Меню

Схема зарядное устройство для одного ni cd или ni mh

Схема зарядное устройство для одного ni cd или ni mh

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Очень простое

Автор:
Опубликовано 16.05.2006

Так, товарищи. Сейчас мы с вами будем заряжать аккумуляторы, просто, качественно, а главное — быстро. Для чего воспользуемся микросхемой MAX713 от компании MAXIM. Это специализированная микросхема, заточенная именно под зарядку указанных типов аккумуляторов.

Итак, что же она умеет — подходите ближе, сейчас увидите.
Итак 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 5мкА от аккумуляторов;
  • возможность отключения заряда по температурным датчикам или по таймеру;

Ну и хватит — и так вон сколько получилось.
Как обычно, чтобы разговаривать предметно, смотрим на схему:

Вообще говоря, как мы помним еще со староглиняных времен, заряжать аккумуляторы рекомендовалось током 0,1С, 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).
«It»s okey», говорят они — вы можете заряжать наши аккумуляторы гораздо большим током — главное не превышать значение 4С, иначе может случиться big-bada-bum.

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, показанная выше позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000мА/ч каждый, током С/2, то есть 500мА.
Имеется индикация включения питания — HL1 и индикация быстрого заряда — HL2.
Аккумуляторы включаются последовательно.
Входное напряжение должно быть равно 6 вольтам. Вы еще тут? А ну бегом за паяльником!

Что? Вам надо заряжать четыре аккумулятора сразу? И не 1000мА/ч, а 1200?
Ну ладно, тогда не бежим за паяльником, а слушаем дальше.

Как я уже говорил, эта микросхема позволяет заряжать до 16 аккумуляторов, током до 4С. 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=(U in — U batt )*I charge ,
    где:
    U in — максимальное входное напряжение,
    U batt — напряжение заряжаемых аккумуляторов — суммарное, разумеется,
    I charge — зарядный ток.
  5. Посчитать сопротивление R1. R1=(V in -5)/5 — сопротивление получается в килоомах, чтобы получить Омы надо посчитанное значение умножить на 1000.
  6. Определить сопротивление R6. R6=0.25/I charge Если I charge подставляется в амперах, сопротивление мы получим в Омах, если а миллиамперах, то в килоомах. Не теряйтесь.
  7. 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.

Собственно говоря и все. Дальше будут таблицы.

Таблица 1. Задание количества заряжаемых аккумуляторов.

Количество аккумуляторов

Соединить PGM 1 с…

Соединить PGM 0 с…

Источник



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

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 = Iехр(-t/T), (1)
где t — время; I — начальный ток зарядки; Т — постоянная времени зарядки. При этом каждый аккумулятор получает заряд q, который оценивается выражением
q = IТ[1 — ехр(-t/Т)] = (I — I)T. (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 3Т заряд достигает значения 0,95IT и далее приближается к значению IТ. Рекомендуется выбирать значения I и Т по формулам
I = nЕ, Т = 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 I на 5% больше, чем определенный по формуле (3). Тогда точное время зарядки составит 3 ч/n, а дальнейшая 5%-ная перезарядка несущественна.

Читайте также:  Фонарь блик 700 с зарядным устройством

Принцип действия устройства иллюстрирует рис. 2.

Конденсатор емкостью С1, предварительно заряженный до напряжения U, разряжается через усилитель тока А1 с входным сопротивлением Rin и коэффициентом усиления по току Кi. Ток во входной цепи усилителя Iin определяется выражением
Iin = Uexp(-t/RinC1)/Rin. (4)

Ток в выходной цепи усилителя I = КiIin заряжает аккумуляторную батарею GB1:
I = КiUехр(-t/RinС1)/Rin = SU exp(-t/RinС1), (5)
где S = Ki/Rin — крутизна усиления усилителя, если его рассматривать как преобразователь напряжения в ток. Сравнивая (2) и (5), имеем
T = RinC1, I = KiU/Rin = SU. (6)

Удобно выбрать U = 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 10 7 , 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 см 2 , диод VD2 — на пластинчатом теплоотводе площадью 50 см 2 . Резистор R11 составлен из трех соединенных параллельно резисторов МЛТ-1 сопротивлением 1 Ом. Все сильноточные соединения выполнены отрезками медного провода сечением 3 мм 2 , 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 h21Э не менее 100. Транзистор КТ853Б (VT3) отличается тем, что его h21Э 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 Т, должен иметь стабильную емкость, необязательно равную указанной на схеме номинальной, так как требуемое значение Т устанавливают при налаживании подбором резистора R5. Автор использовал оксидный конденсатор фирмы Jamicon с большим запасом по напряжению (в 25 раз).

Реле К1 — герконовое EDR2H1A0500 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 Т, 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 I около 1 А. Далее SA1 переводят в положение «Уменьшающийся». Через время Т1 (примерно равное Т) измеряют ток I1. Скорректированное значение сопротивления резистора R5* вычисляют по формуле R5* = R5[ln(I/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 I по формуле (3). После этого переводят SA1 в положение «Уменьшающийся», и через время 3Т 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.

Источник

Зарядное устройство для Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторов

В настоящее время в большом количестве портативной электронике огромнейшую популярность набирают Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторы, которые буквально заполонили рынок. В связи с этим, возникает необходимость их зарядки. Да, безусловно, на том же рынке имеется множество зарядных устройств, специализирующихся на данном типе аккумуляторов, но иногда хочется собрать своими руками и с самоудовлетворением пользоваться.

Читайте также:  Профессиональное зарядное устройство bosch

В этой статье будут представлены две схемы зарядных устройств для Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторов, которые были предложены И. Нечаевым в журнале Радио 2020 №6.

Автор схемы предлагает для создания данного типа зарядного устройства применить импульсный понижающий DC-DC преобразователь напряжения. Такое решение я считаю рациональным, так как использование линейных стабилизаторов в зарядном устройстве будет сопровождаться потерями в связи с их низким КПД. Это будет иметь большое значение при питании зарядного устройства от портативного аккумулятора (Power Bank).

Схема зарядного устройства для двух NiMh или NiCd аккумуляторов

Схема зарядного устройства для двух Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторов

Схема выполнена на основе интегрального импульсного понижающего DC-DC преобразователя ST1SO3. Его особенностью является частота переключения 1.5МГц, что обеспечивает малые габариты дросселя L1.

Основные технические характеристики ST1S03

Входное напряжение ….. +3…16В

Максимальное выходное напряжение …. +5В

Выходной ток ….. до 1.5А

Максимальная температура …. 150 0 C

Микросхема ST1SO3 является не такой уж и распространенной, но, по словам автора, они в достатке применялись в старых CD приводах и жестких дисках.

На схеме имеется опечатка, вместо TL341 должно быть обозначение TL431.

Выходное напряжение зарядного устройства устанавливается значением потенциала на выводе обратной связи (FB) микросхемы DA1 с помощью потенциометра R2.

Потенциометр R3 устанавливает порог срабатывания светодиода HL1 при окончании процесса зарядки. Он засвечивается, когда аккумуляторы заряжены.

Начальный ток заряда, при полностью разряженных аккумуляторах, устанавливается подбором резистора R1.

Когда аккумуляторы заряжены полностью или не подключены к зарядному устройству, то практически все выходное напряжение падает на резисторах R2 и R3 и через резистор R1 протекает минимальный ток. В этот момент, со среднего вывода R3 снимается напряжение, которое поступает на вход DA2, в данный момент это напряжение будет превышать порог (2.5В) срабатывания TL431 и она откроется, засветив светодиод HL1.

При подключении разряженных аккумуляторов к выводам XT1-XT4, через резистор R1 начнет протекать ток заряда, и на нем будет падать часть выходного напряжения, а на резисторах R2 и R3 падение снизится до напряжения разряженных аккумуляторов. Говоря проще, выходное напряжение зарядного устройства останется постоянным, но распределится между резистором R1 и параллельно соединенными резисторами R2 и R3. Потенциал на входе микросхемы DA2 снизится ниже ее порога срабатывания и светодиод HL1 перестанет светиться.

По мере заряда аккумуляторов, напряжение на R2 и R3 будет расти, а протекающий через резистор R1 ток будет снижаться.

Схема зарядного устройства для одного NiMh или NiCd аккумулятора

Схема зарядного устройства для одного Ni-Mh и Ni-Cd аккумулятора

Начинка и принцип работы схемы зарядного устройства для одного Ni-Mh или Ni-Cd аккумулятора схожи с устройством на два аккумулятора, представленного ниже.

Резистором R4 устанавливается выходное напряжение зарядного устройства, до которого будет заряжен аккумулятор. Максимальный ток заряда устанавливается подбором сопротивления R3 (при 8.2Ом ток = 100мА).

Схема индикации заряда работает следующим образом. При полностью заряженном или отключенном от зарядного устройства Ni-Mh или Ni-Cd аккумуляторе ток через резистор R2 протекает минимальный, и на нем практически нет падения напряжения. Транзистор VT1 закрыт и светодиод HL1 не засвечен. При подключении к устройству разряженного аккумулятора, через R2 начинает течь ток заряда, при этом на нем образуется падение напряжения, вследствие которого открывается транзистор VT1 и светодиод засвечивается. Подбором сопротивления R2 устанавливается ток, при котором гаснет светодиод HL1 и аккумулятор считается заряженным.

Компоненты

При токе заряда более 150мА автор схемы рекомендует заменить VT1 на КТ814 или КТ816.

Все резисторы, примененные для вышеописанных схем, SMD типа и имеют типоразмеры 1206, 0805. Керамические конденсаторы также SMD типоразмера 1206.

Дроссель применяется готовый, с индуктивностью 3.3мкГн, для поверхностного монтажа.

Эскизы печатных плат и расположения элементов

Источник

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов на 4 канала

Лет пять назад мной был приобретен фотоаппарат Nikon Coolpix L320, который работает на четырех батарейках/аккумуляторах типа АА. По началу использовал только алкалайновые батарейки, но их хватало на пару десятков снимков, а дальше фотоаппарат отказывался работать, поэтому в целях экономии и стабильной работы, решился на покупку качественных Ni-Mh аккумуляторов Fujitsu 2000 mAh HR-3UTC EX без эффекта памяти с технологией LSD (низкий саморазряд) и высокой токоотдачей, что идеально подходит для зарядки фотовспышки.

Для зарядки аккумуляторов поначалу использовал зарядное устройство ATABA AT-308, которое покупалось очень давно, но качество зарядного устройства меня не устраивало.


Решено было сделать собственное зарядное устройство в корпусе АTABA AT-308, но с другой принципиальной схемой, которая включала бы в себя контроль заряда аккумулятора и визуальный контроль окончания заряда

Материалы:
микросхема LM324;
микросхема MC34063;
микросхема TL431 (регулируемый прецизионный стабилитрон);
микросхема LM317;
транзистор КТ815 (NPN транзистор);
светодиоды 5 шт;
резистор 0,5 Ом;
резистор 10 Ом 2Вт;
резистор 27 Ом;
резистор 39-51Ом;
резистор 180 Ом;
резистор 470 Ом;
резистор 750 Ом;
резистор 1 кОм;
резистор 2 кОм;
резистор 3 кОм;
резистор 8,2 кОм;
резистор 10 кОм;
резистор 36 кОм;
диод 1N4007;
диод Шотки 1N5819;
дроссель;
конденсатор не полярный 0,1 мкФ;
конденсатор не полярный 470 пФ;
конденсатор оксидный 100 мкФ;
конденсатор оксидный 470 мкФ.

Инструменты:
паяльник, припой, флюс;
электродрель;
лобзик;
сверла.

Пошаговая инструкция изготовления зарядного устройства для Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов

Сердцем зарядного устройства является микросхема LM324, в корпусе которой расположено четыре независимых друг от друга операционных усилителя.

Схема рассчитана на зарядку одного аккумулятора, поэтому я буду собирать устройство на четыре канала на микросхеме LM324, при этом цепочка R5-R6-R7-R8-TL431 будет общей для всех каналов. Инверсные входы LM324 объединяются и соединяются с R5. Напряжение на выходе (на аккумуляторах при зарядке) установлено 1,46 В с помощью регулируемого прецизионного стабилитрона TL431 и резисторов R6 и R7.

Ток заряда устанавливается резистором R3 и при значении 5 Ом, составляет порядка 260 мА, что незначительно превышает 0,1С для моего случая. Уменьшение номинала R3 приведет к повышению тока заряда пропорционально. Для получения требуемого тока я соединил параллельно два резистора по 10 Ом (не было нужного номинала). Мощность резисторов 2Вт.

Транзистор КТ815 возможно заменить на полный зарубежный аналог BD135 или другой, подобрав по характеристикам. У меня получилось 2 шт. КТ815, КТ817 и BD135

Об окончании заряда аккумуляторов сигнализирует светодиод. По мере заряда светодиод будет слабее светить до полного затухания в конце заряда. Светодиоды поставил сверхяркие 5 мм .
Кроме того зарядное устройство ATABA AT-308 предполагало зарядку 2 шт батарей 6F22 («Крона»), а так как я использую одну такую для питания мультиметра, то решил параллельно создать простенькую схему для заряда током 25-30 мА.

Первая часть схемы основана на микросхеме MC34063, которая будет преобразовывать 5В от блока питания, который я буду использовать для своей зарядки, в 10,5-11В. Это самое простое решение в моем случае, особенно при ограниченном пространстве для монтажа радиокомпонентов.

Для получения требуемого выходного напряжения необходимо подобрать резисторы делителя напряжения. В сети полно онлайн калькуляторов для этой микросхемы, если не хочется вести пересчет вручную.

Вторая часть схемы собрана на интегральном линейном стабилизаторе напряжения, а моем случае — тока, LM317L c выходным током до 100 мА. Собранный по такой схеме стабилизатор выполняет функцию стабилизации тока, что при зарядке аккумулятора является важной. Регулировка зарядного тока осуществляется подбором резистора R6, расчет которого можно посмотреть в даташите на микросхему либо рассчитать на онлайн калькуляторе. У себя поставил 51Ом для тока заряда 25 мА. Светодиод HL1 и резистор R5 выполняют роль узла индикации процесса заряда.

Поскольку схема должна была встать в корпусе АTABA AT-308, то пришлось разводить печатную плату с учетом «особенностей» корпуса, а именно — контактные площадки аккумуляторов, монтажные отверстия и индикаторные светодиоды должны были остаться на своих местах.

Зарядное устройство выполняет свою функцию — заряжает аккумуляторы током приблизительно 0,15С, что рекомендуется (допускается) большинством производителей аккумуляторов Ni-Mh и Ni-Cd. Для АА типа зарядный ток составляет 260 мА, для 6F22 («Крона») — 25 мА.

В качестве доработки схемы можно предусмотреть установку дополнительного резистора R3 другого номинала с переключателем, для выбора требуемого тока заряда. Ну это для тех, кто будет заряжать аккумуляторы другой ёмкости либо не готов заряжать 10 часов, у меня особого выбора не было — место в корпусе было ограничено! Кроме того Ni-Mh и Ni-Cd не очень «любят» перегрев при заряде, поэтому рекомендую учитывать эту особенность при выборе значения зарядного тока.

Безусловным плюсом данного зарядного устройства является независимый заряд каждого в отдельности аккумулятора, что гарантирует полный его заряд, чего нельзя утверждать при заряде последовательно соединенных аккумуляторов .

Источник

Как правильно заряжать Ni-cd и Ni-mh аккумуляторы

Как правильно заряжать Ni-cd и Ni-mh аккумуляторы

Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы – два основных вида щелочных химических источников тока для автономного питания различной аппаратуры. Они сходны по своей структуре. В качестве электролита используется щёлочь, в качестве катода — оксид никеля.

Первым был изобретён Ni-cd. Этой технологии более ста лет. NI-MH широко применятся в бытовых устройствах, начали только в 90-х годах двадцатого века. Массовое появление на рынке более ёмких (NI-MH) батарей поначалу вызвало настоящий фурор. Но потом выявились и недостатки.

  1. Особенности и применение Ni-cd батарей
  2. Зарядка ni cd аккумуляторов
  3. Основные правила заряда никель кадмиевых аккумуляторов
  4. Особенности и применение NI MH аккумуляторов
  5. Заряд никель металлогидридных аккумуляторов
  6. Зарядные устройства и методы заряда
  7. NI-MH аккумуляторы с низким саморазрядом
  8. Правила заряда NI MH

Особенности и применение Ni-cd батарей

По сравнению с металлогидридными батареями, Ni-cd имеют два главных недостатка. Это меньшая ёмкость и эффект памяти. Эффектом памяти называют “запоминание” батареей нижнего предела разряда. Той есть, если такую батарею разрядить не полностью, длительность работы в следующем цикле будет меньше на эту самую величину от полного разряда до того предела, который “запомнил” аккумулятор. Чтобы “сбросить” память , нужно два-три раза полностью зарядить-разрядить такую батарею.

Читайте также:  Универсальное зарядное устройство для мобильных аккумуляторов лягушка при

Казалось бы, при таких свойствах, этот тип батарей должен уйти в небытие. Но этого не происходит. Благодаря двум другим свойствам этого типа батарей – высокая токоотдача и способность хорошо работать при отрицательных температурах.

Приблизительно 90% Ni-cd на сегодняшний день, это аккумуляторные сборки для электроинструмента, детских игрушек, электробритв, автономных пылесосов, медицинского оборудования и т.д. Применение в бытовом сегменте (вместо обычных первичных батареек) практически сведено к нулю.

Некоторые страны законодательно ограничивают использование Ni-cd элементов в связи с токсичностью кадмия. В новых устройствах их место занимают литий-ионные аккумуляторы с большой токоотдачей.

Зарядка ni cd аккумуляторов

Один элемент имеет номинальное напряжение 1,2V. При работе это значение может меняться от 1,35V (полностью заряжен) до 1V (полный разряд). У этих элементов есть одна интересная особенность, на которой завязан режим отключения в зарядном устройстве (если оно автоматическое). После набора ёмкости, напряжение на выводах несколько снижается на 50-70 mV. Такой скачок обозначают ΔV(дельта V). Зарядное реагирует на такое снижение и отсекает ток заряда.

На практике срабатывать по ΔV умеют только зарядные устройства среднего и продвинутого уровня. И часто приходится вручную просчитывать, как заряжать ni cd аккумуляторы.

Напряжение заряда любая зарядка будет выдавать из расчёта 1,5-1,6v на один элемент. А вот ток заряда может быть разным. Его всегда можно посмотреть на самом зарядном устройстве (как правило, с тыльной стороны).

Ёмкость аккумулятора нужно поделить на ток заряда и умножить на коэффициент потерь 1,4. Например, 1000mAh/200mA=5 часов*1,4 = 7 часов. Каким током заряжать? Номинальный ток заряда 0,1С, где С- ёмкость батареи. Для 1000mAh номинальным является ток 100mA. Время заряда в таком случае составит 14 часов. Не очень удобно. Почти всегда используется ускоренный режим 0,2-0,5С. Это несколько сокращает срок службы аккумуляторов, но повышает удобство использования.

Важно! Средний срок службы никель-кадмиевых аккумуляторов составляет 500 циклов заряд-разряд. Производитель заявляет, как правило, ДО 1000. Таких показателей можно достичь только в идеальных условиях и чётко выдерживая номинальные режимы работы.

Основные правила заряда никель кадмиевых аккумуляторов

  • перед зарядом аккумуляторы обязательно разрядить;
  • подключить зарядное устройство (или установить в него аккумуляторы при бытовом исполнении) и дождаться отключения при полном заряде;
  • в случае если зарядное не обеспечивает автоотключение, рассчитать необходимое время заряда и по его истечении произвести отключение;
  • хранить ni cd аккумуляторы в разряженном состоянии.

Особенности и применение NI MH аккумуляторов

Область применения металлогидридных батарей напрямую связана с их свойствами. Максимальная ёмкость при минимальном объёме позволила им занять место в той электронике, где одноразовые батарейки приходится менять очень часто. Это фотоаппараты, беспроводные мыши и клавиатуры, радиопульты, детские игрушки.

В основном используется два размера таких элементов – это АА и ААА. Использовать такие элементы можно в любом месте, где используются одноразовые батарейки. Но часто это не имеет экономического смысла (в том случае, если одноразовая батарейка служит в устройстве годами)

Номинальное напряжение ni mh аккумулятора 1,2v. С незначительным отклонением под нагрузкой такое напряжение держится в течение всего цикла работы батареи. Напряжение одноразовой батарейки в работе плавно падает от 1,5 до 1 вольта. Той есть 1,2-среднее значение. Это позволяет аккумулятору отлично заменять одноразовую батарейку в 99% случаев. Случаи, когда необходимо именно 1,5v для работы устройства единичные и часто “лечатся” сменой режима в меню устройства “батарейка/аккумулятор”.

Внимание! Максимальная ёмкость (физический предел) для аккумулятора АА составляет 2700mAh,для ААА 1000mAh.В случае, если на этикетке большее значение и “загадочное” название фирмы-изготовителя, перед вами гарантированный обман.

Эффект памяти при заряде никель металлогидридных аккумуляторов менее заметен, чем у Ni-cd элементов. Первые несколько лет массовых продаж производители размещали надпись “без эффекта памяти”. Впоследствии эту надпись убрали. Рекомендация “заряд после разряда” актуальна и для металлогидридных аккумуляторов.

Заряд никель металлогидридных аккумуляторов

Напряжение зарядки ni mh такое же, как и у никель-кадмиевых батарей. Зарядное устройство будет подавать на один элемент 1,5-1,6v. Ток заряда ni mh аккумуляторов может меняться от 0,1 до 1С. Но любой производитель бытовых батарей обязательно указывает на них свою рекомендацию этого параметра. Рекомендация производителей составляет 0,1С. Например для 2500mAh номинальный ток заряда ni mh аккумуляторов составляет 250mA. Время заряда номинальным током 14 часов. По той же формуле. Ёмкость/ток заряда, результат умножить на 1,4. При таком режиме можно рассчитывать на заявленное производителем, количество циклов. При ускоренном режиме срок службы уменьшается.

Металлогидридные батареи плохо переносят перегрев, глубокий разряд, сильный перезаряд. Перегрев может возникнуть при большом токе заряда, повышенном внутреннем сопротивлении. При сильном нагреве заряд следует прекратить. Глубокий разряд возникает при длительном неиспользовании элемента. При бездействии в течение года и более, аккумулятор, скорее всего, придётся заменить. Избыточный перезаряд случается при использовании зарядного устройства без функции отключения или неправильно просчитанном времени заряда.

Зарядные устройства и методы заряда

Зарядных устройств в продаже представлено огромное количество. В них реализованы разные схемы отключения или отключение не реализовано вообще. Можно легко их разделить на подвиды по внешнему виду.

  1. Простейшие. Включили в розетку — заряд пошёл, выключили – заряд закончен. Контроль над временем заряда лежит на пользователе. Такие устройства имеют право на существование с целью экономии средств. Необходимо лишь выбрать из них такое, которое будет заряжать каждый элемент отдельно. Если каналы заряда спарены, возникает перекос. Такой режим сокращает срок службы батарей. Отличить несложно. Количество светодиодных индикаторов должно совпадать с количеством каналов заряда.
  2. С надписью AUTO. Такая надпись говорит о том, что здесь реализовано отключение по таймеру. Обычно от 6 до 12 часов. Не самый плохой вариант. Перезаряда точно не будет. Но скорее всего не будет и полного заряда. В таком случае можно подобрать аккумуляторы именно под это зарядное устройство. Но корректной работа зарядного устройства будет первые 100-200 циклов.
  3. ΔV контроль. Если у производителя реализована эта функция, он обязательно напишет это на упаковке. Если надписи нет, зарядное устройство относится к пункту 2. С наличием ΔV контроля, зарядное устройство уже полноценно автоматическое. Не забываем о раздельной зарядке каждого канала (популярные лет 10-12 назад зарядные с индексом 508 имеют контроль ΔV, но воспринимают установленные в него аккумуляторы как одну батарею).
  4. С жидкокристаллическим дисплеем. Как правило, его наличие говорит о том, что реализовано всё, что перечислено выше и плюс температурный контроль. Зарядные устройства с дисплеем начального уровня не предполагают программирование режима и тока заряда, но со своей функцией — правильно заряжать ni mh батареи, справляются отлично.
  5. Зарядка – комбайн. Больше размером, чем в пункте 4. Предполагают программирование пользователем режимов и тока заряда. Если ничего не программировать в режиме “по умолчанию” заряжают батареи минимальным током и отключают заряд по ΔV контролю.

Чем более функциональное зарядное устройство, тем оно дороже. Но даже в дорогом исполнении, стоимость равна примерно 50 щелочным батарейкам. Окупаемость наступает достаточно быстро. Зарядное устройство такого класса обычно универсальное. И позволяет заряжать кроме никелевых аккумуляторов, ещё и литиево-ионные батареи. А также имеет функции измерения ёмкости, внутреннего сопротивления батарей, режим сброса эффекта памяти у никелевых аккумуляторов.

NI-MH аккумуляторы с низким саморазрядом

Это достаточно новая технология. Иногда применяется аббревиатура LSD. Что в переводе с английского “low self-discharge” – низкий саморазряд.

В продаже такие батареи появились чуть больше 10 лет назад и зарекомендовали себя очень хорошо. По сравнению с обычными аккумуляторами, они имеют более низкое внутреннее сопротивление и как следствие большие токи разряда. Ёмкость у них несколько ниже, чем у обычных NI-MH батарей. Но за счёт того, что у обычной батареи саморазряд в первые сутки около 10%, показывают себя не менее эффективно.

Отличить такой аккумулятор от обычного, достаточно несложно. На упаковке и на самом элементе будет присутствовать надпись “ready to use” т.е. “готово к использованию”. Продаются такие элементы уже заряженные. Это оптимальный выбор для любительской фотосъёмки, когда не стоит задача сделать несколько тысяч кадров за один день.

Правила заряда NI MH

Ответ на вопрос — как заряжать ni mh аккумуляторы зависит, прежде всего, от того, какое у пользователя зарядное устройство. Для того, чтобы заряжать правильно, достаточно придерживаться простых норм.

  • Перед зарядом, аккумуляторы желательно разрядить. Это не строгая норма в отличие от Ni-cd батарей, но желательная.
  • Температура окружающего воздуха должна быть не ниже 5 o C. Верхний предел температуры 50 o C. Такая температура может возникнуть летом при попадании прямых солнечных лучей.
  • Изучить функции зарядного устройства. Если оно не обеспечивает автоматическое отключение, рассчитать время заряда.
  • Установить батареи в зарядное устройство и подключить его к сети. Через некоторое время проверить степень нагрева аккумуляторов. В случае сильного нагрева, заряд прекратить.
  • Отключить зарядное устройство либо по истечении расчётного времени, либо после включения соответствующей индикации (зависит от типа зарядного устройства).
  • Хранить Ni-MH элементы заряженными на 10-20% ёмкости. Напряжение не должно падать ниже, чем 0,9v.

При правильном заряде никель металлогидридных аккумуляторов, служат они достаточно долго. От 500 до 1000 циклов заряд-разряд. Основная причина преждевременного выхода из строя – длительное неиспользование и как следствие глубокий разряд. Часто желание пользователей отказаться от технологии Ni-MH или Ni-cd и перевести всю свою технику на литий ионные батареи, совершенно не оправдано. Эти батареи прочно занимают своё место, как в бытовом сегменте, так и в промышленности.

Источник