Lityum ion polimer piller için balans devresi

Seri bağlantılı Lion, lipo pillerin dengeli şarjı için kullanabileceğiniz basit bir pil balans devresi. Özellikle 2 veya 3 seri bağlı pillerde pillerin dengeli şarj edilmesi büyük önem taşıyor. Balan devresi olmadan kullanılan pil grupları kısa sürede arızalanabiliyor. Bu devre sayesinde bu sorun büyük ölçüde tolere edilebiliyor.

Pillerin balanslı, dengeli şarj edilmesi hakkında bilgilerin bulunduğu bir yazı ; Li-iyon Li-polimer Pillerin Dengeli Şarj Edilmesi Pil Balans Devresi

Pil Balans Devresi V2

Li-Ion ve Li-Pol hücrelerini şarj etmek için voltaj sınırlayıcı

Voltaj sınırlayıcı, şarj kalitesini artırmak ve böylece akümülatörlerin ömrünü uzatmak için tasarlanmış özel bir devredir. Elbette pil paketini sınırlayıcı olmadan da şarj edebiliriz. Ancak ömrü kesinlikle daha kısa olacaktır. Ayrıca sınırlayıcısız seri şarjlı akümülatörlerin sayısının artması ile şarj olma tehlikesi de artmaktadır.

a) hücreyi aşırı yüklenmeye ve dolayısıyla yok olmaya karşı korur
b) bir dizi hücreyi seri bağlantıyla bir defada aşırı şarj olmadan şarj etmeye olanak tanır
c) Lixxx için herhangi bir şarj cihazıyla birlikte kullanılabilir
d) hatta bir pili şarj etmek için kullanılabilir şarj cihazının ne için olduğundan daha az sayıda hücre

Temel teknik parametreler:

Sınırlama gerilimi: 4,20V; ayarlanabilir 4,1 – 4,3V
Akım: maks.1A (3A’ya kadar iyi soğutma ile)
Sinyal verme: yakl. 4 mA ve üzeri

Çalışma prensibi

Li-Ion ve Li-Pol akümülatörler aşırı şarja karşı çok hassastır. Maksimum şarj, şarj voltajının boyutuna göre belirlenir – tüm sıradan hücreler için 4,20 V’tur. Sınırlayıcı, bu voltajın artmasına izin vermez ve “fazla” şarj akımı ısıya dönüşür. Sınırlama voltajına ulaşılması bir LED ile bildirilir.
Elektriksel açıdan, sınırlayıcı neredeyse ideal bir Zener diyodu gibi davranır.

Parça listesi (blok 2 ve 3, 2x ve 3x olarak numaralandırılmıştır)

R1 – 15K (LiFePO-3.6V hücreler için 10K)
R2 – 20K
R3 – 470R
R4 – 22K R5 –
1K
P1 – 5K
D1 – 1N4148
LED1 – Led3mm/2mA
C1 – 1n
T1 – BD244C
T2 – BC556
IO1 – TL431

Bir dizi hücre, hücreler arasında dahili bağlantılara sahip olmalıdır. Daha sonra her bir hücreye paralel olarak bir sınırlayıcı devre bağlanır. Sınırlayıcı, yalnızca şarj sırasında, tercihen bir yardımcı konektörle bağlanır, maksimum şarj akımı veya daha az için boyutlandırılmış olması yeterlidir. Tellerin uzunluğu maksimum yaklaşık 30 cm olmalıdır. Polarite devre kartı üzerinde işaretlenmiştir. Polarite tersine çevrildiğinde sınırlayıcı zarar görmeyecektir.

Şarj etmeye başlamadan önce sınırlayıcıyı hücre grubuna bağlarız. Ardından şarj etmeye başlıyoruz. Her şey yolundaysa, sınırlayıcı şarj işlemini hiçbir şekilde etkilemez. Sınırlayıcı LED, yalnızca şarj akımı zaten küçük olduğunda, şarjın son aşamasında yanabilir. Şarj cihazı, sınırlayıcıda ayarlanandan daha düşük bir voltajla şarj edilirse, LED’ler şarjın sonunda bile yanmayabilir. Küme sıralıysa bu doğrudur. Aksi takdirde, daha karmaşıktır.

Boşalmış bir setin şarj edildiğini varsayalım. Şarj başlangıcından itibaren bazı sınırlayıcı diyotlar ne kadar erken yanarsa, hücreler arasındaki fark o kadar büyük olur ve hücre parametrelerinde bir miktar değişikliğin sinyalini verir. Tam akımda (toplam şarj süresinin yaklaşık 2/3’üne kadar) şarj olurken, sinyalleme asla fazda gerçekleşmemelidir. Ve kesinlikle şarjdan hemen sonra değil.Her iki durumda da şarjı hemen durdurur ve nedenini analiz ederiz. Tamamen arızalı bir hücre veya kapasitesi düşük bir hücre olabilir. Paralel bağlı hücrelerden oluşan bir set için, paralel hücrelerin bağlantısını kesmek ve hatalı hücreyi bulmak gerekecektir. Şüpheli hücre, boştayken bile büyük olasılıkla diğerlerinden farklı bir voltaja sahip olacaktır.

Teorik olarak, daha fazla şarj etmeye devam etmek mümkün olacaktır, ancak pratikte bunun bir anlamı yoktur, çünkü neden bulunmadan set daha fazla kullanımla daha hızlı bozulmaya devam edecektir. Büyük şarj akımlarında sınırlayıcıda termik aşırı yük de meydana gelebilir. Setin durumundan emin değilsek önce onu daha küçük bir akımla şarj ederiz!

Sınırlayıcı ayarları

Bitmiş sınırlayıcılar 4,20V’a ayarlı olarak teslim edilir. Bazı durumlarda, sınırlayıcının farklı şekilde ayarlanması tavsiye edilir. Bunlar zaten oldukça doğru değerler olduğundan, ortak multimetrelerin doğruluğunu da hesaba katmak gerekir.

Şarj cihazının, sınırlayıcıların ayarlandığı voltajla tam olarak aynı voltajda şarj olması idealdir. Ayarlanabilir çıkış voltajına (örn. MZ) sahip bir şarj cihazı durumunda, şarj cihazının çıkış voltajını, sınırlayıcı diyotlar hemen yanmaya başlayacak şekilde veya bu noktadan hemen önce – pilsiz ayarladık.

Örneğin, 4,15 V değerine kadar şarj eden bir şarj cihazımız varsa ve bunu değiştiremiyorsak, sınırlayıcıyı 4,15 V veya tercihen 4,16 V’a ayarlamanız önerilir. Dikkat, bazı işlemci şarj cihazları voltajı çok doğru bir şekilde ölçmez. İşlemci şarj cihazları söz konusu olduğunda, bağlı sınırlayıcı ile bile şarjın doğru bir şekilde sonlandırılıp sonlandırılmayacağının kontrol edilmesi gerekir. Bu şarj cihazlarının davranışı program tarafından belirlenir ve farklı tipler için farklılık gösterebilir.

Sınırlayıcıyı şu şekilde ayarlayacağız: laboratuvarda stabilize edilmiş kaynağı yakl. 6 V ve akım sınırını 10 – 50 mA olarak ayarlayın. Kaynağa bir adet limiter blok bağlıyoruz led yanıyor ve trimmer ile gerekli voltajı ayarlıyoruz.Eğer akım sınırlamalı bir laboratuvar kaynağımız yoksa 12V voltajı olan bir kaynak veya akümülatör kullanabiliriz. Ayarladığımız sınırlayıcının bir bloğu, 12V/50mA ampul (veya 12V/1.2W) ile kaynağa bağlanır.

Voltajı multimetrenin uçlarıyla doğrudan sınırlayıcı terminallerde ölçüyoruz – kaynakta değil. Önemli olan, üç bloğu da tamamen aynı voltaja ayarlamamız gerektiğidir. Sınırlayıcıyı farklı bir voltaja çeviriyorsak, tüm blokları yeniden ayarlamamız gerekir. Elbette bu, birden çok 3-blok sınırlayıcının seri olarak kullanıldığı çok hücreli kümeler için de geçerlidir.

Soğutma

Normal çalışmada, şarjın son aşamasında tek tek hücrelerde yalnızca ince ayar olduğunda, sınırlayıcı transistörlerin güç kaybı küçüktür. Sadece setin hücrelerinden birinde ciddi bir arıza olması durumunda (kesinti, büyük kapasite kaybı) sınırlayıcıdan daha büyük bir akım geçebilir. Sağlanan soğutucular, yaklaşık 1A’lik bir akıma kadar ısı tahliyesi sağlayabilir.

Kullanım sırasında kusurlu hücrelerin meydana geldiğini varsayarsak ve daha büyük bir şarj akımı kullanırsak, daha büyük bir soğutucu veya cebri soğutma kullanmak gerekir. Daha sonra transistörleri ortak bir soğutucu üzerindeki yalıtım yastıklarının üzerine monte ediyoruz. İyi soğutmalı sınırlayıcının maksimum akımı yaklaşık 3 A’dır. Sınırlayıcıyı kutuya monte ederken, iyi soğutmanın hatırlanması tavsiye edilir.

Aktif voltaj bölücü olarak sınırlayıcı

Sınırlayıcı, üç hücre için bir şarj cihazımız olsa ve yalnızca bir veya iki hücreyi şarj etmemiz gerekse bile kullanılabilir. Sınırlayıcıyı şarj cihazının çıkışına bağlarız ve sınırlayıcının terminallerine yalnızca bir veya iki hücre bağlarız. Bağlı hücre olmayacak sınırlayıcı blok, diğer hücreler için voltajı azaltacaktır. Bu yöntem yalnızca daha küçük bir akım için uygundur, çünkü enerji açısından dezavantajlıdır – bağlantısız hücrelerin enerjisi ısıya dönüşür. Bu durumda, sınırlayıcı sürekli olarak maksimum şarj akımına dayanmalıdır. Sağlanan sınırlayıcı ile yaklaşık 0,70 A’dır. Daha büyük bir akım için, daha büyük bir soğutucu veya bir fan ile cebri soğutma kullanmak gerekir.

Ancak bu yöntem, eşyaları ölçmek ve şekillendirmek için çok uygundur. Çoğu durumda, bir adet üç hücreli şarj cihazı ve bir adet sınırlayıcı yeterli olacaktır.

Her şarj ettiğimde sınırlayıcıyı kullanmak zorunda mıyım?

Bir sınırlayıcının kullanımı için belirleyici olan, makalelerin eşleştirilmesidir. Tüm hücreler tamamen aynı olsaydı ve parametreleri zaman içinde değişmeseydi, sınırlayıcının kullanılmasına gerek kalmazdı. Limiter kullanılmasının nedeni her hücreyi ayrı ayrı şarj etmeye gerek kalmadan her hücreyi %100 şarj etmektir. Aynı zamanda kısmen koruyucu bir unsur olarak hizmet eder. Sette ne kadar çok seri bağlantılı hücre varsa sınırlayıcı kullanımı o kadar önemlidir. Yurtdışında “Li-pol dengeleyici” adı kullanılmaktadır.

Bazı hücrelerin yalnızca birkaç döngüden sonra, bazılarının zaten ilk şarj sırasında karşılaştırılması gerekir. Bu nedenle, boşalmış ve şarj edilmiş durumdaki tek tek hücrelerin voltajını sık sık kontrol ederiz. Hücreler arasındaki sapmalar bir voltun birkaç yüzde birinden daha büyükse, hücrelerin karşılaştırılması gerekir. Sınırlayıcının kullanılması, şarjın kalitesini ve güvenliğini artıracak ve Lixxx akümülatörlerinin ömrünü uzatacaktır.

Sınırlayıcı neden akümülatörlere kalıcı olarak bağlanamıyor?

Kalıcı olarak bağlanabilmesi için, sınırlayıcının aktif olmayan durumda mümkün olduğunca az tüketime sahip olması gerekir. Teknik olarak sorun değil ve gerekli parametrelere sahip bileşenler (esas olarak ref. voltaj kaynağı) orada. Sorun onların fiyatı. O kadar büyük ki, sınırlayıcının fiyatı en az 3 kat daha fazla olacaktır. Diğer bir sorun ise ağırlık ve özellikle aşırı ısı ile ne yapılacağıdır. Yani maksimum akım bile çok büyük olamaz. Soğutucular büyük ve ağırdır ve doğrudan aküdeki ısı kaynağı ideal değildir. Hücrelere seri bağlı koruma devreleri henüz mümkün değildir, çünkü herhangi bir yarı iletken bileşen, tahrik için kullanıldığında çok önemli parametrelerden biri olan akümülatörlerin iç direncini kötüleştirir.

Kaynak: http://www.zajic.cz/omezovac/omezovac.htm