Защита pcb что такое
Защищенный или незащищенный литий-ионный аккумулятор – что выбрать?
Статья обновлена: 2020-12-11
Литий-ионные аккумуляторы широко применяются для питания различных устройств, причем использоваться они могут по-отдельности или в составе аккумуляторных батарей. По своим характеристикам Li-ion аккумуляторы выигрывают у ранее популярных никель-кадмиевых (Ni-Cd) и никель-металлгидридных (Ni-MH) моделей.
Литий-ионные ячейки имеют:
Слабой стороной литиевых элементов питания считается их чувствительность к глубоким разрядам и избыточным зарядам. Из-за этой особенности Li-ion аккумуляторы оснащаются специальными устройствами защиты.
Устройства защиты Li-ion аккумуляторов
Литиевые АКБ коммерческого типа имеют самую усовершенствованную защиту среди всех аналогов. Обычно в схеме защиты литий-ионных АКБ применяется ключ на полевом транзисторе. Когда на элементе АКБ достигается предельное напряжение 4,3 В, этот ключ открывается, и процесс подзарядки останавливается.
Помимо ключа, в схеме есть термопредохранитель, разрывающий цепь нагрузки при нагреве АКБ до 90 °С. Предусмотрена и защита элементов питания от глубокого разряда. При падении напряжения до критически низкого значения 2,5 В на элемент она разрывает цепь нагрузки и прекращает питание устройства.
Защищенные литий-ионные аккумуляторы формата 18650 имеют плату, которая оберегает их от следующих опасных состояний:
Находится защитная плата на нижней поверхности элемента питания, на катоде. Если плата защиты вышла из строя, она не позволяет полноценно использовать аккум. Для решения проблемы можно изъять плату, превратив защищенный Li-ion аккумулятор в незащищенный.
Как убрать защитную плату?
Чтобы снять плату с защищенной Li-ion ячейки, нужно вначале освободить ее от наружной оболочки, стараясь не задеть находящуюся под ней пластину. Под снятой этикеткой виден проводник, идущий от «+» контакта к защитной плате. Остается отделить от ячейки плату, которая присоединена точечной сваркой, обрезать выступающую часть внутренней оболочки и обернуть аккумулятор новой наружной пленкой.
При удалении плоского проводника важно не замкнуть полюса элемента питания, иначе произойдет короткое замыкание. Оно сопровождается токами в десятки ампер, стремительным нагревом и риском возгорания аккумулятора.
При желании, можно установить на незащищенный элемент новую плату защиты. Размеры защищенных ячеек чуть больше, чем у незащищенных – на 3–5 мм по высоте и на 0,5 мм в диаметре.
Что выбрать: Li-ion аккумулятор с защитой или без?
Выбор между защищенными и незащищенными Li-ion аккумуляторами зависит от их назначения. Например, для сборки литиевых аккумуляторных батарей применяются элементы питания без защитных плат. Из них можно собрать АКБ нужной емкости и напряжения, чтобы использовать их для питания мощных электроприборов, двигателей персонального электротранспорта или в других целях. Таким образом можно получить и дополнительный источник питания.
Для сборки аккумуляторов в АКБ используется контактная сварка и сварочная лента. Дополнительно к батарее присоединяется контроллер, отслеживающий параметры на всех элементах в сборке. Паять литиевые ячейки не рекомендуется, т.к. они боятся перегрева и при пайке контактов легко выходят из строя из-за превышения температур. Аккумуляторная батарея, собранная из незащищенных элементов питания, обязательно дополняется своей защитой от перегрева, избыточного напряжения и короткого замыкания. Эти функции в АКБ выполняет плата контроллера.
Защищенные литиевые аккумуляторы оснащены собственными платами защиты, поэтому им не нужен дополнительный контроллер процесса заряда и разряда. Такие модели используются для замены аналогичных элементов питания во всевозможных приборах. Если же аккумуляторы нужны для сборки батареи или замены неисправных элементов в готовой АКБ, покупайте незащищенные модели.
Плата защиты Li-ion вместо зарядного устройства?
На форумах частенько советуют использовать плату защиты от какого-либо литиевого аккумулятора (или, как ее еще называют, PCB-модуль) в качестве ограничителя заряда. То есть сделать зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора из платы защиты.
Логика такова: по мере заряда напряжение на Li-ion аккумуляторе возрастает и как только оно достигнет определенного уровня, плата защиты сработает и прекратит зарядку.
Этот принцип, например, применен в схеме зарядки для фонарика, которая то и дело всплывает в интернетах:
На первый взгляд данное решение выглядит вполне логично, не так ли? Но если копнуть немного глубже, то оказывается минусов гораздо больше, чем плюсов.
Мы не будем заострять внимание на том, что в качестве источника зачем-то выбран 8-вольтовый блок питания. Уверен, это сделано для того, чтобы на R1 рассеивалось целых 10 Вт мощности. Резистор будет греть вашу квартиру долгими зимними вечерами.
Вместо этого присмотримся к значению порогового напряжения, при котором срабатывает защита от перезаряда. Элементом, задающим этот порог, является специализированная микросхема.
Первый минус
В платах защиты применяют микросхемы разных типов (подробнее об этом читайте в этой статье), наиболее распространенные из них представлены в таблице:
| Микросхема | DW01-P | 628-8241ABPM-G, 628-8242BACT, 628-8254AAJ-G | 628-8244AAA-G | AAT8660A, AAT8660F | FS326E |
|---|---|---|---|---|---|
| Порог срабатывания защиты от перезаряда, В | 4.250±0.05 | 4.350 | 4.45 | 4.325±0.050 | 4.30±0.04 |
| Микросхема | AAT8660B, AAT8660G, SA57608Y, SA57608D | AAT8660C, AAT8660H, AAT8660I | AAT8660D, AAT8660E, AAT8660J | FS326A, FS326C | FS326B, R5421N112C, R5421N152F |
|---|---|---|---|---|---|
| Порог срабатывания защиты от перезаряда, В | 4.350±0.050 | 4.300±0.050 | 4.280±0.050 | 4.325±0.025 | 4.350±0.025 |
| Микросхема | FS326D | LV51140T, R5421N111C, R5421N151F | SA57608B, SA57608G | SA57608C | SA57608E |
|---|---|---|---|---|---|
| Порог срабатывания защиты от перезаряда, В | 4.300±0.025 | 4.250±0.025 | 4.280±0.025 | 4.295±0.025 | 4.275±0.025 |
Нормальным значением, до которого заряжают литий-ионный аккумулятор является 4.2 Вольта. Однако, как можно видеть из таблицы, большинство микросхем заточены под несколько. эээ. завышенное напряжение.
Это объясняется тем, что платы защиты рассчитаны на срабатывание при возникновении аварийной ситуации для предотвращения закритических режимов работы аккумулятора. Таких ситуаций при нормальной эксплуатации батарей вообще быть не должно.
Редкие перезаряды литиевого аккумулятора до напряжения, например, 4.35В (микросхема SA57608D), наверное, не приведут к каким-либо фатальным последствиям, но это не означает, что так будет всегда. Кто знает, в какой момент это приведет к выделению металлического лития из гелевого электролита, ведущего к неизбежному замыканию электродов и выходу аккумулятора из строя?
Второй минус
Если внимательно посмотреть на график, то можно заметить, что при напряжении на аккумуляторе в 4.2В, он еще не набрал свою полную емкость.
В нашем примере, максимальная емкость аккумулятора равна 2.1А/ч. В тот момент, когда напряжение на нем станет равным 4.2 Вольта, он оказывается заряжен всего лишь до 1.82 А/ч, что составляет 87% от своей макс. емкости.
И именно в этот момент плата защиты сработает и прекратит зарядку.
Даже если ваша плата сработывает при 4.35V (предположим, она собрана на микросхеме 628-8242BACT), это не изменит ситуацию коренным образом. Из-за того, что ближе к окончанию зарядки напряжение на аккумуляторе начинает возрастать очень быстро, разница в набранной емкости при 4.2В и 4.35В едва ли составит более нескольких процентов. А при использовании такой платы вы еще и сокращаете срок службы аккумулятора.
Выводы
Итак, резюмируя все вышесказанное, можно смело утверждать, что применять платы защиты (PCM-модули) вместо зарядки для литиевых аккумуляторов крайне нежелательно.
Во-первых, это приводит к постоянному превышению пределельно допустимого напряжения на аккумуляторе и, соответственно, снижению срока его службы.
Во-вторых, из-за особенностей процесса зарядки li-ion, применение платы защиты в качестве контроллера заряда не позволит использовать полную емкость литий-ионного аккумулятора. Заплатив за аккумуляторы емкостью 3400 мА/ч, вы сможете использовать не более 2950 мА/ч.
Для полноценной и безопасной зарядки литиевых аккумуляторов лучше всего применять специализированные микросхемы. Наиболее популярной на сегодняшний день является TP4056. Но с этой микросхемой нужно быть осторожным, она не имеет защиты от дурака переполюсовки.
Пользуйтесь литиевыми аккумуляторами правильно, не нарушайте рекомендованные производителем режимы заряда и они выдержат не менее 800 циклов заряд/разряд.
Помните, что даже при самой идеальной эксплуатации, литий-ионные аккумуляторы подвержены деградации (необратимой потери емкости). Также они имеют довольно большой саморазряд, равный примерно 10% в месяц.