Li-iyon Li-polimer Pillerin Dengeli Şarj Edilmesi Pil Balans Devresi

| Mayıs 23, 2018 Tarihinde güncellendi
Li-iyon Li-polimer Pillerin Dengeli Şarj Edilmesi Pil Balans Devresi

Li-iyon, Li-po pillerin şarjı, koruması konusunda paylaşılan “Li-ion Pil Şarj Entegreleri MCP73831 TP4056“, “pil koruma devreleri” “Li-ion Li-PO LifePO4 Piller Hakkında” yazılarına ek olarak seri bağlı pillerin dengeleme, balans kontrolü hakkında bir kaç bilgi vereceğim..

Genelde tek pil ile bir çok proje gerçekleştiriliyor daha yüksek voltajlar için seri pil bağlantısı gerekli bu durumda şarj cihazında, devresinde balans, dengeleme özelliği yoksa; pillerin kapasitesine göre bozulma oluyor, erken dolan piller aşırı yüklenip bozuluyor ayrıca bu sorunlu pil, piller erken doldukları için şarj devresi diğer piller dolmadan şarj işlemini bitiriyor.

Örneğin; Projemizde 12V ihtiyacımız var 3 adet Li-iyon pili seri bağladık tam şarjda 1 pilin voltajı 4.2V bu durumda 3 pil için 12.6V şarj cihazı gerekli bunu hallettik ve pillerimizi şarj etmeye başladık her pilin ayrı kapasitesi ve doluluk oranı var bazı piller erken dolacak aşağıda ki şemada ortadaki pil 4.2V sınır değere ulaştı diğerleri tam dolmadı bu durumda toplam voltaj 12.2V şarj devremiz 12.6V olana kadar şarjı kesmeyecek.

li-iyon-li-po-piller-12-2v-serial

Şarj işlemi devam ediyor bir süre sonra ortadaki pil sınır voltajını aşacak 4.4V olacak diğer piller tam dolmadı 4.1V seviyesinde kaldılar fakat toplam voltaj 12.6V olduğu için şarj kesilecek

li-iyon-li-po-piller-12-6v-serial

Pillerimiz yeni dengeleme devresi olmayan bir şarj cihazı ile şarj ettik kullanıyoruz, pilin durumuna göre bir kaç şarj sonrasında aşırı voltaj yüklenen ve tam dolmayan pillerin performansında düşüş olacak pil paketimiz çok daha hızlı şarj olacak ve aynı şekilde hızlıca bitecek.

Pil balans, degeleme devresi bu durumu engellemek için erken dolan pili algılayıp yük bindiriyor yük olarak genelde direnç kullanılıyor bu durumda pilin voltajı sınır değeri aşamıyor şarj devresi diğer piller dolana kadar şarja devam ediyor.

pil-balans-temsil-li-iyon-li-po-dengeleme

Pil balansı için çok gelişmiş sistemler entegreler var özellikle Texas Instruments üretimi BQXXXX serisi pil koruma, dengeleme entegreleri Laptop bataryalarında sıkca kullanılıyor daha uygun bol çeşit üreten diğer firma ise SII Semiconductor (sanırım firma el değiştirmiş ABLIC Inc olmuş)

Basit Pil Dengeleme Devresi

En sık kullanılan devreler basit yapıda transistörlü oluyor bazıları direkt transistörü yük olarak kullanıyor bazıları transistör ile yük direnci, diyot kullanıyor aşağıda ki devrede BD140 PNP transistör yük olarak kullanılmış TL431 REF bacağına bağlı olan trimpot ile hassas voltaj ayarı yapılabiliyor.

pil-balans-battery-balancer-circuit

Tek pil için bu devreyi kullanmaya gerek yok. Seri bağlantıda her pil için balans devresinden 1 tane kullanılıyor 12.6V için seri bağlanan 3 adet li-ion pil bağlantı şeması;

12v-li-ion-balancer-pil-dengeleme-devresi-bd140-tl431

pil-balans-test

Devreyi test için delikli plakete kurdum test amaçlı olduğu boyutları düşünmesim düzenli bir PCB çizimi ve SMD malzemeler ile çok daha küçük boyutlarda yapılabilir.

Pil balans devresinin ayarlanması: Öncelikle ayarlı bir güç kaynağı gerekli güç kaynağınızın voltajını 4.25V olarak ayarlayın 1K trimpotu led ışık vermeye başlayıncaya kadar yavaşca çevirin (veya TL431 REF bacağında 2.5V gören kadar..) bu arada güç kaynağından çekilen akımada bakın pilin gücüne göre 100ma…..400ma arası bir değer yeterlidir. Ben 18650 Li-ion piller için 300ma kullandım

Temelde TL431 REF bacağında 2.5V olacak şekilde direnç ayarı yapılmalı tam değerde direnç kullanırsanız trimpota gerek kalmaz fakat en kolayı çok turlu timpot kullanmak

balans-devresi-ayar

Bu devrede direkt BD140 transistörü yük olarak kullanılıyor bazı uygulamalarda PNP transistörün kollektör bacağına 1W…2W 5….10-OHM direnç veya seri 3…4 tane 1N4007 diyot bağlanıyor. Testlerde kullanmadım ama BD140 transistörlerinin ufak bir soğutucuya bağlanması gerekli 1K trimpotu çok turlu olandan kullanırsanız daha hassas ayar yapabilirsiniz ayrıca gerilim bölücü 15K, 22K dirençler %1 toleranslı olması daha iyi sonuç verir.

battery-balancer-circuit-mod

Yukarıda devrenin basitleştirilmiş hali görünüyor yük olarak direnç bağlı bu direnç yerine seri bağlı diyotlar veya ilk şemada ki gibi hiç bir şey bağlanmadan direkt transistör yük olarak kullanılabilir. Led gösterge için ek transistör kullanmak daha stabil ama transistörün kollektörünede bağlanabilir veya hiç kullanılmaya bilir.

Bu basit sistem bir çok cihazın şarj adaptöründe kullanılıyor özellikle piyasada bulunan maket, model araba, tekne, helikopter gibi ürünlerin şarj cihazlarında..

Daha gelişmiş olan entegre kontrollü dengeleyici devreler var çok daha karmaşık olanların yanı sıra mikrodenetleyici kontrollü olanlarıda var. Fazla karmaşık olmayan SII Semiconductor ürünleri kullanıma daha uygun örneğin S8209B entegresi bu entegre ile hem dengeleme hemde koruma sistemi yapılabilir.

s8209b-circuit-schematic-battery-balancer-ic

Pil dengeleme devresi sorunlu olan pili onarmaz veya daha iyi performans vermesini sağlamaz ama pilin daha kötü duruma gelmesini ve durumu iyi olan pillerin daha fazla zarar görmesini engeller. Seri bağlı pillerde kullanmak gerekli…

Balans Devresi Kullanmadan Olsa?

Düşük bir ihtimalle şansınız var bazen pillerin arasında ki fark çok fazla olmuyor bu durumda pil paketi uzun süre sorun çıkartmıyor.

Ölçüm yaparak en az sorun yaşatacak pilleri tespit edip seri bağlantı yapabilirsiniz fakat satıcının buna izin vereceğini sanmam ayrıca bolca pil gerekli bu iş “Transistörlerin Eşitlenmesi Match edilmesi” yazısında ki gibi bir şey ayıklama yapmak gerekli..

Örneğin elinizde kullanılmamış 10 tane li-iyon pil var hepsinin voltajını ölçün her pilin voltajını üzerine yazın sonra yük bağlayıp ölçümü tekrarlayın ve yük üzerinde ki voltaj durumunu pillerin üzerine yazın. Yüksüz ve yüklü voltaj değeri uyan veya birbirine yakın pilleri seri bağlayıp kullanabilirsiniz dikkat edin iki voltajda uyumlu olmalı mesela;

PİL-A yüklü 3.0V yüksüz 3.90V
PİL-B yüklü 3.60V yüksüz 3.85V

Bu pillerin yüksüz voltajları bir birine çok yakın ama yük üzerinde voltajları çok farklı bu piller seri bağlantı için işimizi görmez 2 değerde aynı veya bir birine yakın olmalı. Yük olarak 15-OHM 2W direnç kullanabilirsiniz.

Kullanılmış pillerde ise; hepsini tam şarj edin bir kaç gün sonra aynı ölçüm işlemini yapın..

Son olarak seri bağlantıyı buzup tekrar toplamak uğraştırıcı ama imkan varsa pilleri ayrı şarj edip kullanabilirsiniz..

Yayım tarihi: 2018/05/23 Etiketler: ,



14 Yorum “Li-iyon Li-polimer Pillerin Dengeli Şarj Edilmesi Pil Balans Devresi

  1. S.Sami Sağlık

    Güzel ve yararlı bilgilendirme için teşekkürler.

    CEVAPLA
  2. T. Özçelik

    Birçok hobi devre yaptım ancak en çok şarj devreleri problem çıkarıyor, faydalı bilgiler için teşekkürler

    CEVAPLA
  3. Mehmet Özmen

    S.aleykum hocam bu devreyi 12v 20ah jel aküde kullanmak istiyorum. Elektrikli bisikletimde bu akulerden 5 tane var aralarındaki voltaj farkların dengesini iyice bozuldu. Bunun için küçük bir şema cizermisiniz, nette kaynak bulamıyorum.

    CEVAPLA
  4. kemal tandağı

    merhabalar bu devreyi tasarlamak istiyoruz fakat tam olarak bi anlam çıkaramadık şarj cihazı yerine 4.25 v ayarlı güç kaynağımı kullanıldı yada 4.25v güç kaynağı olan devreyimi tasarlamalı yoksa 2sc945 entegresi olan devreyi 2 adet tasarlayıp 2 adet pilmi şarj etmeliyiz? biraz detaylandırırmısınız rica etsek.

    CEVAPLA
  5. Hüseyin KOCABAY

    Arkadaşlar, devreyi inceledim R3 yerine 10K ve ekstradan BD140 ın base ucuna seri 470R direnç takılsa daha güvenli olur çünkü seri piller dengesizse ve şarj aleti 2-3A ve yukarısında akım verebiliyorsa en zayıf halkadaki pilin üzerine 4.5V ve üstü gerilim düşeceği için BD140 ın emiterinden base ucuna ve ordan TL431 in katodundan anoduna 1-2A gibi bir akım akabilir bu da TL431 i bozar.
    Eğer denge akımı 100mA in altında bir devre yapmak istiyorsanız TL431 üzerinden 100mA ve aşağısını akıtabilir dolayısıyle BD140’a ihtiyaç kalmaz yani yukarıdaki devrede R1 R2 ve TL431 aynen kalacak R3 yerine 22ohm takarsanız 100mA balans devresi olarak çalışır ve pcb ye ihtiyaç olmadan dip malzemelerle havada kurup 5mm lik daralan makorona rahatlıkla geçirebilirsiniz.

    CEVAPLA
  6. HASAN BAŞPINAR

    Çok az elektronik bilgim var, 4s li-ion balans devresini 4×18650 pile uygun bağladım, ama 30A kart şarjlı süpürgeyi kullanma esnasında dayanmayıp yolları yandı.
    Bugün elektronikçi bir abimle baktık, yolların çooooook ince olduğunu söyledi, bu ampere tabi dayanmaz dedi.
    Şimdi bu çok açıklayıcı yazınızı okuyunca acaba parçaları alıp, kendim lehimleyip, 4S yapabilir miyim diye heyecanlandım doğrusu, belki daha sağlam, dayanıklı olur. Ancak 4s çizimi bir yerde bulamadım ve sizce mantıklı mı? Çünkü ben 60 TL’ye iki kartı yaktım bu şekilde. Şarj ederken sıkıntı yok, ama akım çekerken yandı ikisi de.

    Vereceğiniz bilgiler için şimdiden teşekkürler.

    https://ibb.co/tLGVzHp

    CEVAPLA
    1. gevv

      sadece yollarmı yandı parçalar sağlam mı ? yolları kalınlaştırıp deneme yaptınız mı ?

      CEVAPLA
  7. HASAN BAŞPINAR

    Yoları elektronik tamircisi abim kalınlaştırdı, ancak eve getirip denediğimde transistörlerden bir ikisinin çok ısındığını fark ettim.
    Cevabınız için teşekkür ederim bu arada.

    CEVAPLA
    1. gevv

      Isınan mosfet transistörler yük bölümündeyse normal dolmuş, sınıra gelen pilin voltajını dengelemek için üzerindeki voltajı yük direncine bağlayarak harcıyor buda mosfetin ve yük direncinin ısınmasına sebep oluyor. BMS modülleri sadece balansdan oluşmuyor ek olarak korumada var aşırı, düşük voltaj durumunda mosfetler üzerinden geçen eksi hattını ayırıyor aşağıda ki şema sizin modülüle ait (veya benzeri..) durumu daha iyi açıklar.. eğer koruma mosfetleri yani eksi hattın çıktığı mosfet transistörler boşta ısınmıyorsa sorun yoktur (büyük ihtimal)

      circuit-4s-bms-schematic

      CEVAPLA
    1. gevv

      Kılıf resmi doğru. Resimde görünen ön yüzü sanırım karıştırdınız.

      2SC945-datasheet-pinout

      CEVAPLA
  8. Şamil

    2sc945 npn transistor degilmi neden şemada pnp olarak gösterilmiş ? bilgi verirseniz sevinirim.

    CEVAPLA
    1. gevv

      Eevet s2c945 npn transistör kullanılan transistör 2sa733 şemalar güncellendi

      CEVAPLA

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.