Lityum İyon Piller ve Şarj devreleri.

Başlatan Logan, 07 Temmuz 2014, 09:36:08

Logan

Merhaba arkadaşlar.

Merak ettiğim ve daha önce hiç uğraşmadığım bir konu üzerine bilgi almak ve fikir sahibi olmak istiyorum.

Lityum iyon piller nedir? Nasıl çalışır ve en önemlisi nasıl şarj edilir? Nette epey araştırdım. Yapıları ve çalışma biçimleri ile ilgili bilgi topladım ancak yeterli olmadı.

Şu ana kadar anladığım;

1- Performansları diğer pillere oranlar çok iyi.
2- Ömürleri üretim tarihlerinden itibaren başlayarak her sene %20 oranında azalma gösteriyor. Bu durumda bir pilin ömrü maximum 5 bilemedin 6 yıl. Raf ömrü gibi bir durum söz konusu değil. Doğal olmayan ortam sıcaklıklarında raf ömrü kayıpları değişkenlik gösteriyor.
3- Şarj ederken ise akım ve gerilim kontrol ediliyor. Öncelikle pilin gücü kadar akımla (örneğin 1400mA) pil voltajına gelene kadar şarj ediliyor. Daha sonra istenilen voltaja ulaşıldığında, voltaj sabit tutularak ve akımı sürekli azaltarak şarj işlemi devam ediyor.

Elimde 6 adet pilden oluşan blok bir paket var. Şemasını aşağıya ekliyorum.



Gördüğünüz gibi 6 adet pili seri ve paralel bağlayarak 14.4V / 4000mA'lik tek bir pil elde etmiş. Şimdi ben bu pil için şarj devresi tasarlamak istiyorum. Elimde Texas'ın BQ24075 kodlu entegresi var. 1.5A'e kadar şarj edebiliyor. Eğer pilleri bir arada şarj etmeye kalkarsam sanırım bu entegre işimi görmez. Ancak Lityum piller paralel veya seri olarak şarj edilemedikleri için (emin değilim) tek tek şarj etmeye kalkarsam bu entegre işimi görür.

Kafama takılan diğer konu ise varsayalım ki ben bu pilleri tek tek şarj edeceğim. Pili satan kişinin bundan haberi yok ki bana bu pilleri paket halinde sattı. Punta ile kaynak yapılmış ayırma gibi bir şansım yok. Ya pilcinin bu teknolojiden haberi yok ya da benim bilmediğim ve gözden kaçırdığım başka bir nokta var.

Konuya vakıf olan arkadaşlar yorumlarını esirgemezlerse çok sevinirim..

İyi günler, iyi çalışmalar.
İmza.

X-Fi

Hocam pil kapasitesinin 1/10 lik sabit akım kullanarak şarj ederseniz 10 saat sonra şarj olmuş olmayacakmı. Hızlı şarj etmek mi istiyorsunuz.
http://www.coskunergan.dev/    (Yürümekle varılmaz, lakin varanlar yürüyenlerdir.)

Kabil ATICI

Pil bağlantı şeması Laptop pil bağlantısına benziyor. Şemasını bulabilirsen bunlar bir fikir verebilir. (tek sorunu işlemci veya kontroller üzerinden bağlantısı var.Sanırım i2c)
Pil üzerindeki seri pil  bağlantı noktaları ile bağlantısı var. Yani paralel gruplar birlikte şarj edilebiliyor.

     +--------
     |
   |   |
   |   | pil grubu
     |
     +--------
     |
   |   |pil grubu         şarj devresi
   |   |
     |
     +--------
     |
   |   |pil grubu
   |   |
     |
     +--------

şeklinde. Devre hem şarj hemde akım verme bazında işlem yapıyor. Aynı zamanda pil sıcaklık kontrolu.
ambar7

Logan

X-Fi,

Daha önce pil şarj devreleri ile hiç uğraşmadım. Bu sebeple nasıl şarj edilir bilmiyorum. Kafamı bulandıran noktalar var. Mesela ön önemlisi bu piller hücre hücre şarj edilmeli diyorlar. Şimdi böyle bir durumda her pilin ya da en azından paralel olan pillerden ayrıca kablo çıkarılarak ayrı ayrı şarj edilmeleri mi gerekiyor?

Digikey'de gezinirken bir şey dikkatimi çekti. Entegrelerin yanında 4-cell / 2-cell gibi açıklamalar mevcut. Şemaya baktığımda ise bir adet şarj ucu bir de termik ucu çıkıyor. Buradan anladığım bu piller seri olarak şarj edilebiliyor. Fakat bunun için hücre sayısına göre IC seçmek gerek.

Peki bir pilin doluluk derecesini nasıl anlarım? Yani tam dolu iken 14.4V olan pil grubu azaldıkça voltajında nasıl değişiklik gösterir?
İmza.

ete

Biraz tecrübe ve birazda toparladığım bilgilere dayanarak aşağıdakileri söyleyebilirim.
Pil genel voltajı 3,7V dur. Bu pil 2,7 V seviyesine düşünce boşalmış kabul ediliyor. Genelde 2-2,5V un altına düşürülmemesi isteniyor. Çünki sıfırlanmış bir pil aşırı akım  çekiyor dolarken buda genelde devrelerin yanmasına sebep oluyor. Bu bakımdan 2,7V boşalma için ideal seviye kabul ediliyor.
Pilin şarj voltajı aslında 4,2V dur. Bu kritik bir değer olup aşılmamasına özen gösterilmelidir. Bazı kaynaklar 4,25 hatta maksimum 4,3V ile şarj edilebileceğini söylerken bazı kaynaklar ise pil ömrünü artırmak istiyorsanız onu 4,1V ile şarj edin diyorlar. Bu şekilde pil %85 oranında şarj olur ama çok daha uzun ömürlü bir piliniz olur diyorlar. Bu doğru olmalıki yeni nesil notebook larda artık seçenek mevcut. Pili %85 oranında şarjda tutma seçeneği bu.

Gelelim şarj meselesine, bir hücre şarj edilirken maksimum verilebilecek akım pilin kendi akım kapasitesi kadar olabiliyor. En ideali akım kapasitesinin %30-50 si arasında bir değer vermek. Bunu pek çok üretici tavsiye ediyor.
Pil başlangıçta VOLTAJ SERBEST , AKIM KISITLI bir gerilimle şarj ediliyor. Voltaj serbest diyorum zira pile ne voltaj verseniz (kısıtlanmış akım ile) voltaj hiç bir zaman 4,2V tu aşamıyor. Bu şekilde yaklaşık 1 saat şarj ediyorsunuz yada en azından voltaj 3,9- 4 V seviyelerine gelinceye kadar bu şekilde şarj devam ediyor. Bu aşamadan sonra Voltajı kısıtlıyorsunu 4,2V ta düşürüp akımı serbest bırakıyorsunuz. Zira pil o ana kadar akım kapasitesinin epeyce bir yüzdesini toparlamış oluyor ve siz ne verirseniz verin o fazla bir şey çekemiyor. Bu şekil şarj da ,Pil genelde 4V seviyesinden 4,2V seviyesine çok uzun bir sürede gelebiliyor. Bunun sebebi 4,2V maksimum seviyenin fazla bir potansiyel farkı oluşturamaması oluyor. Bu nedenle bazı şarj sistemleri pil voltajınıda kontrol ederek  4,2 V geçmeyecek şekilde değilde fazladan voltaj verebiliyor. Pil 4,2V seviyesine ulaşınca dolmuş kabul ediliyor.
Dediğim gibi şarjı 4,1V da keserseniz piliniz daha uzun ömürlü oluyor. Hemen belirteyim pil voltajının 4,2V tu aşması halinde pil çok çabuk bozulabiliyor bunuda göz ardı etmemek gerekiyor.
Seri bağlanmış piller için genellikle balans düzeneği kullanılıyor. Bunun sebebi şarj anında eşit akım çekmeyen pil guruplarının seri bağlanmış düzenekte bir gurubun bütün akımı çekme meyilidir. Bunu önlemek için her guruba balans düzeneği ile eşit akım ulaştırılması sağlanmaktadır. Diğer bir konuda her nekadar seri olarak şarj edilmeleri mümkünsede tercihen seri guruplarda bile pillere her hücre için ayrı voltaj verilmektedir. Kısaca seri bağlanmış olsalar bile doğru arj yönteminde piller hücre hücre şarj edilmektedir. Laptop pilleri de aynı esasla şarj edilmektedirler.
İnternette balans devreleri konusunda çok fazla kaynak yok maalesef. Olanlarda hep iri hacımlı devreler. Ancak E-Bay da bunu yapan devreler 3-4 Dolara satılmaktadır.  Yapmaktan ziyade oradan alıp kullanmak daha akıllıca olur. Zira hem akım kontrolü hem voltaj kontrolü hem balans yapmaktadır bu devreler. Yaparsanız daha pahalıya mal olacağı kesindir.
Birinin linkini vereyim.
http://www.ebay.com/itm/4A-5A-PCB-Charger-for-3-Packs-3-7V-Li-ion-Li-Lithium-18650-Recharge-Battery-/121298396996?pt=Battery_Chargers&hash=item1c3df2a744

Hepsi bu kadar.
Ete
Bilgi hazinedir paylaştıkça büyür.            http://etepic.com

ayhani

Alıntı yapılan: ete - 07 Temmuz 2014, 13:16:20
Biraz tecrübe ve birazda toparladığım bilgilere dayanarak aşağıdakileri söyleyebilirim.
Pil genel voltajı 3,7V dur. Bu pil 2,7 V seviyesine düşünce boşalmış kabul ediliyor. Genelde 2-2,5V un altına düşürülmemesi isteniyor. Çünki sıfırlanmış bir pil aşırı akım  çekiyor dolarken buda genelde devrelerin yanmasına sebep oluyor. Bu bakımdan 2,7V boşalma için ideal seviye kabul ediliyor.
Pilin şarj voltajı aslında 4,2V dur. Bu kritik bir değer olup aşılmamasına özen gösterilmelidir. Bazı kaynaklar 4,25 hatta maksimum 4,3V ile şarj edilebileceğini söylerken bazı kaynaklar ise pil ömrünü artırmak istiyorsanız onu 4,1V ile şarj edin diyorlar. Bu şekilde pil %85 oranında şarj olur ama çok daha uzun ömürlü bir piliniz olur diyorlar. Bu doğru olmalıki yeni nesil notebook larda artık seçenek mevcut. Pili %85 oranında şarjda tutma seçeneği bu.

Gelelim şarj meselesine, bir hücre şarj edilirken maksimum verilebilecek akım pilin kendi akım kapasitesi kadar olabiliyor. En ideali akım kapasitesinin %30-50 si arasında bir değer vermek. Bunu pek çok üretici tavsiye ediyor.
Pil başlangıçta VOLTAJ SERBEST , AKIM KISITLI bir gerilimle şarj ediliyor. Voltaj serbest diyorum zira pile ne voltaj verseniz (kısıtlanmış akım ile) voltaj hiç bir zaman 4,2V tu aşamıyor. Bu şekilde yaklaşık 1 saat şarj ediyorsunuz yada en azından voltaj 3,9- 4 V seviyelerine gelinceye kadar bu şekilde şarj devam ediyor. Bu aşamadan sonra Voltajı kısıtlıyorsunu 4,2V ta düşürüp akımı serbest bırakıyorsunuz. Zira pil o ana kadar akım kapasitesinin epeyce bir yüzdesini toparlamış oluyor ve siz ne verirseniz verin o fazla bir şey çekemiyor. Bu şekil şarj da ,Pil genelde 4V seviyesinden 4,2V seviyesine çok uzun bir sürede gelebiliyor. Bunun sebebi 4,2V maksimum seviyenin fazla bir potansiyel farkı oluşturamaması oluyor. Bu nedenle bazı şarj sistemleri pil voltajınıda kontrol ederek  4,2 V geçmeyecek şekilde değilde fazladan voltaj verebiliyor. Pil 4,2V seviyesine ulaşınca dolmuş kabul ediliyor.
Dediğim gibi şarjı 4,1V da keserseniz piliniz daha uzun ömürlü oluyor. Hemen belirteyim pil voltajının 4,2V tu aşması halinde pil çok çabuk bozulabiliyor bunuda göz ardı etmemek gerekiyor.
Seri bağlanmış piller için genellikle balans düzeneği kullanılıyor. Bunun sebebi şarj anında eşit akım çekmeyen pil guruplarının seri bağlanmış düzenekte bir gurubun bütün akımı çekme meyilidir. Bunu önlemek için her guruba balans düzeneği ile eşit akım ulaştırılması sağlanmaktadır. Diğer bir konuda her nekadar seri olarak şarj edilmeleri mümkünsede tercihen seri guruplarda bile pillere her hücre için ayrı voltaj verilmektedir. Kısaca seri bağlanmış olsalar bile doğru arj yönteminde piller hücre hücre şarj edilmektedir. Laptop pilleri de aynı esasla şarj edilmektedirler.
İnternette balans devreleri konusunda çok fazla kaynak yok maalesef. Olanlarda hep iri hacımlı devreler. Ancak E-Bay da bunu yapan devreler 3-4 Dolara satılmaktadır.  Yapmaktan ziyade oradan alıp kullanmak daha akıllıca olur. Zira hem akım kontrolü hem voltaj kontrolü hem balans yapmaktadır bu devreler. Yaparsanız daha pahalıya mal olacağı kesindir.
Birinin linkini vereyim.
http://www.ebay.com/itm/4A-5A-PCB-Charger-for-3-Packs-3-7V-Li-ion-Li-Lithium-18650-Recharge-Battery-/121298396996?pt=Battery_Chargers&hash=item1c3df2a744

Hepsi bu kadar.
Ete


ETE hocam konuyu merak edip girdim okudum  mest oldum. Klavyenize sağlık, valahi pil konusunda kitap yazacak kadar bilgi var sizde.
En iyi bildiğim şey hiçbir şey bilmediğimdir.

Logan

#6
@ete,

Güzel açıklamışsın, teşekkür ederim. Yapı kafamda oturdu diyebilirim. Ben zaten hazır entegreler ile yapacağım.

O halde Digikey'den bulduğum IC'ler iş görecek gibi. Ufak ufak şema-pcb hazırlamaya başlayayım. Nasılsa bir şekilde çalıştırmanın yolunu buluruz.

İyi çalışmalar.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@ete,

Mesajını tekrar okuyordum ki şu yazdıkların dikkatimi çekti; "2,7V boşalma için ideal seviye kabul ediliyor." Bu demek oluyor ki ben işlemci ile besleme voltajını sürekli olarak kontrol ederek 8.1V'un altına düştüğü zaman (3 pil seri olduğu için) şarj devresini korumak için sistemi kapatmam gerekiyor.

Haksız mıyım?
İmza.

ete

Dediğin yanlış değil ancak başlangıçta 9V un altına düşünce sistemi kapatmayı dene. Sorun yok ise ve pil ile daha uzun süre çalışma gerekiyor ise 0,1 luk düşüşleri deneyebilirsin 8,1 in altınada düşme.
Burada temel fikir şarj devrenin pilleri ne kadar hızlı şarj ettiğidir. Şayet yeterli şarj süren var ise elbette pil başına 2,7 volta düşebilirsin. Ama yeterli şarj süren yok ise 2,7 - 3,0 aralığında bir yer bulabilirsin kendine.

Ete
Bilgi hazinedir paylaştıkça büyür.            http://etepic.com

RaMu

Bir ara lipo pil sarzı ile ilgili bir slayt hazırlamıştım,
tam detaylandıramadım ama
nedir ne değildir nasıl sarz edilir sarz etmek için kullanılan devreler
bu devrelerin nasıl çalıştığı
hesapları vs. biraz bahsettim,
yardımcı olacağını düşünüyorum,
buradan direk indirebilirsiniz
https://www.dropbox.com/s/z4k8dnidztakir4/RaMu%20Li-Ion%20Li-Poly%20Pillerin%20H%C4%B1zl%C4%B1%20Sarz%C4%B1.rar
Sorularınıza hızlı cevap alın: http://www.picproje.org/index.php/topic,57135.0.html

Logan

@ete,

Ne demek istediğini anladım. Kısacası pilin kesinlikle 2.7V'un altına düşmemesi gerekiyor. Bunu kontrol etmek çok zor değil.

RaMu,

Slaty için teşekkür ederim, epey açıklayıcı olmuş.

Açıklamalarınız için teşekkür ederim arkadaşlar.

İyi çalışmalar.
İmza.