Автоматичний зарядний пристрій Ni-Cd акумуляторних батарей. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Автоматичний зарядний пристрій Ni-Cd акумуляторних батарей. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи

Коментарі до статті

У пропонованій увазі читачів статті описано автоматичний зарядний пристрій, який, на думку автора, практично ідеально заряджає акумуляторні батареї Ni-Cd. Крім того, з його допомогою можна заряджати і батареї Ni-MH. В авторському варіанті пристрій розрахований на зарядку акумуляторної батареї з номінальною напругою 7,5 В та ємністю 1300 мА-год радіостанції Motorola GP1200. Для всіх бажаючих повторити цей прилад для заряджання інших батарей наведені формули розрахунку основних елементів.

Відомо [1], що Ni-Cd акумулятор вважають зарядженим, коли при підключеному зарядному пристрої (ЗП) напруга на ньому дорівнює 1,5 В. Після відключення ЗУ напруга швидко зменшується приблизно до 1,45-1,47 В. Перезаряджання неприпустиме оскільки це призводить до зниження терміну служби акумулятора.

Нормальне заряджання акумулятора можливе, якщо він розряджений до напруги в межах 1 ...1,1 В. При розрядці до напруги нижче зазначеного рівня скорочується термін служби акумулятора, а при більш високому значенні проявляється ефект пам'яті. Таким чином, перед заряджанням необхідно переконатися в тому, що акумулятор розряджений до зазначеної вище напруги.

Орієнтовний час зарядки обчислюють за формулою t=1,4С/I10, де t - час зарядки, год; С – ємність акумулятора, мАг; I10 - номінальний зарядний струм: 110 = С/10 мА; 1,4 - поправочний коефіцієнт, що враховує втрати, оскільки під час зарядки частина енергії незворотно перетворюється на тепло. Слід пам'ятати, що практично всі сучасні Ni-Cd акумулятори створені за більш досконалою технологією, тому поправочний коефіцієнт для них - приблизно від 1,1 до 1,2.

Отже, як зробити, щоб після закінчення зарядного циклу акумулятор не перезарядився і автоматично відключився від ЗУ Можна, наприклад, розрахувати час, необхідний для зарядки акумулятора, встановити зарядний струм і підключити реле часу. Проте таке рішення має негативні сторони. Як було зазначено вище, коефіцієнт поправки для конкретного акумулятора може трохи відрізнятися, що призведе до неправильного розрахунку часу і, як наслідок, до його недозарядки або перезарядки. Якщо акумулятор був повністю розряджений, ЗУ, реалізує такий спосіб, з великою ймовірністю перезарядить його. Якщо ж у процесі зарядки напруга в мережі живлення зникне, а потім знову з'явиться, реле часу скине свої показання і почне цикл заново, що знову призведе до гарантованої перезарядки. Зрештою термін служби акумулятора помітно зменшиться.

Розглянемо інший варіант. Якщо орієнтуватися на кінцеве значення напруги на акумуляторі 1,5 В, можна контролювати не час, а напруга на ньому і відповідно відключати від зарядного пристрою. Однак, як правило, однакових акумуляторів не буває і при зарядці батареї частина її елементів виявиться недозарядженим.

Якщо зняти зарядну характеристику батареї, можна виявити цікаву особливість: при перезарядженні напруга на виводах акумулятора зменшується. Залишається лише проконтролювати факт зменшення напруги та дати команду на відключення ЗУ.

Зупинимося на цьому детальніше. Розіб'ємо процес зарядки на три етапи. Перший етап - напруга на акумуляторній батареї (АБ) підвищується до рівня 1,5 на елемент. Тривалість цього етапу становить приблизно 80...90% загального часу.

Другий етап - напруга на АБ стає більше 1,5 на елемент. На цьому етапі відбувається найзагадковіший процес - деякі акумулятори заряджаються, а деякі зазнають невеликої перезарядки. Передбачити, якою буде напруга на батареї в цей момент, практично неможливо. Все залежить від ідентичності параметрів акумулятора. Помічено, що більше різняться параметри, тим вище піднімається напруга. Наприкінці цього процесу акумулятори в АБ практично однаково заряджені. Тривалість цього етапу становить приблизно 10...20% загального часу.

Третій етап - напруга на АБ зменшується і стає менше 1,5 на елемент. Заряджання закінчено.

Але що робити, якщо напруга на третьому етапі не стане менше 1,5 на елемент. Така ситуація дуже рідко виникає під час заряджання Ni-Cd, проте типова для Ni-MH акумуляторів. Є дуже простий вихід. Зазвичай другий етап для всіх сучасних акумуляторів триває трохи більше двох годин (точніше 1...2 год). Тому достатньо використовувати таймер, що відключає ЗП через дві години після початку другого етапу.

Розглянемо зарядку АБ від радіостанції Motorola GP1200, що складається із шести акумуляторів ємністю 1300 мАг. Її номінальна напруга, як і більшості батарей для радіостанцій цієї фірми, дорівнює 7,5 В. Слід враховувати наявність вбудованого в АБ захисного діода, включеного в зарядний ланцюг. Зазвичай падіння напруги цьому діоді становить близько 0,28 У. Розрахуємо параметри ЗУ для зарядки цієї АБ.

Номінальний зарядний струм I10 = 0/10 = 130 мА. Напруга спрацьовування компаратора 6-1,5 = 9 В. Додаємо до цього значення падіння напруги на захисному діоді: 9 + 0,28 = 9,28.

Поправочний коефіцієнт АБ фірми Motorola приблизно дорівнює 1,2. Максимальний час заряджання акумулятора становить t=1,20/I10=1,2-1300/130=12ч.

Схема ЗП показано на рис. 1.

(Натисніть для збільшення)

Пристрій складається з гріх основних вузлів: А1 - випрямляч з подвоєнням напруги та стабілізатор зарядного струму; А2 - компаратор, що керує токозадавальним тригером, і таймер зарядки; A3 - тригер, що визначає струм заряджання акумулятора.

Основні переваги запропонованого автоматичного ЗУ:

легко повторювано;
зібрано з доступних та недорогих елементів (вартість мікросхеми TL082-12 руб.);
забезпечує практично ідеальну зарядку, що гарантує тривалу роботу батареї;
має режим компенсації саморозрядження АБ;
має повний захист, не може перезарядити вже повністю заряджену батарею;
після декількох зарядних циклів параметри акумуляторів батареї стають близькими один до одного;
якщо на зарядку встановлена не повністю розряджена батарея, ЗУ автоматично визначить, скільки потрібно дозаряджати АБ (часто користуватися такою можливістю не рекомендую, оскільки починає виявлятися ефект пам'яті і, як наслідок, ємність батареї зменшиться);
просто в експлуатації, достатньо включити ЗУ і іноді змінювати акумулятори, що заряджаються.

Якщо АБ (GB1) підключено до ЗУ, на виході стабілізатора DA1 з'являється стабільна напруга 5 В. В результаті включається світлодіод HL3 сигналізує про підключення батареї до пристрою. Цією ж напругою живлять токозадавальний тригер, зібраний на транзисторах VT2-VT4. Через наявність конденсатора С6 напруга з урахуванням транзистора VT3 наростає повільніше, ніж основі транзистора VT4. Транзистор VT4 відкривається, резистор R14 підключається до стабілізатора струму DA1 і визначає зарядний струм першому етапі. Отже, включається світлодіод HL2 сигналізуючи про початок зарядки.

Коли напруга на АБ досягне значення 9,28, спрацює компаратор DA2.1, що призведе до відкривання транзистора VT2. В результаті напруга на базі транзистора VT4 різко зменшиться і тригер переключиться в інший стійкий стан транзистор VT4 закритий, а транзистори VT2 і VT3 відкриті. Це призводить до того, що струм зарядки тепер визначається опором паралельно включених резисторів R10 та R11. Неважко порахувати, що струм залишився тим самим. Звичайно, в результаті згасне світлодіод HL2 і загориться HL1, сигналізуючи про другий етап. Другий етап завершиться падінням напруги на акумуляторі, в результаті якого компаратор DA2.1 знову перемкнеться, згасне світлодіод HL1 і закриється транзистор VT2. Тепер зарядний струм визначається лише опором резистора R11. Заряджання закінчено.

Як показує практика, в результаті багаторазових і практично ідеальних зарядних циклів параметри акумуляторів в АБ вирівнюються і напруга наприкінці другого етапу прагне 1,5 на елемент, іноді не перевищуючи це значення. І тут компаратор, швидше за все, не спрацює. Тут у роботу входить таймер зарядки, зібраний на ОУ DA2.2. Конденсатор С5 задає час (приблизно дві години), через який перемикається таймер. Після цього транзистор VT2 закриється і, як було зазначено вище, струм зарядки, чисельно рівний приблизно 1/30 ємності АБ, буде визначатися опором резистора R11. Такий невеликий струм лише компенсує саморозряджання батареї. Теоретично у цьому режимі АБ може бути нескінченно довго.

Підстроювальним резистором R3 встановлюють поріг спрацювання компаратора DA2.1. Фактично компаратор живиться від несиметричної двополярної напруги, поріг його спрацьовування - перехід напруги на вході, що інвертує, через нуль. Компаратор розрахований так, що нижній поріг спрацьовування приблизно на 60 мВ менше від верхнього [2]. Це зроблено, щоб виключити "брязкіт" в момент перемикання транзистора VT2.

Живлять ЗУ від трансформатора, змінна напруга на вторинній обмотці якого дорівнює 12 В. На діодах VD1, VD2 і конденсаторах С1, С2 зібраний випрямляч з подвоєнням напруги - на його виході напруга близько 30 В якого цілком достатньо для зарядки АБ з десяти акумуляторів.

Якщо необхідно заряджати АБ іншої ємності та (або) з іншою напругою, параметри ЗП легко перерахувати. Для цього знадобляться три параметри: ємність, кількість акумуляторів в АБ та наявність (або відсутність) захисного діода.

Знаючи ємність, обчислюють номінальний зарядний струм. Виходячи з числа акумуляторів та наявності (або відсутності) захисного діода, розраховують напругу перемикання компаратора. Можливо, доведеться підібрати резистор R2, щоб підлаштування резистором R3 можна було регулювати поріг спрацьовування. І залишається розрахувати опір резисторів R10, R11, R14: R14 = 5/I10; R11 = 4R14; R10 = R11/3. Однак значення виходять не зовсім стандартні, тому ЗУ застосовані складові, паралельно з'єднані резистори: R14 - чотири паралельно з'єднаних резистора R11; R10 -три паралельно з'єднаних резистора R11. Рекомендую застосувати саме складові резистори. Інакше, якщо буде більший розкид у номіналах, компаратор може переключитися.

Пристрій зібрано на трьох друкованих платах (кожен вузол на окремій платі), креслення яких показано на рис. 2.

Автоматичний зарядний пристрій Ni-Cd акумуляторних батарей

Стабілізатор DA1 слід розмістити на ребристому або штирьовому тепловідводі площею не менше 20 см2. У пристрої необхідно застосовувати конденсатори лише зазначеної на схемі ємності. Опір витоку конденсатора С5 – не менше 2 МОм.

Перед налагодженням слід видалити перемичку S1. Потім подають на гніздо Х1 напруга від мережевого трансформатора. Замість АБ підключають її еквівалент. Опір еквівалента батареї розраховують за формулою Rекв = Ucp/I10, де Ucp - напруга перемикання компаратора (9,28). У нашому випадку еквівалент АБ від радіостанції Motorola GP1200 служить резистор опором близько 75 Ом і потужністю не менше 2 Вт. Після встановлення еквівалента повинен увімкнутися світлодіод HL3. Далі на конденсатор C3 від зовнішнього регульованого блоку живлення подають напругу перемикання компаратора (9,28) з дотриманням полярності: мінусовий висновок підключають до лівого за схемою виведення конденсатора C3, а плюсовий - до правого. Підстроювальним резистором R3 встановлюють поріг включення світлодіода HL1. Потім слід перевірити, що при плавному зменшенні напруги від зовнішнього регульованого блоку живлення з 9,28 до 9,2 світлодіод HL1 гарантовано гасне.

Далі перевіряють працездатність всього ЗП. Для цього необхідно трохи зменшити напругу від зовнішнього блоку живлення хоча б на 1 В. В результаті світлодіод HL1 згасне, звичайно, якщо він світився. Потім відключаємо еквівалент АБ. Світлодіод HL3 повинен згаснути. Знову підключаємо еквівалент. Загоряються світлодіоди HL2 та HL3. Світлодіод HL3 сигналізує про наявність акумулятора пристрою, а світлодіод HL2 - про початок зарядки. Далі плавно збільшують напругу зовнішнього блока живлення. При напрузі 9,28 повинен вимкнутися світлодіод HL2 і включитися світлодіод HL1, що сигналізує про початок другого етапу.

І, нарешті, залишилося перевірити таймер зарядки. Для цього між базою та емітером транзистора VT2 підключають вольтметр. Він повинен показати напругу близько 0,7 В. Світлодіод HL1 в цей час увімкнено. Через 2 години ±20 хв показання вольтметра повинні зменшитися. Світлодіод HL1 продовжуватиме горіти. Але при зарядці АБ, як тільки напруга база-емітер транзистора VT2 зменшиться, світлодіод HL1 згасне. Налагодження завершено. Вимкніть зовнішній регульований блок живлення, еквівалент АБ та відновіть перемичку S1. Пристрій готовий до роботи.

література

Довідник з герметичних джерел струму. - С.-Пб.: Хіміздат, 2000.
Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки. - М: Мир, 1983.

Автор: Ю.Осипенко, м.Уфа

Дивіться інші статті розділу Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Життя у метані 07.03.2015

Хіміки показали, що на супутнику Сатурна - Титані можуть бути структури, подібні до клітинних мембран живих організмів. Щоправда, існувати вони можуть лише в рідкому метані за вкрай низької температури.

У сонячній системі Земля - єдина планета, де є вода в придатній для життя рідкій формі. Замерзла вода є не тільки на Землі, вона є на тих же кометах, але вони, на жаль, підходять хіба що для заморозки. Але для життя в нашому, нехай і більш загальному розумінні, необхідне рідке середовище. Тоді виникає питання – якщо не на Землі, то де?

Цілком можливо, що на Марсі були моря та океани, але зараз поверхня нашого найближчого планетарного сусіда суха, і по ній успішно подорожує марсохід Curiosity. Меркурій, Венера, Юпітер та Сатурн теж не надто обнадіюють у плані водних поверхонь. Однак астрономи виявили, що в останнього є супутник, Титан, і на ньому знаходяться моря. Загвоздка в тому, що ці моря складаються з рідких вуглеводнів, у тому числі метану і етану, до того ж з температурою під -180оС.

Цей факт не збентежив хіміків з Корнельського університету, і вони вирішили подивитися, які хімічні структури можуть існувати в таких умовах. Як відправну точку вони взяли той самий ліпідний бішар, з якого на Землі складаються клітинні мембрани. Дослідники не намагалися знайти земну форму біологічної матерії, яка б вижити у холодних морях Титана. Завдання полягало в тому, щоб знайти таку структуру, яка в рідкому метані виконувала ті ж функції, що клітинна мембрана у воді.

Дослідники провели комп'ютерні розрахунки, в яких вони змоделювали поведінку різних речовин у рідкому метані і з подивом виявили, що проста молекула акрилонітрилу виявилася здатною утворювати мембраноподібні структури. Молекули збиралися в подвійні шари, орієнтуючи полярні нітрильні групи всередину, а вуглеводневий хвіст виставляючи назовні. Подібні структури, схожі розміром із невеликими земними вірусами, виявилися цілком стійкими, а отже, є ймовірність, що в рідкому метані можуть існувати дуже цікаві об'єкти.

Зрозуміло, не можна говорити про те, що в метанових морях Титана плавають деякі акрилонітрилові монстри, але задуматися про те, що таке життя і де його можна знайти, можливо, і варто. Якщо для земних організмів так необхідна вода, то, можливо, для інших форм так само життєво необхідний якийсь рідкий вуглеводень.

Інші цікаві новини:

▪ Ультразвуковий кухонний ніж

▪ Ноутбуки Latitude 13 Education Series від Dell

▪ Шолом віртуальної реальності для мишей

▪ Терморегулюючі штори

▪ Кімнатна квітка - міні-електростанція

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей

▪ стаття Ручна бетонозмішувач. Поради домашньому майстру

▪ стаття Що таке ЕКГ? Детальна відповідь

▪ стаття Робота на компресорній установці. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Ознайомимося з КВ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Маніпуляція – основа ілюзійного мистецтва. Підготовча робота над фокусами. Тренаж. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт