Расчет емкости аккумуляторов и КПД для повербанка
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Вс, 13/11/2016 - 19:23
Всем добрый день.
Собрался делать повербанк, и передо мной стал ряд вопросов, в разрешении которых и прошу вашей помощи.
Имеется 6 аккумуляторов 18650 с ноутбучной батареи. Аккумуляторы поеденены попарно. Точной емкости не знаю, аккумуляторы б/у. Но не суть. Вопрос вот в чем:
начал я расчеты: Если оставить как есть - 3 пары, соединенные последовательно, то получаем следующее значение емкости:
Рабочее напряжение (3.7 вольт) * амперчасы = Амперчасы (или Ваты)
11.1V * 4A = 44,4 Ah (Вт) (Где 11.1 - рабочее напряжение 3-х аккумуляторов, 4А это пара 18650 по 2 А.)
Если соединить все аккумуляторы последовательно то получаем следующее:
3.7V * 12A = 44,4 Ah (Вт) (Где 3.7 - рабочее напряжение аккумуляторов, 12А это 6 акк. 18650 по 2 А.)
Выходит для аккумуляторов нет разницы как их подключать, последовательно или параллельно. Идем дальше.
Далее идет выбор для преобразования в 5 вольт. И здесь дилема: в обоих случаях мы имеем 44,4 Ват. Если разделить на 5 Вольт, то в обоих случаях получим 8.88 А. Выходит нет разницы ставить понижающий преобразователь (с 11.1в в 5в) или повышающий (с 3.7в в 5в)? Все это без учета КПД самих преобразователей.
Но мой внутренний голос говорит что это не так, что Понижающий на много эффективней чем Повышающий. Вот только не знаю где и как это увидеть/рассчитать.
Может я не правильно делаю расчеты? Надеюсь направите меня на правильный путь.
Понижающий преобразователь может и эффективнее (может ?), но если в нём пробьёт ключевой транзистор (при к.з. в нагрузке - элементарное дело), то всё напряжение приложится к нагрузке. А если это дорогущий мобильник, ..., то "дело табак".
Насчёт "параллельно - последовательно". У Вас есть некоторое количество энергии и от того как Вы будете её расходовать её количество не изменится. Естественно только повлияет КПД преобразователей. А вот как правильно заряжать эти аккумуляторы в повербанке - нужно подумать.
gena Для зарядки последовательно соединенных акумуляторов на Алиекспрессе есть готовые платы с контроллером. Питать буду от ноутбучтого БП. Решил таки путем последовательного соединения, так как КПД у понижающих преобразователей как правило выше чем у повышающих.
Serega16, будьте серьезнее. Как вы относитесь к другим, то же отношение и к вам будет.
Дайте ссылку на платы для зарядки последовательно соединёных аккумуляторов. Для меня этот вопрос совершенно не проработан - интересно, как одним источником можно заряжать последовательно соединёные аккумуляторы. Хотя в ноутбуках это уже давно работает. Схемотехнику в студию.
Амперчасы считаются как:
ТОК * ВРЕМЯ.
!!! Здесь НЕТ никакого НАПРЯЖЕНИЯ.
Емкость аккумулятора будет БОЛЬШЕ при паралельном включении банок
(т.е. БОЛЬШЕЕ время банки будут выдавать ток, т.к. на одну банку будет приходится меньший ток)
НО получишь лди ты при этом нужное тебе напряжение?
!!! При паралельном включении ВСЕГДА возникает дополнительный (бесполезный) ток разряда МЕЖДУ банками, вследствие их неидеальности.
Обычно так никогда не включают на длительное время.
Только на короткое, когда нужен экстремальный ток в нагрузке...
Короче выбираешь нужное тебе напряжение - и последовательно соединяешь нужное количество банок.
Если нужен больший ток (большая емкость) - тогда увеличивай емкость каждой банки (меняй банки на более мощные).
Параллельно аккумуляторы никто не соединяет!
Я на днях разобрал батарейный блок от ноутбука ASUS. В нём параллельно включены по две банки 18650, а затем три таких пары включены последовательно. Разобрал потому, что блок уже не поддерживал ноут. Оказалось, что одна пара разряжена в ноль. Остальные разъединил. Признаки работы присутствуют. Думаю где использовать их с пользой. Один уже в фонарике.
Параллельно аккумуляторы никто не соединяет!
Вы бы громкими словами не бросались, паралельно соединяют даже именитые производители, практически все мощные сборки состоят из паралельно-последовательно включённых аккумов. Паралельное соединение позволяет уменьшить внутреннее сопротивление, а значит уменьшить потери на самонагрев. Последовательное включение позволяет получить большие напряжения, необходимые для устройств, а также уменьшить токи через провода и разъёмы, а стало быть и потери на проводах и контактах.
forfrends, всё зависит от того, какую нагрузку вы планируете подключать. Возможно в каких то случаях вообще не стоит ставить преобразователи, а запитывать конечные потребители непосредственно от батарей.
Если иму нужно низкое внутреннее сопротиивление - ставте аккумуляторы большей еммкости на здоровье.
Либо переключать в паралель КАК ЭКСТРЕННЫЙ (кратковременный) режим.
паралельное включение аккумумляторов - это НЕГРАМОТНОЕ техническое решение (даже и у "именитых производителей").
К литию это не относится, вы оперируете устаревшей информацией.
Решил делать последовательно-паралельно, так как они и есть, попарно 2 шт и последовательно 3 пары. Электроника некоторая уже есть, некоторую буду брать на Алиекспрессе. Решил брать такую:
Контроллер заряда для последовательно соединенных батарей (3 шт): http://ali.pub/yza8s
Бывают еще такие (на 4 шт): http://ali.pub/e0mvf
Понижающий преобразователь (до 5 вольт): http://ali.pub/4csah
Или такой: http://ali.pub/47cgq
Заряжать все это пранировал от ноутбучного блока питания.
Как вариант, для тех кто любит соединять все паралельно, есть уже готовые блоки-повербанки. Вставил аккумуляторы и все. Но мне такие не понравились. При паралельном соединении все банки должны быть идеально одинаковы по всем параматрам: емкость, внутренне сопротивление и т.д.... Иначе процесс разряда/заряда для всех будет разный. В результате потеря емкости повербанка да еще какие-то банки быстро испортятся.
Готовый корпус для повербанка, на пример такой можно взять: http://ali.pub/l7eof
Но если бы я делал, то корпус взял бы свой, какой мне удобней, а 5 вольт получал бы преобразователем. Таким на пример: http://ali.pub/ia9uq
Или такой: http://ali.pub/zsj78
Но почитав кучу форумов пришел к выводу что принцып повербанка (паралельное соединение батарей или последовательное) зависит от КПД преобразователя ну и от удобства/потребностей. Если соединять все аккумуляторы паралельно то их удобно заряжать - подойдет любой источник питания 5 вольт. НО! КПД у повышающих преобразователей на порядок ниже чем у понижающих. Особенно если сделан в Китае. Как правило их КПД в районе 50-70% в то время как КПД тех же китайских понижающип преобразователей - 60-90%. Но понижающие работать будут только с последовательно соединенными аккумуляторами, а для этого нужен контроллер заряда + специальное питание...
Каждый вибирает что ему лучше. Я решил сделать Последовательно-паралельно. А заряжать планирую телефон и планшет.
forfrends, похоже вы балансир принимаете за зарядное устройство. Это дополнение к нему, т.е. нужен ещё один модуль зарядки. Типа такого
Попытаюсь немного расширить вопрос топикстартера...
Немного предыстории:
Сам недавно задался вопросом - "Чем лучше питать Ардуину?"
Питать батарейками Крона - слишком дорого.
Аккумуляторы такого же форм-фактора тоже дороговатые, малоёмкостные и ещё зарядка нужна специальная.
Решил купить такие аккумулятор на Али, но аж волосы встали дыбом когда почитал в комментариях что китайцы в них кладут. А потом уже у себя в городе в крупном магазине занимающимся только батарейками (зашёл туда, чтобы посмотреть какие есть зарядки для Крон), и вживую увидел вскрытую аккумуляторную батарею BTY на 500mAh внутри которой было 6 кругленьких таблеточек диаметром около 1см и высотой 4мм, занимающие примерно 1/3 объёма "Кроны", а остальное пространство было заполнено картоном. А что тогда лежит в китайских "Кронах" на 2000mAh? (притом, что в магазине, где было около 15 аккумуляторов такого вида не было ни одного выше 400mAh). Вместе с тем на Али заметил необычную аккумуляторную "Крону" с зарядкой от USB, да ещё и показывающую уровень заряда. Очень захотелось такую копить, даже не смотря на то что в комментариях люди прямо писали "У неё огромный саморазряд. Очень шумит, по этому на Ардуину не поставить. Выброшенные деньги". Но она красивая, и зарядное устройство не нужно, в общем заказал... А у самого родилась идея - "Мне же размер не очень важен, я же могу взять 18650 (их в том магазине было видимо-невидимо, и цены нормальные, и гарантия 2 года), и этот аккумулятор я могу сам подтянуть до 5 вольт". И дальше у меня появились вопросы схожие с топикстартером (правда не про 6 батареек, а про 1-2) - "Что лучше повышать одну батарейку с 3.8v до 5v или понижать двухбатарейную с 7.6v до 5v?" На вопрос продавцу в магазине, он сказал, что лучше понижать, так как повышение вольтажа будет много потреблять, а понижение (цитата) "это просто как пропускать воду, работать не надо, и потребления не будет". Откровенно говоря, как человек никогда не державший в руках паяльник, я засомневался в истинности сказанного. Более того, повышающий я нашёл в Али только "step-up DC-DC", а понижающие есть как импульсные, так и линейные (то есть, в одном случае что-то будет работать, а в другом случае будет течь через радиодеталь и лишнее рассеивать в виде тепла, а это потеря энергии). И тут ведь ещё какая вещь есть, о которой топикстартер умолчал: формулами он показал что суммарно ватты одинаковы что параллельно, что последовательно, но он не подумал что скажем с 6 вольт перегнать в 5v наверно гораздо менее затратно, чем перегонять с 12 вольт в 5v...
Заглянул на ютьюб чтобы посмотреть как делают люди. Прежде всего искал по фразам типа "чем питать ардуину", "как питать ардуину", "оптимальные источники питания для ардуины", но там всё всегда скатывалось до уровня "Через Б/П сюда, через баттарейки сюда, а через USB сюда". В общем, ни одного ролика на мою тему. Зато сразу сотня роликов, где народ, взяв две платки по 30 центов (плата заряда и повышающая платка) паяет свой повербанк на одной 18650. На две и более литиевых 18650 никто не заморачивается. Спросил там, что народ думает о понижении, и мне сказали, что если линейный преобразователь делать, то будет крайне низкий КПД. Грубо говоря, если с 6v гонишь в 5v, то 1 вольт будет рассеиваться в тепло (потеря 20%), а если с 12v гонишь в 5v, то в тепло уйдёт уже 7 вольт (то есть, потери уже 60%). А на импульсных мол КПД высокий, и ссылку на даташит дали. Но посмотрел я на графики даташита и понял что не всё весело в моём случае: да, при нагрузке около 1А действительно step-down DC-DC дают КПД около 90%, но при 0.5А КПД уже будет около 82%, при 0.1А КПД всего 65%. А сколько будет при ардуиновских 0.02А или если я в sleep ухожу до 12мА? Там график параболический, там КПД вообще меньше 20% будет...
В общем, пришёл я к выводу, что если через понижающий импульсный делать - то этим дико не выгодно ардуину питать. Да и большинство преобразователей требует 6.5-24v чтобы понижать до 5v, а значит две 18650 с полностью заряженного 7.2v смогут работать только до 6.5v (в то время как разряженными считались бы лишь при суммарных 5 вольтах, то есть перестанут работать только разрядившись на половину). Это второй аргумент что это "жутко не эффективно".
В общем плюнул я на попытки разобраться, и заказал себе LilyPad, потому что у него официально заявлено питание от внешнего источника - "литиевой батареи 18650 на 3.8v".
И ещё для теста заказал повербанк (пару дней назад он продавался всего за 59 центов).
Forfriends, подумайте разузнайте хорошенько.
Я бы так не делал.
для бу банок лучше делать только параллельно - система на 3.7в.
Да и новые производитель делает повер банки с 3.7с не с проста.
1 мегагерцовые повышайки имеют очень высокий кпд. К томуже если мощные.
2 последовательная система будет гораздо дороже. Один только балансир стоит 700р а не тупо плата защиты за 300р
3. Балансиры в основном пассивные - они не смогут перекачивать энергию с лучших банок в худшие - таким образом у вас повер банк бубет равен емкости самых худших банок. (Поэтому и приходит конец ноутбучному акб - изза того что в последовательной цепочке ктото немного потерял немного емкость)
4. В случае системы 3.7в доступная емкость будет выше т.к. все запараллелены И реально будет 6ровнятся сумме емкостей всех банок.
5. Простота заряда и универсальность - дешевые платы на тп4056 тупо параллелятся и получается нужный любой ток . Хоть 10а.
А в случае последовательных - надо еще раскошелится на спец зарядник сс/св который бы смог догнать до 4.25 и удержать пока не спадет ток (это значит что у вас должна быть выключена всякая нагрузка или еще добавить цепь измерения тока нагрузки чтобы его вычесть о общего тока - вот еще самая сложность) . Далее уменьшить до 3.9-4.1 в что еще одно сложнось - обычные дс дс сс/св это уменьшение не делают в итоге вы поимеете всбухшие банки от перезаряда.
Вывод - забросте эту идею с последовательным подключением - ее нормальная реализация очень дорогая.
Если питаю ардуину 5в от лития , то если нет точных аналоговых измерений то просто повышайкой повышаю до 5в.
Если есть точные измерения и небольшое потребление то повышауку на 7.5в и ардуиновский стаб уже держит ровных 5.0в . (Это на случай минусовых температур ибо у повышайки в плече измерения стоят разные резисторы - один не точный смд , другой синий подстроечник и они могут быть выполнены немного с разных напылений что вызовет температурную нестабильнось , но это пока в теории)
И если пользуете повышайки мт3806 то помните что у них нет защиты от кз . Будут повышать до усеру. Да и диод там схемотехнически стоит со входа на выход. Поэтому желательно поставить самовосстанавливающийся предохранитель после них.
Есть еще на платках тп4056 бывает защита от кз , но пока не исследовано как она будет дружить с повышайкой когда она будет восстанавливаться, не вызовет ли это скачка на выходе повышайки. В принципе суппрессор на 5.1в (6.8) может спасти от резких бросков. Да и в случае питания множества реле он тоже спасает ардуину от резких бросков.
forfrends, похоже вы балансир принимаете за зарядное устройство. Это дополнение к нему, т.е. нужен ещё один модуль зарядки. Типа такого
Если бы это был балансир, а так это просто контроллер защиты - при срабатывании по одной из банок остальные останутся недозаряженными.
Хм... есть над чем подумать. Мне на али трудно найти повышающий преобразователь с 1 мегагерц, так как продавцы зачастую не пишут характеристик. Насчет "балансира" - в нем используется микруха S-8254A, которая часто используется как контроллер заряда/разряда в зарядных устройствах. Ну, может я и ошибаюсь, так как многие принимают приведенную мной схему именно за балансир а не контроллер заряда-разряда.
slider а разве не будет проблем если поставить в паралель две банки с разной емкостью/внутренним сопротивлением/и т.д.? Я всегда думал что для них по-разному пойдет процесс заряда-разряда... с вытекающими последствиями.... А ТР4056 я давно пользуюсь, хорошая вешь!
InterSky Линейные лучше вообще не использовать, КПД вообще у них нет :))). Из импульсных есть разные микросхемы-преобразователи, с разными характеристиками. У одних КПД высокий если напряжение питания высокое, как только напряжение падает, КПД тоже. У других наоборот: КПД высокий если входное напряжение максимально близко к выходному, и низкий КПД если напряжение питания очень высокое. Все зависит от используемой микросхемы в преобразователе. Вариантов если не сотни, то десятки точно...
Насчет батарей, вы правы, но я ведь не 2 собрался использовать, а 3 батареи, то есть 3*2.7 = 8.1 вольт - минимальное напряжение 3-х батарей. Так что опять же, паралельно или последовательно - получается одинаково (для 3-х и более батарей) так как они отдадут "все что имеют". Но, как писал slider, если попадется дохлая батарейка в цепи, то она нарушит работу всей цепи. Защита для каждой батареи всеравно нужна. Если в последовательной цепи попадется плохая - цепь отключится. Все. Сразу понятно что есть проблемы. А как быть с запаралеленными аккумуляторами? Здесь сразу не увидишь проблемы, так как другие "вытянут" плохой аккумулятор... Но все это пишу не из опыта, а лишь то что "где-то читал". Так что если что пишу не правильно - растолкуйте как правильно. Особенно в вопросе паралельного включения разных аккумуляторов.
Правда в одной из своих схем использую систему на 7.2в. С 12в стоит понижайка сс/св на 7.9в (при 8.2-8.4 они вспухли) 7.8-7.9 чтобы не всбухли банки от перезаряда (буферный режим лития 3.9-4.0в ) - да литий там никогда не заряжается до 100% . Только гдето 80% . - это результат использования обычного дсдс понижайки сс св . На литии на всяк случай пришлось поставить защиту от перенапряжения при рассогласовании банок.
Т.о. получился еще и ups бесперебойник для ардуины. Она в свою очередь уже и питалась 7.8-7.9в с лития. Но это уже немного другая тема.
Что тп4056 это панацея - для меня пока спорно . Пробовал поднять ей ноутбучные банки. С каждым КТЦ их емкость все падала. Пробовал и 0.5а 1.0а и 2.0а для сдвоенных банок. Разряд 2.0а 1.0а тоже не выявил подоплеки.
Только после зарядки старой доброй самой дешевой лягухой их емкость возрастала. Здесь надо подключать логгер чтоба понять почему лягуха подвостанавливает емкость банок. Мож дело в импульсной зарядке.
По параллеливанию разноомных банок не подскажу. Нечем пока померить омность , относительного какого либо тока. И провести эксперементы.
// дальше просто мои понимания . Но чтобы узнать как это влияет на здоровье банок надо проводить много экспериментов.
При параллеливании ясно что при заряде/разряде хороший аккум будет больше упираться и ему достанется больший ток по его возможностям - это хорошо. Слабому аккуму с высоким сопротивлением (малой емкостью) достанется меньший ток - ведь он меньше и сопротивляется . Эт и хорошо большой ток он и сам не возьмет. .Получается каждому приходится по его возможностям.
Serega16, ага я уж потом присмотрелся. Есть пости такая же но балансирующая
dimax это аналог той что я привел на много ранее - там используется та же микруха: 8254A, только балансирующая.
Вопрос: а как происходит это балансирование?
Пост выше дописал.
На сколько я понимаю:
В балансирах с резисторами - при важном для нас разряде - контроллер просто будет усаживать лучшие банки в тепло до состояния худших - в итоге емкость будет по худшей банке. При заряде - норм - резисторами просто будет подгружаться уже зарядившееся банка , чтоб ее напряжение не лезло выше опасного.
В балансирах на кондерах - будет перекачка энергии с лудших на худшие. Но это для небольших токов.
Незнаю как для лития , но для свинца первый способ оказался плох. из за разных токов заряда акб со временем получают разные кривые и рассогласование в итоге получается сильнее. Просто их конец оттягивается на какое то время , но потом становится резким. Ну или просто такие аккумы мне попались . Вот с отключенным балансиром фото:
Как видно все не так однозначно. По логгеру видно что сначала на одних акб выше напряжение , а потом на других.
Как вариант для тройного последовательного лития можно использовать электронику изученного ноутбучного аккума. Где легко без последствий можно обнулить счетчик, а не менять прошивку от уже изношенного. Либо в отдельной микросхеме памяти либо в самом контроллере. По и2с. Считайте что хороший балансир уже есть. Останется умный контроллер заряда как в самом ноутбуке, это уже посложнее.
На али есть понижайки сс/св 5а (3а) те что с двумя дисплейчиками тока и напряжения . У них как раз есть разъемчик для подключения по и2с к ноутбучных акб во время их заряда. (Прада какую это роль играет мне не ясно)
forfrends, это не аналог. По вашим ссылкам только модуль защиты, по моей -защита с балансёром.
Есть отдельно балансировщики. На пример этот: http://ali.pub/hpuyr
Интересно его можно использовать совместно с Защитой, которую приводил выше (http://ali.pub/yza8s)?
Всем добрый день. Помогите на Алиекспресе найти контроллер зарядки с балансировкой для 2-х акумуляторов. Для 3-х и более найти легко, а вот для 2-х 18650 никак не могу найти
http://zapas-m.ru/shop/CID_3%2C7-7%2C4V_%281S-2S%29_PCM.html