Jednoduchá nabíječka Li-Ion akumulátorů

      12.10.2016 V současné elektronice se používají převážně Li-Ion / Li-Pol akumulátory. Postupně se mi jich tu pár nashromáždilo a používám je i v některých svých bastlech. Vyvstala tak potřeba je něčím nabíjet. K tomu lze použít i laboratorní zdroj s omezením proudu (klasická CC-CV charakteristika), ale už delší dobu jsem si chtěl postavit nějakou malou přenosnou nabíječku. Čínan sice nabízí levné modulky, ale bez nastavení proudu. Jednou z možností je zneužít klasický stabilizátor napětí LM317, avšak dnes se k tomuto účelu nabízí obrovské množství specializovaných integrovaných obvodů. Vybral jsem si obvod Torex XC6802 za 1,7 $ pro své jednoduché zapojení a vcelku rozumně pájitelné SMD pouzdro SOT23-5, které pro menší proudy postačí. IO má koncové nabíjecí napětí pevně nastavené na 4,20 V s přesností ±0,7 %. Vstupní napětí musí být v rozsahu 4,25 - 6 V, což vyhoví pro připojení k USB portu nebo micro USB adaptéru na telefon. Pomocí odporu mezi pinem Isen a zemí lze nastavit max. nabíjecí proud do 800 mA. Já jsem si tam dal 3 odpory, z nichž 2 lze připínat pomocí 2-pólového DIP spínače a vybrat tak 1 ze 4 kombinací (100, 313, 550 a 770 mA). IO má i funkci trickle charge, kdy zcela vybitý článek začne nabíjet menším proudem (asi 1/10 nastaveného), dokud napětí nestoupne nad 2,9 V. Indikace stavu nabíjení článku je přes LEDku připojenou na pin CHG#, který má vnitřní proudové omezení na 20 mA.

XC6802 schematics

      Plošný spoj jsem si vyrobil doma fotocestou. Layout vystačí s jednostrannou deskou, ale pro lepší chlazení IO jsem zvolil oboustrannou desku a obě strany propojil pomocí 3 "prokovů" z tlustého Cu drátu. Při osvitu fotocitlivé desky s modrou fólii z GM jsem narazil na problém s nedostatečnou expozicí. Nejprve jsem svítil 125W UV výbojkou asi 1/2 hodiny ze vzdálenosti 25 cm, ale motiv se nějak nedařilo vyvolat, i když jsem měl NaOH vývojku čerstvě namíchanou. Zkusil jsem vyměnit 3mm krycí sklo ze scanneru za horní část plastového obalu na CD, sesadit předlohu a znovu osvítit další 1/2 hodiny. Jelikož ale prve osvícený motiv nebyl na vrstvě fotorezistu prakticky vidět (u dříve používané fotocitlivé desky byl motiv po osvitu celkem dobře rozeznatelný), nepovedlo se mi správně sesadit film a vyvolaly se jaksi 2 motivy přes sebe. Na druhý pokus jsem nechal desku osvicovat přes 3mm sklo asi 3/4 hodiny ze vzdálenosti 14 cm a pak už se konečně vyvolání podařilo, ale trvalo to pár minut, zatímco dříve stará deska reagovala na vývojku během pár vteřin. Uživatel Jenys na ebastlírně popisoval podobnou zkušenost, že jeho desce stačil ze začátku kratší čas a po nějaké době skladování jej musel skoro 3x prodloužit, jako by fotorezist nějak stárnul. Mě ta deska ležela v šuplíku možná 2 roky. Prostě je dobré si to u neznámé desky na malém kousku předem vyzkoušet.

PCB layout top side homemade etched PCB assembled PCB top assembled PCB

      Vyleptání 2 destiček v chloridu už proběhlo bez problémů. S osazením SMD IO a pasiv velikosti 0805 mikropájkou jsem neměl žádný problém. Akorát ten micro USB konektor má malou rozteč pinů a navíc byly trochu schované pod krycím plechem. Na to se dobře hodil pájecí hrot s tenkou ostrou špičkou. DIP spínač a 2-pinový konektor jsem osadil také z horní strany. Se spodní stranou jsem se moc nemazal, leptání by bylo zbytečně zdlouhavé a tak jsem potřebné izolační čáry kolem pinů THD součástek projel frézkou. Nakonec jsem destičky přestříknul ochranným lakem. Nabíječka funguje podle očekávání, nastavené proudy sedí docela přesně. Ze začátku nabíjení, když teče největší proud 770 mA, tak IO docela topí (má samozřejmě tepelnou ochranu), ale prst se na něm chvíli udržet dá. Ohřeje se i okolní měď, která odvádí teplo do okolí. Na nabíjení baterek z mobilů a pod. to bohatě postačí.

      23.4.2017 Abych mohl nabíjet a testovat různé Li-Ion akumulátory z mobilů a PDAček, zbastlil jsem si jednoduchou univerzální fixturu. Základem je prkénko a pár profilů vyřezaných z plexiskla ze starého LCD monitoru. Jako kontakty slouží 2 páry pružných pogo pinů připájených na oboustranná pájecí očka. Ty se zafixují pomocí vrutů do měkkého dřeva na míru daného akumulátoru.

fixtura na Li-Ion akumulátory fixtura na Li-Ion akumulátory-kontakty


Repase akupacku do vrtačky Black & Decker

      11.7.2017 Už asi 6 let spokojeně používám akuvrtačku/šroubovák Black & Decker EPC14, zejména při budování na chatě dost intenzivně. Akorát mě v poslední době začala zlobit výdrž akumulátoru. Podle měření na tom ještě není s kapacitou tak špatně - 868 mAh, ale už není schopen dodat dostatečný proud a trpí rychlým samovybíjením (po týdnu od nabití je už nepoužitelný). Když jsem si na Heuréce vyhledal náhradní nový akupack A14E, tak mi docela spadla čelist, nejlevnější jsem našel za 1437,80 Kč, tedy dražší než celá vrtačka.
      Akupack obsahuje 12 standardních NiCd článků 23 x 34 mm, které by se daly sehnat na eBay kolem 600 Kč. Pak mě ale napadlo zaměřit se na modelářské Li-Pol akumulátory, které bývají dimenzované na docela extrémní proudy a vzhledem k rostoucí popularitě RC modelů je jich všude plno. Nakonec jsem podle max. rozměrů vybral 4-článkový Li-Pol akumulátor ZOP Power 14,8 V / 1800 mAh 65C 4S XT60 Plug z eBay za 427 Kč. Reálná změřená kapacita je 1598 mAh a energie 24,59 Wh, takže to není vyloženě šméčko. Výhody Li-Pol jsou jasné: mnohem větší energetická hustota (na váhu i objem), téměř žádné samovybíjení a paměťový efekt. Naopak životnost lze očekávat asi nižší než 6 let. Další nevýhoda je nutnost použít speciální nabíječku s napěťovým balancérem, která zabrání přebíjení jednotlivých článků v sériovém zapojení. Také je nutno hlídat, aby se články hluboce nevybíjely cca pod 3 V, protože stejně jako přebíjení přes 4,2 V je to dost ničí. Při manipulaci je třeba dát pozor na to, že akumulátor nemá žádnou integrovanou ochranu proti zkratu a dá tak velký zkratový proud (možná by i nastartoval menší auto :), že může snadno přepálit vnitřní páskové propojky mezi články. Akuvrtačkou točí teda pořádně. Už mám objednanou univerzální nabíječku s balancérem, viz článek níže.

repase akupacku do vrtačky Black & Decker repase akupacku do vrtačky Black & Decker


Univerzální nabíječka akumulátorů iMAX B6

      17.7.2017 Už kdysi dávno jsem si chtěl postavit vlastní nabíječku řízenou MCUčkem, ale nebyl čas. Kamarád Michal, který též používá Li-Polky v různém bateriovém nářadí, mi doporučil osvědčenou nabíječku iMAX B6, kterou jsem koupil na eBay za 390 Kč. Umožňuje nabíjet akumulátory typu Li-Ion / Li-Pol / Li-Fe až o 6 článcích, dále NiCd / NiMH až o 15 článcích a Pb až o 8 článcích. Nechybí funkce balancéru napětí pro Lithiové baterie (nutno připojit odbočky z jednotlivých článků na druhý vícepinový konektor k tomu určený) a možnost nastavení nabíjecího proudu a limitní kapacity. Umožňuje též vybíjení baterií na definovanou úroveň. Vstupní napětí 10 - 20 V DC si nabíječka upravuje vnitřním spínaným měničem podle potřeby. Lze ji jednoduše napájet adaptérem k notebooku, z PC zdroje nebo z autobaterie. Ovládání je snadné pomocí 4 tlačítek a 2-řádkového LCD. Různé stavy jsou indikovány opticky i akusticky (lze vypnout).
      Podobné zapojení a design nabíječky iMAX B6 využívá celá řada klonů. Původní verze byla postavená na MCU Atmel ATmega32, novější verze pak využívá Nuvoton ARM Cortex-M0 M0517LBN, který je patrně custom verzí M0516. V mé nabíječce je MCU s vybroušeným značením, ale podle počtu pinů (44) odpovídá ATmeze (M0517LBN má 48 pinů) s krystalem 12 MHz. Více informací o nabíječce najdete zde a zde. Za zmínku stojí, že pro ní vznikl alternativní opensource firmware, který umožňuje individuální kalibraci, ale zas nepodporuje všechny původní funkce. Dá se snadno naprogramovat přes LPT a AVRDude nebo v případě MCU Nuvoton pomocí OpenOCD a ST-LINKu či jeho levných klonů. Zatím se ale do přeflashování pouštět nebudu, nabíječka zdá se funguje dobře. Nabíjení 4-článkového Li-Pol packu ukončila (měřeno DMM) při 16,83 V a napětí na jednotlivých článcích byla: 4,21 V, 4,21 V, 4,20 V a 4,21 V.
      Dále bych zmínil, že některé varianty nabíječek iMAX B6 je možné připojit k PC a např. pomocí programu LogView sledovat průběh nabíjení a grafy. K připojení se využívá konektor pro externí teploměr, jehož zapojení je zde. TX výstup UARTu má TTL úrovně, takže budete potřebovat nějaký převodník na RS232 nebo USB. Data chodí rychlostí 9600 baudů proprietárním binárním protokolem. V menu USER SET PROGRAM->|USB/Temp select je potřeba nejprve zapnout USB. Bohužel když jsem to zkusil, tak mi ven žádná data nechodila (na výstupu TX nebylo žádné napětí). Po chvilce hledání jsem zjistil, že u klonů iMAX B6 má tento problém více uživatelů. Otevřel jsem tedy znovu svoji nabíječku a propípal to multimetrem. Zjistil jsem, že TX pin konektoru vede přes 2kΩ odpor na MCU pin 21 (PC2/TCK) a pin 10 (TX/PD1) MCUčka vede na D1 pin LCD, takže není divu...
      23.7.2017 Dnes jsem měl na chatě s nabíječkou zajímavou příhodu. Chtěl jsem nabít akupack, tak jsem ji připojil na autobaterku, kterou si dobíjím ze solárního panelu a po pár vteřinách v nabíječce něco hlasitě bouchlo s mírným dýmovým a smradovým efektem. Ještě překvapivější bylo, že displej zůstal normálně svítit, jako by se nic nestalo. Nabíječku jsem rychle odpojil a následně rozebral. Zjistil jsem, že bouchnul elyt pod LCD panelem (viz foto vpravo dole), který jsem podle zbytků seškvařené obalové fólie identifikoval jako 100 µF / 16 V. Multimetrem jsem změřil, že tento kondenzátor na sobě vidí plné napájecí napětí (až 20 V), takže je evidentně napěťově poddimenzovaný. Proč ale bouchnul už při nějakých 13,5 V z autobaterky, to opravdu netuším, možná byl od výroby poškozený. Nabíječka nabíjela dál i bez tohoto elytu a zdá se být plně funkční. Každopádně doporučuji preventivní výměnu alespoň za 25V elyt.

nabíječka akumulátorů iMAX B6 nabíječka akumulátorů iMAX B6 nabíječka akumulátorů iMAX B6-pravý bok nabíječka akumulátorů iMAX B6-levý bok

nabíječka akumulátorů iMAX B6-PCB nabíječka akumulátorů iMAX B6-PCB-top nabíječka akumulátorů iMAX B6-PCB-bottom nabíječka akumulátorů iMAX B6-PCB-exploze elytu 100uF-16V



Zpět

Aktualizováno 16.8.2017 v 3:58

„Mějte dobrou náladu. Dobrá nálada vaše problémy sice nevyřeší, ale naštve tolik lidí kolem, že stojí za to si ji užít.“ Jan Werich