ГлавнаяРазноеЗарядное устройство для ni mh аккумуляторов своими руками

Автоматическое устройство для разряда аккумулятора - Восстанавливаем NiMH аккумуляторы. Зарядное устройство для ni mh аккумуляторов своими руками


Зарядное устройство Ni-MH аккумуляторов, совмещенное с блоком питания 2,4 В

Для зарядки Ni-MH батарей, а также питания цифрового фотоаппарата, плеера и других устройств работающих на аккумуляторах такого типа поможет блок питания со стабилизированным напряжением на выходе 2,4 В с током нагрузки до 1000 мА.

Подзарядка Ni-MH аккумуляторов происходит стабилизированным током примерно 300 мА и длится около 7 часов. По исходу времени ток заряда уменьшается примерно до 20 мА. В таком случае можно без опасения оставлять батареи подключенные к блоку зарядки на длительное время и при этом гарантировано отдача электроэнергии будет более полной.

Принципиальная схема зарядки Ni-MH аккумуляторов:

Зарядное устройство Ni-MH аккумуляторов

Стабилизатор тока и напряжения выполнен на интегральном регулируемом стабилизаторе DA1 (КР142ЕН12), таймер, определяющий время зарядки аккумуляторов, собран на специализированной ("часовой") микросхеме DD1 (К176ИЕ12). Режим работы блока определяется положением переключателя SA1. В положении "1" устройство работает как источник питания. При этом резистор R10 соединен с общим проводом выпрямителя, а стабилизатор DA1 - с выходом блока. Выходное напряжение зависит в основном от сопротивления резисторов R9, R10 (сопротивление резистора R7 ввиду малости можно не учитывать) и определяется (в вольтах) из выражения Uвых = 1,2(R10/R9+1).

В положении "2" переключателя SA1 устройство работает в режиме зарядки Ni-MH аккумуляторов. В этом случае к общему проводу выпрямителя подключен таймер на микросхеме DD1, к выходу (через диод VD8) - стабилизатор тока на DA1. Ток стабилизации Iст (в амперах) рассчитывают по формуле Iст = 1,2/R7, где R7 - сопротивление резистора R7 в Омах.

Время зарядки Ni-MH аккумуляторов определяется частотой сетевого напряжения и коэффициентами деления счетчиков микросхемы DD1 и составляет примерно (при частоте 50 Гц) 7,1 ч. При подключении блока к сети в режиме стабилизации тока счетчики микросхемы DD1 устанавливаются в нулевое состояние цепью C3R5. На выходе микросхемы (вывод 10) появляется низкий логический уровень, который разрешает работу задающего генератора и удерживает транзистор VT1 в закрытом состоянии. Если к выходу блока подключены аккумуляторы, ток зарядки, протекая через резистор R7, создает на нем падение напряжения, равное примерно 1,2 В. В результате открывается транзистор VT2 и светится светодиод HL2. При отсутствии контакта в цепи подключения аккумуляторов светодиод HL2 не светится.

По истечении заданного времени на выходе счетчика появляется уровень лог 1, через диод VD7 блокируется вход задающего генератора, и счет прекращается. Одновременно открывается транзистор VT1, и управляющий вывод стабилизатора DA1 соединяется с общим проводом. В таком режиме напряжение на выходе стабилизатора не превысит 1,4... 1,5 В. Поскольку напряжение на заряжаемых аккумуляторах выше этого значения, зарядка прекращается. Отсутствие тока через резистор R7 приводит к тому, что транзистор VT2 закрывается и светодиод HL2 гаснет.

По окончании зарядки аккумуляторная батарея остается подключенной к выпрямителю через диод VD5 и резистор R4. Ток подзарядки I (в амперах) определяется выражением I = (Uс1 - 3)/R4, где Uс1 - выходное напряжение выпрямителя в вольтах, R4 - сопротивление резистора R4 в Омах.

При пропадании сетевого напряжения таймер питается от заряжаемой батареи через резистор R4. Поскольку импульсы сетевого напряжения на вход задающего генератора в этом случае не поступают, счетчик останавливается. Ток, потребляемый таймером, незначителен, что позволяет оставить аккумуляторы подключенными к зарядному устройству на длительное время. Диоды VD5 и VD8 предотвращают разрядку батареи через низкоомные элементы устройства. Если зарядка Ni-MH аккумуляторов к моменту пропадания сетевого напряжения не завершилась, с появлением его она продолжится и продлится в общей сложности заданное время.

В блоке применены резисторы МЛТ, конденсатор С1 - малогабаритный импортный, остальные - КМ-6. Вместо диодов КД208Б можно использовать любые другие с предельно допустимым током не менее 0,7 А, остальные диоды - любые кремниевые, транзисторы - любые маломощные кремниевые соответствующей структуры со статическим коэффициентом передачи тока h31Э не менее 50.

Сетевой трансформатор Т1 - от блока питания радиотелефона с выходным напряжением 12 В при токе 500 мА (его вторичная обмотка удалена и намотана снова тем же проводом, сложенным вдвое).

Печатная плата зарядного устройства Ni-MH аккумуляторов со стороны элементов:

Печатная плата зарядного устройства Ni-MH аккумуляторов (со стороны элементов)

Печатная плата зарядного устройства Ni-MH аккумуляторов со стороны выводов:

Печатная плата зарядного устройства Ni-MH аккумуляторов (со стороны выводов)

Скачать печатную плату зарядного устройства Ni-MH аккумуляторов в формате .lay можно в конце этой статьи.

Все элементы устройства, кроме трансформатора Т1, смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Конденсатор С1 установлен параллельно плате и приклеен к ней клеем "Момент". Интегральный стабилизатор DA1 снабжен небольшим П-образным теплоотводом с площадью охлаждающей поверхности примерно 8 см2. Собранный из исправных деталей блок питания в налаживании не нуждается.

Список файлов

zaryadka.lay

Печатная плата ЗУ Ni-MH аккумуляторов

  • Загрузок: 193
  • Размер: 66 Kb

imolodec.com

Зарядное устройство для аккумулятора NiMH

Схема данного устройства специально разрабатывалась для зарядки щелочных аккумуляторов. Необычное включение транзистора в каждом зарядном устройстве заставляет его генерировать колебания, периодически включаясь и выключаясь и, таким образом, перенося накопленный в конденсаторе заряд в аккумулятор. При напряжении на аккумуляторе, равном 1.37 В, оранжевый светодиод мигает приблизительно пять раз в секунду.

zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-shhelochnyh-akkumulyatorov

При полностью разряженном аккумуляторе частота вспышек выше, но в процессе зарядки она постепенно снижается, а при заряженном элементе вспышки прекращаются. Вынимать аккумулятор из устройства необязательно, поскольку по окончании зарядки оно переходит в режим капельного подзаряда, удерживая напряжение в районе 1.6 В. Для установки правильного напряжения вы должны подключить новый неиспользованный элемент и, вращая подстроечный резистор, добиться появления генерации, после чего слегка повернуть регулировочный винт обратно до срыва генерации.

С этого момента зарядное устройство для аккумулятора будет готово к работе. В устройстве необходимо использовать только указанные на схеме транзисторы, светодиоды соответствующих цветов и стабилитроны с указанными напряжениями, так как они задают конечное напряжение на элементе, и, кроме того, необходимо соблюдать ограничения по допустимой мощности рассеяния компонентов. В схему была также добавлена простейшая цепь для зарядки 9-вольтовых аккумуляторов, заряжающая батарею примерно до 9.3 В. В процессе зарядки зеленый светодиод не горит и включается полностью, когда напряжение на аккумуляторе приближается к своему конечному значению.

Хотя на схеме изображены только два канала, трансформатора мощностью 2.5 ВА вполне достаточно для одновременной зарядки четырех элементов. Для минимизации влияния одной схемы на другую они не имеют никаких общих цепей, кроме сетевого трансформатора, для балансировки нагрузки которого одна половина зарядных устройств получает питание во время положительной полуволны сетевого напряжения, а другая половина — во время отрицательной. Удостоверьтесь, что вы используете транзисторы с большим коэффициентом передачи тока, такие как ВС337-25, а еще лучше — ВС337-40.

В некоторых случаях из-за разброса параметров транзисторов может получиться так, что добиться генерации схемы вам не удастся. Тогда используйте стабилитроны с чуть большим напряжением — 7.5В вместо 6.8 В, а оранжевые светодиоды замените зелеными. Для того чтобы схема работала правильно, напряжение, измеренное на вторичных обмотках трансформатора, должно равняться 9.5 В. Устройство пригодно для зарядки любых щелочных элементов.

Аккумулятор типоразмера АА или 9-вольтовая батарея заряжаются в течение одного дня, а для большого аккумулятора типоразмера D может потребоваться до нескольких дней. Лучше всего не допускать полного разряда элемента или батареи, а заряжать их понемногу и чаще, хотя понятно, что это достаточно неудобно. Не пытайтесь перезаряжать полностью разряженный аккумулятор или аккумулятор даже с малейшими признаками повреждения. Наилучшие результаты получаются с батареями, в которых еще остается хотя бы 70% заряда. Чем дольше разряжалась батарея, теме с меньшей эффективностью будет происходить ее перезаряд.

Устройство было испытано также с NiMH аккумуляторами. Несмотря на то, что профиль заряда этих элементов сильно отличается от профиля щелочных аккумуляторов, схема прекрасно работает и с ними, если только вы не оставляете аккумуляторы в зарядном устройстве, что может стать причиной перезаряда, особенно в случае малогабаритных элементов. Сетевой трансформатор должен соответствовать напряжению, используемому в вашей стране. Обычно это 230 В или 115 В.

www.radiochipi.ru

Автоматическое устройство для разряда аккумулятора

Автоматическое устройство для разряда аккумулятора - Восстанавливаем NiMH аккумуляторыПоводом к этой статье послужило появление двух аккумуляторов для шуруповерта «Bosch» NiMH 14.4V, 2.6Ah. Эти аккумуляторы были заменены на новые, в связи с их отказом работать после двух-трех лет практического бездействия. Хранение аккумуляторов происходило в кейсе, в комнатных условиях, с полным зарядом на «родном» ЗУ, после редкого использования. При очередном извлечении из кейса для срочной работы, аккумулятор шуруповерта отдал все свои силы за 5-7 минут. Через такое же время заряда, ЗУ сообщило, что заряд полный. И так по кругу, на все время работы. Второй дублирующий аккумулятор повел себя аналогично. После естественной замены, они попали ко мне.

Никель-металлогидридная аккумуляторная батарея шуруповерта с рабочим напряжением 14,4 вольта, набираются из 12 отдельных элементов с типовым напряжением 1,2 вольта, соединённых последовательно. Но разные элементы при производстве получают определённый разброс характеристик. У одних ёмкость больше, а у других меньше. В результате постоянной зарядки в связке, элементы с меньшей емкостью постоянно перезаряжаются. Из-за этого идёт их быстрая деградация. Батарейки с меньшей емкостью также будут деградировать и при разрядке. Они разряжаются раньше, чем остальные элементы, а дальнейшая разрядка приводит к их глубокому разряду. Из-за этого, при неисправности NiMH аккумулятора для шуруповёрта, обычно выходит из строя один или несколько элементов аккумуляторной батареи, а за ними следуют другие. Поэтому, основная задача при ремонте аккумулятора шуруповёрта, это определение вышедших из строя элементов. А в дальнейшем, восстановление аккумулятора шуруповёрта возможно выполнить простым набором исправных элементов из основной и запасной батареи или попыткой восстановления некоторых элементов для комплектации батареи.

В интернете высказывается мнения, часто противоречивые, по способам восстановления таких аккумуляторов. Многие считают это просто бесперспективным или малоэффективным из-за малого срока службы после реставрации. Но так как указанные выше аккумуляторы имели малое число циклов заряд-разряд , фактически эксплуатировались под нагрузкой лишь незначительное время, решил опробовать возможность их поэлементного анализа и по возможности восстановления. Возможно удастся собрать запасной аккумулятор для шуруповерта или использовать «выжившие» элементы в других самоделках, требующих отдачи высокого разрядного тока в короткое время.

Для определения ненадежных элементов батареи:1. Разобрал корпус аккумулятора шуруповерта (4 винта) и извлек из него блок последовательно соединенных банок (12 штук) NiMH элементов аккумулятора.

2. Убрав верхнюю и нижнюю изолирующие прокладки, освободил для контакта пластины, соединяющие полюса элементов.

3. Осмотр элементов аккумулятора не выявил ни каких внешних дефектов (вмятины, вздутия, подтеки, коррозия) которые могли бы влиять на работу аккумулятора.

4. Для правильной эксплуатации NiMH аккумуляторов рекомендуется поддерживать рабочее напряжение на элементах в пределах 1,2─1,4 вольта, допускается снижение до 0,9 -1,0 вольта. Измерил напряжение на каждом элементе батареи с помощью мультиметра. Разброс напряжений на всех элементах батареи оказался в пределах 1,01...1,24 вольта (т.е. в пределах нормы для разряженного аккумулятора), но аккумулятор в шуруповерте практически не работает.

5. Повторил пп. 1 – 4 на втором аккумуляторе для шуруповерта. Результат аналогичный.

6. Для выявления проблемы, провел сравнительные замеры отдаваемого каждым элементом тока, на внутреннем сопротивлении шунта мультиметра. Кратковременные замеры показали, что 4 элемента из 24 могут отдавать ток более 1 ампера, а остальные - менее 0,2 ампера. Другими словами, только 4 элемента из всех имели некоторую емкость и короткое время поддерживали работу шуруповерта.

7. Для работ по попытке восстановления малоемких элементов и зарядке работающих, разобрал блоки NiMH аккумуляторов. Для этого разрезал обычными ножницами перемычки, соединяющие элементы. При возможном применении в дальнейшем, соединение элементов пайкой остатков перемычек не будет проблемой.

8. Четыре отобранных элемента, имеющих некоторую емкость, маркированы и готовы к экспериментам.

9. Для восстановления или отбраковки отдельных элементов, необходимо зарядить элемент током 0,5...1,0С (быстрый заряд) до номинальной емкости, ограничив заряд по расчетному времени. Но для расчета времени, требуется знать ёмкость и начальный заряд элемента батареи. Поэтому, для исключения в расчетах неизвестного начального заряда, нужно предварительно разрядить восстанавливаемую батарею. Проверку емкости заряженного элемента также можно проверить его разрядом, контролируя ток и время разряда.

В связи с перечисленным, первым этапом для определения характеристики батареи будет разряд элемента на постоянной нагрузке, с контролем по минимальному остаточному напряжению 0,9...1,0 вольта, для исключения глубокого разряда. С током всё просто - чем меньше ток разряда, тем полнее разряд и эффективнее процесс, но при этом растет время заряда. Никель-металлогидридные батареи могут отдавать большой ток, но не рекомендуется при разряде устанавливать значения, больше 0,5С. Это приводит к сокращению числа циклов заряд-разряд и уменьшению срока службы. В итоге, примем ток разряда 100 ма.

10. Для разряда элементов аккумулятора собираем простую схему, позволяющую контролировать процесс разряда по свечению светодиода.

Для обеспечения зажигания светодиода, в устройство устанавливаем одновременно два элемента соединенных последовательно. Каждый из них, разряжается на свою цепочку из сопротивления (определяющего ток разряда) и диодов (определяющих минимальное напряжение на элементе аккумулятора в пределах 0,9...1,0 вольта). Это минимальное напряжение на элементе получается автоматически. Окончание цикла разряда при выключении светодиода.

11. Подбираем детали согласно схеме и собираем ее на кусочке текстолита вырезанного из универсальной монтажной платы.

12. Подключаем два элемента последовательно, в соответствие с полярностью, не забывая подключить среднюю точку (белый провод) и наблюдаем за свечением светодиода. По длительности разряда возможно ориентироваться о емкости элемента аккумулятора.

13. Емкость элемента можно измерить, разрядив полностью заряженный аккумулятор. Для этого нужно засечь время разрядки и умножить его на ток разряда. Это и будет емкость, которую нужно сравнить с номиналом. Некоторые устройства, например, iMAX-B6 проводят измерения в автоматическом режиме. Мы поступим более экономичным путем. Так как для оценки возможности применения элементов аккумулятора, нам достаточно приблизительных значений емкости, мы проведем периодические замеры на двух элементах с крайними характеристиками.

14. При периодическом измерении тока в контрольном процессе разряда на приведенном устройстве, предварительно разряженного и полностью заряженного элемента аккумулятора (пп. 9...12), возможно увидеть разницу между элементами, что отражено в графике

График 1 (красная линия) отражает процесс разряда отобранных по замерам элементов (п.8), имеющих первоначально некоторую емкость. В соответствии с замерами и расчетами, емкость этого элемента аккумулятора около 95 мачасов, что составляет 44% от номинальной емкости. В связи с нестабильностью тока разряда, расчет выполнялся суммированием составляющих емкостей за небольшие периоды времени разряда (10-15 мин) следующих друг за другом. Ток разряда принимался средним, между началом и концом каждого из периодов.

График 2 (зеленая линия) показывает процесс разряда элемента с минимальной первоначальной емкостью. Замеры и расчет выполнены аналогично. Емкость этого элемента около 50 мачасов (23%). Характер падения разрядного тока резко отличается от предыдущего и указывает на малую емкость элемента.

Графики показывают, что потенциальную емкость элемента аккумулятора, с целью отбраковки, возможно определить в течении первых 20-30 минут контрольного разряда по величине падения разрядного тока. А также, несмотря на один полный цикл разрядки и расчетной зарядки элемента отслужившего аккумулятора, без дополнительных мер восстановления, его емкость практически не восстанавливается.

Причиной значительного падения емкости никель-металлогидридных элементов может быть эффект памяти. Он проявляется при циклах неполного разряда и последующего заряда. В результате такой эксплуатации аккумулятор «запоминает» всё меньшую нижнюю границу разряда, из-за чего уменьшается ёмкость. Часть активной массы аккумуляторной батареи выпадает из процесса.

Для устранения этого эффекта рекомендуется регулярно проводить восстановление или тренировку аккумуляторов. Для этого, по приведенной выше схеме, проводится разрядка и затем полный процесс зарядки. Рекомендуется сделать несколько таких циклов.

Другим способом восстановления NiMH аккумуляторов – пропускание через них тока короткими импульсами. Ток должен быть в десятки раз выше значения емкости элемента. При этом разрушаются дендриты и аккумулятор как бы «обновляется». Далее проводится его тренировка в виде нескольких циклов заряд-разряд.

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

usamodelkina.ru

Анатолий Беляев (Mr.ALB) - персональный сайт

Электроника. Источники питания

Зарядное устройство для аккумуляторовNi-MH типа Size 9V

Аккумуляторы Ni-MH типа Size 9V используются вместо батареек Крона и им подобных. У меня в прошлом году возникла необходимость создать простое зарядное устройство из доступных радиоэлементов. Сейчас делюсь своей разработкой, может быть кому и пригодится.

Описание схемы

Ниже на Pic 1 приведена схема зарядного устройства. Общая схема зарядного устройства строится по принципу безтрансформаторной схемы питания.

!ВНИМАНИЕ! НЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ! При повторении конструкции будьте внимательны и осторожны!

На входе блока питания зарядника стоят гасящие конденсаторы С1 и C2. Их ёмкость позволяет подавать в устройство ток до 100 мА. Замечу, что предельные токи не желательны, так как общее напряжение на схеме управления снизится и она не будет функционировать. Оптимальные токи заряда следует устанавливать до 50 мА.

* Cоздал удобный вычислитель гасящего конденсатора. Если есть интерес поэкспериментировать со схемой, то можно рассчитать этот конденсатор под требуемые условия. Расчёт позволяет быстро ориентироваться на возможностях безтрансформаторной схемы блока питания. Значения частоты и напряжения сети можно задавать любые другие, к примеру, 60 Гц и 110 В.

Расчёт гасящего конденсатора

©2016-07-06 Mr.ALB

Параллельно конденсаторам подключен резистор R1 - для их разряда после отключения зарядника от сети ~220 В. Переменное напряжение после гасящих конденсаторов выпрямляется мостом из четырёх диодов VD1-VD4, которое накапливается на фильтрующем конденсаторе C3. Резистор R2 во входной цепи ограничивает бросок тока в момент включения зарядника в сеть. Далее за конденсатором C3 в цепи установлен балластный резистор R3 (можно не устанавливать, его роль будет выполняться компонентами входной цепи) за которым следует аналог мощного стабилитрона, выполненный на элементах VT1, R4, C4, VD5. Этот стабилитрон настроен так, чтобы на его выходе было напряжение около +13.5 В, которое необходимо для работы зарядного устройства.

Схема зарядника
Pic 1. Схема зарядника для аккумуляторов Ni-MH типа Size 9V

Схема зарядного устройства состоит из двух блоков*:

  • Блок контроля зарядного напряжения. Позволяет отключать заряжаемый аккумулятор при достижении на нём предельного напряжения. Собран на компараторе DD1 и ключе VT2 с сопутствующими элементами. Где: VD7 стабилизирует опорное напряжение на R6, с помощью которого выставляется пороговое напряжение отключения заряда на выводе 9 DD1. На вход 8 DD1 подаётся напряжение сравнения с делителя R12-R13.
  • Блок источника тока заряда аккумулятора. Собран на элементах VD7(ИОН*), VT3-VT4 (регулирующий элемент ИТ*), R11 (задаёт ток заряда), R12-R13 (делитель напряжения для компаратора).

Светодиод VD6 зелёного цвета – индикатор работы устройства. Светодиод VD7 – индикатор тока заряда. Если аккумулятор к заряднику не подключен, то VD7 не горит. При подключении аккумулятора VD7 загорается и сигнализирует о зарядке. В момент совпадения напряжений на входе 8 и 9 DD1, напряжение на его выходе 14 принимает значение низкого уровня и ключ на транзисторе VT2 отключает работу источника тока. Зарядка завершена.

Значение порогового напряжения выбирается так, чтобы на аккумуляторе было +9.8 В. Вообще этот тип аккумулятора имеет 7 банок. Каждая банка номинально имеет 1.25 В и позволяет безопасно заряжаться до напряжения 1.36 В. Предельное значение при зарядке не должно превышать 1.4 В. Это для одной банки, тогда для всей батареи предельное напряжение будет:

U_заряда_max = 1.4 * 7 = 9.8 В (1)

Ток заряда аккумулятора выставляется с помощью R11 (использовал тип СП5-3). Обычно аккумуляторы Ni-Cd, Ni-MH заряжаются током 0,1С*. Продолжительность зарядки будет 14 часов. Можно несколько ускорить заряд, повысив ток заряда. Если будете использовать зарядное устройство на более высоких токах, то желательно транзисторы VT1 и VT4 установить на небольшие радиаторы.

Расчёт времени заряда

©2016-07-05 Mr.ALB

Ниже на фото показана реализация данного устройства.

Сборка проведена навесным монтажом на двух макетных платах из электротехнического картона. Смысла разводить печатную плату я не вижу. Устройство единичное и нет смысла терять время на плату. Если сделать корпус из ABS то устройство будет вполне законченным и удобным в пользовании.

Pic 2. Стенд для проверки устройства

Замечу, что стенд в некотором роде универсальный, позволяет проводить проверку разных небольших устройств имеющих сетевое питание ~220 В.

Далее на плате, на фото ниже, собран безтрансформаторный блок питания зарядника. Видно, что использовал резисторы 0,5 Вт в параллеле. Это и мощность повышает и сопротивление получаю необходимое.

Pic 3. Плата безтрансформаторного блока питания

Далее плата самого зарядника. Светодиоды впаяны по месту, но если делать корпус, конечно их нужно будет вывести на него.

Pic 4. Плата зарядника

А это моя аккумуляторная батарейка, для которой всё и затевалось. Несколько видов.

Pic 5. Аккумуляторная батарейка. Разные виды

В заключение можно сказать, что все детали доступны и устройство легко повторяется. Показанная конструкция может быть выполнена гораздо более компактно, если использовать планарные детали и вместо выпрямительного моста из диодов 1N4007 использовать выпрямительный мост, к примеру, MB6S.

И ещё можно добавить, что созданное зарядное устройство вполне хорошо может заряжать и другие типы небольших аккумуляторов. Достаточно выставить требуемый ток заряда.

2016-07-05. Ссылка на статью: #3

mralb.ru

Выбираем зарядное устройство для Ni-Mh (никель-металлогидридных) аккумуляторов.

Сегодня Вы узнаете как не попасться на уловки маркетологов и выбрать хорошее зарядное для никель-металлогидридных аккумуляторов.

Выбор зарядного устройства для Ni-Mh аккумуляторов гораздо более важный вопрос нежели кажется на первый раз. Сейчас вы и сами в этом убедитесь. Эта статья не будет агитировать ни за одну фирму производителя, только жесткие критерии выбора зарядного устройства, для качественного и полного заряда никель-металлогидридных аккумуляторов.

На полках супермаркетов электроники десятки различных автоматических зарядных устройств для заряда Ni-Mh АКБ, однако реально зарядить на 100% емкости аккумулятор способны единицы! Приведу пример: стоит красивая упаковка с надписью Ultra fast 1 Hour (в переводе: сверхбыстрое з/у время заряда 1 час) берем коробок с з/у в руки и читаем на обратной стороне: устройство анализирует изменение напряжения, изменение температуры аккумулятора, защита по таймеру, ток заряда 800мА. Вот Вам и крутая автоматика! Получается микроконтроллер, установленный в данном зарядном устройстве лимитирует время заряда 1 часом, по истечении которого заряд останавливается! Что мы имеем по итогу: за один час аккумулятор сможет принять всего 0,8Ач емкости. Для справки: разряженому аккумулятору емкостью 2700 мАч необходимо сообщить порядка 3700мАч для 100% заряда. Вот и получается АКБ новые, зарядное новое, а по итогу — 10 снимков фотоаппарата и он отключился. Почему так? Потому, что когда проектировалось данное зарядное устройство аккумуляторов выше 800mAh еще не было.

Идем далее! При заряде последовательно соединенных аккумуляторов, отключение заряда произойдет, когда один из них зарядится и на нем будет зафиксировано падение напряжения. Далее эта пара аккумуляторов ставится, допустим, в цифровой фотоаппарат, в котором автоматика его отключает по достижению контрольной суммы напряжения элементов питания. Если в цифровике используется 2 АКБ, он отключится, когда сумма напряжений на 2 элементах достигнет 2,2 Вольта. Что мы имеем: при заряде один из аккумуляторов недозарядился, при использовании он же первым и начал снижать напряжение. Далее опять ставим на заряд, и снова на менее разряженом аккумуляторе первым сработает скачек напряжения. После 10 таких циклов мы увидим снижение количества снимков с одного заряда, это результат разбалансировки пары АКБ.

Преамбула окончена, переходим к непосредственно критериям выбора зарядного для Ni-Mh аккумуляторов:

  1. Наличие 4-х независимых каналов заряда. Не возможность заряжать 4 АКБ сразу, а именно 4 независимых канала. Это позволит избежать разбалансировки аккумулятора, т.к. для каждого элемента дельта V будет определена индивидуально.
  2. Если в зарядном устройстве есть ограничение таймером, убедитесь что при указанном на упаковке токе заряда, за время ограниченное таймером аккумулятор успеет принять 140% емкости.
  3. Наличие функции отключения заряда по дельта V (DV -изменение напряжения на элементе) и по дельте T (DT-изменение температуры аккумулятора).

Вот, впринципе, и все, что нужно знать перед тем, как идти за покупкой. Перед покупкой внимательно читайте все характеристики на этикетке!

Возможно вам будет интересны следующие статьи: как сделать самодельное зарядное устройство для «АА» и «ААА» аккумуляторов и как сделать самодельное usb зарядное устройство из фонаря

Самоделкин

Самоделкин

Живу в Мире самоделок, размещаю статьи которые присылают читатели. Иногда пишу на темы: полезные самоделки для дома и самоделки для радиолюбителей.

Самоделкин
Новые самоделки автора Самоделкин (Смотреть все)

samodelka.info

Устройство для быстрой зарядки Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов « схемопедия

Описываемое в статье устройство предназначено для ускоренной зарядки батарей Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов экспоненциально уменьшающимся током. К его достоинствам можно отнести возможность выбора времени зарядки в пределах от 45 мин до 3 ч, простоту изготовления и налаживания, отсутствие нагрева аккумуляторов в конце зарядки, возможность визуального контроля процесса зарядки, автоматическое восстановление процесса при отключении и последующем включении электропитания, удобство пользования. Устройство можно использовать в качестве стенда для снятия зарядно-разрядных характеристик аккумуляторов.

При зарядке большим неизменным током (0,5Е и более, где Е – емкость аккумулятора) аккумулятор начинает нагреваться после 75…80%-ного заряда, причем Ni-MH аккумуляторы нагреваются больше, чем Ni-Cd [1]. После полной зарядки аккумулятора температура ускоренно возрастает [1], и если этот процесс вовремя не остановить, то он завершается воспламенением или взрывом аккумулятора. Рекомендуемая температура прекращения зарядки – +45 °С [2]. Однако этот критерий годится только как аварийный: сочетание перезарядки с перегревом снижает емкость аккумулятора и, следовательно, сокращает срок его службы.

Достижение определенного напряжения на аккумуляторе также не является удовлетворительным критерием окончания процесса. Дело в том, что его значение, соответствующее полной зарядке, заранее неизвестно, так как зависит от температуры и “возраста” аккумулятора. Ошибка в несколько милливольт приводит к тому, что зарядка аккумулятора никогда не закончится или завершится слишком рано [3].

При зарядке неизменным током легко контролировать заряд – он прямо пропорционален длительности процесса. В частности, его величину можно установить равной номинальной емкости аккумулятора. Но с течением времени его емкость уменьшается и в конце срока службы составляет примерно 80 % номинала. Поэтому ограничение заряда номинальной емкостью не гарантирует отсутствия перезарядки и перегрева аккумуляторов и, следовательно, не может быть единственным критерием окончания зарядки.

Самый сложный критерий окончания процесса – момент, когда напряжение на аккумуляторе достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Максимальное напряжение на аккумуляторе соответствует полной зарядке, но в [2] показано, что оно является следствием нагрева аккумулятора в процессе восстановления заряда. Величина максимума очень мала, особенно у Ni-MH аккумуляторов (около 10 мВ), поэтому для его обнаружения применяют АЦП или преобразователи напряжения в частоту [2]. При зарядке батареи максимум напряжения разных ее элементов достигается в разное время, поэтому желательно контролировать каждый из них отдельно. К тому же встречаются аккумуляторы с аномальной зарядной характеристикой, на которой этот максимум отсутствует. Иначе говоря, контроль только напряжения недостаточен, необходимо еще контролировать и температуру, и величину заряда, пропущенного через батарею.

Таким образом, при зарядке батареи большим неизменным током необходимо контролировать каждый ее элемент по нескольким критериям, что усложняет зарядное устройство. Лишь зарядка малым током (не более 0,2Е) не вызывает аварийного перегрева аккумуляторов даже при большой перезарядке. В этом случае состояние каждого элемента контролировать не нужно, зарядное устройство получается очень простым, но и недостаток его очевиден – длительное время зарядки.

Существуют зарядные устройства, в которых первоначально большой зарядный ток уменьшается с течением времени [4-6]. В этом случае также не нужно контролировать состояние каждого элемента батареи. Но в этих устройствах отсутствует контроль величины заряда, а в качестве критерия полной зарядки используется достижение определенного напряжения, что, как упомянуто выше, не является удовлетворительным.

В [7] описано зарядное устройство, в котором аккумуляторная батарея заряжается как конденсатор от источника неизменного напряжения через резистор. В этом случае зарядный ток теоретически должен уменьшаться с течением времени по экспоненте с постоянной времени, равной произведению эквивалентной емкости аккумулятора на сопротивление этого резистора. На практике же зависимость тока зарядки от времени отличается от экспоненциальной, так как эквивалентная емкость и выходное сопротивление источника изменяются в процессе зарядки. Но даже если пренебречь указанным отличием, то важнейший параметр – постоянная времени зарядки – неизвестен, вследствие чего невозможен контроль пропущенного через аккумулятор заряда. Поэтому зарядка оканчивается опять же по достижению определенного напряжения.

В предлагаемом устройстве ток зарядки в форме экспоненциально уменьшающегося импульса выбран потому, что его легко реализовать с помощью простейшей RC-цепи. Завершается он естественным образом, в результате чего отпадает необходимость в таймере, отключающем аккумуляторы по прошествии заданного времени, заряд ограничен, даже если аккумуляторы находятся в зарядном устройстве длительное время. Существенно, что ток зарядки вырабатывается генератором тока, поэтому его значение и форма не зависят ни от напряжения на аккумуляторах, ни от нелинейности их зарядных характеристик.

В процессе зарядки ток через аккумуляторы I экспоненциально уменьшается:

    I = I0ехр(-t/T0), (1)

где t — время; I0 — начальный ток зарядки; Т0 — постоянная времени зарядки. При этом каждый аккумулятор получает заряд q, который оценивается выражением

    q = I0Т0[1 – ехр(-t/Т0)] = (I0 – I)T0. (2)

Графики зависимостей I и q от времени t представлены на рис. 1.

Рис.1. Зависимости I и q от времени t

Видно, что за время 3Т0 заряд достигает значения 0,95I0T0 и далее приближается к значению I0Т0. Рекомендуется выбирать значения I0 и Т0 по формулам

    I0 = nЕ, Т0 = 1 ч/n, где n = 1, 2, 3, 4. (3)

Самое удобное значение n = 1. Начальный ток зарядки в этом случае равен электроемкости Е, время зарядки – 3 ч. (Практически можно оставить аккумуляторы в зарядном устройстве на ночь, и к утру они будут полностью заряжены). Если такое время зарядки слишком велико, значение п увеличивают. При n = 2 оно составит 1,5ч при начальном токе зарядки 2Е. Такой режим пригоден для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Увеличение п до 3 уменьшает время зарядки до 1 ч, но начальный ток зарядки возрастает до 3Е. Наконец, при n = 4 время зарядки сокращается до 45 мин, а начальный ток зарядки увеличивается до 4Е. Значения n, равные 3 и 4, допустимы для Ni-Cd аккумуляторов, так как их внутреннее сопротивление мало (менее 0,1 Ом). Что касается Ni-MH аккумуляторов, то их внутреннее сопротивление в несколько раз больше, поэтому большой ток может их разогреть в начале зарядки, что недопустимо. Значения n больше 4 применять не рекомендуется. Можно выбрать I0 на 5% больше, чем определенный по формуле (3). Тогда точное время зарядки составит 3 ч/n, а дальнейшая 5%-ная перезарядка несущественна.

Принцип действия устройства иллюстрирует рис. 2.

Рис.2.

Конденсатор емкостью С1, предварительно заряженный до напряжения U0, разряжается через усилитель тока А1 с входным сопротивлением Rin и коэффициентом усиления по току Кi. Ток во входной цепи усилителя Iin определяется выражением

    Iin = U0exp(-t/RinC1)/Rin.(4)

Ток в выходной цепи усилителя I = КiIin заряжает аккумуляторную батарею GB1:

    I = КiU0ехр(-t/RinС1)/Rin = SU0 exp(-t/RinС1),(5)

где S = Ki/Rin – крутизна усиления усилителя, если его рассматривать как преобразователь напряжения в ток. Сравнивая (2) и (5), имеем

    T0 = RinC1,I0 = KiU0/Rin = SU0. (6)

Удобно выбрать U0 = 1 В, С1 = 1000 мкФ, тогда из (3) следует, что Rin = 3,6 МОм/n,

    S = nЕ, Кi = SRin = 3600000E.(7)

Например, при Е = 1 Ач и n = 1 должны быть следующие параметры: Rin = 3,6 МОм, S = 1 А/В, Кi = 3600000 = 131 дБ.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 3. Усилитель тока собран на ОУ DA2.1 и транзисторах VT2 и VT3. Напряжение питания ОУ стабилизировано микросхемой DA1. Узел на транзисторе VT1 контролирует величину этого напряжения. Когда оно в норме, этот транзистор открыт, через обмотку реле К1 течет ток, контакты реле К1.1 замкнуты, светодиод HL1 светится, сигнализируя о нормальной работе устройства. Выключателем SA1 выбирают режим зарядки: постоянным током (когда его контакты замкнуты) или экспоненциально уменьшающимся (когда они разомкнуты). Резисторы R2 и R3 образуют делитель напряжения. Напряжение на движке переменного резистора R3 определяет ток зарядки. В режиме “Постоянный” это напряжение через резистор R1 и замкнутые контакты реле К1.1 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Его выходной ток усиливается транзисторами VT2, VT3 и устанавливается таким, чтобы напряжения на резисторах R11 и R5 стали одинаковыми. Коэффициент усиления по току Ki = R5/R11 и при указанных на схеме номиналах примерно равен 107, а крутизна преобразования напряжения в ток S = 1/R11 = 3 А/В.

Рис.3. Принципиальная схема устройства

В режиме “Уменьшающийся” (контакты выключателя SA1 разомкнуты) конденсатор С2 емкостью 1000 мкФ разряжается через резистор R5 с постоянной времени, выбранной по формуле (3). Экспоненциально уменьшающийся ток через этот конденсатор усиливается ОУ DA2.1 и транзисторами VT2, VT3 и заряжает аккумуляторы, подключенные к разъему Х1 (“Выход”). Диод VD2 предотвращает их разрядку при отключении напряжения питания. Амперметр РА1 служит для контроля текущего значения тока зарядки. Конденсатор С5 предотвращает самовозбуждение устройства. Резисторы R4, R8-R10 – токоограничительные. Они защищают ОУ и транзистор VT2 в аварийных ситуациях, например, при обрыве резистора R11 или пробое транзистора VT3, предотвращая выход из строя остальных элементов.

При отключении питания в режиме зарядки уменьшающимся током транзистор VT1 закрывается и реле размыкает контакты К1.1, предотвращая дальнейшую разрядку конденсатора С2. Светодиод HL1 гаснет, сигнализируя об отключении питания. С восстановлением питания транзистор VT1 открывается, реле К1 замыкает контакты К 1.1 и зарядка аккумуляторов автоматически продолжается с того значения тока, при котором он был прерван. Светодиод HL1 снова загорается, сигнализируя о возобновлении зарядки. Нажатием на кнопку SB1 можно кратковременно прекратить зарядку при снятии зарядных характеристик. При этом конденсатор С4 предотвращает проникание сетевых наводок на вход ОУ.

    Устройство собрано на универсальной печатной плате и размещено в корпусе размерами 310x130x180 мм. Аккумуляторы типоразмера АА размещают в желобе на верхней крышке корпуса. Контактные гнезда выполнены в виде отрезков ленты из луженой жести, которые прижимаются к аккумуляторам пружиной от стандартного отсека для элемента типоразмера АА. Через пружину ток не идет. Следует отметить, что имеющиеся в продаже пластмассовые отсеки пригодны лишь при токе, не превышающем 500 мА. Дело в том, что ток, протекающий через контактные пружины, разогревает их, при этом нагреваются и аккумуляторы. Уже при токе 1 А пружины нагреваются настолько, что расплавляют стенку пластмассового корпуса отсека, делая его дальнейшее использование невозможным.

    Транзистор VT3 установлен на ребристом теплоотводе с площадью поверхности 600 см2, диод VD2 – на пластинчатом теплоотводе площадью 50 см2. Резистор R11 составлен из трех соединенных параллельно резисторов МЛТ-1 сопротивлением 1 Ом. Все сильноточные соединения выполнены отрезками медного провода сечением 3 мм2, которые припаяны непосредственно к выводам соответствующих деталей.

    ОУ К1446УД4А (DA2) можно заменить микросхемой К1446УД1А или другой из этих серий, но из двух ОУ нужно выбрать тот, у которого напряжение смещения меньше. Второй ОУ может быть использован в составе термочувствительного моста [8] для аварийного отключения аккумуляторов при их перегреве во время зарядки постоянным током (при зарядке уменьшающимся током перегрев аккумуляторов не наблюдался). В случае использования ОУ других типов следует иметь в виду, что в данной конструкции питание его однополярное, поэтому он должен быть работоспособен при нулевом напряжении на обоих входах.

    Микросхема КР1157ЕН601А (DA1) заменима стабилизатором этой серии с индексом Б, а также микросхемой серии К1157ЕН602, однако у последней иная “цоколевка” [9].

    Транзистор VT1 – любой из серии КП501, VT2 должен иметь статический коэффициент передачи тока базы h31Э не менее 100. Транзистор КТ853Б (VT3) отличается тем, что его h31Э превышает 1000. В качестве VT2, VT3 можно использовать транзисторы других типов, но общий коэффициент усиления по току должен превышать 100000.

    Конденсатор С2, задающий постоянную времени зарядки Т0, должен иметь стабильную емкость, необязательно равную указанной на схеме номинальной, так как требуемое значение Т0 устанавливают при налаживании подбором резистора R5. Автор использовал оксидный конденсатор фирмы Jamicon с большим запасом по напряжению (в 25 раз).

    Реле К1 – герконовое EDR2h2A0500 фирмы ЕСЕ с напряжением и током срабатывания соответственно 5 В и 10 мА. Возможная замена – реле отечественного производства КУЦ-1 (паспорт РА4. 362.900).

    Амперметр РА1 должен быть рассчитан на максимальный ток зарядки (в авторском варианте применен прибор М4200 на ток 3 А). Предохранитель FU1 – самовосстанавливающийся MF-R300 фирмы BOURNS [10].

    Налаживание устройства сводится к установке необходимого значения постоянной времени зарядки Т0, выбранного по формуле (3). Сопротивление резистора R5 выбирают равным Rin по формуле (7), полагая, что емкость конденсатора С2 точно равна 1000 мкФ. Вместо аккумуляторов включают цифровой амперметр. Перед включением питания, как при зарядке аккумуляторов, так и при налаживании устройства, движок переменного резистора R3 переводят в нижнее (по схеме) положение и замыкают контакты выключателя SA1 (это необходимо для разрядки конденсатора С2). Затем включают питание и, перемещая движок резистора R3, устанавливают начальный ток I0 около 1 А. Далее SA1 переводят в положение “Уменьшающийся”. Через время Т1 (примерно равное Т0) измеряют ток I1. Скорректированное значение сопротивления резистора R5* вычисляют по формуле R5* = R5[ln(I0/I1)]. В заключение устанавливают резистор R5 сопротивлением, равным этому скорректированному значению.

    Аккумуляторы перед зарядкой необходимо разрядить до напряжения 1…1.1 В, чтобы исключить их перезарядку и проявление эффекта памяти [2]. Если при разрядке аккумуляторы нагрелись, то перед зарядкой их следует охладить до температуры окружающей среды (0…+30 °С [2]). Прежде чем подключать аккумуляторы к зарядному устройству, необходимо убедиться в том, что оно обесточено, движок резистора R3 находится в нижнем (по схеме) положении, a SA1 – в положении “Постоянный”. Далее, соблюдая полярность, устанавливают аккумуляторы, включают питание и с помощью переменного резистора R3 устанавливают начальный ток I0 по формуле (3). После этого переводят SA1 в положение “Уменьшающийся”, и через время 3Т0 аккумуляторы готовы к использованию.

    Для питания устройства необходим источник напряжения от 8 до 24 В, можно нестабилизированного. Одновременно можно заряжать от одного до десяти элементов. Минимальное напряжение питания с учетом пульсаций должно составлять 2 В на элемент плюс 4 В (но в указанных пределах).

    Устройство можно использовать в качестве стенда для снятия не только зарядных, но и разрядных характеристик аккумуляторов. В последнем случае исследуемый аккумулятор должен быть подключен к устройству в обратной полярности. Напряжение на его электродах необходимо постоянно контролировать вольтметром. Не следует допускать изменения его полярности, чтобы не вызвать аварийного разрушения аккумулятора. По этой причине не рекомендуется таким образом разряжать батарею из нескольких последовательно соединенных элементов, так как можно пропустить момент выхода из строя элемента с наименьшей емкостью.

Источники

  1. Новые виды аккумуляторов (“За рубежом”). – Радио, 1998, №1, с. 48, 49.
  2. Немного о зарядке никель-кадмиевых аккумуляторов (“За рубежом”). – Радио, 1996,№7, с. 48,49.
  3. Нечаев И. Ускоренная зарядка аккумуляторов. – Радио, 1995, №9, с. 52, 53.
  4. Алексеев С. Зарядные устройства для Ni-Cd аккумуляторов и батарей. – Радио, 1997,№1, с. 44-46.
  5. Долгов О. Зарубежное зарядное устройство и его аналог на отечественных элементах. – Радио, 1995, №8, с. 42, 43.
  6. Дорофеев М. Вариант зарядного устройства. – Радио, 1993, №2, с. 12, 13.
  7. Ткачев Ф. Расчет термочувствительного моста. – Радио, 1995, №8, с. 46.
  8. Бирюков С. Микросхемные стабилизаторы напряжения широкого применения. – Радио, 1999, №2, с. 69-71.
  9. Самовосстанавливающиеся предохранители MULTIFUSE фирмы BOURNS. – Радио, 2000, №11, c. 49-51.

Автор: М.ЕВСИКОВ, г. Москва

shemopedia.ru