Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

23-06-2010

Литий-ионные аккумуляторы для робототехники. Часть 2. Теория

Продолжение
Начало читайте здесь:

Часть 1. Введение

Литий-ионные аккумуляторы

Диалог с вашим аккумулятором

Многие из современных аккумуляторов «Умные». Существует спецификация Intel-Duracell, которой придерживаются многие производители аккумуляторов. Они используют интерфейс SMBus (System Management Bus, производная от I2C) чтобы обеспечить связь между аккумулятором, зарядным устройством и компьютером. Аккумулятор выступает ведущим устройством на шине SMBus, сообщая контроллеру, какие именно параметры следует использовать для зарядки. Наличие компьютера необязательно, но он может опросить аккумулятор и быть информированным о наступлении события, такого как подача напряжения заряда или высокая температура. Мое зарядное устройство общается с аккумулятором по SMBus и позволяет аккумулятору установить параметры зарядки.

К сожалению не все аккумуляторы говорят на одном языке. Большинство современных аккумуляторов оснащены интерфейсом Smart, но производители недостаточно афишируют используемый протокол. Некоторые аккумуляторы будут заряжаться, только если они «договорятся» с зарядным устройством на правильном диалекте. Мне повезло, мне достался аккумулятор, использующий именно его. Мой второй аккумулятор (Gateway 11.1 В 6400 мА·ч) использовал протокол, который я никогда не встречал. Я нашел зарядное устройство Gateway для подобного аккумулятора, но оно не стало «разговаривать» с моим аккумулятором.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

Номинальное напряжение литий-ионной ячейки 3.6 или 3.7 В. На самом деле рабочее напряжение снижается от 4.2 до 3.7 В, после чего быстро падает. Ячейки соединяют последовательно, чтобы повысить напряжение, таким образом типовое напряжение аккумуляторов 3.6, 7.2, 10.8 и 14.4 В (или 3.7, 7.4, 11.1 и 14.8 В). Ячейки соединяют параллельно для увеличения емкости. Цена аккумуляторов соответствует популярности ноутбуков, для которых они предназначены. Мой первый купленный аккумулятор был не фирменным, поэтому и дешевым. Цена новых аккумуляторов доходит до 160$.

В аккумуляторах обычно имеется несколько устройств безопасности, таких как электронные предохранители, термисторы, отслеживающие температуру батарей и сообщающую ее контроллеру заряда, системы защиты от перенапряжения и т.п. Минимально необходимы предохранитель и термистор. В конце концов я удалил Smart начинку из аккумулятора Gateway, чтобы иметь возможность заряжать его, но установил предохранитель на 2 А и термистор 10 кОм, который зарядное устройство может использовать для безопасности.

Параметры аккумулятора, которые вам необходимо знать для безопасной зарядки:

  • Число последовательных ячеек, от 1 до 4
  • Максимальное напряжение заряда (обычно 4.2 В на ячейку, иногда 4.1)
  • Максимальный ток заряда, часто выражается как 1С или 0.5С, где С – номинальная емкость аккумулятора в мА·ч
  • Расположение выводов аккумулятора.
  • Номинальное сопротивление термистора при комнатной температуре (обычно 10 кОм)
  • Smart протокол (если есть)

Эту информацию иногда пишут на корпусе аккумулятора, но обычно не пишут. Поиск в Интернете, как правило, также не дает этой информации, так как аккумуляторы обычно привязаны к определенной модели ноутбука, и даже такие базовые параметры, как номинальное напряжение и емкость, часто не указаны. Вам потребуется научиться определять эти параметры самостоятельно.

Число ячеек определяется делением номинального напряжения аккумулятора на 3.7. Максимальное напряжение заряда обычно 4.2 В на ячейку. Если вы не уверены, используйте более безопасное значение 4.1 В. Максимальный зарядный ток обычно близок к 1С но может быть и меньше, вплоть до 0.5С. Если у вас нет другой информации, используйте ток в 0.5С. Расположение выводов аккумулятора может быть запутанным. Мой аккумулятор от Gateway не имел обозначения выводов. Не были обозначены даже плюс и минус аккумулятора, хотя для того, чтобы аккумулятор начал работать, требуется замкнуть два контакта. Контакт термистора был обнаружен как сопротивление между выводом и общим проводом. В случае батареи Gateway это 10 кОм, у другой батареи 300 Ом. Остальные контакты обычно используются для связи по SMBus, но будьте осторожны. Протестируйте контакты на активность после включения батареи. На них может появиться 12 В и вывести из строя ваш микроконтроллер. Для защиты от этого я добавил входной резистор и стабилитрон на 5.1 В к каждому из двух выводов SMBus.

Мой робот потребляет ток всего 1 А когда едет. Теоретически он должен ездить 4 часа без подзарядки, и это так. В дополнение, литий-ионный аккумулятор на 10% меньше в объеме и на ¼ легче моего старого свинцового аккумулятора 12 В 2300 мА·ч.

Зарядка

Зарядка аккумуляторов требует контроля, иначе аккумулятор выйдет из строя, и даже может взорваться. Я не нашел спецификации на мой аккумулятор (большой плюс для концепции батарей с интерфейсом Smart), и мне пришлось строить гипотезы на основе батарей с похожми номерами моделей и параметрами.

Чаще всего в спецификациях указываются токи заряда между 0.5С и 1С, где С – номинальная емкость батареи, представленная в миллиампер часах. Некоторые спецификации допускают зарядный ток 2С. Высокие зарядные токи иногда приводят к потере емкости (15% для 2С против 1С). Избыточная зарядка может навредить батарее и вызвать ее вздутие. В больших батареях, например емкостью 6400 мАч, установлена защита от этого. Отбросив ненужную информацию я решил что 0.5С будет безопасным значением.

Во всех случаях зарядка производится по шагам:

  • Ток устанавливается в значение максимального тока заряда до тех пор, пока напряжение не достигнет порогового значения (4.1 или 4.2 В на ячейку). В этой точке аккумулятор заряжен на 70%.
  • Теперь напряжение поддерживается очень точно (это очень важно) на уровне порогового значения до тех пор, пока ток сам не упадет. Когда ток достигнет минимального значения (обычно около 100 мА на параллельную ячейку), зарядка прекращается после завершающей временной задержки.

Используя этот алгоритм и ток заряда в 1С, можно полностью зарядить батарею за 2…2.5 часа.

Продолжение читайте здесь

members.shaw.ca

Перевод: по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Lithium Ion Batteries for Robotics. Part 2

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Литий-ионные аккумуляторы для робототехники. Часть 1. Введение
Схемы  »
Литий-ионные аккумуляторы для робототехники. Часть 3. Железо
Схемы  »
Литий-ионные аккумуляторы для робототехники. Часть 4. Программа
Новости  »
Toshiba представила литий-ионную батарею, заряжаемую за 60 секунд
Схемы  »
Простое зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Датчики влажности и температуры ДВТ-03
Цена: от 3 168 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
DIY настольный 3D принтер
Цена: 163 $ (9500 руб.)
Промо-акция, последняя скидка
Очки с подсветкой и сменными окулярами
Цена: от 8 $ (477 руб.)
Бесплатная доставка: Весь мир
радиолоцман вконтакте радиолоцман одноклассники радиолоцман facebook радиолоцман twitter радиолоцман google плюс