Как сделать сбалансированный аккумулятор?

8

Я сейчас делаю робота для своего рабочего места. Я начал с комплекта 20servo. Он поставляется с действительно ужасным 10,6 вольт, 800 мАч NiMh аккумулятором.

Я хотел бы сделать литиевую упаковку для этого, так как 3 литиевых элемента были бы идеальными. Я использую LiPo для своих личных моделей самолетов, и я знаю, что они «сбалансированы», и они используют специальные зарядные устройства, которые заряжают каждую ячейку независимо.

Так как это для моего рабочего места, я не хочу использовать LiPo, потому что они настолько изменчивы. Я думал о том, чтобы сделать свой аккумулятор из 3х RCR123. Я хотел бы сделать пакет так, чтобы он мог быть заряжен с балансировочным зарядным устройством.

Может кто-нибудь сказать, пожалуйста, как это сделать? Кроме того, я могу использовать зарядное устройство LiPo для Li-Ion или мне нужно сделать свое собственное зарядное устройство?

Спасибо.

Губка Боб
источник
1
IIRC Li-Ion не совместим с Li-Poly с точки зрения зарядки
vicatcu
Спасибо за это. Но могу ли я сделать балансировочное зарядное устройство для пользовательского пакета LiIon?
Губка Боб
@vicatcu Ты уверен? Из всего, что я прочитал, они заряжаются точно так же, и во многих таблицах характеристик зарядных устройств описан один и тот же процесс при зарядке Li-Ion и Li-Po.
AndrejaKo
1
@Keegan McCarthy Обычно существует два типа балансировочного зарядного устройства, и оба требуют, чтобы был способ доступа к каждой ячейке индивидуально. Один тип заряжает элементы последовательно и каждые несколько секунд проверяет напряжение. Если один элемент имеет более высокое напряжение, чем другие элементы, он будет разряжаться до тех пор, пока его напряжение не будет соответствовать напряжению других элементов. Зарядное устройство другого типа заряжает каждую ячейку индивидуально. Это должно уменьшить шансы иметь неуравновешенную клетку. Он использует тот же алгоритм, чтобы проверить, сбалансирована ли ячейка, и при необходимости сбалансировать ее.
AndrejaKo
1
Первый тип, кажется, немного старше и иногда используется со специальными балансировочными устройствами, которые будут контролировать напряжение независимо от зарядки батареи. Второй тип, кажется, немного новее, и балансировщик встроен в зарядное устройство.
AndrejaKo

Ответы:

15

Так как это для моего рабочего места, я не хочу использовать LiPo, потому что они настолько изменчивы.

Литий - ионные клетки БОЛЕЕ восприимчивы к «вентиляционному с пламенем» / «волшебный дымом» события , чем LiPo (литий - полимер), не меньше.

Если вам нужен гораздо более безопасный химический элемент на основе лития, используйте LiFePO4.
(LiFePO4 = литий ферро фосфат).
Вы можете управлять колом через их сердца (металлические или нет, на перекрестке и в полночь по желанию), и они не будут производить разряды высокой энергии. После этого они (вероятно) будут работать не очень хорошо


Я хотел бы сделать литиевую упаковку для этого, так как 3 литиевых элемента были бы идеальными. ... Может кто-нибудь сказать, пожалуйста, как это сделать? Кроме того, я могу использовать зарядное устройство LiPo для Li-Ion или мне нужно сделать свое собственное зарядное устройство?

LiPo и LiIon имеют схожие потребности в зарядке.
LiPo обычно допускает более высокие скорости заряда, но по сути это та же химия.
Зарядное устройство должно «учитывать» максимальное напряжение аккумулятора и максимальный ток зарядки - они обычно выбираются. Оконечное напряжение на ячейку для LiIon или LiPo обычно составляет 4,2 В при 25 ° C. Использование немного более низкого напряжения, чем это, снижает емкость, но значительно увеличивает срок службы клеточного цикла.

Элемент LiPo или Li-Ion обеспечивает напряжение от 3,0 до 4,2 В / элемент (от разряженного до полностью заряженного), а элементы рассчитаны на номинальное напряжение 3,6 В или 3,7 В. Элементы LiFePO4 обеспечивают уровень от 2,8 до 3,6 В и номинальные значения 3,2 или 3,3 В. , (Понижение возможно, но в «хвосте» мало емкости, и его использование сокращает срок службы цикла). Элемент NimH вырабатывает от 1,0 до 1,3 В / элемент и рассчитан на номинальное напряжение 1,2 В.

Таким образом, ваш 10,6 В NimH пакет = 10,6 / 1,2 = 9 ячеек

Через диапазон заряда:

  • 9 x NimH = 9 В - 11,7 В, среднее значение 10,8 В
  • 3 х LiIon = 9 В - 12,6 В, среднее значение 10,8 В
  • 3 x LiFePO4 = 8,4 В - 10,8 В, среднее значение 9,6 В
  • Свинцовая кислота = 12+ в среднем

Вы можете остановить разрядку ячеек LiFePo4 при напряжении чуть выше 2,8 В, так что диапазон составляет, скажем, 9 В - 10,8 В

Вам нужно будет определить, насколько низко напряжение, на котором будут работать сервоприводы, но ячейки LiFePO4, вероятно, будут приемлемы и намного лучше для безопасности. Тем не менее, правильно запустить LiPo вызывает достаточно мало проблем.
Можно использовать 4 клетки LiFePO4.

Вы можете рассмотреть возможность использования свинцово-кислотного аккумулятора 12 В. Это дешево, широкий диапазон мощностей и зарядные устройства легко доступны.

Вы можете использовать повышающий преобразователь от более низкого напряжения или понижающий преобразователь от более высокого напряжения, чтобы получить хорошую работу при постоянном напряжении.


Сбалансированная зарядка

Ячейки LiPo можно заряжать с помощью легкодоступных «балансировочных зарядных устройств» или заряжать отдельно параллельно, или вы можете сделать свое выигранное зарядное устройство. Ряд микросхем балансировочного зарядного устройства доступен, например, от Digikey .
Простой способ обеспечить балансировку состоит в том, чтобы установить регулятор напряжения через каждую ячейку, который шунтирует ток, когда напряжение достигает точки заряда постоянного напряжения. Есть несколько способов сделать это, но один из них показан ниже. Это отсюда . Хорошие замечания по работе и настройке показаны на этой странице.
Микросхема контролирует напряжение аккумулятора, и при достижении напряжения запуска полевой МОП-транзистор включается в шунтирующий ток. IC содержит внутренний источник опорного напряжения и обеспечивает программируемый гистерезис для напряжения зажима. Использование одной из этих цепей в каждой ячейке позволяет использовать несимметричное зарядное устройство вплоть до текущей емкости зажима.

Только для держателей с черным поясом На самом деле, хотя это и не рекомендуется, вы, вероятно, могли бы использовать простое свинцово-кислотное зарядное устройство на 12 В с выходным током не выше, чем способность зажимных цепей заряжать 3 серии ионов LiIon или LiPo. Это не обеспечит некоторые тонкости зарядки LiIon / LiPo, но должно работать.

Лист данных MAX921 . Они слишком дороги в Digikey за $ 4,60 / 1.
Тот же результат можно получить с TL431 и, возможно, с несколькими транзисторами. Работоспособная схема может быть достигнута, если они достаточно интересны.

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Рассел МакМахон
источник
Спасибо за отличный ответ! Я действительно рассматривал клетки LiFePo (если вы посмотрите на историю изменений вопроса, вы увидите это), я действительно люблю LiFePo, я даже сделал батарею моего джипа с ними. Но напряжение ячеек просто не совместимо с моим роботом. Сервоприводы не работают хорошо с менее чем 10,0 вольт. Они управляются последовательными командами, а не ШИМ, и из того, что я наблюдал, что-то со связью начинает ухудшаться при низком напряжении. Однако я не осознавал, что LiIon более опасны, чем LiPo. Я взорвал много LiPo клеток, но никогда не LiIon.
Губка Боб
Может быть, я просто использую sh * tty зарядные устройства LiPo. Я посмотрю, смогу ли я найти какие-нибудь монтируемые на макете балансировочные микросхемы, и это могло бы решить мою проблему взрывающейся ячейки LiPo (и сэкономить мне кучу денег ... по 9-13 долларов за хорошую ячейку 1,3 Ач. ..)
Губка Боб
ebay.com/itm/… ----- есть два из них за 8,4 $
Губка Боб
1
@KeeganMcCarthy - 4 x LiFePO4 + регулятор напряжения будет работать хорошо. Время жизни цикла должно быть в 2-4 раза больше, чем у LiIon или LiPo.
Рассел МакМахон