Схема разрядки для никель кадмиевых аккумуляторов своими руками – Автомат для разрядки Ni-Cd аккумуляторов — Уголок радиолюбителя

Автомат для разрядки Ni-Cd аккумуляторов — Уголок радиолюбителя

Не секрет что, никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы имеют «память»: не они разряжены до напряж. 1 В, они не могут полностью повторно зарядится. В связи с этим перед тем как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор, его сперва необходимо разрядить до определенного напряжения.

Описание автомата разрядки аккумуляторов

На рисунке 1 приведена принципиальная электрическая схема разрядки аккумуляторов, который разряжает Ni-Cd аккумулятор имеющий емкость до 2…3 А/ч до напряж. UG1 = 1 В в авторежиме. Сквозь сопротивление R4 и цепь коллектор-эмиттер открытого транзистора VT2 аккумулятор разряжается током

 Iразр = (UG1 — UK3 нас VT2)/R4

(при напряж. аккумулятора 1,1 В, Uнас\л-2 = 0,3 В и величина сопротивления R4, равном 8,2 Ом — приблизительно 100 мА).

По желанию, поменяв R4 сопротивлением меньшей величины (и таким образом с лучшей рассеиваемой мощностью), ток разрядки возможно повысить. Как вытекает из схемы автомата разряда Ni-Cd аккумуляторов, напряжение аккумулятора UG1 идет к неинвертирующему входу компаратора DA1, а на его инвертирующий ввод идет образцовое напряжение 1 В с движка переменного сопротивления R6.

Если напряжение аккумулятора больше Uoбp более чем на 40 мкВ (40 мкВ — Uпит/нас — область линейного, «некомпараторного» режима функционирования К554САЗ), напряжение на выходе компаратора UBblx фактически равно напряжению питания (контакт 9 подсоединен к открытому коллектору его выходного транзистора, закрытого в данном режиме). Почти подобное напряжение находится на эмиттере транзистора VT1, которое образует в базе транзистора VT2 ток Iб VT2= (UвыX — 2UЭБ) / R2 = 4,8 мА, хватающий для удержания его в режиме полного насыщения.

При уменьшении напряж. аккумулятора до величины (UG1 + 40 мкВ) < Uoбp картина резко изменяется: Uвых оказывается равным 0, транзисторы VT1 и VT2 запираются и разрядка аккумулятора G1 останавливается. Открывшийся транзистор VT3 вкл светодиод HL1, сигнализирующий об окончании разрядки, и на сопротивление R6 идет напряжение смещения UR10-R10(Uпит-UKЭнасVT3-UHL1)/R9-0,08B. Следовательно введенная ПОС создает гистерезисный режим функционирования компаратора, который недает ему часто переключаться. Безусловно, UR10 может быть и меньше (для этого достаточно снизить величину сопротивления R10).

Взамен приведенных на схеме КТ3102ЕМ (VT1) и КТ3107Д (VT3) в автомате разрядки возможно использовать иные транзисторы малой мощности равной структуры со статическим коэффициентом передачи тока h31э> 50.Немного жестче требования к транзистору VT2: при h31э > 50…100 он должен обладать напряжением насыщения Uкэ нас не более 0,2…0,3 В. При повышении тока разрядки, возможно, понадобится немного снизить величину сопротивления R2.

Налаживание верно собранного автомата разрядки Ni-Cd аккумуляторов сводится к выбору требуемого образцового напряж. на контакте 4 DA1. Удобнее всего это произвести с помощью цифрового вольтметра (нужны и его точность, и высокое входное сопротивление): подключив вольтметр к движку подстроечного сопротивления R6, устанавливают Uобр = 1 В + UR10 если светодиод HL1 горит, или Uo6p = 1 В, если он не горит.

Возможно воспользоваться и стрелочным вольтметром, контролируя им напряжение на разряжаемом аккумуляторе: при UG1 = 1 В движок сопротивления R6 (установленный предварительно в верхнее — по схеме — положение) неторопливо крутят до загорания светодиода и оставляют его в этой позиции.

Разрядка Ni-Cd аккумулятора, в особенности в ускоренном режиме, совершается достаточно быстро. В связи с этим все элементы аккумуляторной батареи могут быть разряжены друг за другом в короткий срок.

Автор: Ю.Виноградов, г.Москва

fornk.ru

Автоматическое устройство для разряда аккумулятора



Поводом 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 ёмкостью постоянно перезаряжаются. Из-за этого идёт их быстрая деградация. Батарейки с меньшей ёмкостью 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 ёмкость 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 ёмкость, 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. Ёмкость элемента можно измерить, разрядив полностью заряженный аккумулятор. Для этого нужно засечь время разрядки и умножить его на ток разряда. Это и будет ёмкость, которую нужно сравнить с номиналом. Некоторые устройства, например, iMAX-B6 проводят измерения в автоматическом режиме. Мы поступим более экономичным путём. 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 ёмкость. В соответствии с замерами и расчетами, ёмкость 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 ёмкостью. Замеры и расчет выполнены аналогично. Ёмкость этого элемента около 50 мачасов (23%). Характер падения разрядного тока резко отличается от предыдущего и указывает на малую ёмкость элемента.

Графики показывают, что потенциальную ёмкость 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 ёмкость 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.

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

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

usamodelkina.ru

Автоматический разрядчик Ni-Cd аккумуляторных батарей

Широкое применение в быту, на­пример, в источниках питания ручного электроинструмента, находят Ni-Cd аккумуляторные батареи. Ис­пользование такого инструмента в домашних условиях обычно характеризуют две особенности — небольшой объём выполняемых работ и длитель­ные перерывы (месяц и более) в использовании. Аккумуляторная бата­рея электроинструмента обычно отда­ёт в каждом сеансе работы лишь небольшую (10…50%) долю своей ёмкости, после чего её хранят в таком состоянии до следующего использова­ния.

Такой режим отрицательно сказы­вается на свойствах батареи. Дело в том, что для Ni-Cd аккумуляторов характерен так называемый «эффект памяти» — при зарядке аккумулятор принимает лишь количество электри­чества, не превышающее того, что было им отдано в предыдущем цикле разрядки, а при следующей разрядке отдаст его столько, сколько было получено в ходе последней зарядки. Следовательно, чтобы аккумуляторная батарея сохраняла свою ёмкость, перед использованием её необходи­мо полностью зарядить, а перед дли­тельным хранением полностью разря­дить.

С полной зарядкой всё просто. Этим процессом управляет входящее в комплект электроинструмента за­рядное устройство. Значительно сложнее полностью разрядить частич­но разряженную батарею. Зарядные устройства не имеют, как правило, такой функции. Можно сделать это вручную — нагрузить батарею и ждать, когда напряжение на ней упадёт до 1 В на элемент, что соответствует состоя­нию полной разрядки. Конечно, это долго и нудно, поэтому на практике электроинструмент с частично разря­женной батареей чаще всего просто отправляют на хранение. При следую­щем его использовании батарею заря­жают (уже никто не помнит, что она была разряжена лишь частично), и начинает действовать описанный «эф­фект памяти», в результате чего в процессе эксплуатации батарея быстро теряет ёмкость.

Предлагаемый разрядчик предна­значен для автоматического приведе­ния Ni-Cd аккумуляторных батарей в полностью разряженное состояние. Его достоинствами можно считать простоту конструкции, нечувствитель­ность к полярности батареи и полностью автоматическую ра­боту, не требующую наблюде­ния за процессом разрядки со стороны пользователя.

В авторском варианте разрядчик рассчитан на разрядку током 200… 250 мА аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12 В до напряжения под нагрузкой 8…9 В (что соответствует ЭДС 0,95…1,05 В на аккумулятор). Он может быть легко адаптирован для батарей с другим номинальным напряжением.

Схема разрядника приведена на рисунке. Его подключают к батарее в произвольной полярности. Для запус­ка процесса разрядки кратковременно нажимают на кнопку SB1, подавая этим напряжение батареи на обмотку реле К1. Сработавшее реле подключа­ет к батарее разрядную цепь из соеди­нённых последовательно резисторов R1, R2 и R4. Светодиод HL1 — индика­тор идущей разрядки. Напряжение батареи поступает на него и добавоч­ный резистор R5 через диодный мост VD1, что и обеспечивает нечувстви­тельность к полярности подключения батареи.

После отпускания кнопки SB1 ток, текущий через обмотку реле К1 и ограничительный резистор R3, удер­живает реле в сработавшем состоя­нии. Разрядка продолжается до тех пор, пока этот ток не уменьшится до тока отпускания реле. Это произой­дёт, когда напряжение батареи сни­зится до значения, установленного при налаживании разрядника подбор­кой резистора R3. Цепь разрядки будет разомкнута, а светодиод HL1 погаснет, свидетельствуя о том, что разрядка завершена. Потребление тока от батареи с этого момента прекра­щается, поэтому немедленно отклю­чать от неё разрядчик нет необходи­мости.

В качестве К1 применено реле 845Н-2А с катушкой на 12 В. Вместо него может быть использовано любое одностабильное электромагнитное реле с нормально разомкнутыми контактами, способными коммутировать ток не менее 0,5 А. Напряжение сра­батывания реле не должно быть более 10 В, а напряжение отпускания — бо­лее 7 В. Этим требованиям удовлет­воряют практически все малогабарит­ные реле с номинальным рабочим напряжением 12 В.

Номин. напряжение, В1214,418
Порог включения, В10,5..1112,6..13,215,8..16,5
Порог отключения, В8…Э9,6.. .10,812,0.13,5

Светодиод GNL-3AB4MC можно за­менить любым другим маломощным. Вместо диодного моста DB101 можно установить четыре маломощных дио­да практически любого типа. Кнопка SB1 должна быть рассчитана на ток через контакты не менее 0,5 А.

Налаживание разрядника сводится к подборке резистора R3, от сопро­тивления которого зависит напряже­ние батареи, при котором произойдёт отпускание реле К1 и, следовательно, завершится разрядка.

Собранный разрядчик подключа­ют для налаживания к источнику постоянного, регулируемого в пре­делах 7…12 В напряжения. Уста­новив напряжение источника равным 10.5…11 В, нужно убедиться, что раз­рядчик надёжно включается при нажа­тии на кнопку SB1 и остаётся вклю­чённым после отпускания кнопки. Если это не так, значит, либо реле выбрано неудачно, либо оно неис­правно. Возможны и ошибки в монта­же.

Затем, уменьшая напряжение источника, определяют его значение, при котором происходит отпускание реле, а светодиод HL1 гаснет. Оно должно находиться в пределах 8…9 В. Если напряжение выключения ниже указанного, следует установить рези­стор R3 большего сопротивления, если выше — меньшего.

Кроме аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12 В, для питания ручного электроинструмента часто применяют батареи на 14,4 В и на 18 В, содержащие соответственно по 12 и 15 аккумуляторных элементов. В таблице приведены пороговые значения напряжения включения и отключения разрядника для работы с такими батареями.

В этих случаях по-прежнему ис­пользуют реле К1 с рабочим напряже­нием обмотки 12 В. Подача на обмот­ку реле через контакты кнопки SB1 повышенного напряжения не должна вызывать беспокойства, поскольку она кратковременна. При этом надёж­ное включение разрядника будет гарантировано (при исправных дета­лях и правильном монтаже), а порог отключения, как и в варианте на 12 В, устанавливают подборкой резистора R3.

Следует иметь в виду, что в варианте на 18 В необходимо увеличить номиналы резисто­ров R1, R2 и R4 до 20 Ом, ина­че рассеиваемая на них мощность превысит допустимую. Может потре­боваться увеличить и сопротивление резистора R5.

Автор: А. САВЧЕНКО, пос. Зеленоградский Московской обл.
Источник: Радио №1, 2016

Возможно, вам это будет интересно:

meandr.org

Возвращаем к жизни мертвые никель-кадмиевые аккумуляторы

Очень часто никель-кадмиевые аккумуляторы отказываются заряжаться в тот момент когда это так необходимо. Они особо капризны и не терпят халатного обращения. Выйти из строя могут по следующим причинам:
  • -Перезарядка.
  • -Слишком долго находились в разряженном состоянии.
  • -Подвергались воздействию слишком высоких температур.
  • -Временной эффект.


Но все не так страшно. И как минимум половину из всех аккумулятором можно вернуть к жизни и заставить вновь работать. Для этого можно собрать восстановительную установку из старого фотоаппарата. В нем как раз есть высоковольтный генератор с накопительным конденсатором. Суть заключается в том, чтобы «пробить» батарею очень высоким токовым импульсом, что «расшевелит» внутренние процессы и заставит аккумулятор вновь брать и отдавать свой заряд.

Понадобится


  • ni-cd аккумуляторы.
  • Старый пленочный фотоаппарат с рабочей вспышкой
  • Провода
  • Переключатель.
  • Кнопка.
  • Держатель для аккумулятора.


Процесс создания приспособления для восстановления ni-cd аккумуляторов


Разбираем фотоаппарат, снимаем крышку.

Плату отделяем от корпуса. К кнопке, которая запускает вспышку припаиваем предварительно облуженные провода.

А уже далее эти провода припаиваем к переключателю.

Этот переключатель будет нужен в дальнейшем, чтобы полностью разряжать внутренний конденсатор вспышкой.
К выходу накопительного конденсатора также припаиваем провода. Перед этой процедурой обязательно убедитесь в отсутствии на нем заряда — коротните отверткой к примеру.

Далее эти провода припаиваем последовательно с кнопкой и держателем для аккумулятора. Плюс от конденсатора — к плюсу батареи.

Сам процесс восстановления


Итак, батарейки для питания вставляем в держатель платы — от них будет питаться преобразователь. А аккумулятор ni-cd для восстановления вставляем в держатель.

Затем включаем питание платы. Обычно слышен писк работы трансформатора. Нужно дождаться полного заряда конденсатора (для этого на большинстве моделей имеется специальный светодиод). Как только все зарядилось — нажимаем кнопку соединяющую цепь аккумулятора и конденсатора. Вы услышите мощный щелчок — это нормально. Бывает даже что контакты кнопки могут залипнуть.
Можно повторить эту процедуру 1-3 раза подряд и после этого сразу поставить аккумулятор заряжаться.

Заключение


Как я уже и говорил — большую часть практически мертвых батарей удается вернуть к жизни. Будьте осторожны: конденсатор заряжается до 300 В, что точно опасно для жизни.
Так же не стоит использовать сильно тонкие провода, так как ток в пике может достигать 1000 А, ведь практически идет короткое замыкание.
После всех процедур замыкаем переключатель вспышки и отключаем питание всей платы.
Original article in English

sdelaysam-svoimirukami.ru

Анатолий Беляев (Mr.ALB) — персональный сайт

Электроника. Источники питания

Шнур для зарядки мобильных устройств

Создалась ситуация, когда стало необходимо обновить соединительный кабель от блока питания к мобильному устройству. Сейчас блоки питания снабжаются разъёмом USB. Такой блок питания может питать любые устройства при соответствующем соединительном кабеле. В моей ситуации требовался кабель под устройства с разъёмом micro-USB.

Дело не хитрое. Можно пойти и купить такой кабель за 400 Р. А для любителей и способных держать в руках паяльник, можно быстренько починить тот, который был прежде.

В моём случае произошла поломка контактов у разъёма micro-USB. Соответственно идём в радиолюбительский магазин и приобретаем штекер micro-USB за 15Р. Остаётся лишь запаять его на соединительный провод. Пару минут потребовалось для прозвонки другого целого кабеля – чтобы определить соответствие контактов штекера USB от блока питания с контактами штекера micro-USB, который подключается к мобильному устройству.

Ниже на схеме привожу это соответствие. Вид на штекеры – со стороны внешних контактов, подключаемых к разъёмам устройств.

Ещё пару минут и кабель готов. Проверка после монтажа на соответствие схеме и подключение к устройству. Зарядка пошла.

. Ссылка на статью: #1

Разрядник для аккумуляторов
Ni-MH, Ni-Cd

Для продления срока службы аккумуляторных батареек Ni-MH, Ni-Cd, используемых в фотоаппаратах, игрушках и т.п. технике, рекомендую собрать небольшой разрядник.

Аккумуляторы, если не полностью разряжаются перед очередной зарядкой, то теряют свою ёмкость за счёт эффекта памяти. Поэтому после того, как устройство, к примеру фотоаппарат, уже не работает от подразрядившихся аккумуляторов, то желательно их доразрядить до напряжения не ниже 1В. Представляемое тут устройство разрядника разряжает аккумуляторы до напряжения 1.04 В после чего автоматически отключает аккумуляторы от цепи разряда и сигнализирует об этом красным светодиодом.

На Pic 1 приведена схема разрядника. Он построен на компараторах микросхемы DD2. На схеме приведена только одна часть разрядника, вторая часть для второго аккумулятора аналогична показанной. В скобках указаны выводы микросхемы DD2 для второй части. При желании можно собрать разрядник на 4 отдельных аккумулятора, так как микросхема LM339N содержит в себе 4 компаратора.

Pic 1. Схема разрядника

На неинвертирующем входе компаратора с помощью резистора R1 устанавливается контрольное напряжение 1.04 В. Аккумулятор подключен к инвертирующему входу компаратора и через нормально замкнутые контакты реле K1.1 он разряжается через резистор R2. В начальный момент транзистор VT1 закрыт. Когда напряжение на аккумуляторе достигнет порога, то транзистор открывается и срабатывает реле K1, отключая аккумулятор от цепи разряда и одновременно подключая светодиод VD2 – сигнал завершения разряда аккумулятора.

Налаживание схемы заключается в подборе порогового напряжение на неинвертирующем входе микросхемы DD2 равным порогу разряда аккумулятора, а именно 1.04 В.

Запитывается всё устройство от небольшого источника питания собранного на понижающем трансформаторе T1 и схеме выпрямления VD1 и стабилизации напряжения 5 В на микросхеме DD1.

Ниже на фото показана реализация данного устройства.

На макетной плате стабилизатор ещё был совмещён с разрядником, потом блок питания разрядника был выполнен отдельным блоком (см. ниже).

Pic 2. Макетная плата

При отсутствии аккумуляторов – светодиоды светятся, что является начальным тестированием работоспособности схемы и контрольных светодиодов.

Pic 3. Устройство в корпусе

При установке аккумулятора, или батарейки – устройство переключается в режим разряда и светодиод гаснет.

Pic 4. Демонстрация работоспособности

Блок питания разрядника сделан из старого адаптера-зарядника сотового телефона.

Pic 5. Блок питания

Все детали доступны и устройство легко повторяется. Использую его с 2008 г.

. Ссылка на статью: #2

mralb.ru

РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ

   Как известно никель-кадмиевые аккумуляторы, и в меньшей степени никель-металл-гидридные аккумуляторы, подвержены эффекту памяти. Эффект памяти это потеря ёмкости, возникающая при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Поэтому их рекомендуют ставить на зарядку полностью разряженными. В простейшем случае разрядное устройство – это просто резистор сопротивлением 12 Ом, включенное между клеммами аккумулятора.

Схема простейшего разрядного устройства

   Такое устройство, однако обладает очевидным недостатком в нем Ni-Cd (Ni-Mh) аккумулятор может разрядится практически до нуля, а разряд ниже 0,7-0,8 В для аккумуляторов данного типа вреден. Так что требуется непрерывно контролировать напряжение на выводах аккумулятора, что неудобно. 

   Желательно дополнить данное устройство индикатором напряжения. Но затруднительно найти лампочку способную заметно светится при напряжении ниже 1 В, так что в качестве индикатора был использован индикатор записи от старого магнитофона.

   Индикатор, который сам по себе является микроамперметром, в данном устройстве исполняет роль вольтметра, так что последовательно с индикатором надо включить добавочное сопротивление. Добавочное сопротивление R2 выбирается так, чтобы при напряжении 1,2 В стрелка отклонялась полностью. Так что по отклонению стрелки можно было судить о напряжении на клеммах частично заряженного аккумулятора.

   А что касается последующего их заряда — на нашем сайте есть полно достойных схем. Спасибо за внимание. Материал подготовил Лекомцев Д.

el-shema.ru

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов на микроконтроллере.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов на микроконтроллере.

Мне всегда хотелось иметь автоматическое зарядное устройство (ЗУ), которое работает так, как надо мне, а не так, как считают нужным китайские маркетологи.
Мои требования такие:
1. Перед началом заряда аккумулятор разряжается до напряжения 1 вольт на элемент, после чего автоматически включается на заряд.
2. Заряд осуществляется стабильным током 0,1C в течение 15 часов. Кстати, это не только моё требование. Именно такой режим заряда рекомендуют изготовители аккумуляторов. По истечении 15 часов аккумулятор автоматически отключается от ЗУ.
3. При отключении электроэнергии или уменьшении напряжения в сети до уровня, при котором нормальная работа зарядного устройства невозможна, зарядное устройство выключается, а прошедшее время заряда запоминается. При возобновлении подачи электроэнергии перезапуск таймера не происходит, а заряд продолжается дальше с того значения времени и до тех пор, пока не пройдут заданные 15 часов.
4. Простота работы с устройством. Чтобы им спокойно могли пользоваться домохозяйки. Никаких дисплеев и кнопок управления. Установил аккумуляторы и забыл. И то, что забыл — не страшно. Ничего аккумуляторам не сделается.
Готовые устройства или схемы меня не устраивали по ряду причин. Пришлось действовать по старому доброму принципу «сделай сам». Для начала был разработан универсальный контроллер для подобных зарядных устройств.
На всякий случай отмазка: Аффтар не является профессиональным программистом или электронщиком (по крайней мере, в настоящее время). Так что если Вы повторите эту разработку, и у Вас дом сгорит, то это Ваши проблемы. Аффтар за это ответственности не несёт. (Гениально, я считаю. Здесь и далее, прим. Кота.)

Для управления ЗУ используется микроконтроллер ATtiny13 семейства AVR фирмы Atmel. Вывод 6 контроллера (AIN1) является входом аналогового компаратора, с помощью которого контролируется состояние источника питания. Вывод 7 (ADC1) это вход АЦП, с помощью которого измеряется напряжение на батарее аккумуляторов. Высокий уровень на выходе 2 (PB3) включает зарядник. Высокий уровень на выходе 5 (PB0) включает цепь разряда аккумулятора. Вывод 3 (PB4) служит для индикации окончания заряда аккумулятора.
В качестве тактового генератора используется внутренний RC генератор микроконтроллера. Разъём XP1 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера непосредственно в этом устройстве. Если в дальнейшем перепрограммирование не планируется, то этот разъём можно не устанавливать.
Порог срабатывания аналогового компаратора задаётся делителем напряжения на резисторах R1, R2. Напряжение питания считается нормальным, если напряжение на входе 6 микроконтроллера больше 1,2 вольта.
Напряжение батареи подаётся на вход АЦП микроконтроллера через делитель напряжения на резисторах R4, R5. Чтобы напряжение на батарее измерялось правильно, коэффициент деления этого делителя должен быть 1,86 на элемент. Соотношение резисторов должно быть таким: R5/R4 = 1,86*N — 1, где N — количество элементов в аккумуляторной батарее. Например, для случая двух элементов:
R5/R4 = 1,86*2 — 1 = 2,72. Если R4 = 100 КОм, то R5 = 100*2,72 = 272 КОм.
При аварийном отключении питания, микроконтроллер некоторое время питается от конденсатора C8. Ёмкость этого конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы микроконтроллер успел сохранить своё состояние в энергонезависимой памяти. Диод VD1 не даёт конденсатору C8 разряжаться через микросхему DA1.
Конденсаторы C1, C5, C6 защищают входы микроконтроллера от импульсных помех.

Алгоритм работы следующий. После подачи питания на микроконтроллер, происходит частичная инициализация внутренних устройств микроконтроллера (порт ввода/вывода, таймер, АЦП, компаратор и т.п.). Затем проверяется, в норме ли напряжение питания. Если напряжение в норме, то завершается инициализация и считывается значение статуса из энергонезависимой памяти (EEPROM), чтобы узнать, чем занимался контроллер в прошлой жизни до отключения питания.
Далее, проверяется, установлена ли аккумуляторная батарея в зарядное устройство. Для этого измеряется напряжение на аккумуляторной батарее. Если оно больше, чем 0,5 вольта на элемент, то считается, что батарея установлена.
Если в момент включения питания батарея находилась в зарядном устройстве, то работа продолжится в соответствии с тем состоянием, которое было записано в энергонезависимую память. Если раньше шёл разряд, то продолжится разряд, а затем начнётся заряд. Если шёл заряд, то продолжится заряд, пока не пройдёт 15 часов, после чего зарядник будет выключен. Если на момент отключения питания заряд успел завершиться, то зарядник не включается, а будет светиться зелёный светодиод, сигнализирующий об окончании зарядки.
Если же в момент включения питания батарея не была установлена, то считается, что будет начат новый цикл разряд/заряд. Программа зацикливается и ждёт, когда будет установлена батарея. Как только батарея будет установлена, будет включена цепь разряда аккумулятора. При этом начинает светиться жёлтый светодиод. Разряд будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 1 вольта на элемент. После этого разрядная цепь отключается и включается зарядник. Жёлтый светодиод гаснет и начинает светиться красный. Зелёный светодиод начинает вспыхивать с частотой 1 Гц. По продолжительности свечения зелёного светодиода и паузе между вспышками можно приблизительно оценить время, которое прошло с начала зарядки, и, соответственно, заряд, который успел набрать аккумулятор. Чем больше время свечения по отношению к паузе, тем больше времени прошло. Например, если время, в течение которого зеленый светодиод светится, равно времени в течение которого зеленый светодиод погашен, то, значит, прошло 7,5 часа, и аккумулятор зарядился наполовину.
Если во время заряда аккумуляторы были извлечены из зарядного устройства до окончания процесса заряда, то из-за работающего зарядника, напряжение на контактах держателя резко возрастёт. По этому признаку микроконтроллер узнаёт, что аккумуляторы были извлечены, и выключает режим заряда. После установки аккумуляторов в держатель будет начат новый цикл разряд/заряд.
Заряд продолжается в течение 15 часов. После 15 часов зарядник выключается, красный светодиод гаснет, а зелёный начинает светиться непрерывно, что означает окончание цикла заряда. В этом состоянии контроллер будет оставаться неограниченно долго, пока аккумулятор не будет удалён из зарядного устройства.
Если в течение цикла разряд/заряд, на любом из этапов, произойдёт отключение электроэнергии, то цикл приостанавливается, и состояние контроллера сохраняется в энергонезависимой памяти. После возобновления подачи электроэнергии цикл продолжается дальше с того этапа, на котором был остановлен. За состоянием питающего напряжения следит аналоговый компаратор — вход 6 микроконтроллера. Если напряжение на входе аналогового компаратора становится меньше 1,1 вольта, то происходит прерывание выполняемой программы, выходы контроллера переключаются на низкий уровень, состояние контроллера записывается в энергонезависимую память, и контроллер переходит в спящий режим.
Управляющая программа написана на языке C для среды разработки CodeVisionAVR. Над текстом программы смеяться не надо. Аффтар не является профессиональным программистом, и как раз с этой программы начинал учиться программировать микроконтроллеры AVR.

При программировании необходимо установить фьюзы (поставить «галки»): CKSEL0, SUT0, CKDIV8, BODLEVEL1. Остальные фьюзы должны быть сброшены.
Я пользовался программатором STK 200/300 и программой, встроенной в среду разработки CodeVisionAVR. Можно пользоваться любым программатором, который понимает ATtiny13.
Будьте осторожны. В некоторых программах, в частности в UniProf, всё с точностью до наоборот — «галки» соответствуют НЕ установленным фьюзам. Лучше, прежде, чем начать программирование, сначала фьюзы считать и посмотреть, как они стоят. С завода ATtiny13 приходят с установленными CKSEL0, SUT0, CKDIV8. Надо добавить к ним BODLEVEL1. (Интересно, какой вредитель придумал, что установленному фьюзу соответствует «0», а не установленному — «1»?)
Короче, будьте аккуратны при программировании фьюзов.

Макет собран на универсальной плате. Микроконтроллер установлен в панельку. Соединения выполнены проводом МГТФ. Печатная плата не разрабатывалась. Конденсаторы C1 — C6 — керамические. C7, C8 — любые оксидные. Ёмкость конденсатора C8 должна быть не меньше, чем указано на схеме.

Пример использования контроллера — зарядное устройство для цифрового фотоаппарата.

На основе контроллера, описанного выше, было сделано зарядное устройство для цифрового фотоаппарата.

Оно предназначено для заряда двух Ni-MH аккумуляторов размером AA и ёмкостью 2500 мАч.
Собственно зарядник представляет собой стабилизатор тока на микросхеме LM317T (DA2). Ток заряда определяется резистором R16 и рассчитывается по формуле: I = 1,25/R16.
Для включения/выключения зарядника используется каскад на транзисторах VT2, VT3. Когда на выходе 2 микроконтроллера DD1 низкий уровень, транзистор VT2 закрыт, а транзистор VT3 открыт и соединят вход ADJ микросхемы DA2 с общим проводом. При этом напряжение на выходе микросхемы DA2 уменьшается до 1,25 вольта. Если на выходе 2 микроконтроллера DD1 появляется высокий уровень, то транзистор VT2 открывается, а транзистор VT3 закрывается, и микросхема DA2 начинает работать как стабилизатор тока. Диод VD7 не даёт аккумуляторам разряжаться при выключенном стабилизаторе тока. Диод VD6 и резистор R17 создают небольшой сдвиг уровня выходного напряжения, чтобы уменьшить выходное напряжение микросхемы DA2 в выключенном состоянии.
Для разряда аккумуляторов, к ним подключается резистор R12 с помощью ключа на транзисторе VT1.
Диодный мостик VD1 — VD4 на входе зарядного устройства защищает от неправильного подключения источника питания.
В качестве источника питания используется готовый нестабилизированный сетевой адаптер БПН 12-03 с выходным напряжением 12 вольт и током нагрузки 300 мА.
Внешний вид и конструкция готового устройства показаны на рисунках ниже:

Зарядное устройство собрано в готовом пластмассовом корпусе G026, к которому свеху крепится держатель аккумуляторов. В качестве держателя используется готовый батарейный отсек для двух элементов АА. Микросхема LM317 (DA2) и транзистор VT1 установлены на алюминиевую пластину по размерам корпуса через изолирующие прокладки из слюды. Транзистор VT1 можно на радиатор не ставить, т.к. рассеиваемая им мощность не превышает 0,7 ватта. Резистор R12 составлен из двух резисторов по 1 Ом, 1 ватт.
Печатная плата не разрабатывалась. Устройство собрано на универсальной плате. Микроконтроллер установлен в панельку.

Если устройство собрано без ошибок и микроконтроллер запрограммирован правильно, то наладка не требуется. Но, во-первых, где Вы видели устройство без ошибок? А во-вторых, всё равно хотелось бы убедиться, что всё работает так, как надо.
Первое включение делают без микросхемы микроконтроллера. Спалить её всегда успеете. Подключите источник питания с напряжением 8 — 12 вольт. Должен засветиться синий светодиод HL2. Убедитесь, что напряжение на выходе микросхемы DA1 составляет 5 вольт. На панельке для микроконтроллера соедините перемычкой вывод 8 поочерёдно с выводами 2, 3, 5. Соответственно, поочерёдно должны светиться светодиоды HL4, HL1, HL3. Установите резистор сопротивлением 100 КОм между выводами 4 и 8 на панельке микроконтроллера. Подключите к тем же выводам вольтметр с входным сопротивлением не меньше 1 МОм. Китайский цифровой мультиметр вполне подойдёт. Отключите источник питания, и засеките время, за которое напряжение на этом резисторе уменьшится с 4,5 вольт до 2 вольт. Если это время превышает 20 секунд, то значит, конденсатор C8 имеет достаточную ёмкость, и микроконтроллеру будет чем питаться при внезапном отключении электроэнергии.
При отключённом питании, соедините перемычкой на несколько секунд выводы 4 и 8 на панельке микроконтроллера, чтобы конденсатор C8 разрядился. Установите микроконтроллер в панельку.
Для дальнейшей проверки, необходимо собрать небольшую тестовую схему, и подключить её к контроллеру, как показано на нижеследующем рисунке:

Резисторы R101 — R104 должны иметь одинаковый номинал и могут быть от 4,7 до 10 Ком.
Установите движок резистора R102 в нижнее по схеме положение, что соответствует нулю вольт на входе 7 микроконтроллера. Движок резистора R104 установите в верхнее по схеме положение, что соответствует максимальному напряжению на входе 6 (Power Good) микроконтроллера. Подключите вольтметр к выводу 7 микроконтроллера. Включите питание. Должен засветиться синий светодиод HL2. В этом состоянии микроконтроллер должен ожидать, когда к нему подключат аккумуляторы.
Постепенно перемещая движок резистора R102, увеличивайте напряжение на входе 7 микроконтроллера. При напряжении 0,25 — 0,30 вольт должен засветиться красный светодиод HL4, а зелёный HL1 должен начать вспыхивать с интервалом в 1 секунду. Это говорит о том, что микроконтроллер обнаружил подключённый аккумулятор и включил режим заряда.
Подключите вольтметр к выводу 6 (Power Good) микроконтроллера. Постепенно перемещая движок резистора R104, уменьшайте напряжение на входе 6 микроконтроллера. При напряжении около 1,1 вольт, красный HL4 и зелёный HL1 светодиоды должны погаснуть. Это говорит о том, что микроконтроллер обнаружил снижение напряжения питания ниже допустимого уровня, все выключил и заснул. Постепенно увеличивайте напряжение на входе 6 микроконтроллера. При напряжении около 1,2 вольт, должен снова включиться режим заряда, но не сразу, а с задержкой в 1 — 5 секунд. Установите напряжение на входе 6 микроконтроллера на максимум.
Подключите вольтметр к выводу 7 микроконтроллера. Резистором R102 продолжайте увеличивать напряжение на входе 7 микроконтроллера. При напряжении 0,95 — 1,0 вольт, красный HL4 и зелёный HL1 светодиоды должны погаснуть. В этом состоянии микроконтроллер считает, что аккумуляторы были извлечены из зарядного устройства во время зарядки.
Снова установите движок резистора R102 в нижнее по схеме положение, что соответствует нулю вольт на входе 7 микроконтроллера. Подключите вольтметр к точке соединения резистора R106 и кнопки SB1. Нажмите и не отпускайте кнопку SB1. Резистором R102 установите напряжение равным 0,6 — 0,8 вольта. Отпустите кнопку. Через 1 — 2 секунды должен засветиться жёлтый светодиод HL3. Это состояние говорит о том, что микроконтроллер обнаружил, что подключённые к нему аккумуляторы не разряжены и включил режим разряда.
Установите движок резистора R104 в нижнее по схеме положение, что соответствует нулю вольт на входе 6 (Power Good) микроконтроллера. Жёлтый светодиод HL3 должен погаснуть. Это говорит о том, что микроконтроллер обнаружил снижение напряжения питания ниже допустимого уровня, и выключил режим разряда. Снова установите напряжение на входе 6 микроконтроллера на максимум. Через 1 — 5 секунд должен засветиться жёлтый светодиод HL3, что говорит о том, что возобновился режим разряда.
Подключите вольтметр к выводу 7 микроконтроллера. Резистором R102 начинайте уменьшать напряжение на входе 7 микроконтроллера. При напряжении около 0,5 вольт, жёлтый светодиод HL3 должен погаснуть, должен засветиться красный светодиод HL4, а зелёный HL1 должен начать вспыхивать с интервалом в 1 секунду. Это говорит о том, что микроконтроллер решил, что разрядил аккумуляторы до 1 вольта на элемент и включил режим заряда.
Выключите питание и отключите тестовую схему от зарядного устройства. Дальнейшую проверку удобно проводить на аккумуляторах, предварительно разряженных до напряжения 1 вольт на элемент, чтобы долго не ждать, пока они разрядятся.
Подключите амперметр, включённый на соответствующий предел измерений, чтобы можно измерить ток около 1А, последовательно с аккумуляторной батареей. Подключите источник питания (должен засветиться синий светодиод HL2) и установите аккумулятор в держатель. Убедитесь, что ток разряда имеет величину приблизительно 1А, а ток заряда равен 250 мА и не изменяется при изменении напряжения питания. Убедитесь, что переключение из режима разряда в режим заряда происходит при напряжении на аккумуляторной батарее равном 2 вольта (1 вольт на элемент). Это напряжение, при необходимости, можно изменить, подбирая резистор R5.
Проверьте, как устройство реагирует на отключение питания. После отключения и включения питания, устройство должно сохранять предыдущее состояние (разряд, заряд, заряд окончен), а таймер времени заряда не должен перезапускаться.

Подключаем источник питания. Должен засветиться синий светодиод. Устанавливаем аккумуляторы в держатель. Должен засветиться жёлтый светодиод или красный. Ждем не меньше 15 часов, пока красный светодиод погаснет, а зелёный перестанет мигать и будет светиться постоянно. Всё. Аккумуляторы заряжены.
Для начала нового цикла разряд/заряд, не выключая источника питания (синий светодиод должен светиться), необходимо вытащить аккумуляторы из держателя и установить следующую пару.
Если после установки аккумуляторов в держатель, не светится ни жёлтый ни красный, то может быть следующее:
1. Недостаточно напряжение в сети.
2. Аккумуляторы установлены неправильно.
3. Аккумуляторы сильно разряжены (до напряжения, меньшего, чем 0,5 вольта на элемент).
Свечение жёлтого светодиода говорит о том, что идет разряд. После разряда аккумуляторов до напряжения 1 вольт на элемент, режим разряда выключается и жёлтый светодиод гаснет. После этого включается режим заряда и начинает светиться красный светодиод. Зелёный светодиод начнёт вспыхивать с периодом в 1 секунду. По соотношению длительности свечения и паузы можно приблизительно оценить время, прошедшее с начала заряда. Через 15 часов заряд прекращается. Красный светодиод гаснет, а зелёный начинает светиться непрерывно, что говорит об окончании зарядки. Если аккумуляторная батарея разряжена до напряжения, меньшего, чем 1 вольт на элемент, то режим заряда включится сразу. Если батарея разряжена сильнее, чем 0,5 вольта на элемент или установлена в неправильной полярности, то ничего не включится и никакие индикаторы (кроме синего) светиться не будут.

Файлы:
Прошивка МК с исходником.

Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

www.radiokot.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *