جدول المحتويات
مقالنا اليوم حول دائرة شحن بطارية الموبايل 3.7 فولت ليثيوم. من أجل شحن بطارية الهاتف أو الجوال بشكل منفصل لابد أن تكون البطارية بكل تأكيد قابلة للإزالة. سنعطيكم مخطط دائرة الشحن وكيفية الحماية من الشحن الزائد وفصل الشحن عند امتلاء البطارية.
بداية كما نعرف إن جهد بطارية الموبايل الاسمي هو 3.7 فولت. وهذا الجهد في حقيقة الأمر هو جهدها عندما تكون نسبة الشحن تقريبا 30% او أقل أو أكثر بقليل. أما جهد بطارية الموبايل عند امتلائها يكون 4.2 فولت أو 4.3. وتكون نسبة الشحن 100% وأي جهد زائد عن 4.2 تقريبا يعني ارتفاع درجة حرارة البطارية وانتفاخها وربما انفجارها!
احذر من شحن بطارية الهاتف دون دارة إيقاف الشحن لأن ذلك قد يعرضك للخطر ويعرض البطارية للتلف. بطاريات الليثيوم سريعة العطب عند تعرضها للشحن الزائد.
شحن بطارية الموبايل الليثيوم بدون دارة
بداية يمكنك شحن أي بطارية موبايل من نوع ليثيوم أيون (lithium-ion) بكل سهولة وبدون دارة كهربائية. ولكن الحذر ثم الحذر من شحنها بهذه الطريقة إلا إذا قمت بمراقبتها وقياس الجهد بشكل مستمر خلال الشحن.
في البداية يجب أن يكون جهد الشاحن 4.2 فولت. وهو الجهد الأعلى لبطارية ليثيوم أيون الخاصة بالهاتف. ولكن في الحقيقة لا تتوفر شواحن بجهد 4.2 وتكون شواحن الهواتف بجهد 5 فولت, حيث تقوم الدارة الداخلية في الهاتف بخفض جهد الشحن إلى 4.2 فولت.
لا يمكن توصيل بطارية ليثيوم أيون مباشرة إلى أي مصدر طاقة (5V) دون دائرة حماية.
عند التعامل مع بطارية ليثيوم أيون (Li-ion) منفصلة، نحتاج إلى ثلاثة أرقام أساسية مكتوبة عليها لتحديد الشاحن المناسب:
- السعة (Capacity): بالمللي أمبير ساعة (mAh) أو الأمبير ساعة (Ah).
- الجهد الاسمي (Nominal Voltage): غالباً 3.6V أو 3.7V.
- تيار الشحن الأقصى (الـ C Rate): عادةً ما يُعتبر 1C هو الحد الأقصى الآمن.
لنقرأ مثالاً عمليا: لنفرض أن بطاريتنا هي التي في الصورة: لاحظ الجهد الاسمي 3.6 V أو 3.6 فولت (أخفض جهد للبطارية عندما تكون فارغة وهو ما يكتب عادة على البطارية وأحيانا يكتب الجهد الاسمي وجهد القطع أو الجهد الأعلى وسيكون عادة 4.2 فولت).
سعة البطارية: كما ترى 1800 mAh أي 1800 مل أمبير ساعي أو 1.8 أمبير ساعي
لناخذ مثالا اخر الصورة التالية: لاحظ الجهد الاسمي للبطارية أيضا 3.7 فولت. والسعة 1200 ميلي أمبير ساعي.
الآن وقد تعلمنا قراءة بيانات البطارية, يجب أن نعرف كيف ننقرأ بيانات الشاحن. لنأخذ المثال التالي:
دائما اتجه لسطر الخرج Output. واقرأ القيم المكتوبة بجانبه. نلاحظ هنا أن جهد خرج الشاحن هو 5 فولت وان التيار هو1.55 أمبير.
ولكن أغلب الشواحن هي بجهد 5 فولت ونحن نحتاج لـ 4.2 فولت!
هام: هذه الطريقة يمكنك اتباعها فقط في حالات الضرورة وعلى مسؤوليتك الشخصية, لأنه كما قلنا يجب أن يكون جهد الشاحن 4.2 فولت وليس 5 فولت. كما انه لا يوجد لديك دارة لإيقاف الشحن عند امتلاء البطارية وهذه مشكلة أخرى, نسيان البطارية على الشحن يؤدي إلى ارتفاع حرارتها بشكل كبير وانفجارها وحدوث حريق!
حساب تيار الشاحن المطلوب (الأمبير – A) للبطارية
تيار الشاحن هو أهم عامل للحفاظ على عمر البطارية. نستخدم معدل الشحن C الذي يساوي السعة لتحديد الحد الأقصى للتيار:
| معدل الشحن | معادلة التيار (I) | الوصف |
| الشحن القياسي (0.5C) | I(A)=Capacity(Ah)×0.5 | الأفضل لعمر البطارية. سيشحنها ببطء ويولد حرارة أقل. |
| الشحن السريع (1C) | I(A)=Capacity(Ah)×1 | الحد الأقصى للتيار. أسرع طريقة شحن آمنة (مع مراعاة الجودة). |
خطوات حساب تيار خرج الشاحن المطلوب:
- حوّل سعة البطارية إلى Ah: اقسم السعة المكتوبة بالـ mAh على 1000.
- مثال: بطارية 5000mAh=5000/1000=5Ah
- احسب أمبير الشاحن المطلوب بالأمبير (A): اضرب سعة البطارية بالـ Ah التي حسبتها في معدل الشحن المطلوب (1 أو 0.5).
- مثال على شحن سريع (1C): 5Ah×1=5A أي نحتاج لشاحن يعطي تيار 5 أمبير وبجهد 4.2 فولت كحد أقصى لشحن بطارية هاتف بسعة 5000 ميلي أمبير.
وهذا يكفي لحساباتنا. ولكن في بعض الأحيان يتم التعامل بالواط بدلا من الامبير لحساب الشاحن المناسب وإليكم خطوات معرفة استطاعة الشاحن بالواط.
حساب استطاعة الشاحن المطلوبة (الواط – W)
بمجرد الحصول على التيار المطلوب، يمكنك حساب الاستطاعة التي يجب أن يوفرها الشاحن بناءً على الجهد الاسمي المكتوب على البطارية:
Power(W)=Nominal Voltage(V)×Current(A)
مثال متابع: لبطارية 5Ah بجهد اسمي 3.7V وتيار 5A (1C):
Power(W)=3.7V×5A=18.5W
لتهسيل الأمر قدمنا لكم حاسبة استطاعة الشاحن المناسبة لبطارية الليثيوم لشاحن بجهد خرج (4.2 فولت):
حاسبة شاحن الليثيوم أيون
التيار (A):
الاستطاعة (W):
تنبيه: يجب استخدام شاحن ليثيوم أيون مخصص بجهد قطع 4.2V لضمان الأمان.
توصيل الشاحن بالبطارية
كل ما عليك هو وصل السلك الأحمر الموجب للشاحن مع القطب الموجب للبطارية (يطبع عادة بجانبه إشارة +) ووصل القطب السالب ذو اللون الأسود عادة للشاحن مع القطب السالب للبطارية (يطبع تحته عادة إشارة -).
استخدم الآفوميتر لقياس جهد البطارية كل 10 دقائق. وعندما يقترب الجهد من 4.1 فولت يفضل فصل الشحن عنها كي لا تتعرض للشحن الزائد.
هام: ونعود لنذكر الشحن بهذه الطريقة خطير وعلى مسؤوليتك لأن الشحن بجهد 5 فولت غير مناسب وقد يؤدي لتلف البطارية أو انفجارها. وكذلك حتى لو كان الشاحن بجهد 4.2 فولت, لا تتوفر لدينا دارة لايقاف الشحن عند امتلاء البطارية. لذا وجب القياس المستمر للجهد خلال الشحن.
دائرة شحن بطارية الموبايل تفصل عند امتلاء الشحن
قد تبدو دائرة شحن بطارية الموبايل التالية معقدة إلا أنها جيدة ويمكن تأمين القطع الموجودة فيها بسهولة. الشريحة التي تراها في الصورة هي شريحة 555. ولها استخدامات كثيرة. وهنا يكون استخدامنا لها كدارة تقطيعية من أجل توفير جهد بطارية المنبع B1 التي يجب أن تكون 12 فولت. ويمكن استخدام 8 بطاريات صغيرة ذات جهد 1.5 فولت موصولة على التسلسل ليصبح جهد المنبع لدينا 12 فولت.
العناصر المطلوبة:
- مكثفات
- مقاومات
- ديود زينر
- ليد إشارة
- شريحة 555
- ترانزستور
- مفتاح
مكونات دائرة شحن بطارية الموبايل
- P1 : 20 KΩ
- P2 : 20 KΩ
- R1 : 390 Ω
- R2 : 680 Ω
- R3 : 39 Ω, 1W
- R4 : 27 KΩ
- R5 : 47 KΩ
- R6 : 3.3 KΩ
- R7 : 100Ω, 1W
- C1 : 4.7uF-25V
- C2 : 0.01uF
- C3 : 0.001uF
- D1 : 5.6V-1W ديود زينر
- D2 : ليد أحمر اللون
- Q1 : ترانزستور SL100
- S1 : On/Off مفتاح
- B1 : battery 12v
- IC1 : دارة مؤقت NE555
شرح دائرة شحن بطارية الموبايل
أولا التيار يمر إلى بطارية الموبايل عن طريق الترانزستور Q1. والمقاومة R7. j تم تجربة الدارة السابقة على بطارية هاتف بسعة 320 mAH فقط. وكان تيار الشحن بحدود 200 ميللي أمبير. تيار مناسب لبطارية ليثيوم قديمة. ولكن أغلب البطاريات الأحدث القابلة للإزالة طبعا قد تصل سعاتها لـ 3000 ميللي أمبير أو أكثر. ولكن لا تقلق فالحل موجود.
يمكن زيادة تيار شحن الدارة باستبدال الترانزستور Q1 بآخر ذو استطاعة أعلى وكذلك استبدال المقاومة R7 بأخرى ذات مقاومة أقل واستطاعة أعلى (مثلا 50 أوم 2 واط. أو 25 أوم 4 واط). وقم بتعديل R3 بما يناسب تيار الشحن ( انتبه جيدا لقيمة R3 وقم بقياس جهد الخرج قبل وصل البطارية ).
تعمل دارة 555 على مراقبة جهد شحن البطارية من خلال الجهد المرجعي على القطب 5 والذي يحدده ديود الزنر D1 ذو القيمة 5.6 فولت.
نقوم بتزويد قطب العتبة Threshold pin ذو الرقم 6 بالجهد المطلوب عبر المقاومة P1. اما قطب القدح 2 فيتم وصله بالمقاومة P2.
عند وصل بطارية الهاتف يكون الجهد الذي تعطيه لدارة 555 اقل من 1/3 جهد تغذيتها الذي هو 12 فولت. عندها تعمل دارة القلاب flip-flop في الدارة ويتم تشغيل القطب 3 الموصول مع قاعدة الترانزستور ليبدأ بالعمل.
وعندما تمتلئ بطارية الهاتف ويصل جهدها لأكثر من ثلث جهد تغذية الدارة 555 (12/3 = 4 فولت) يزداد الجهد على القطب 2 فوق نقطة عتبة القدح مما يطفئ دارة القلاب.
جهد العتبة على ىالقطب 6 يتم تعييره ليكون 2/3Vcc
معايرة جهد الشحن للبطارية
لمعايرة جهد فصل الشحن عن البطارية وحمايتها من الشحن الزائد. قم بوصل منبع جهد متغير بدل بطارية الموبايل. وضع قيمته عند 7 فولت. ضع المقاومة P1 عند وضع متوسط ثم قم بتغيير P2 بشكل تدريجي حتى انطفاء الليد D2. هنا نكون قد عايرنا جهد الشحن المنخفض (البطارية فارغة).
للتجربة نقوم بخفض منبع الجهد المتغير الموصول بدل بطارية الهاتف ونخفض القيمة تحت 5 فولت. عندها يجب أن يعمل الليد.
إقرأ حول دائرة شحن بطارية 12 فولت 70 امبير
حالة الليد أثناء شحن بطارية الموبايل
الجدول التالي وضع الليد في حالات الشحن وامتلاء البطارية.
| حالة وصل البطارية (الخرج) | تردد الخرج (القطب 3) | حالة الليد D1 |
|---|---|---|
| بطارية الموبايل غير موصولة | 765 KHz | الليد يعمل |
| البطارية قيد الشحن | 4.5Hz | الليد يشعل ويطفئ |
| البطارية ممتلئة | 0 | الليد مطفأ |
