Понимание схемы зарядки / защиты LiPo

Я учусь проектировать печатные платы и разбираюсь в дизайне электроники. Для проекта мне нужно зарядить батарею LiPo 3,7 В. Я также хочу защитить его от чрезмерной зарядки / чрезмерной разрядки.

Я экспериментировал с платами, которые используют TP4056 вместе с ИС защиты батареи DW01 и двойным N-канальным MOSFET FS8205A.

Таблицы доступны здесь:

• TP4056
• DW01
• FS8205A

Готовые модули очень дешевы - вот пример на AliExpress :

Кажется, они работают, но я хотел бы знать, что на самом деле делает схема, прежде чем использовать ее :)

Я нашел только одну схему с этими тремя компонентами вместе:

Мне трудно понять, правильна ли эта схема. Если я правильно понимаю, двойной N-канальный MOSFET - это в основном 2 коммутатора в одном корпусе. Эти два полевых МОП-транзистора запускаются контактами 1 и 3 DW01, которые описаны как:

• Вывод DW01 1: Соединительный вывод MOSFET для управления разгрузкой
• Вывод DW01 3: Соединительный вывод MOSFET для управления зарядом

Таким образом, в основном два полевых МОП-транзистора в FS8205A отключают поток на B-, когда DW01 говорит им сделать это.

Я понимаю, что это сработает, когда сработает система управления избыточным разрядом, при этом мощность не будет течь из B- в OUT-

Однако что я не понимаю, как это будет работать с защитой от перезарядки? Когда это срабатывает, никакое питание не должно течь от зарядного устройства к аккумулятору, однако устройство, подключенное к OUT + и OUT-, все еще должно работать, но кажется, что B- не достигнет OUT-

Защитные цепи обычно отличаются от зарядных цепей. Многие аккумуляторные батареи предназначены для зарядки с помощью специального устройства, которое будет контролировать процесс зарядки.

Процесс зарядки может включать балансировку ячеек, если блок содержит большое количество последовательных ячеек, обычно номинал 4+ ячеек последовательно (4S, 14,4 В) потребует балансировки, 3S и ниже, это также хорошая идея для баланса для здоровья и долговечность вашей батареи, но не обязательно требуется. Схемы балансировки могут быть сложными и обычно включают в себя BMS (систему управления батареями), состоящую из выделенной микросхемы и нескольких внешних модулей. Есть проект на github, который стремится создать систему openBMS . Это может быть хорошим ресурсом, если вы ищете дополнительную информацию.

Цикл зарядки для ионно-литиевых батарей может быть довольно сложным, особенно в случае нескольких последовательно соединенных элементов, но обычно включает 4 основных этапа:

• Считайте напряжение, если оно ниже определенного значения (обычно 2,8 В или около того для элементов на основе Li), затем начните промежуточный заряд, пока элемент не достигнет безопасного уровня зарядки, что позволит избежать повреждения элемента.
• Зарядка с постоянным током: элемент заряжается с постоянным током, обычно 0,5–1C для нормальной зарядки, например, для батареи емкостью 1000 мАч, при зарядке от 500 мА до 1000 мА.
• Зарядка при постоянном напряжении: когда батарея достигает определенной точки (обычно около 60% от общего заряда (3,8 В или около того), начинается зарядка при конечном конечном напряжении (4,2 В для ожидаемого срока службы при нормальном цикле зарядки 1000), вы можете подняться выше, и это дать вам больше времени автономной работы, но это сократит срок службы батареи.
• Техническая зарядка. Батарея имеет естественную скорость разряда около 8% при 21 ° C в месяц, когда батарея падает ниже 10% от полной зарядки, перезарядите до целевого напряжения с помощью зарядки постоянным напряжением. Это настраивается в зависимости от приложения.

Примечания: есть интегральные схемы, которые будут обрабатывать большую часть этого для вас, в противном случае вам придется прибегнуть к разработке схемы, управляемой микроконтроллером с внешним повышающим / понижающим преобразователем или линейным регулятором.

Схема защиты (PCM) довольно проста и часто интегрируется прямо в отдельные ячейки, эти ячейки обычно обозначаются как защищенные или незащищенные. PCM будет следить за такими вещами, как: входное напряжение, выходной ток, напряжение элемента, температура и т. Д. Они часто не настолько надежны и должны рассматриваться как последнее средство в критической системе. Тревоги должны отключаться, если PCM когда-либо срабатывает.

Чтобы ответить на ваш конкретный вопрос: DW01 оптимизирован для использования зарядного устройства в случае перезаряда, поэтому зарядное устройство будет оставаться подключенным к цепи, подавая необходимое напряжение, пока аккумулятор отключен, TP4046 выглядит так, что он рассчитан на работу до 8 В и в качестве линейного зарядного устройства он будет рассеивать избыточное напряжение в виде тепла. Эти микросхемы часто имеют термическую защиту и автоматически отключаются в случае превышения тока или напряжения. Если есть перезарядка, это означает, что цепь, вероятно, разрушена, поэтому в этом случае неплохо бы попытаться отключить батарею, так как это создало бы значительный риск для безопасности.

Кроме того, помните, что в Mosfet имеются внутренние диоды, поэтому, даже если Mosfet с защитой от зарядки должен был быть отключен, аккумулятор все равно будет подключен к цепи, пока напряжение на стороне стока Mosfet ниже определенного напряжения.

Обычно первоначальный постоянный ток ионизирует химический состав батареи, а цикл напряжения добавляет потенциал. Если зарядное устройство не имеет достаточного тока, цикл напряжения может найти большее сопротивление и, таким образом, попытаться поднять большее напряжение, чем требует батарея, что может вызвать проблемы. Зарядное устройство должно иметь достаточный ток для начального химического цикла в LiPos.