ГлавнаяАвтоматСхема автоматического зарядного устройства для ni mh аккумуляторов

Зарядное устройство для NiMH аккумулятора. Схема автоматического зарядного устройства для ni mh аккумуляторов


Автоматическое зарядное устройство для Ni-Mh аккумуляторов - Зарядные устройства (для батареек) - Источники питания

При проектировании предлагаемого зарядного устройства мне хотелось решить три задачи.

Первое и основное создать конструкцию максимально простую, малогабаритную и легко повторяемую. Намой взгляд простота и понятность схемного решения значительно повышает надежность конструкции.

Второе заряжать аккумуляторную батарею (АК) постоянным и стабильным током.

Третье отслеживать степень зарядки, чтобы предотвратить перезарядку АК.

Первая задача легко реализовывается при помощи регулируемого стабилизатора напряжения LM 317 включенного как стабилизатор тока. Работает отлично ( наш аналог КР142ЕН12 работать отказался – может, попался такой экземпляр).

Вторую задачу - слежение за напряжением на заряжаемом аккумуляторе многие предлагают реализовать на операционном усилителе это не то. Напряжение на АК растет медленно и операционник начинает плавно прикрывать регулирующий транзистор. Такое "подкрадывание" к окончанию заряда ни к чему хорошему не приводит кроме разогрева транзистора и неизвестности.

Я применил банальный компаратор К554СА3 при его скорости переключения ключевой транзистор даже на радиатор можно не ставить.

Принципиальная схема зарядного устройства изображена на рис.1

Опорное напряжение снимается с делителя R2, R3 прядка 2В. Выходной делитель R10, R11, R12, R13 подключен непосредственно на АК. При достижении заданного напряжения окончания заряда, напряжение на движке регулируемого резистора R10 и соответственно на инвертирующем входе DA1 превысит опорное. Компаратор сработает и закроет ключик на транзисторе Q2 - зарядка прекратится. При разряженном АК напряжение на инвертирующем входе не достаточно для срабатывания компаратора заряд будет происходить стабильным током. Резистор R9 стоит в цепи положительной обратной связи и служит для создания небольшого гистерезиса.

Пересчитать выходной делитель под другое количество элементов я думаю, большого труда не составляет.

Регулировка: Резистором R8 задать требуемый ток заряда

Резистором R10 выставить напряжение окончания заряда

Рекомендации: Стабилизатор LM 317 установить на радиатор.

Регулируемый резистор R10 желательно многооборотный.

Запитать устройство можно от любого стандартного адаптера 9 - 12 В, мощность определяет зарядный тока, сглаживающий конденсатор не менее 2200 мкФ (компаратор не любит пульсацию).

Схема устройства проверена и полностью работоспособна.

Вопросы и замечания принимаются

Украина

Новая Каховка

Башкатов Юрий

[email protected]

cxema.my1.ru

Зарядное устройство для Ni-MH аккумулятора

Электропитание

Главная  Радиолюбителю 

 Электропитание

Поводом для разработки и изготовления предлагаемого устройства послужило желание заменить гальванический элемент питания настенных электромеханических часов аккумулятором. Имеющееся в наличии зарядное устройство позволяло заряжать только чётное число аккумуляторов, а нужно было заряжать один Ni-MH аккумулятор типоразмера АА.

При просмотре литературы заинтересовало "Автоматическое зарядное устройство аккумуляторной батареи", описанное Н. Скриндевским в "Радио", 1991, № 12, с. 28-30. Понравилась заложенная в эту конструкцию идея заряжать аккумулятор циклически, чередуя интервалы зарядки с интервалами измерения ЭДС аккумулятора. В результате макетирования и отладки получилось предлагаемое зарядное устройство.

Основные технические характеристики

Напряжение питания, В ............ 5

Ток зарядки, мА .................150

Порог отключения тока зарядки, В.....................1,38

Порог включения тока зарядки, В .......................... 1

Длительность цикла зарядки, с..........................40

Длительность измерения, с.........1

Схема этого устройства изображена на рис. 1. На транзисторе VT2, резисторах R9-R12 и светодиоде HL1 собран источник тока. Им управляет транзистор VT1. Светодиод HL1 имеет две функции: служит источником стабильного напряжения, поступающего на базу транзистора VT2 через резистор R10, и одновременно индикатором зарядки батареи. Резисторы R11 и R12 задают ток зарядки, значение которого в миллиамперах выбрано численно равным номинальной ёмкости аккумулятора G1 в миллиампер-часах. Резистор R9 ограничивает ток через светодиод HL1. Диод VD2 предотвращает разрядку аккумулятора G1 через зарядное устройство в случае отключения источника питания или прекращения подачи электроэнергии.

Рис. 1. Схема устройства

На компараторе напряжения DA1.1, резисторах R1-R6, конденсаторе C1 и диоде VD1 собран генератор последовательности импульсов длительностью 40 с с паузой 1 с. В паузах между импульсами происходит измерение ЭДС аккумулятора.

На время измерения источник тока отключается от заряжаемого аккумулятора. В это время происходит сравнение напряжения на аккумуляторе с образцовым - тем, до которого необходимо зарядить аккумулятор. Диод VD4 препятствует попаданию блокирующего напряжения на движок подстроечного резистора R14.

На компараторе напряжения DA1.2 и резисторах R13-R17 собран триггер Шмитта, который контролирует напряжение на заряжаемом аккумуляторе. Для правильной работы триггера на инвертирующий вход компаратора DA1.2 с выхода компаратора DA1.1 во время зарядки через диод VD3 поступает блокирующее напряжение.

По достижении напряжения на аккумуляторе, заданного подстроечным резистором R14 и приложенного к инвертирующуму входу компаратора DA1.2, на выходе последнего появляется напряжение высокого уровня, которое через диод VD5 поступает на инвертирующий вход компаратора DA1. 1, блокируя работу генератора. На выходе компаратора DA1.1 устанавливается низкий уровень напряжения, транзистор VT1 закрывается, светодиод HL1 гаснет.

Одновременно напряжение высокого уровня с выхода компаратора DA1.2 поступает и на базу транзистора VT3, открывая его, светодиод HL2 включается, сигнализируя о завершении зарядки аккумулятора. Образцовое напряжение на инвертирующем входе компаратора DA1.2 выбрано равным 1,38 В - таким же, как у имеющегося в наличии зарядного устройства промышленного изготовления.

Микросхему LM393N можно заменить на К1401СА3А или другую из многих её аналогов, а транзисторы КТ312В - на аналогичные с другими буквенными индексами или на транзисторы серии КТ315. Заменой транзистора КТ816В может служить КТ814В. Вместо диодов Д223 подойдут Д220 или серии КД522, а вместо КД226А - любой выпрямительный диод с допустимым прямым током не менее 200 мА. При замене светодиодов серии АЛ307 на более современные рекомендуется увеличить номиналы резисторов R9 и R20, чтобы уменьшить до приемлемого уровня яркость их свечения.

Оксидные конденсаторы С1, С2 - импортные или отечественные серий К50-16, К50-35. Конденсаторы С3 и С4 - любые керамические или плёночные. Подстроечный резистор R14 - импортный. Постоянные резисторы - МЛТ-0,125 или аналогичные.

Зарядное устройство собрано в небольшом корпусе от стоматологического наконечника. С открытой крышкой оно показано на рис. 2. Первоначально планировалось расположить держатель аккумулятора (контакты X1 и X2) непосредственно на печатной плате, и плата разработана именно под такое его расположение. В последующем держатель был вклеен в крышку корпуса.

Зарядное устройство в сборе

Рис. 2. Зарядное устройство в сборе

Чертёж печатной платы зарядного устройства изображён на рис. 3. Для микросхемы LM393N на ней установлена панель. Постоянные резисторы установлены как параллельно, так и перпендикулярно поверхности платы. Один из выводов резистора R2 и выводкатода диода VD1 впаяны в плату, а оставшиеся свободными выводы этих элементов соединены над ней. Вклеенные в крышку корпуса держатель аккумулятора и светодиоды соединены с платой гибкими изолированными монтажными проводами.

Чертёж печатной платы зарядного устройства

Рис. 3. Чертёж печатной платы зарядного устройства

В правильно собранном устройстве необходимо лишь отрегулировать ток зарядки аккумулятора и напряжение отключения зарядки. Перед установкой тока зарядки микросхему DA1 необходимо извлечь из панели, а к контактам X1 и X2 вместо аккумулятора подключить резистор сопротивлением 33 Ом или миниатюрную лампу накаливания МН 6,3-0,3 через мультиметр в режиме измерения постоянного тока с пределом не менее 200 мА. Подборкой резисторов R11, R12 следует установить показания мультиметра равными 150 мА. Но можно установить и другой ток зарядки, в зависимости от ёмкости аккумулятора.

Регулировка напряжения отключения зарядки аккумулятора сводится к установке подстроечным резистором R14 напряжения 1,38 В между гнёздами 2 и 4 панели компаратора. После этого нужно отключить устройство от источника питания и вставить микросхему в панель. Зарядное устройство готово к работе.

Ширина петли гистерезиса триггера на компараторе DA1.2 зависит от отношения сопротивления резисторов R15 и R16. Уменьшение сопротивления резистора R15 увеличивает напряжение включения триггера.

Автор: Г. Косолапов, г. Кирово-Чепецк Кировской обл.

Дата публикации: 11.08.2017

Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Зарядное устройство для NiMH аккумулятора

Зарядное устройство для NiMH аккумулятора Недавно получил комплект никель-металлогидридных аккумуляторных (NiMH) батарей для шуруповерта «Bosch» 14.4V, 2.6Ah. Аккумуляторы фактически имели малую емкость, хотя эксплуатировались под нагрузкой лишь незначительное время и имели малое число циклов разряд(работа) - заряд. По этой причине решил разобрать батареи, выполнить их поэлементные замеры для определения характеристик и возможного восстановления, использования «выживших» элементов в других самоделках требующих отдачи большого тока в короткое время. Эта работа поэтапно описана в заметке «Автоматическое устройство для разряда аккумулятора».

После разборки батареи

был выполнен подготовительный разряд элементов на указанном устройстве, с контролем по минимальному остаточному напряжению 0,9...1,0 вольт, для исключения глубокого разряда. Далее потребовалось простое и надежное зарядное устройство для их полной зарядки.

Требования к зарядному устройству

Производители NiMH аккумуляторов рекомендуют выполнять заряд с величиной тока в интервале 0,75-1,0С. При этих режимах, КПД процесса зарядки, большую часть цикла, максимально высокий. Но к моменту окончания процесса зарядки, КПД резко снижается и энергия переходит в выделение тепла. Внутри элемента резко растёт температура и давление. Аккумуляторы имеют аварийный клапан, который может открыться при увеличении давления. При этом свойства аккумулятора будут безвозвратно потеряны. Да и сама высокая температура оказывает негативное влияние на структуру электродов батарейки.

По этой причине, для никель-металлогидридных аккумуляторов очень важным является контроль режимов и состояния батареи при зарядке, момента окончания процесса зарядки, для исключения перезаряда или разрушения аккумулятора.

Как указывалось, в конце процесса заряда NiMH аккумуляторной батареи её температура начинает расти. Это является основным параметром для отключения заряда. Обычно в качестве критерия прекращения заряда берётся рост температуры более чем на 1 градус за минуту. Но при небольших токах заряда (менее 0,5С), когда температура растёт достаточно медленно, это обнаружить сложно. Для этого может быть использовано абсолютное значение температуры. Таким значением принимают 45-50°C. В этом случае заряд должен быть прерван, и возобновлён (при необходимости) после остывания элемента.

Также необходимо установить ограничение по времени заряда. Его можно рассчитать по емкости батареи, величине тока зарядки и КПД процесса, плюс 5-10 процентов. В этом случае, при нормальной температуре процесса, зарядное устройство отключают по установленному времени.

При глубоком разряде NiMH аккумулятора (менее 0,8В) ток заряда, предварительно, устанавливается на уровне 0,1...0,3С. По времени этот этап ограничен и составляет около 30 минут. Если за это время аккумулятор не восстанавливает напряжения 0,9...1,0В, то элемент беспереспективен. В положительном случае, далее выполняют заряд с увеличенной величиной тока в интервале 0,5-1,0С.

И еще, о сверхбыстром заряде аккумуляторных батарей. Известно, что при заряде до 70% своей ёмкости никель-металлогидридный аккумулятор имеет КПД зарядки близкий к 100 процентам. Поэтому, на этом этапе возможно увеличить ток для ускоренного его прохождения. Токи в таких случая ограничивают значением 10С. Высокий ток легко может привести к перегреву аккумулятора и разрушению структуры его электродов. Поэтому использование сверхбыстрого заряда рекомендуется только при постоянном контроле процесса зарядки.

Процесс изготовления зарядного устройства для NiMH аккумулятора рассмотрен ниже.

1. Установление исходных данных.- Зарядка элемента постоянной величиной тока 0,5...1,0С до номинальной емкости.- Выходной ток (регулируемый) – 20...400 (800) ma.- Стабилизация выходного тока.- Выходное напряжение 1,3...1,8 В.- Входное напряжение - 9...12 В.- Входной ток - 400 (1000) ma.

2. В качестве источника питания для ЗУ выбираем мобильный адаптер 220/9 вольт, 400 ma. Возможна замена на более мощный (например, 220/1,6...12В, 1000 ma). Изменений в конструкции ЗУ при этом не потребуется.

3. Рассмотрим схему зарядного устройства

Вариант конструкции зарядного устройства аккумулятора представляет собой узел стабилизации и ограничения тока и выполнен на одном элементе операционного усилителя (ОУ) и мощном составном n-p-n транзисторе КТ829А. ЗУ дает возможность регулировки тока заряда. Стабилизации установленного тока происходит за счет повышения или понижения выходного напряжения.

В точке соединения резистора R1 и стабилитрона VD1 образуется стабильное опорное напряжение. Изменяя величину напряжения, снятого с потенциометра R2 резисторного делителя, на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3), изменяем величину выходного напряжения (вывод 6), а следовательно и ток через VТ1. Резистором R5 ограничиваем ток в цепи заряжаемого аккумулятора. Изменение падения напряжения на R5 при отклонении зарядного тока, через обратную связь (ООС) на инвертирующий вход ОУ (вывод 2), корректирует и стабилизирует выходной ток ЗУ. Установленный R2 ток будет стабилен до конца зарядки этого и последующих однотипных аккумуляторов.

Данная схема стабилизатора тока весьма универсальна и может применяться для ограничения тока в различных конструкциях. Схема легка в повторении, состоит из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать.

Особенностью данной схемы является возможность применить имеющиеся в наличии операционные усилители с напряжением питания на уровне 12В, например, К140УД6, К140УД608, К140УД12, К140УД1208, LM358, LM324, TL071/081. Транзистор КТ829А - основной силовой элемент и весь ток проходит по нему, поэтому обязательно устанавливается на теплоотвод. Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора.

4. Выбираем корпус для зарядного устройства. Он определит форму, конструкцию, условия теплоотвода и внешний вид ЗУ. В данном случае выбран алюминиевый аэрозольный баллон. Удаляем его верхнюю часть.

5. Отрезаем от универсальной монтажной платы часть, равную по ширине внутреннему диаметру баллона. Желательно плотное, без качки, вхождение платы в баллон.

6. Комплектуем ЗУ деталями согласно схемы. Аэрозольный колпачок по размеру хорошо подходит в качестве ручки потенциометра.

7. Закрепляем транзистор на радиаторе и устанавливаем радиатор на краю платы, согласно фото.

8. Припаиваем выводы транзистора к контактным площадкам платы.

9. Распаиваем сопротивление, ограничивающее максимально возможный ток заряда аккумулятора. Так как весь ток заряда проходит через резистор R5, то для лучшего охлаждения резистора, он набран из широко распространенных (МЛТ-1) четырех паралельно соединенных резисторов по 22 ома, мощностью по 1 вт. Дополнительно, последовательно установлен резистор на 1,8 ома мощностью 5 вт. Общее сопротивление R5 составило около 7 ом ( средней мощностью 4 вт). Сопротивление и комплектация резисторов зависят от планируемого тока зарядки и наличия деталей у изготовителя.

10. Соберем управляющую часть ЗУ на макетной монтажной плате. Присоединим изготовленную силовую часть ЗУ и подключим нагрузку – заряжаемый аккумулятор. Для проверки работы и отладки режимов, подключим ЗУ к регулируемому блоку питания. Проверяем диапазон регулировки зарядного тока, при необходимости подбираем величину резисторов R2 и R3.

11. Переносим управляющую часть ЗУ на рабочую платку

и присоединяем ее к силовой части.

12. На плате, сбоку, устанавливаем гнездо для подключения блока питания ЗУ (адаптера или другого БП).

13. Устанавливаем ЗУ в корпус, расположив радиатор в его верхней (открытой) части.Предварительно сверлим в нижней цилиндрической части корпуса ряд отверстий диаметром 6 мм. Рабочее положение корпуса ЗУ вертикальное, поэтому в нем, аналогично печной трубе, создается естественная тяга. Воздух, нагреваемый резисторами и радиатором поднимается из корпуса вверх, затягивая холодный в нижние отверстия. Такая вентиляция работает эффективно, потому что значительный нагрев радиатора при 2-х, 3-х часовой работе ЗУ, практически не ощущается нагревом корпуса.

14. Зарядное устройство собрано рабочим комплектом и испытано под нагрузкой, полной зарядкой десятка аккумуляторов. ЗУ работает стабильно. При этом периодически ведётся контроль расчетного времени зарядки, а также температуры аккумулятора для отключения ЗУ при критических значениях. Использование «крокодильчиков» для подключения аккумулятора позволяет подключить к ЗУ контрольный амперметр (мультиметр) для регулировки зарядного тока. При зарядке последующих однотипных элементов, амперметр не нужен.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Зарядное устройство для Ni - MH аккумулятора - Зарядные устройства - Каталог статей

После покупки многофункционального цифрового устройство (МЦУ) фирмы Transcend модели T.sonic 520, которое имеет функции УКВ приемника, МРЗ проигрывателя и диктофона, а питается от одного гальванического элемента типоразмера AAA, возник вполне естественный вопрос о приобретении аккумулятора (АК) достаточной емкости. Для этой цели был приобретен Ni-MH АК (рис.1 J марки HR-4U 1,2V фирмы Sanyo емкостью 900 мАч.

Но и это приобретение, естественно, привело к необходимости изготовления для него зарядного устройства (ЗУ). Публикаций на тему зарядных устройств для заряда одного аккумулятора (АК) в литературе было не так уж много, но анализ схемотехники, а также испытания нескольких как простых [1], так и достаточно сложных, хотя и изящных схем не принесли удовлетворения от их повторяемости. Имелся и второй, причем, весьма занятный момент, а именно специфическое поведение АК Sanyo, которые по не, совсем понятным мне причинам при токе заряда 200 мА могли достаточно сильно нагреваться, а затем после некоторого внутреннего потрескивания (примерно так потрескивает молекулярный самовосстанавливающийся предохранитель при разрыве цепи) разрывать цепь заряда! После остывания АК цепь восстанавливалась. Поскольку, что там внутри и почему потрескивает, было неясно (в связи с отсутствием данных о конструкции), из этого факта был сделан логический вывод, что АК этой марки не очень-то любят форсированный заряд. Правильность такого вывода полностью подтвердилось в последствии в процессе эксплуатации. Исходя из вышесказанного, при разработке ЗУ для одного АК были поставлены следующие задачи:

1.         Сделать максимально простое по схемотехнике ЗУ для одного АК.

2.         Радиокомпоненты ЗУ не должны требовать прецизионного отбора или применения пусть и «правильных» или «сверхновых», но все же «экзотических», а значит, и интересных только информативно радиокомпонентов.

3.         Возможность разряда АК при отключении источника зарядного тока (например, из-за внезапного отключения питающей сети 220 В/50 Гц) должна быть минимизирована.

4.         Возможность перезаряда АК должна быть сведена к минимуму при любом сроке пребывания АК в ЗУ.

Схема ЗУ, которое полностью соответствует поставленным задачам, показана на рис.2.

Она состоит из мостового выпрямителя на диодах VD1-VD4 и сглаживающего фильтра на конденсаторе С1. Как можно заметить, основой ЗУ служит компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) с выходным напряжением 3 В. В качестве опорного напряжения для КСН использовано падение напряжения на светодиодах, которое образуется при прохождении через них тока в прямом направлении. Применение светодиодов помимо получения опорного напряжения, позволило использовать их и в каче­стве светового индикатора включения устройства, а также в определенной мере скомпенсировать температурный коэффициент изменения выходного напряжения ЗУ. Кроме подбора значения резистора R1 для установки тока через светодиоды под конкретное напряжение первичного источника питания в схеме ЗУ не требуется проводить каких-либо регулировок. Необходимые значения выходных параметров устанавливаются автоматически (поскольку они определяются физическими свойствами материала полупроводника, из которого изготовлен радиокомпонент) с точностью, вполне достаточной для простых ЗУ, и не требуют никакого отбора элементов, как, например, в [3]. Напряжение 1,6 В, которое прикладывается к АК, получается «вычитанием» из значения выходного напряжения стабилизатора значений падения напряжения на двух кремниевых диодах, выполняющих функцию как электронных «гасящих» резисторов, так и ключей «обратного» тока в случае выключения напря­жения питания при присоединенном к ЗУ АК. Поскольку значения ЭДС на полностью заряженном АК, которые встречались мне в схемах ЗУ, опубликованных в литературе для одного Ni-Cd АК [2-3], находились в интервале 1,4... 1,55 В, то для данного ЗУ (хо­тя этот аккумулятор и другого типа - Ni-MH) было эмпирически принято достаточным напряжение 1,6 В, которое получалось с помощью простых схемотехнических решений и измерительных приборов, что и требовалось для исключения перезаряда АК. По характеру изменения значения тока, который протекает в процессе заряда через АК, устройство можно отнести к ЗУ с током заряда, изменяющимся по закону «ампер-часов» Вубриджа. Прикладной смысл закона заключается в том, что при стабильном по значению постоянном напряжении, которое подводится к разряженному АК, ток в цели максимален. В дальнейшем, по мере его заряда, изменение значения тока во времени происходит по экспоненте в соответствии с электрохимическими процессами, происходящими внутри АК как физического элемента. К тому же, предлагаемое схемотехническое решение достаточно универсально и позволяет выполнить ЗУ и для двух (и более) АК. Для этого необходимо конструктивно установить нужное количество кассет для установки АК и дополнительные диоды, которые подключаются к точке А (рис.2), а также принять меры по достаточному охлаждению силового транзистора VT1 ЗУ и обеспечению достаточной мощности первичного источника питания. Устройство может питаться от нестабилизированного источника переменного или постоянного напряжения 5...10 В. Как показала практика использования ЗУ, такое решение оказалось вполне приемлемо и для заряда «капризных» Ni-MH АК Sanyo.

Конструкция

В качестве радиатора для силового транзистора VT1 использован радиатор от старой аппаратуры, который рассчитан под установку транзистора П214. В ребристой части радиатора отфрезеровано отверстие диаметром 31 мм, которое предназначено для установки упомянутого транзистора. Его вполне достаточно для размещения печатной платы, диаметр которой равен 30 мм. Чертежи соединений и расположения деталей показаны на рис.3,а, и рис.3,б. Печатная плата установлена на двух втулках, навитых на оправке 3 мм из медного провода диаметром 1 мм (рис.4).

Крепление платы с втулками в сборе к радиатору осуществляется с помощью закручивания винтов соответствующей длины в два имеющихся отверстия с резьбой МЗ, которые изначально служили для крепления фланца транзистора П214. Силовой тран­зистор ЗУ крепится (рис.5) к радиатору через одно из отверстий, предназначенного для выводов транзистора П214.

Кассеты XS1, XS2 и XS3, XS4 для установки АК - покупные. Их две - для установки АК типоразмера AAA и АА. Кассеты уста­новлены на дополнительную плату из фольгированного гетинакса размерами 60x46x1,2 мм и закреплены на ней по углом (кассет) скобками из медного провода 0,8 мм. Крепление к радиатору дополнительной платы с установленными кассетами и втулками в сборе осуществляется с помощью четырех винтов МЗ соответствующей длины по месту.

Электрик №1-2 2010г стр. 62

radiobobruisk.ucoz.ru

Зарядное устройство для Ni-Cd, Ni-Mh и Li-Ion аккумуляторов - Проекты

Зарядное устройство для Ni-Cd, Ni-Mh и Li-Ion аккумуляторов

Зарядное устройство позволяет заряжать от одного до шести Ni-Cd, Ni-Mh и Li-Ion аккумуляторов с емкостью от 50 до 1200 мА/час. Основой для программы была статья Ридико Леонида Ивановича "Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов". По сравнению с другими рекомендациями, здесь были наиболее полно описаны требования к зарядному устройству. Согласно статье, при зарядке NiMh аккумуляторов выполняются следующие режимы:
  1. Фаза определения наличия аккумулятора
  2. Фаза определения состояния аккумулятора
  3. Разрядка аккумулятора
  4. Предзарядка аккумулятора
  5. Плавное увеличение тока зарядки
  6. Быстрая зарядка
  7. Дозарядка
  8. Отключение аккумулятора
В фазе определения наличия аккумулятора АЦП микроконтроллера измеряет напряжение на клеммах. Если напряжение меньше ~0.1 В, то зарядка не начинается и на индикатор выдается сообщение об ошибке (возможные ошибки будут описаны позже). Такой способ не совсем удобен, т.к. сильно разряженные (долго не использовавшиеся) аккумуляторы придется вначале немного подзарядить. В фазе определения состояния сперва измеряется температура аккумуляторов. Использование в качестве датчика DS18B20 в пластиковом корпусе позволяет значительно упростить программу и увеличить точность измерений, но приводит к некоторым трудностям при его прилаживании к аккумулятору. Рекомендуют измерять температуру около отрицательного электрода. Если температура не выходит за пределы допустимой (больше 5 и меньше 40 градусов по Цельсию), через аккумулятор устанавливается ток 0.1*С, где С - емкость аккумулятора (не обращаем внимание на несогласование размерности). Если напряжение зарядки при этом более 1.85 В, зарядка дальше не происходит, появляется сообщение об ошибке. Такая проверка, как пишут, позволяет определить, что вместо аккумулятора вставили батарейку, которую заряжать не рекомендуется. Этим тестом, фактически, измеряется внутренне сопротивление заряжаемого элемента. То, что его пройдет аккумулятор и не пройдет батарйека, совсем необязательно (хотя по этой причине за два года эксплуатации устройство ни разу не отказалось заряжать по этой причине, батарейки - не пробовал :) ). Аккумулятор справился и с этим - отключается ток, опять измеряется напряжение. Если меньше 1 В на банку (в батареи) - переходим в режим дозарядки, в котором этот самый 1В/банка достигается путем зарядки постоянным током 0.2*С. Если напряжение не растет - опять сообщение об ошибке. В предыдущем пункте измерили напряжение, оказалось больше 1.7В/банку или меньше 0.4В/банку - опять ошибка. Последними свойствами обладают старые или испорченные аккумуляторы. Если вдруг все прошло нормально и ошибки не появилилсь, переходим или в разрядку (если установлен такой режим), или в фазу 4 - плавное увеличение тока до 1С. При разрядке аккумуляторы разряжаются на резистор, пока напряжение на каждом не достигнет 1В. Польза - устранения эффекта памяти, которым сильно страдают NiCd, и не очень сильно (по заверениям производителей) NiMh. Рекомендуют NiCd разряжать полностью перед каждой зарядкой, NiMh - один раз за ~5 зарядок. Подробнее отсылаю к статье Ридико или к ссылкам внизу страницы. После разрядки фаза 4, в которой, как цже было сказано, ток плавно увеличивается до 1C (опять же для аккумулятора так лучше, чем резко включить полный ток). В устройстве применяется только режим быстрой зарядки, т.е. током около 1С в течение часа. Считается, что после такой зарядки время жизни (количество циклов заряд-разряд) и емкость аккумулятора сохраняются лучше, чем при зарядке током 0.1*C в течение 12 часов. Вы можете сказать, что при зарядке большим током аккумуляторы перегреваются и быстро выходят из строя. Личный опыт показывает, что ничего подобного. Пока аккумулятор разряжен, КПД процесса довольно высокий, и подопытный нагревается очень медленно. При достижении приблизительно 80% заряда, температура начинает резко повышаться, что подтверждает личный опыт и ссылка, а вот для этого случая и существует в схеме термодатчик. Кстати, резкое увеличение температуры является одним из критериев окончания зарядки. Вернемся к фазе быстрой зарядки. Зарядка происходит импульсами, длительностью около 1 сек, чередующимися с короткими (5 мс) интервалами разрядки. Есть ли от этого польза неизвестно, но вреда нет точно, а кто-то порекомендовал, поэтому функция добавлена. На отключенном в перерывах между импульсами аккумулятором измеряется напряжение и температура. Если что-то выходит за пределы - прекращение зарядки и сообщение об ошибке. Критериев нормального окончания зарядки 3:
  • Уменьшение напряжения на аккумуляторе.
  • Увелечение температуры аккумулятора более 40 градусов.
  • Скорость роста температуры аккумулятора 1 градус/минуту и более.
Любой из случаев приводит к переходу в режим дозарядки - аккумулятор вначале остывает в течение 10 минут, затем заряжается током 0.1*С в течение еще 20 минут. Этот режим уравнивает аккумуляторы в батарее - полностью зарядившиеся тихонько греются, не очень хорошо зарядившиеся - заряжаются лучше. После этого зарядка закончена и аккумулятор отключается. Номер каждой фазы в такой же последовательности, к в списке, отображается на дисплее (первая цифра). В режиме быстрой зарядки в течение первых 5 минут аккумулятор непредсказуем, поэтому критерии не проверяются и зарядка может остановиться только аварийно. Есть более корректный способ определения окончания зарядки - определение уменьшения скорости нарастания напряжения на аккумуляторе, т.е. уменьшение градиента напряжения. Это требует цифровой обработки сигнала и более точного измерения напряжения. А поскольку АЦП только 10-битный, а напряжения хочется измерять для 6 аккумуляторов* 1.5 В = 9 В и больше, от этого критерия после нескольких экспериментов пришлось отказаться. Список ошибок:
  1. "TIME OVER" Истекло время быстрой зарядки (90 минут) и не сработал ни один из критериев окончания зарядки.
  2. "HIGH TEMP" Слишком высокая температура (выше 40 градусов).
  3. "INC TEMP" Температура быстро растет не в режиме быстрой зарядки.
  4. "HI VOLTAGE" Высокое напряжение (более 1.85 В) на одной банке.
  5. "HI RESIST" Высокое внутреннее сопротивление банки
  6. "CURRENT" Невозможно установить ток, т.е. при увеличении напряжения зарядки до максимума, ток не достиг требуемого значения.
  7. "LO VOLTAGE" Слишком низкое напряжение на аккумуляторе (менее 0.4 В на банку в фазе определения состояния)
  8. "NO U INC" Напряжение при подзарядке не растет
  9. "LO TEMP" Слишком низкая температура (менее 5 градусов)
  10. "NO ACC" Нет аккумуляторов
При ошибке появляется сообщение на дисплее, процесс зарядки останавливается. Для повторного цикла необходимо выключить питание устройства (или можно приделать кнопочку между ножкой микроконтроллера RESET и общим проводом). Схема Рис. 1.

Схема устройства приведена на рис. 1. Блок ШИМ взят из [3], блок измерения напряжения и тока - из [2]. Немного о схеме. В ШИМ использован полевой транзистор с P-каналом. Можно использовать любой подобный, только надо стремиться к тому, чтобы емкость затвора транзистора и сопротивление сток-исток были наименьшими. Про величину индуктивности L1 опять советую почитать [3], но реально в схеме она немного больше, чем рекомендуют в [3]. Величина L1 подбиралась по осциллографу, фильтр L1C4 должен обеспечивать приемлимый (небольшой) уровень пульсаций на аккумуляторе. Диоды D2 и D3 - диоды Шоттки, с меньшим падением напряжения на них. Такие экзотические выбраны только потому, что они были извлечены из компьютерного блока питания. Транзистор Q1 работает в ключевом режиме, поэтому даже при токах зарядки 1А радиатор не ставил, грелся не очень сильно. Величину резисторов - делителей R6, R8, R9, R10, R14, R15 подбираеют так, чтобы измерения АЦП микроконтроллера соотвествовали таблице, находящейся в файле программы. При желании эти значения можно переписать под свои коэффициенты, а можно подобрать резисторы. Во время работы индикатор показывает напряжение и ток в "условных единицах", измеренных АЦП. Так, напряжение на индикаторе 82 соответствует 0.8 В на аккумуляторе, 190 соответствует 1.85 В. Реальный ток, текущий через аккумулятор (измеряется на R12), умножаем на 10/18 и получаем то, что должно быть на индикаторе. Т.е. подбор резисторов - делителей операционного усилителя сводится к следующему: измеряем напряжение на аккумуляторе, ток через него, подбираем резисторы так, чтобы измеренное соответствовало отображаемому на LCD. Транзистор Q5 при разрядке периодически покдлючает аккумулятор к R11. Чем больше емкость аккумулятора, тем большее время за период резистор покдлючен. Ставьте R11 мощностью не менее 1 Вт. В устройстве разделено аналоговое и цифровое питание. АЦП микроконтроллера подключается через фильтр низких частот L2C9. При постоянных мощных пульсациях на аккумуляторе его лучше не исключать из схемы. Аналоговая земля на схеме показана жирной чертой, цифровая - тонкой. Аналоговая и цифровая земля соединяются только в одной точке резистором с сопротивлением 0 Ом. Термометр DD2 при работе устройтсва располагают около отрицательного электрода одного из аккумуляторов. Подключайте его перед тем, как включать устройство, поскольку нагрев DD2 от рук может вызвать ошибку. При включении на индикаторе слева направо отображаются: тип аккумуляторов, количество аккумуляторов в батарее, емкость одного аккумулятора в мА/ч, индикатор зарядка-разрядка. Кнопка SB3 выбирает параметр, который надо установить (устанавливается тот, возле которого сейчас горит точка). Кнопка SB2 собственно менят этот параметр. Тип аккумулятора Li - литий-ионный, ni - Ni-Mh или Ni-Cd, емкость от 50 до 1200 мА/ч (дойдя до 1200, сбрасывается в 50) с шагом 50 мА/ч, количество аккумуляторов - от 1 до 6. Последний значок - "единичка" - аккумулятор надо разрядить перед зарядкой, "половинка единички" - аккумулятор не надо разряжать. Кнопка SB1 начинает зарядку. Если произошла ошибка или установили что-то не так - все сначала.

За год эксплуатации устройства ни одного аккумулятора повреждено не было, все заряжалось нормально, но за ваши аккумуляторы я отвественности не несу :(.

В архиве - схема в формата Splan6, исходник на С для CodeVisionAVR и файл прошивки charger.hex . Fuse bits микроконтроллера установлены на тактирование от внутреннего RC генератора 8 МГц.

Александр Куценко.

  1. Ридико Л. И. Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов
  2. Atmel AVR Application Notes. AVR450: Battery Charger for SLA, NiCd, NiMH and Li-Ion Batteries
  3. StartCD.narod.ru

uu5jkb.narod.ru

Автоматическое зарядное устройство для автомобильнык аккумуляторов, Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, Зарядное устройство из компьютерного блока питания на PIC контроллере

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫК АККУМУЛЯТОРОВ.

Казалось бы, нет ничего проще зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов. применяемых в автомобилях: собрал источник стабильного тока величиной 0,1C, и заряжай на здоровье. Но, к сожалению, при таком подходе практически невозможно вовремя закончить заряд, т.к. неизвестна реальная ёмкость батареи, зависящая от множества факторов.
схема || продолжить

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО АККУМУЛЯТОРА.

Срок службы автомобильного аккумулятора зависит не только от качества изделия, но и от правильной эксплуатации. Заряжать аккумуляторы необходимо 2-4 раза в год. Причем необходимо перед зарядкой тренировать аккумулятор методом 2х-3х кратного разряда-заряда. Заряд при этом можно так же проводить десульфатнрующим способом, т.е. 30 сек. заряжается током 0.1С, 10 сек. разряжается током 0,01 С.
схема || продолжить

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗ КОМПЬЮТЕРНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ.

Приведена схема и методика переделки блока питания от отслужившего свой век ПК в мощное устройство для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, практически любой емкости, зарядным током до 12 А. Для переделки подойдет любой исправный компьютерный блок питания АТХ или AT мощностью 350 Вт и более, собранный на микросхеме TL494 или ее аналоге.
схема || продолжить

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ PIC12F675.

Данное зарядное устройство автоматизирует процесс зарядки аккумуляторов. Если аккумулятор не разряжен до напряжения 1 В, оно проведет его разрядку до этого напряжения и только потом начнется зарядка. По ее окончании ЗУ проверит работоспособность аккумулятора и, если он неисправен, подаст соответствующий сигнал. ЗУ предназначено для одновременной независимой зарядки трех Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов типоразмера АА или AAA током 0.23 А.
схема || продолжить

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ.

Зарядное устройство предназначено для зарядки и разрядки током от 0.02 до 1,0 А Ni-Cd, Ni-MH, Li-ion и Pb-Acid (герметичные свинцово-кислотные) аккумуляторов и батарей с номинальным напряжением от 1,2 до 12 В. Оно отличается от аналогичных наличием цифровой индикации режима зарядки и разрядки, что позволяет контролировать их ход и оценивать состояние аккумуляторов и батарей в процессе эксплуатации.
схема || продолжить || архив

ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ NI-CD И NI-MH АКК.

В процессе эксплуатации портативных радиостанций возник вопрос, как изменилась со временем ёмкость их аккумуляторных батарей и можно ли её восстановить. Причинами её уменьшения были связанные со спецификой их использования отклонения от правильных алгоритмов зарядки. Для решения этой задачи потребовалось собрать устройство для испытания батарей и уменьшения вызванного неправильной эксплуатацией эффекта памяти.
схема || продолжить

СХЕМА АВТОМАТИКИ ДЛЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА.

СХЕМА АВТОМАТИКИ ДЛЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА У автолюбителей в эксплуатации находится множество простейших ЗУ, самодельных и промышленных. Эти ЗУ можно усовершенствовать, дополнив этой схемой. Узел автоматки на мк обеспечивает зарядку 12- и 6-вольтовых кислотных аккумуляторов емкостью до 80 А-ч от неавтоматизированного ЗУ или блока питания 16... 17 В мощностью >110 Вт.
схема || продолжить

УМНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО.

Умное зарядное устройство с функцией измерения емкости предназначено для автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов от 45 А*ч и выше. Работает полностью в автоматическом режиме, не требует никаких настроек и регулировок, а также наблюдения и контроля. После подключения само определяет: нужен заряд - включится заряд; не нужен - будет контролировать напряжение аккумулятора сколь угодно долго и периодически включать заряд, чтобы содержать аккумулятор всегда готовым к работе.
схема || продолжить|| архив

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТРЕХ АККУМУЛЯТОРОВ.

Схема УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТРЕХ АККУМУЛЯТОРОВ Это устройство было разработано для использования на катере, электрооборудование которого имеет три аккумуляторные батареи по 12 В. Устройство контролирует напряжение на каждом из этих аккумуляторов, а также их токи разряда и заряда во время подзарядки от ЗУ и выводит эти показания на жидкокристаллический индикатор, а также выдает звуковой сигнал при разряде какого-либо аккумулятора ниже допустимого значения.
схема || продолжить

mimik.esy.es

Очень простое зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов (на м/с MAX713)

Описываемое зарядное устройство для аккумуляторов позволяет заряжать просто, качественно, а главное - быстро. В нем применяется микросхема MAX713 от компании MAXIM. Это специализированная микросхема, заточенная именно под зарядку указанных типов аккумуляторов.

MAX713 позволяет

Заряжать Никель-Кадмиевые и Никель-МеталлоГидридные аккумуляторы в количестве от 1 до 16 штук одновременно. В режиме быстрого заряда регулировать ток заряда от С/3 до 4С, где С - емкость аккумулятора; В режиме медленного заряда доводить аккумуляторы до кондиции током С/16; Отслеживание состояния аккумулятора и автоматический переход от быстрого заряда к медленному; В отсутствии зарядного тока через микросхему "утекает" всего 5 мкА от аккумуляторов; Возможность отключения заряда по температурным датчикам или по таймеру;

Ниже показана схема зарядного устройства:

Принципиальная схема зарядного устройства для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов Вообще говоря, как мы помним еще со староглиняных времен, заряжать аккумуляторы рекомендовалось током 0,1 С, где С - емкость аккумулятора. Однако, с тех пор утекло много пива и производители научились делать более совершенные аккумуляторы, позволяющие учинять над собой такое безобразие, как быстрый заряд (Fast Charge).

Разумеется, чем больший зарядный ток используется в процессе зарядки, тем меньше времени нужно на эту самую зарядку. Однако, все же, увлекаться сильно не стоит - ток током, а долговечность аккумулятора тоже не последнее дело. Поэтому, в MAX713 реализован не только быстрый, но и медленный заряд (Trickle Charge), который включается по достижении аккумулятором полного заряда большим зарядным током.

Схема зарядного устройства, показанная выше позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000 мА/ч каждый, током С/2, то есть 500 мА. Имеется индикация включения питания - HL1 и индикация быстрого заряда - HL2. Аккумуляторы включаются последовательно. Входное напряжение должно быть равно 6 Вольтам.

Надо заряжать четыре аккумулятора сразу? И не 1000 мА/ч, а 1200?

Как я уже говорил, эта микросхема позволяет заряжать до 16 аккумуляторов, током до 4 С.

Итак, что же от нас требуется, чтобы спроектировать зарядное устройство под наши конкретные цели?

1. Определиться с зарядным током аккумуляторов. Неплохо было бы узнать, какой максимальный зарядный ток рекомендует производитель. Ну а если не узнали, тогда уж на свой страх и риск. Для начала, я бы не стал превышать С/2.

2. Решить сколько аккумуляторов нужно заряжать одновременно. После этого, согласно таблице 1 определить, куда припаивать выводы PGM0 и PGM1. Разумеется, чтобы не перепаивать каждый раз микросхему, нужно предусмотреть переключатель, если нужно заряжать разное количество аккумуляторов.

3. Подобрать входное напряжение на зарядное устройство.

Оно может быть рассчитано по формуле: U=2+(1,9×N), где N - количество аккумуляторов. Но это напряжение не может быть меньше 6 Вольт. То есть, если вы будете заряжать даже один аккумулятор - входное напряжение должно составлять 6 Вольт.

4. Определить мощность выходного транзистора, после чего по справочнику подобрать подходящий.

Мощность определяется так: P=(Uin - Ubatt)×Icharge, где: Uin - максимальное входное напряжение; Ubatt - напряжение заряжаемых аккумуляторов - суммарное, разумеется; Icharge - зарядный ток.

5. Посчитать сопротивление R1.

R1 = (Vin-5)/5 - сопротивление получается в кОм'ах, чтобы получить Ом'ы надо посчитанное значение умножить на 1000.

6. Определить сопротивление R6.

R6=0,25/Icharge, если Icharge подставляется в амперах, сопротивление мы получим в Омах, если в миллиамперах, то в килоомах.

Выбираем время заряда

Это нужно для того, чтобы в случае неисправного аккумулятора, зарядное устройство не гоняло его, бедолагу бесконечное число часов, а отключило по таймеру, даже если аккумулятор и не зарядился. Для выбора времени заряда пользуемся таблицей 2. И прикручиваем ноги PGM2 и PGM3 согласно этой таблице. Разумеется, не забудьте учесть при этом зарядный ток, который был выбран, а то может случиться так, что устройство отключится раньше, чем зарядится аккумулятор.

www.radiokot.ru

dinistor.info