Lithiumbatterier.

 

Den nyeste batteri teknologi på markedet, de genopladelige lithiumbatterier som f.eks. Li-ion og Li-poly mm., har rigtigt mange fordele frem for ældre NICD og NIMH batterier. De vejer meget mindre, har større kapacitet, har meget højere spænding og en rimeligt lineær afladningskurve. Desværre er de også meget skrøbeligere end de ældre teknologier, de kan f.eks. ikke tåle at blive afladet til under 1/3 af deres kapacitet og ligesom alle andre batterier kan de heller ikke tåle at blive kortsluttet. Problemet med lithiumbatterier er så at de med sikkerhed vil bryde i brand eller eksplodere hvis de bliver kortsluttet og der stadigvæk er en del strøm tilbage i dem. Jeg har derfor konstrueret et rimeligt simpelt kredsløb der vil kunne beskytte imod både kortslutning og at batteriet bliver afladet for meget. Der står desuden også en masse nyttig info til folk der vil lave sine egne batteri pakker.

Har reduceret komponenterne i kredsløbet mest muligt, så det er muligt at kunne lave kredsløbet så småt som muligt.

 



Vcc: 5-30Vdc
R1: 1Kohm
R2: 390Kohm
R3: 390Kohm
R4: 1Mohm
P1: 1Mohm(multiturn)
S1: Trykknap(momentan)
T1: BC556
FET1: IRF3703
FET2: 2N7000
 

Kredsløbet virker ved at når spændingen er over en indstillet værdi på udgangen (indstillet på P1), vil FET2 være tændt og trække base på T1 til stel. Da T1 er en PNP transistor vil den begynde at lede og tænde for mosfeten, hvorved der kommer fuld forbindelse imellem batteriet og udgangen.
Hvis derimod spændingen på udgangen falder under den indstillede værdi, enten fordi der ikke er mere strøm på batteriet eller udgangen bliver kortsluttet, vil FET2 lukke og base på T1 vil nu være sluttet til forsyningsspændingen igennem R2 og R3. Det vil få T1 til at lukke og FET1 vil dermed også lukke, da dens gate er sluttet til stel igennem R4, hele kredsløbet vil lukke ned, og der vil dermed ikke kunne trækkes mere strøm fra batteriet. Først når der bliver trykket på S1(reset) vil kredsløbet begynde at lede strøm igen, dog vil det lukke ned med det samme, hvis der stadigvæk ikke er en spænding på udgangen som er højere end den indstillede spænding.

Kredsløbet er konstrueret med forholdsvis store modstande for at holde strømforbruget nede på et minimum (ca. 0,1ma ved 15V), det kan dog godt skabe problemer ved lave spændinger. Hvis man f.eks. kun har 1 celle på kredsløbet, og man ikke kan få det til at virke ordentligt, kan man prøve at halvere eller dividere værdierne på R2 og R3 med faktor 10.

For at indstille kredsløbet er man nødt til at bruge en variabel strømforsyning og et digitalt voltmeter, og en form for indikator f.eks. en lysdiode med en formodstand som passer til spændingen på det batteri man har tænkt sig at tilslutte. Strømforsyningen tilslutter man som man ville tilslutte batteriet på indgangen, og samtidig måler man med voltmeteret henover indgangen, lysdioden med formodstand tilslutter man udgangen.
Først skal man justerer P1 helt imod plus siden så der er max åbnet for T2. Derefter indstiller man strømforsyningen til den spænding som der vil være over det batteri man har tænkt sig at tilslutte (3,7V per celle, f.eks. 3 celler i serie = 11,1V), og trykker på reset. Nu skulle kredsløbet gerne tænde og lysdioden skulle meget gerne lyse.
For at indstille hvilke spænding som kredsløbet skal lukke ned ved, indstiller man strømforsyningen så der kun er ca. 3V per celle man har tænkt sig at tilslutte (2,5V er absolut minimum som en celle må aflades til, hvis den ikke skal tage skade, så for at have lidt at arbejde med, ligger man 0,1-0,5V til den spænding, så minimum spændingen ved f.eks. 3 celler i seriel bliver = 7,8-9V), når man har indstillet den spænding og man kan se at den passer på voltmeteret, justerer man nu P1 meget langsomt imod stel indtil at lysdioden slukker og dermed kredsløbet også slukker.
For at tjekke om kredsløbet nu også virker som det skal, og som man har indstillet det til, kan man igen justere strømforsyningen op til normal celle spænding, og trykke på reset, og så skulle lysdioden gerne lyse. Derefter justere man langsomt spændingen ned på strømforsyningen indtil lysdioden slukker og man aflæser om spændingen på det punkt er som man har indstillet den til.

Selve mosfeten er opgivet til at kunne klare 210A konstant ved 25graders celsius og 1000A peak, så kredsløbet burde ikke udgøre nogen forhindring for hvor store batterier og strøm man kan bruge det sammen med. Dog vil selve kredsløbets opbygning sætte en begrænsning ved et stykke over de 100A ved lav batteri spænding, da der der vil begynde at ligge en spænding over mosfeten, som kan snyde kredsløbet til at lukke ned lidt før batteriet reelt er nede på den indstillede spænding. Bare husk at der hvor strømmen skal passere til belastningen, printbanen med forsyningsspændingen og stel på begge sider af mosfeten, skal være kraftige så de kan klare strømmen der skal gå igennem dem. Kredsløbet skal placeres så tæt på batteriet som muligt.

Lidt om Lithium batterier:

Hvis man gerne vil lave sin egen batteripakke med genopladelige lithium batterier er der nogle ting man skal vide:

1. Cellerne man bruger skal være af samme fabrikat, type, kapacitet, og være i fuldstændigt samme tilstand inden man sætter dem sammen. Det sidst nævnte opnår man ved at oplade alle cellerne separat, og kontroller at spændingerne er fuldstændigt ens på alle cellerne inden de sættes sammen. En god ide kan være at forbinde cellerne parallelt i 6-8timer, inden man sætter dem sammen i serie til en pakke, det burde udjævne evt. forskelle i spændingen.

2. Brug kun en computer oplader som er beregnet til at oplade lithium batterier (kan anbefale en X-Peak 3 plus, som også har en pæn pris i forhold til andre ladere på samme niveau), og undersøg grundigt inden opladning hvordan den skal indstilles og mål evt. at spændingen ikke overstiger 4,25V per celle som er lade spændingen for Li-poly celler. Opladning foregår normalt ved 1C max. hvilket vil sige at hvis man har en batteri pakke på 1000mah lader man med 1000ma, og hvis man har en pakke på 2,2Ah lader man med 2,2A. Lad desuden aldrig batteri pakken være uden opsyn under opladning. Desuden er det en ret god idé at bruge en såkaldt lithium balancer til at holde øje med celle spændingerne under opladning af Li-po celler. Du kan se på det nedenstående diagram, hvordan du skal lave en ledninger på din batteri pakke så den kan tilsluttes en balancer.

3. Lad være med at aflade lithium celler, det vil blot mindske deres levetid. 2,5V er også absolut minimum spænding som må ligge henover cellen, opbevar desuden aldrig cellerne helt flade, sørg for at de er halvt opladet inden opbevaring, hvilket de også er fra fabrikken. Jo mere man aflader cellen hver gang, jo mindre bliver dens levetid.

4. Hvis man har en batteri pakke som er deform skal man ikke bruge dem, den vil kunne bryde i brand eller eksplodere. Hvis man desuden har nogle celler som der er gået ild i skal man ikke bruge vand til at slukke branden, da lithium og vand reagere kraftigt ved at producere brint og brænde endnu voldsommere.

5. Pak altid den færdige batteri pakke ind i krympeflex da den let kan få skrammer og skader og det kan godt få nogle meget uheldige konsekvenser.

6. Når man oplader eller opbevarer lithium batterier er det en god idé at gøre det i en brandsikker beholder, man kan få specielle poser til formålet som er lavet ud af brandsikkert materiale.
 

Først skal det siges at det er ikke 100% nødvendigt at bruge en balancer, men det er en god idé, da hvis bare en af cellerne er lidt forskellig i spænding og så vil den begynde at overlade og det vil så medføre bål og brand, den vil med sikkerhed blive ødelagt.

På billedet kan man se diagrammer over en 4 celle batteri pakke og en 3 celle batteri pakke, og det er sådan set det princip man konstruerer efter. Hvis der skal være flere eller færre celler kommer der bare flere eller færre udgange.

Den sidste celle ledning f.eks. celle 4 på batteri pakken med 4 celler, er også den man tilslutter til lade udgangen fra balanceren og Gnd/- tilslutter man selvfølgelig til stel på balanceren.

Selve benforbindelserne til balancerens stik kan jeg ikke sige noget om da det er meget forskelligt fra mærke til mærke, men det står som regel i brugsanvisningen, og der hvor man køber balanceren kan man som regel også købe adapter stik osv. Selve batteri stik og celler kan man finde forskellige steder på nettet, men http://www.rcmaterial.com/english.htm og http://www.maxamps.com har det meste, og er desuden en europæisk side.

Mere info: http://www.en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer
 

< Tilbage til sidste side.