Omezovač napětí je speciální obvod, určený pro zlepšení kvality nabíjení a tím i prodloužení života akumulátorů. Sadu akumulátorů můžeme nabíjet samozřejmě i bez omezovače. Její životnost ale bude zcela určitě nižší. Také se vzrůstajícím počtem sériově nabíjených akumulátorů bez omezovače stoupá i nebezpečnost nabíjení. Omezovač:

Základní technické parametry:
Napětí omezování: 4,20V ;nastavitelné 4,1 až 4,3V
Proud: max. 1A ( s dobrým chlazením až 3 A)
Signalizace: cca. 4 mA a více

Princip funkce
Li-Ion i Li-Pol akumulátory jsou velmi citlivé na přebití. Maximum nabití je dáno velikostí nabíjecího napětí – pro všechny běžné články je to 4,20 V. Omezovač nedovolí zvýšení tohoto napětí a „přebytečný“ nabíjecí proud se promění v teplo. Dosažení omezovacího napětí je signalizováno LED diodou.
Z elektrického hlediska se chová omezovač jako téměř ideální Zenerova dioda. O parametrech si můžeme udělat představu z následující tabulky VA charakteristiky.

U (V)	2,0	3,0	4,0	4,1	4,198	4,199	4,200	4,201	4,203
I (mA)	0,1	0,1	0,2	0,2	0,4	2,5	5	100	1000

Provedení
Dodávaný omezovač obsahuje na desce tři shodné obvody spojené do série, čili je jej možné použít pro sady se sériovým propojením maximálně tří článků. Schema V2.

Předloha plošného spoje

Rozpiska součástek ( bloky 2 a 3 mají číslování 2x a 3x ) R1 - 15K ( 10K pro články LiFePO- 3,6V ) R2 - 20K R3 - 470R R4 - 22K R5 - 1K P1 - 5K D1 - 1N4148 LED1 - Led3mm/2mA C1 - 1n T1 - BD244C T2 - BC556 IO1 - TL431

Připojení
Sada článků musí mít vyvedeny vnitřní spoje mezi články. Ke každému článku je potom paralelně připojen jeden obvod omezovače. Omezovač se připojuje pouze při nabíjení nejlépe nějakým pomocným konektorem.U něj stačí, když bude dimenzován na max. nabíjecí proud i méně. Délka vodičů by měla být max. asi 30 cm. Polarita je vyznačena na plošném spoji. Při přepólování se omezovač nepoškodí.

Příklad zapojení omezovače pro 3 články

Příklad zapojení omezovače pro 2 články ( jeden blok omezovače nevyužit )

Použití
Před zahájením nabíjení připojíme omezovač na sadu článků. Potom spustíme nabíjení. Pokud je vše v pořádku, omezovač nijak neovlivňuje průběh nabíjení. K rozsvícení LED omezovače může dojít až v poslední fázi nabíjení, kdy je již nabíjecí proud malý. Pokud nabíječ nabíjí na menší napětí než nastavené na omezovači, nemusí se LED diody rozsvítit ani na konci nabíjení. To platí pokud je sada v pořádku. V opačném případě je to složitější.
Předpokládejme nabíjení vybité sady. Čím dříve od začátku nabíjení dojde k rozsvícení některé diody omezovače, tím je rozdíl mezi články větší a signalizuje to nějakou změnu parametrů článku. K signalizaci by nikdy nemělo dojít ve fázi , kdy se nabíjí plným proudem ( asi do 2/3 celkové nabíjecí doby ). A už vůbec ne hned po zahájení nabíjení. V obou těchto případech okamžitě přerušíme nabíjení a analyzujeme příčinu. Může jít o zcela vadný článek nebo článek se sníženou kapacitou. U sady s paralelně spojenými články bude nutné paralelní články rozpojit a vadný článek nalézt. Podezřelý článek se bude s největší pravděpodobností odlišovat jiným napětím od ostatních i naprázdno.
Teoreticky by bylo možno pokračovat v nabíjení i dále, ale prakticky to nemá význam, protože bez nalezení příčiny se při dalším požívání bude sada jen dále rychleji poškozovat. Při velkých nabíjecích proudech by také mohlo dojít k tepelnému přetížení omezovače. Pokud si nejsme se stavem sady jisti, provedeme nejprve nabití menším proudem !

Nastavení omezovače
Hotové omezovače jsou dodávány nastavené na 4,20V. V některých případech je vhodné omezovač nastavit odlišně. Protože se jedná již o dost přesné hodnoty, je také nutno brát v úvahu přesnost běžných multimetrů.
Ideální je, pokud nabíječ nabíjí na přesně stejné napětí jako jsou nastaveny omezovače. V případě nabíječe s nastavitelným výstupním napětí ( např. MZ ) nastavíme výstupní napětí nabíječe tak, aby diody omezovače právě začaly svítit , nebo těsně před tento bod – nastavujeme bez akumulátorů.
Pokud máme nabíječ, který nabíjí např. na hodnotu 4,15V a nemůžeme ji změnit, je vhodné přestavit omezovač na napětí 4,15V nebo raději 4,16V. Pozor, některé procesorové nabíječe neměří napětí příliš přesně. U procesorových nabíječů je nutné ověřit, zda dojde i s připojeným omezovačem ke správnému ukončení nabíjení. Chování těchto nabíječů je dáno programem a může se u různých typů lišit.
Vlastní nastavení omezovače provedeme takto: laboratorní stabilizovaný zdroj nastavíme na napětí cca. 6 V a omezení proudu nastavíme na 10 – 50 mA. Připojíme jeden blok omezovače na zdroj, LED se rozsvítí a trimrem nastavíme požadované napětí.Pokud nevlastníme laboratorní zdroj s proudovým omezením, můžeme použít zdroj nebo akumulátor s napětím 12V. Jeden blok omezovače, který nastavujeme připojíme ke zdroji přes žárovku 12V /50mA ( nebo 12V/1,2W ).
Napětí měříme s hroty multimetru přímo na svorkách omezovače – ne na zdroji. Důležité je, že musíme nastavit všechny tři bloky na zcela shodné napětí. V případě , že přestavujeme omezovač na jiné napětí, musíme nastavit znovu všechny bloky. To samozřejmě platí i pro vícečlánkové sady, kde se používá více 3blokových omezovačů v serii.

Chlazení
Při běžném provozu, kdy dochází pouze k jemnému dorovnávání jednotlivých článků v poslední fázi nabíjení, je výkonová ztráta tranzistorů omezovače malá. Pouze v případě závažné poruchy některého z článků sady ( přerušení, velká ztráta kapacity ) může procházet omezovačem větší proud. Dodávané chladiče jsou schopny zajistit odvod tepla až asi do proudu 1A. Pokud při použití předpokládáme výskyt vadných článků a používáme větší nabíjecí proud, je nutné použít většího chladiče, případně nucené chlazení. Tranzistory potom montujeme přes izolační podložky na společný chladič. Maximální proud omezovače s dobrým chlazením je asi 3 A. Při montáži omezovače do krabičky je vhodné pamatovat na dobré chlazení.
Příklad provedení omezovače pro trvalý proud 3A je zde.

Omezovač jako aktivní dělič napětí
Omezovač lze použít i v případě pokud máme k dispozici např. nabíječ pro tři články a potřebujeme nabíjet pouze jeden nebo dva články. Omezovač připojíme k výstupu nabíječe, a ke svorkám omezovače připojíme jen jeden nebo dva články. Ten blok omezovače, který nebude mít připojen žádný článek bude snižovat napětí pro ostatní články. Tato metoda je vhodná pouze pro menší proud , protože je energeticky nevýhodná - energie nepřipojených článků se mění v teplo. Omezovač v tomto případě musí snést trvale maximální nabíjecí proud. U dodávaného omezovače je to asi 0,70A. Pro větší proud je nutné použít větší chladič nebo nucené chlazení větráčkem.
Pro měření a formování článků je však tento způsob dobře použitelný. Pro většinu případů potom vystačíme s jedním tříčlánkovým nabíječem a jedním omezovačem.

Příklad zapojení omezovače jako děliče napětí - nabíjení jednoho článku z nabíječe pro 3 články

 

Všeobecné pokyny

Často kladené dotazy k omezovači napětí ( doplněno 30.11.2004 )

Je možné omezovač použít s jakýmkoliv nabíječem ?
Teoreticky ano. Nabíječ potom funguje jako zdroj konstantního proudu a o omezení napětí se postará omezovač. V praxi to doporučuji pouze jako nouzové řešení. Jednak nabíjecí proud nesmí být větší než max. trvalý proud omezovače tj. asi 0,7A. Dále nelze určit, kdy je akumulátor zcela nabit. V okamžiku, kdy se rozsvítí diody na omezovači je akumulátor nabit zhruba na 90% kapacity a začíná fáze kdy je dosaženo max. napětí a proud klesá. Plného nabití je dosaženo později. Měření proudu není jednoduše možné.

Jak správně přizpůsobit omezovač k nabíječi řízenému mikroprocesorem ?
Zde je situace poměrně složitá. Příčinou je, že nabíjecí algoritmus je určen programem a každý výrobce nabíječe používá trochu jiný. Detaily většinou nejsou známy. Většinou se potom stane to, že nabíjecí program se v určité fázi "zastaví" a nedojde k ukončení nabíjení. Důvod je ten, že omezovač nedovolí zvýšení napětí akumulátoru natolik, aby mohl program dále pokračovat. Protože u těchto nabíječů nemužeme jemně měnit konečné nabíjecí napětí , musíme přizpůsobit omezovač nabíječi.
Pro technicky zdatné uživatele :
Nejprve pomocí voltmetru s rozlišení 0,001V měříme napětí na akumulátoru v průběhu nabíjení bez omezovače. Údaje o napětí na displeji nabíječe totiž nemusí zrovna přípliš odpovídat skutečnosti. Nejdůležitější je poslední fáze, kdy dochází ke snižování proudu. Sledujeme maximální napětí. Nejvyšší dosaženou hodnotu si poznamenáme, podělíme počtem článků a na tuto hodnotu nastavíme výše popsaným postupem jednotlivé oddíly omezovače. Pro nastavování použijeme tentýž voltmetr jako při měření max. napětí. Jedná se již o velkou přesnost a zde už i mezi jednotlivými volmetry mohou být rozdíly. Pokud by naměřené napětí bylo větší jak asi 4,25V na článek , nedoporučuji vůbec takový nabíječ používat ( samozřejmě za předpokladu, že voltmetr je v pořádku ). Takto nastavený omezovač by měl být nejlépe přizpůsoben k nabíječi.
Ale i bez tohoto nastavení je možno omezovač používat pokud dodržíme určitá pravidla. Používáme nabíjecí proud max. 0,7-0,8A , aby nedošlo k tepelnému přetížení omezovače. Pokud nedojde k ukončení nabíjení, lze použít funkce dostupné u novějších nabíječů a to je vypnutí od velikosti náboje. Nastavíme hodnotu o něco vyšší než je kapacita akumulátoru. K vypnutí by mělo dojít až později po rozsvícení všech diod omezovače. V případě že nabíječ tuto funkci nemá, musíme ukončit nabíjení ručně.

Musím omezovač používat při každém nabíjení ?
Rozhodující pro použití omezovače je shoda článků. Pokud by všechny články byly zcela shodné a jejich parametry se s časem neměnily , nemusel by se omezovač používat. Důvodem použití omezovače je nabití každého článku na 100% bez nutnosti nabíjet každý článek zvlášť. Částečně také slouží jako ochranný prvek. Čím je více seriově zapojených článků v sadě, tím je použití omezovače důležitější. V zahraničí se se používá název "Li-pol balancer".
Některé články je nutno srovnat až po několika cyklech , některé už při prvním nabíjení. Proto často kontrolujeme napětí jednotlivých článků ve vybitém i nabitém stavu. Pokud jsou odchylky mezi články větší jak několik setin voltu je srovnání článků nutné. Používání omezovače zvýšíme kvalitu a bezpečnost nabíjení a prodloužíme životnost Lixxx akumulátorů.

Proč nemůže být omezovač přijen trvale k akumulátorům ?
Aby mohl být připojen trvale, musel by mít omezovač v neaktivním stavu co nejmenší spotřebu. Technicky to není problém i součástky ( hlavně zdroj ref. napětí ) s potřebnými parametry jsou. Problém je jejich cena. Ta je tak velká, že cena omezovače by byla minimálně 3x větší. Dalším problémem je váha a hlavně co s přebytečným teplem. Takže i max. proud nemůže být moc velký. Chladiče jsou velké a těžké a zdroj tepla přímo u akumulátoru není ideální. Ochranné obvody zapojené v serii s články zatím nejsou možné, protože jakékoliv polovodičové součástky zhoršují vnitřní odpor akumulátorů, který je při používání pro prohon jeden z velmi důležitých parametrů.

 

Ceny

Stavebnice omezovače - 250 Kč
Hotový oživený omezovač - 330 Kč

Objednat zde

Upozornění !
Tento návod je určen pouze pro individuální stavbu. Jakékoliv komerční využití zapojení je možné pouze se souhlasem autora.

Autor zapojení a tohoto popisu nenese žádnou zodpovědnost za škody způsobené nesprávným a nevhodným použitím omezovače.

HOME - Hlavní strana

- - - - - -

 

Starší provedení omezovače - funkčně zcela rovnocené

Základní zapojení jednoduchého omezovače je na obrázku.

Ve schema jsou zkresleny dvě varianty nastavení napětí. Buď na pevno, nebo pomocí trimru. Led dioda signalizuje procházející proud.

Provedení
Příklad pěkného praktického provedení třínásobné verze na universální desce pl. spoje ( autor J.T. ) :
Strana součástek , strana spojů , montážní výkres

HOME - Hlavní strana