится, и разрешит заряд батареи. 

Детектирование перезаряда и возврат в исходное состояние имеют внутренние фиксированные задержки. Когда напряжение VDD стало выше, чем напряжение детектирования перезаряда, если напряжение VDD снова станет ниже, чем напряжение детектирования перезаряда на время в пределах задержки детектирования (типичное значение 1.00 с), то перезаряд не будет детектирован. Аналогично в состоянии перезаряда, когда VDD снизится ниже напряжения перезаряда на время не более времени освобождения перезаряда (типичное значение 2 мс), то состояние перезаряда не будет отменено. 

Каскад выходного драйвера для вывода COUT имеет устройство сдвига уровня, так что будет выведено напряжение V- в качестве низкого уровня. Тип вывода COUT - выход CMOS, меняющий уровень между VDD и V-. 

Детектор переразряда (Overdischarge detector VD2). Схема VD2 отслеживает уровень напряжения VDD во время разряда. В состоянии разряда батареи переразряд детектируется, когда VDD станет ниже, чем напряжение детектирования переразряда (типичное значение 2.500V). И тогда вывод DOUT перейдет в состояние лог. 0, так что внутренний управляющий разрядом N-канальный транзистор MOSFET выключится, и это запретит дальнейший разряд батареи. 

Режим переразряда освобождается переводом DOUT в состояние высокого уровня, если напряжение батареи возрастет больше, чем напряжение детектирования переразряда, как с подключением зарядного устройства, так и без него. Ток заряда предоставляется через паразитный диод N-канального MOSFET, когда напряжение VDD станет ниже напряжения детектирования переразряда для подключенного зарядного устройства, и вывод DOUT переходит в высокий уровень так что разряд может происходить, и N-канальный MOSFET включится, когда напряжение VDD вырастет больше, чем напряжение детектирования переразряда. 

Когда напряжение батареи находится около 0V, если напряжение зарядного устройства выше, чем минимальное рабочее напряжение для заряда батареи от нулевого напряжения (максимум 1.2V), вывод COUT переходит в высокий уровень и разрешает подключение тока заряда. 

Детектирование переразряда имеет внутреннюю фиксированную задержку. Когда VDD станет ниже напряжения детектирования переразряда на время, не превышающее задержку режима переразряда (типичное значение 96 мс), то состояние переразряда детектировано не будет. Кроме того, есть также задержка выхода из режима переразряда (типичное значение 4 мс). 

Когда все схемы остановлены, и после детектирования переразряда, подразумевается состояние сна/отключения (standby). В этом режиме ток потребления (ток standby) микросхемы снижается до максимально возможного значения (при VDD=2V, максимум 0.5 мкА). 

Тип вывода DOUT - выход CMOS, уровень которого меняется между VDD и VSS. 

Детектор превышения тока разряда, детектор короткого замыкания (VD3, Детектор КЗ). В состояниях заряда и разряда VD3 отслеживает уровень вывода V-. Если V- станет выше, чем напряжение детектирования превышения тока разряда (типичное значение 0.150V) - из-за слишком большой нагрузки и т. п. - то произойдет детектирование состояния переразряда. Если V- станет выше напряжения детектирования короткого замыкания (типичное значение VDD-0.9V), то также будет детектирование состояния превышения тока разряда. И тогда вывод DOUT перейдет в состояние низкого уровня, так что внутренний управляющий разрядом N-канальный транзистор MOSFET выключится, и это защитит батарею от слишком большого тока разряда. 

Детектирование превышения тока разряда имеет внутреннюю фиксированную задержку. Если длительность импульса тока превышения не более времени задержки детектирования (типичное значение 12 мс), то превышение тока не будет детектировано. Кроме того, есть также время задержки выхода из режима превышения тока разряда (типичное значение 4 мс). 

Также есть задержка детектирования короткого замыкания (типичное значение 400 мкс). 

Между выводами V- и VSS встроено сопротивление для выхода из режима превышения тока разряда (типичное значение 50 kΩ). В состоянии превышения тока разряда или КЗ, если нагрузка отключится, то вывод V- будет притянут вниз к VSS через это сопротивление. И тогда V- станет ниже напряжения детектирования превышения тока разряда, что автоматически приведет к выходу из режимов превышения тока разряда или КЗ. Этот резистор подключается только при активных режимах детектирования превышения тока разряда или КЗ. В нормальном состоянии (когда идет заряд или разряд батареи), сопротивление для выхода из режима превышения тока разряда отключено. 

Детектор превышения тока заряда (Charge overcurrent detector VD4). В состоянии заряда или разряда VD4 отслеживает уровень вывода V-. Если V- станет ниже, чем напряжение превышения тока заряда (типичное значение -0.150V) - из-за ненормально высокого напряжения зарядного устройства и т. п. - то будет детектировано состояние превышения тока заряда. Тогда вывод COUT перейдет в низкий уровень, так что внутренний управляющий зарядом N-канальный транзистор MOSFET выключится, и защитит батарею от слишком высокого тока заряда. 

Выход из режима превышения тока заряда произойдет при отключении неисправного зарядного устройства и подключении нагрузки. 

Детектирование превышения тока заряда имеет внутреннюю фиксированную задержку. Когда V- станет ниже напряжения превышения детектирования тока заряда на время, не превышающее времени задержки детектирования превышения тока заряда (типичное значение 6 мс), то не будет детектирован режим превышения тока заряда. Также есть время задержки выхода из режима детектирования превышения тока заряда (типичное значение 4 мс). 

Детектор превышения напряжения зарядного устройства. Этот узел отслеживает напряжение между выводами VDD и V-, и когда напряжение станет выше, чем напряжение детектирования превышения напряжения зарядного устройства (типичное значение 8.0V), вывод COUT перейдет в состояние низкого уровня, и соответствующий внутренний N-канальный транзистор MOSFET выключится. И когда напряжение снизится ниже напряжения отпускания этой защиты (типичное значение 7.3V), то вывод COUT перейдет в состояние высокого уровня, и внутренний N-канальный транзистор MOSFET включится. Обратите внимание, что чем больше сопротивление резистора R2 (см. схему ниже), тем больше напряжение детектирования. 

Для этой функции нет задержки для срабатывания защиты и выхода из режима защиты.

[Пример схемы включения]

MP24AD Application Circuit Example

R1 и C1 снижают пульсации напряжения питания микросхемы. Но напряжения детектирования увеличиваются с увеличением резистора R1, так что значение R1 должно сохраняться 1 kΩ или менее. Кроме того выбор емкости для C1 должен быть минимум 0.1 мкф для обеспечения стабильной работы. 

R1 и R2 ограничивают ток, если зарядное устройство подключено в обратной полярности, или когда напряжение подключенного зарядного устройства превысило абсолютный максимум. R1 и R2 могут привести к превышению мощности рассеивания, так что сопротивление R1+R2 должно быть больше 1 kΩ. Кроме того, если R2 слишком велик, то отключение зарядного устройства не может быть иногда обнаружено после детектирования переразряда, так что подстройте значение R2 к номиналу 10 kΩ или менее. 

Конденсаторы C2 и C3 дают эффект стабилизации системы при воздействии пульсаций напряжения или внешних наведенных помех. После проверки характеристик работы схемы проверьте место подключения этих конденсаторов и их номинальную емкость. 

Диаграммы напряжений при перезаряде и превышении зарядного тока:

MP24AD Overcharge Charging overcurrent operations

Диаграммы при перезаряде и превышении напряжения зарядного устройства:

MP24AD Overcharge Overvoltage charger operations

Диаграммы при переразряде, превышении тока разряда, коротком замыкании (КЗ):

MP24AD Overdischarge Discharging Overcurrent and Short operations

[Маркировка, размеры посадочного места (корпуса)]

MP24AD marking

 MP24AD package dimensions

[Ссылки]

1. Микросхема bq24030, bq24031, bq24032A, bq24035, bq24038 - контроллер зарядного устройства.2. Микросхема bq24618 - контроллер зарядного устройства.

microsin.net

Ликбез по кислотным аккумуляторам - Документ

Ликбез по кислотным аккумуляторам

Для систематизации знаний по аккумуляторам, применяемым в самодеятельном строительстве электромобилей, написана эта статья. В статье рассматриваются только свинцово-кислотные аккумуляторы, как наиболее реальные для использования в самодельных электромобилях. О других аккумуляторах почитайте на сайте Дмитрия Спицына /battery/index.html

1. Сравнительные характеристики типов батарей

Из другого источника видим аналогичные показатели основных параметров:

Сравнительные характеристики аккумуляторов

Характеристики

Lead Acid

NiCd

NiMH

Li-ion

Li-ion polymer

Дата появления первых коммерческих образцов

  1970  

1950

1990

1991

1999

Плотность, Вт∙час/кг

30-50

45-80

60-120

110-160

100-130

Максимальное число циклов заряда/разряда

300

1500

500

1000

500

Время заряда, час

8-16

1

2-4

2-3

2-3

Саморазряд за месяц, %

5

20

30

10

~10

Напряжение элемента, V

1,25

1,25

1,25

3,6

3,6

Минимальная рабочая температура, °C

-20

-40

-20

-20

0

Необходимость разряжать

2 раза в полгода

1 раз в месяц

1 раз в 3 месяца

Не нужно

Не нужно

2. Условия хранения аккумуляторов

Параметры

Аккумулятор

Ni-Cd

Ni-MH

Pb-h4SO4

Li-ion

Рекомендуемое состояние хранения

Разряженный полностью (до 1 В)

Заряженные на 50 %

Заряженные

Заряженные на 50 %

Допускаемый диапазон температуры хранения °С

-20 - +45

-20 - +30

-

-

Рекомендуемый диапазон температуры хранения °С

+5 - +25

+5 - +25

-15 - +30

+5 - +25

Периодичность переподготовки, мес.

12

6

8-12

12

Хранение герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей во избежание сульфатации пластин происходит в заряженном состоянии. Если батареи не используются продолжительное время, рекомендуется их периодический (1 раз в 8 месяцев) подзаряд в течение 6-12 ч при постоянном напряжении 2,45 В/ак. Если свинцово-кислотные аккумуляторы хранились при температуре ниже -20 °С, то подзаряд должен проводиться 1 раз в год в течение 48 ч при постоянном напряжении 2,275 В. Хранение при температуре выше 30 °С не рекомендуется. После хранения при температуре из рекомендованного интервала подзарядка может быть выполнена в течение 6-12 ч постоянным током 0,05 С.

3. Заряд свинцово-кислотного аккумулятора.

Заряд батарей должен осуществляться в режиме, при котором ток сильно понижается к концу заряда. Используется несколько стратегий заряда , которые требуют оборудования различной сложности и стоимости. Наиболее простое и дешевое оборудование осуществляет заряд при постоянном напряжении 2,4-2,45В/ак (потенциостатический режим). Заряд считается законченным если ток заряда остается неизменным в течении 3-х часов. Но чаще применяют комбинированный режим, при котором начальный ток ограничивают, а по достижении заданного напряжения, заряд проводится при стабилизации напряжения (рисунок 3). Заряд проводится при постоянном токе 0,1С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором. Большинство производителей советуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4В на аккумулятор.

Рис.3. Зарядные кривые герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при комбинированном режиме заряда нормированным током 0,1С и нормированным напряжением 2,45В/ак:1-напряжение, 2-зарядная емкость, 3-ток заряда

Ускорение процесса заряда достигается при повышении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с советами производителей не более чем до 0,3С. В конце заряда для большей безопасности может быть применена еще одна ступень заряда: при снижении напряжения источника питания до напряжения подзаряда аккумулятора 2,30-2,35 В.

Заряд аккумуляторных батарей, используемых, для работы в буферном режиме, проводится как правило при более низком напряжении (2,23-2,275 В).

Указанные напряжения заряда не требуют изменения при заряде в некотором интервале температуры (обычно от 5 до 35 °С). За пределами указанного температурного интервала, требуется компенсация влияния температуры: повышение напряжения при пониженных температурах и снижение при более высоких.

Рис.4. Рекомендуемое напряжение заряда при разных температурах для герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора

Саморазряд свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен по сравнению с вентилируемыми аккумуляторами и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Рис.5. Действие температуры на остаточную емкость герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора:1-40°С, 2-20°С, 3-10°С, 4-0°С

Продолжительное хранение батареи в разряженном состоянии приводит к быстрой потере ее работоспособности.

4. Как обращаться с необслуживаемыми аккумуляторами

В разделе затрагиваются базисные моменты, знание и практическое использование которых позволит получить больший срок жизни вашей батареи. Можно встретить аббревиатуры батарей: VRLA (Valve Regulated Lead Acid batteries) – батареи с регулируемыми клапанами SLA (Sealed Lead Acid batteries) – герметизированные свинцово-кислотные батареи AGM (Absorbed Glass Mat) – впитывающие прокладки из стекловолокна. VRLA и SLA являются технически индентичными. Часто случается некоторая путаница с применением данных аббревиатур, однако использование аббревиатур SLA и VRLA для необслуживаемых свинцово-кислотных батарей отличаются в них только областью применения и емкостью (SLA – для батарей емкостью до 30А*ч, VRLA – для более емких батарей). Для понимания процессов старения в герметизированных свинцово-кислотных батарей необходимо помнить о том, что необслуживаемые свинцово-кислотные батареи разработаны с низким потенциалом перезаряда (диктуется необходимостью снижения объема газов, выделяемых в фазу интенсивного газовыделения, "добивки"). Следствием данного конструктивного решения является сложность выбора алгоритма заряда – поскольку батарея никогда полностью не заряжается постепенно увеличивается сульфатация пластин. С другой стороны при применении перезаряда уменьшается сульфатация, но из-за конструкции SLA батареи происходит повышенная коррозия положительного электрода, что приводит к выходу аккумулятора из строя. В следствие этого требуется придерживаться рекомендаций производителя по поводу алгоритма заряда SLA батареи.

Следует помнить, что температура аккумулятора сильно влияет на срок его жизни. Превышение температуры, при которой аккумулятор длительно работает, на каждые 10°C приводит с сокращению времени жизни в 2 раза. Справедливо также обратное замечание. Также следует отметить, что нижний температурный предел у SLA батарей также ограничен, и чем больше разряжена батарея, тем хуже ее рабочие характеристики при низких температурах.

При использовании VRLA батарей необходимо, чтобы все элементы имели очень близкие характеристики. Поскольку при использовании батареи возникает разбалансировка напряжений на различных элементах, необходима процедура эквализации аккумуляторов в батарее. Эквализация достигается путем увеличения напряжения на каждой ячейке до 2,5В в течение двух часов. Процедура эквализации проводится раз в 6 месяцев, или чаще, если указано производителем батареи.

Желательно поддерживать батарею в заряженном состоянии и избегать глубоких циклов разряда. Для нивелирования глубины разряда применяются более емкие батареи. Разряд VRLA батареи меньше чем 2,1В на аккумуляторную банку приводит к сульфатации пластин. Для уменьшения уровня сульфатации в конце заряда рекомендуется применять заряд постоянным напряжением 2,4В на элемент в течение 2х часов. Длительность заряда желательно расчитывать, исходя из 14 часов, увеличение времени заряда с 8 до 14 часов увеличивает время жизни батареи при соблюдении алгоритма заряда, рекомендуемого производителем.

В связи с повышенным требованием к точности соблюдения параметров заряда для необслуживаемых батарей необходимо правильно выбирать зарядное устройство. Допустимая пульсация зарядного тока ограничена, обычно в пределах до 2,5% от номинального напряжения (измеряется при нагрузке зарядного устройства максимальным током для данного зарядного при отключенном аккумуляторе). Это означает, что необслуживаемые аккумуляторы необходимо использовать совместно с импульсными зарядными устройствами, работающими на частоте в десятки килогерц и обеспечивающими постоянное напряжение (не пульсирующее в такт с напряжением в сети 220В 50Гц). Также желательно иметь зарядное устройство с температурным датчиком, поскольку при заряде повышается температура аккумулятора, вместе с температурой растет емкость, с ростом емкости зарядный прибор может перезарядить батарею свыше необходимого уровня, что приводит к еще большему росту температуры и, как минимум, к ухудшению параметров батареи. Подобная ситуация существует и при заряде батареи при низких температурах.

Буквы AGM означают Absorbed Glass Mat – впитывающие прокладки из стекловолокна. Идея очень проста: в аккумуляторах вместо конвертов-сепараторов, увеличивающих внутреннее сопротивление батареи, между пластинами вложены «промокашки» из стекловолокна, причем весь пакет сильно сжат упругим пластиковым корпусом батареи. Электролит (он обычный, в отличие от настоящих гелевых батарей, где его загущают добавками двуокиси кремния) поднимается по прокладкам, как по фитилю. Сильное сжатие пластин не дает осыпаться активной массе и уменьшает внутреннее сопротивление. В результате такие батареи отдают больший ток и, как утверждают, служат до 12 лет!Еще одно очень важное свойство батарей AGM заключается в их устойчивости к частым циклам перезаряда и к глубокому разряду. Пока батареи AGM освоили лишь несколько крупных производителей, причем шкала номинальных емкостей не столь широка, как у обычных аккумуляторов.

На срок службы герметизированных аккумуляторов значительно влияет точность поддержания напряжения постоянного подзаряда. При превышении этого параметра в течение длительного времени в гелевых аккумуляторах начинает срабатывать аварийный клапан, и со временем высыхает электролит, отчего внутреннее сопротивление аккумуляторов увеличивается, а емкость уменьшается.

Электрические и эксплуатационные характеристики герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение разомкнутой цепи свинцово-кислотных аккумуляторов линейно возрастает с ростом степени заряженности аккумулятора (рисунок 1). По значению напряжения разомкнутой цепи можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора.

Рис.1. Зависимость напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотного аккумулятора от уровня заряженности

Номинальной емкостью любых свинцово-кислотных аккумуляторов считается емкость, полученная при разряде в течение 20 ч, т.е. током 0,05С. Отдаваемая аккумулятором емкость значительно зависит от тока разряда, который может достигать нескольких С. Типичные разрядные характеристики при различных токах нагрузки показаны на рисунке 2. Из рисунка видно, что от тока разряда зависит также и конечное разрядное напряжение свинцового аккумулятора.

Рис.2. Разрядные характеристики герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Герметизированные свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны в интервале температур от -30 до +50 °С, чаще гарантируется работоспособность при температуре не ниже -15 °С. При более низких температурах возможности разряда мешает замерзание электролита. Работоспособность аккумуляторов при низких температурах может быть обеспечена увеличением концентрации электролита, как это и делается в специальных аккумуляторах.

Факторы влияющие на срок службы Самое большое влияние на срок службы герметизированного свинцово-кислотного аккумулятора оказывают: рабочая температура, глубина разряда и величина перезаряда, а также периодичность срабатывания клапана для сброса газа.

На рисунках 6 и 7 изображено изменение срока службы в зависимости от глубины разряда и температуры окружающей среды..

Рис.6. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от глубины разряда

Рис.7. Зависимость срока службы герметизированной свинцово-кислотной батареи от температуры при работе в буферном режиме

Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы очень чувствительны к перезаряду. На рисунке 8 изображено, как быстро уменьшается срок их службы при работе в режиме постоянного подзаряда при повышении напряжения (и тем самым - тока подзаряда) источника питания подключенного к аккумулятору.

Рис.8. Воздействие режима заряда на срок службы герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи при работе в буферном режиме

Следует помнить, что при заряде герметизированных аккумуляторов их температура может быть значительно выше температуры окружающей среды. Это связано как с разогревом аккумуляторов из-за реакции рекомбинации кислорода, так и с неудовлетворительным отводом тепла от плотноупакованной батареи. Разница температур особенно ощутима при ускоренном режиме заряда. Если нельзя избежать существенного увеличения температуры, то при заряде следует вводить корректировку напряжения источника питания.

Переразряд также вреден для свинцово-кислотных батарей, как и перезаряд. При многократных переразрядах уменьшается разрядная емкость и понижается срок службы аккумулятора. Такие же изменения могут происходить и при продолжительном хранении батарей в разряженном состоянии.

В связи с расширением сферы применения герметизированных свинцовых аккумуляторов до обитаемых комплексов специального назначения, где должны применяться мощные источники тока с большим напряжением, стало необходимым исследование последствий возникновения аварийных ситуаций в эксплуатации. Такие ситуации могут происходить как при разбалансировании характеристик аккумуляторов, составляющих батарею, так и в результате ошибочного обслуживания батарей или отказе управляющего оборудования. В этом случае при перезаряде или переразряде батарей, приводящем к переполюсованию наиболее слабых аккумуляторов, может произойти разгерметизация аккумуляторов или даже разрушение их баков.

Было доказано, что повреждение корпуса приводит к снижению отдаваемой емкости, но более серьезных проблем не возникает. Даже при полном разрушении контейнера аккумулятора емкость его стала меньше только на 14 %, так как электролит не вытекает, а задерживается в порах электродов и сепаратора. При вскрытии 5 % площади контейнера, аккумуляторы оставались годными для циклирования при снижении разрядной емкости на 15-20 %.

При продолжительном перезаряде (током 0,25 Сн) как свежих аккумуляторов, так и после полтора года эксплуатации в режиме постоянного подзаряда, а также при заряде аккумуляторов при завышенном напряжении (2,6В), чрезвычайного разогрева аккумуляторов не происходило. Температура стабилизируется спустя 4-6 ч на уровне 50-70 °С или затем медленно понижается. Но из-за выброса газов через аварийный клапан происходит осушение аккумуляторов и быстрая их деградация.

Современные герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи обладают достаточно высокими удельными энергетическими характеристиками (до 40 Втч/кг и 100 Втч/л). Они работоспособны в буферном режиме при нормальной температуре в течение продолжительного периода (более 10 лет), а при циклировании обеспечивают несколько сотен циклов до потери 20 % емкости.

textarchive.ru