Jag har designat och publicerat en mängd olika batteriladdarkretsar på den här webbplatsen, men läsarna blir ofta förvirrade när de väljer rätt batteriladdarkrets för sina individuella applikationer. Och jag måste uttryckligen förklara var och en av läsarna angående hur man anpassar den givna batteriladdarkretsen för deras specifika behov.

Detta blir ganska tidskrävande, eftersom det är samma sak som jag måste förklara för var och en av läsarna då och då.

Detta tvingade mig att publicera det här inlägget där jag har försökt förklara en standard batteriladdare design och hur man anpassar den på flera sätt för att passa individuella preferenser när det gäller spänning, ström, automatisk avstängning eller halvautomatisk drift.

Att ladda batteriet korrekt är avgörande

De tre grundläggande parametrarna som alla batterier kräver för att laddas optimalt och säkert är:

Konstant spänning.
Konstant ström.
Automatisk avstängning.

Så i grund och botten är det här de tre grundläggande sakerna man behöver använda för att ladda ett batteri framgångsrikt och se till att batteriets livslängd inte påverkas i processen.

Några förbättrade och valfria villkor är:

Termisk hantering.

och Stegladdning .

Ovanstående två kriterier rekommenderas särskilt för Li-ion-batterier , medan dessa kanske inte är så avgörande för blybatterier (även om det inte är någon skada att implementera den för samma)

Låt oss ta reda på ovanstående villkor stegvis och se hur man kan kunna anpassa kraven enligt följande instruktioner:

Betydelsen av konstant spänning:

Alla batterier rekommenderas att laddas med en spänning som kan vara cirka 17 till 18% högre än den tryckta batterispänningen, och denna nivå får inte höjas eller fluktueras mycket.

Därför för en 12V batteri kommer värdet till cirka 14,2V som inte bör ökas mycket.

Detta krav kallas kravet på konstant spänning.

Eftersom det finns ett antal spänningsregulatorer idag är det bara några minuter att göra en laddare med konstant spänning.

De mest populära bland dessa IC: er är LM317 (1,5 ampere), LM338 (5amps), LM396 (10 ampere). Alla dessa är variabla spänningsregulator-IC: er och tillåter användaren att ställa in önskad konstant spänning var som helst från 1,25 till 32V (inte för LM396).

Du kan använda IC LM338 som är lämplig för de flesta batterier för att uppnå en konstant spänning.

Här är ett exempel på en krets som kan användas för att ladda vilket batteri som helst mellan 1,25 och 32V med en konstant spänning.

Schematisk batteriladdare med konstant spänning

Att variera 5k-potten möjliggör inställning av önskad konstant spänning över C2-kondensatorn (Vout) som kan användas för att ladda ett anslutet batteri över dessa punkter.

För fast spänning kan du ersätta R2 med ett fast motstånd med hjälp av denna formel:

VELLER= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Där VREFär = 1,25

Sedan jagADJär för liten, det kan ignoreras

Även om en konstant spänning kan vara nödvändig, på platser där spänningen från ett ingångsnät inte varierar för mycket (5% upp / ner är helt acceptabelt) kan man helt eliminera ovanstående krets och glömma konstant spänningsfaktor.

Detta innebär att vi helt enkelt kan använda en korrekt klassad transformator för att ladda ett batteri utan att tänka på ett konstant spänningsförhållande, förutsatt att nätingången är ganska pålitlig när det gäller dess fluktuationer.

Idag med tillkomsten av SMPS-enheter blir ovanstående fråga helt obetydlig eftersom SMPS alla är strömförsörjningar med konstant spänning och är mycket tillförlitliga med sina specifikationer, så om en SMPS är tillgänglig kan ovanstående LM338-krets definitivt elimineras.

Men vanligtvis kommer en SMPS med en fast spänning, så i så fall kan det vara ett problem att anpassa den för ett visst batteri och du kanske måste välja den mångsidiga LM338-kretsen som förklaras ovan .... eller om du fortfarande vill undvika detta kan du helt enkelt ändra SMPS själva kretsen för att erhålla önskad laddningsspänning.

Följande avsnitt kommer att förklara utformningen av en anpassad strömstyrkrets för en specifik vald batteriladdarenhet.

Lägga till en konstant ström

Precis som 'konstant spänning' -parameter bör den rekommenderade laddningsströmmen för ett visst batteri inte ökas eller fluktueras mycket.

“skillnad mellan sop och pos ”

För blybatterier bör laddningshastigheten vara ungefär 1/10 eller 2/10 av det utskrivna Ah (Ampere Hour) -värdet för batteriet. vilket betyder att om batteriet är märkt till säga 100 Ah, rekommenderas dess laddningsström (amp) att vara på 100/10 = 10 Ampere minimum eller (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maximalt, bör denna siffra inte ökas helst för att bibehålla hälsosamma förhållanden för batteriet.

Men för Li-ion eller Lipo-batterier kriteriet är helt annorlunda, för dessa batterier kan laddningshastigheten vara lika hög som deras Ah-hastighet, vilket betyder att om AH-specifikationen för ett Li-ion-batteri är 2,2 Ah är det möjligt att ladda det på samma nivå som vid 2,2 ampere rate Här behöver du inte dela upp något eller ägna dig åt någon form av beräkningar.

För att genomföra en konstant ström igen blir en LM338 användbar och kan konfigureras för att uppnå parametern med hög noggrannhet.

Nedanstående kretsar visar hur IC kan konfigureras för implementering av en strömstyrd batteriladdare.

Se till att kolla in den här artikeln vilket ger en utmärkt och mycket anpassningsbar batteriladdarkrets.

Schema för CC- och CV-styrd batteriladdare

Som diskuterats i föregående avsnitt, om din ingångsström är ganska konstant, kan du ignorera den högra sidan LM338-sektionen och helt enkelt använda vänsterströmbegränsarkretsen med antingen en transformator eller en SMPS, som visas nedan:

I ovanstående konstruktion kan transformatorspänningen klassificeras vid batterispänningsnivån, men efter korrigering kan den ge lite över den angivna batteriladdningsspänningen.

Det här problemet kan försummas eftersom den anslutna strömstyrningsfunktionen tvingar spänningen att automatiskt sjunka överflödet till den säkra batteriladdningsspänningsnivån.

R1 kan anpassas efter behov genom att följa instruktionerna HÄR

Dioderna måste vara korrekt klassade beroende på laddningsströmmen och bör helst vara mycket högre än den angivna laddningsströmnivån.

Anpassa ström för att ladda ett batteri

I ovanstående kretsar är den hänvisade IC LM338 klassad att hantera högst 5 ampere, vilket gör den endast lämplig för batterier upp till 50 AH, men du kan ha mycket högre batterier i storleksordningen 100 AH, 200 AH eller till och med 500 AH .

Dessa kan kräva laddning med respektive högre strömtakt som en enskild LM338 kanske inte kan räcka till.

För att avhjälpa detta kan man uppgradera eller förbättra IC med fler IC: er parallellt som visas i följande exempelartikel:

25 amp laddarkrets

I exemplet ovan ser konfigurationen lite komplicerad ut på grund av införandet av en opamp, men lite tinkering visar att faktiskt IC: erna kan läggas till direkt parallellt för att multiplicera strömutgången, förutsatt att alla IC är monterade över en gemensam kylfläns , se nedanstående diagram:

Valfritt antal IC kan läggas till i det visade formatet för att uppnå önskad strömgräns, men två saker måste säkerställas för att få ett optimalt svar från designen:

“olika typer av effektbrytare och deras användning ”

Alla kretsar måste monteras över en gemensam kylfläns, och alla strömbegränsningsmotstånd (R1) måste fixeras med ett exakt matchande värde, båda parametrarna krävs för att möjliggöra en enhetlig värmedelning mellan kretsarna och därmed lika strömfördelning över utgång för det anslutna batteriet.

Hittills har vi lärt oss hur man anpassar konstant spänning och konstant ström för en specifik applikation för batteriladdare.

Men utan en automatisk avstängning kan en batteriladdarkrets vara helt ofullständig och ganska osäker.

Hittills i vår batteriladdning Handledningar vi lärde oss hur man anpassar konstantspänningsparametern när vi bygger en batteriladdare, i följande avsnitt kommer vi att försöka förstå hur man implementerar en automatisk laddning för full laddning för att säkerställa en säker laddning av det anslutna batteriet.

Lägga till en Auto-Cut 0ff i batteriladdaren

I det här avsnittet kommer vi att upptäcka hur en automatisk avstängning kan läggas till ett batteri laddare som är en av de viktigaste aspekterna i sådana kretsar.

Ett enkelt automatiskt avstängningssteg kan inkluderas och anpassas i en vald batteriladdarkrets genom att inkludera en opamp-komparator.

En opamp kan vara placerad för att upptäcka en stigande batterispänning medan den laddas och stänga av laddningsspänningen så snart spänningen når batteriets fulla laddningsnivå.

Du kanske redan har sett denna implementering i de flesta av de automatiska batteriladdarkretsarna som hittills publicerats i den här bloggen.

Konceptet kan förstås grundligt med hjälp av följande förklaring och den visade kretsens GIF-simulering:

OBS: Använd relä N / O-kontakten för laddningsingången istället för den visade N / C. Detta säkerställer att reläet inte chattar i frånvaro av batteri. För att detta ska fungera, se också till att byta ingångsstift (2 och 3) med varandra .

I ovanstående simuleringseffekt kan vi se att en opamp har konfigurerats som en batterispänningssensor för att detektera överladdningströskeln och stänga av strömmen till batteriet så snart detta detekteras.

Förinställningen vid stift (+) på IC: n justeras så att vid full batterispänning (14,2V här) får stift nr 3 en nyans högre potential än stiftet (-) på IC: n som är fixerad med en referensspänning på 4,7 V med en zenerdiod.

Den tidigare förklarade matningen 'konstant spänning' och 'konstant ström' är ansluten till kretsen och batteriet via reläets N / C-kontakt.

Från början är matningsspänningen och batteriet avstängda från kretsen.

Först får det urladdade batteriet anslutas till kretsen, så snart detta är gjort, upptäcker opampen en potential som är lägre (10,5 V som antas här) än full laddningsnivå, och på grund av detta tänds den RÖDA LED-lampan , vilket indikerar att batteriet är under full laddningsnivå.

Därefter slås 14,2V ingångsladdningen PÅ.

Så snart detta är gjort sjunker ingången omedelbart ner till batterispänningen och når 10,5 V-nivån.

Laddningsproceduren startas nu och batteriet börjar laddas.

När batteriets polspänning ökar under laddningen ökar också stiftets (+) spänning motsvarande.

Och i det ögonblicket batterispänningen når full ingångsnivå som är 14,3 V-nivån, uppnår stiftet (+) också proportionellt en 4,8 V som är precis högre än stiftets (-) spänning.

Detta tvingar omedelbart opamp-utgången att bli hög.

Den RÖDA lysdioden slocknar nu och den gröna lysdioden tänds, vilket indikerar övergångsåtgärd och också att batteriet är fulladdat.

Vad som kan hända efter detta visas dock inte i simuleringen ovan. Vi lär oss det genom följande förklaring:

Så snart reläet löser ut tenderar batteriets polspänning snabbt att sjunka och återställas till en lägre nivå eftersom ett 12V batteri aldrig kommer att hålla en 14V-nivå konsekvent och kommer att försöka uppnå en 12,8V-märkning ungefär.

Nu, på grund av detta tillstånd, kommer spänningen (+) igen att uppleva en nedgång under referensnivån inställd av stiftet (-), vilket återigen kommer att uppmana reläet att stängas av, och laddningsprocessen kommer att startas igen.

Denna PÅ / AV-växling av reläet fortsätter att cykla och gör ett oönskat 'klickande' ljud från reläet.

För att undvika detta blir det absolut nödvändigt att lägga till en hysteres i kretsen.

Detta görs genom att införa ett motstånd med högt värde över utgången och (+) stiftet på IC som visas nedan:

Lägger till hysteres

Tillägget av ovan angivna hysteres motstånd förhindrar att reläet svänger PÅ / AV vid tröskelnivåerna och låser reläet upp till en viss tidsperiod (tills batterispänningen sjunker under den hållbara gränsen för detta motståndsvärde).

Motstånd med högre värde ger lägre spärrperioder medan lägre motstånd ger högre hysteres eller högre spärrperiod.

Således kan vi från ovanstående diskussion förstå hur en korrekt konfigurerad automatisk avstängningskrets för batterier kan utformas och anpassas av alla hobbyister för hans föredragna specifikationer för batteriladdning.

Låt oss nu se hur hela batteriladdarens design kan se ut inklusive konstant spänning / ström inställd tillsammans med ovanstående avstängningskonfiguration:

Så här är den färdiga anpassade batteriladdarkretsen som kan användas för att ladda vilket batteri du vill efter att du har ställt in det som förklaras i hela vår tutorial:

Opamp kan vara en IC 741
Förinställningen = 10k förinställning
båda zenerdioderna kan vara = 4,7V, 1/2 watt
zenermotstånd = 10k
LED- och transistormotstånd kan också vara = 10k
Transistor = BC547
relädiod = 1N4007
relä = välj matcha batterispänningen.

Hur man laddar ett batteri utan någon av ovanstående faciliteter

Om du undrar om det är möjligt att ladda ett batteri utan att koppla ihop några av ovan nämnda komplexa kretsar och delar? Svaret är ja, du kan ladda vilket batteri som helst säkert och optimalt även om du inte har någon av ovanstående kretsar och delar.

Innan du fortsätter skulle det vara viktigt att känna till de få viktiga saker som ett batteri kräver för att ladda säkert och de saker som gör att 'automatisk avstängning' 'konstant spänning' och 'konstant ström' parametrar är så viktiga.

Dessa funktioner blir viktiga när du vill att ditt batteri ska laddas med extrem effektivitet och snabbt. I sådana fall kanske du vill att din laddare ska vara utrustad med många avancerade funktioner som föreslagits ovan.

“vilken port är den vanligaste porten på dagens datorer? ”

Men om du är villig att acceptera batteriets fulla laddningsnivå något lägre än optimalt, och om du vill ge några timmar mer för att laddningen ska slutföras, skulle du verkligen inte behöva någon av de rekommenderade funktionerna som konstant ström, konstant spänning eller automatisk avstängning kan du glömma alla dessa.

I grund och botten bör ett batteri inte laddas med förbrukningsvaror med högre betyg än batteriets utskrivna betyg, det är så enkelt som det.

Betydelse anta att ditt batteri är märkt till 12V / 7Ah, helst får du aldrig överstiga full laddningshastighet över 14,4V och ström över 7/10 = 0,7 ampere. Om dessa två priser bibehålls korrekt kan du vara säker på att ditt batteri är i säkra händer och aldrig kommer att skadas oavsett omständigheter.

För att säkerställa ovan nämnda kriterier och ladda batteriet utan att involvera komplexa kretsar, se bara till att den ingångsförsörjning du använder är klassad i enlighet med detta.

Om du till exempel laddar ett 12V / 7Ah-batteri, välj en transformator som producerar cirka 14V efter korrigering och filtrering, och dess ström är nominell till cirka 0,7 ampere. Samma regel kan tillämpas på andra batterier också, proportionellt.

Grundidén här är att hålla laddningsparametrarna något lägre än det maximalt tillåtna värdet. Till exempel kan ett 12V-batteri rekommenderas att laddas upp till 20% högre än det tryckta värdet, det vill säga 12 x 20% = 2,4V högre än 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Därför ser vi till att hålla detta något lägre vid 14V, vilket kanske inte laddar batteriet till sin optimala punkt, men som bara är bra för vad som helst, i själva verket håller värdet något lägre för att öka batteriets livslängd vilket ger många fler laddnings- / urladdningscykler i det långa loppet.

Om du håller laddningsströmmen på 1/10 av det utskrivna Ah-värdet ser du till att batteriet laddas med minimal stress och avledning, vilket ger batteriet en längre livslängd.

Den slutliga installationen

grundläggande batteriladdarkrets med transformator och likriktare

En enkel inställning som visas ovan kan användas universellt för att ladda vilket batteri som helst på ett säkert och optimalt sätt, förutsatt att du tillåter tillräcklig laddningstid eller tills du finner att nålen på amperemätaren faller ner till nästan noll.