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DISPOSITIF DE CIRCUIT POUR charge de la batterie ACCÉLÉRÉE
Ni-Cd et Ni-MH

Article Auteur: M. EVSIKOV

Décrit dans l'article est conçu pour une charge rapide des batteries Ni-Cd et batteries Ni-MH actuelle décroissance exponentielle. Ses avantages comprennent un choix de charge plages de temps de 45 minutes à 3 heures, la facilité de fabrication et de construction, le manque de batteries de chauffage à la fin de la charge, la possibilité d' un contrôle visuel du processus de charge, le processus de récupération automatique lorsque éteint puis allumé la puissance, la facilité d'utilisation. Le dispositif peut être utilisé comme un support pour l'élimination des caractéristiques de charge-décharge batterie.

Lors du chargement d' un grand courant constant (0,5 e ou plus, où E - la capacité de la batterie), la batterie commence à chauffer après 75 ... 80% de la charge, les batteries Ni-MH chauffent plus que le Ni-Cd [1]. Lorsque la batterie température augmente rapidement de charge [1], et si ce processus est pas arrêté à temps, il termine l'allumage ou l' explosion de la batterie. Recommandé fin de charge de la température - +45 ° C [2]. Cependant, ce critère ne convient que comme une urgence: une surchauffe combinaison de recharge réduit la capacité de la batterie et, par conséquent, réduit sa durée de vie.

La réalisation d'une certaine tension sur la batterie, et ne constitue pas un critère satisfaisant pour la fin du processus. Le fait que la valeur correspondant à la pleine charge ne sait pas à l'avance, car il dépend de la température et de l ' «âge» de la batterie. Erreur dans quelques millivolts conduit au fait que la charge de la batterie ne sera jamais fin ou être achevé trop tôt. [3]

Lors du chargement, charge à courant constant est facile à contrôler - il est directement proportionnelle à la durée du processus. Plus précisément, sa valeur peut être égale à la capacité nominale de la batterie. Mais avec le temps, et sa capacité est réduite à la fin de la vie est d' environ 80% de la valeur nominale. Par conséquent, la capacité nominale de la restriction de charge ne garantit pas l'absence de charge et de surchauffe de la batterie et, par conséquent, ne peut pas être le seul critère pour la charge est complète.

Le processus de test le plus difficile est terminée - lorsque la tension de la batterie atteint un maximum, puis commence à diminuer. La tension maximale correspond à la batterie est complètement chargée, mais [2] , il est démontré qu'il est une conséquence de la batterie pendant la charge de récupération de chaleur. La valeur maximale est très faible, en particulier pour les batteries Ni-MH (environ 10 mV), alors utilisez l'ADC ou les convertisseurs tension-fréquence [2] pour sa détection. Lors de la charge de la batterie, la tension maximale atteint ses différents éléments à différents moments, il est donc conseillé de contrôler chacun d'eux séparément. En outre, il existe des batteries avec caractéristique de charge anormale au cours de laquelle le maximum disponible. En d'autres termes, la tension de commande est non seulement suffisante, et doit également contrôler la température et la quantité de charge passé à travers la batterie.

Ainsi, lorsqu'une grande charge de batterie constant courant nécessaire pour commander chaque élément de plusieurs critères, ce qui complique le chargeur. Ne chargez un petit courant (moins de 0,2 e) ne provoque pas de surchauffe de la batterie de secours recharge même lorsque grande. Dans ce cas, l'état de chaque élément n'a pas besoin de contrôler le chargeur se révèle très simple, mais son inconvénient est évident - long temps de chargement.

Il y a des chargeurs, qui était à l' origine une grande charge courant diminue au fil du temps [4-6]. Dans ce cas, et ne nécessitent pas de contrôler l'état de chaque cellule de la batterie. Mais ces dispositifs manquent de contrôle de la quantité de charge et la pleine charge que le critère utilisé par la réalisation d'une certaine tension, qui, comme mentionné ci-dessus, ne sont pas satisfaisantes.

Dans [7] décrit un chargeur, dans lequel la batterie est chargée condensateur de la source de tension constante via une résistance. Dans ce cas, le courant de charge devrait théoriquement diminuer au fil du temps de manière exponentielle avec une constante de temps égale au produit de la capacité de la batterie équivalente à la résistance de cette résistance. Dans la pratique, la dépendance temporelle du courant de charge est différente de l'exponentielle parce que la capacité équivalente et une variation de l'impédance de source de sortie pendant la charge. Mais même si nous ignorons cette différence, le paramètre le plus important - le temps de charge constant - est inconnue, de sorte que le contrôle ne peut pas être passé à travers la charge de la batterie. Par conséquent, le chargement prend fin une fois pour atteindre une certaine tension.

Dans le dispositif proposé, le courant de charge sous la forme d'une impulsion exponentielle décroissante est choisi parce qu'il est facile à mettre en oeuvre avec un circuit RC simple. Elle se termine d'une manière naturelle, avec le résultat qu'il n'y a pas besoin dans la minuterie, retirez la batterie après un certain temps, la charge est limitée, même si la batterie est dans le chargeur pendant une longue période. De manière significative, le générateur de courant produit un courant de charge, de sorte que sa valeur et sa forme ne dépend pas de la tension de batterie ou la charge de la non-linéarité des caractéristiques.

Dans le procédé de courant de charge à travers la batterie I diminue de façon exponentielle:

I = I 0 exp (-t / T 0), (1)

où: t - temps; I 0 - chargement initial en cours; T 0 - temps de charge constant. En outre, chaque batterie reçoit une charge q, qui est estimée par l'expression

q = I 0 T 0 [1 - exp (-t / T 0)] = (I 0 - I) T 0. (2)

Dépendance graphiques I et q de temps t sont présentés dans la figure. 1.

Dépendance de I et q sur le temps de charge de la batterie t.

Fig.1. Dépendance de I et q du temps t

Il est évident que pendant la charge 3T 0 0,95I atteint 0 T 0, puis se rapproche de la valeur I 0 T 0. Il est recommandé de choisir la valeur de I 0 et T 0 par les formules

Je ne = 0, T = 0 heure, 1 / n, où n = 1, 2, 3, 4 (3)

La valeur de n = 1 le plus approprié. courant de charge initiale dans cette capacité électrique est le cas E, le temps de charge - 3 heures. (Dans la pratique, vous pouvez laisser la batterie dans le chargeur pendant la nuit et le matin, ils seront à pleine charge). Si le temps de charge est trop longue, la valeur de n augmente. Pour n = 2 , il sera courant à une première 1,5ch 2E responsable. Ce mode est adapté pour les batteries Ni-Cd et Ni-MH. N Augmentation de 3 réduit le temps de charge jusqu'à 1 heure, mais la charge initiale courant augmente à 3E. Enfin, lorsque n = 4, le temps de charge est réduit à 45 minutes, et le chargement du premier courant augmente à 4E. Les valeurs de n égal 3 et 4 sont valables pour les batteries Ni-Cd, étant donné que leur résistance interne légèrement (inférieure à 0,1 ohms). En ce qui concerne la batterie Ni-MH, la résistance interne de plusieurs fois supérieures, de sorte qu'un courant important peut chauffer au début de leur charge, ce qui est inacceptable. Les valeurs de n supérieur à 4 ne sont pas recommandés. Je peux choisir de 0 à 5% supérieure à celle définie par la formule (3). Ensuite , le temps de charge exact sera 3 heures / n, et en outre un rechargement de 5% insignifiant.

Principe de fonctionnement du dispositif est illustré sur la Fig. 2.

Le principe de fonctionnement du dispositif de recharge rapide de la batterie.

Fig.2. Le principe de fonctionnement du dispositif

Un condensateur C1 est pré-chargé à la tension U 0, A1 est déchargé à travers un amplificateur de courant avec une résistance d'entrée Rin et de prendre une valeur de Ki courant. Le courant Iin à l'entrée du circuit amplificateur est donnée par

Iin = U 0 exp (-t / RinC1) / Rin . (4)

Le courant dans le circuit de sortie de l'amplificateur I = KiIin charge la FR1 de la batterie:

KIU I = 0 exp (-t / RinS1) / Rin = SU 0 exp (-t / RinS1), (5)

où: S = Ki / Rin - la pente de gain de l'amplificateur, si on considère que le convertisseur de tension en un courant. Comparer (2) et (5), nous avons

T 0 = RinC1, I 0 = 0 kiu / Rin = SU 0. (6)

sélectionnez Idéalement U 0 = 1, C1 = 1000 uF, puis (3) implique que Rin = 3,6 MW / n,

S = Ne Ki = srin = 3600000E. (7)

Par exemple, si E = 1 et n = 1 Ah doivent avoir les paramètres suivants: Rin = 3,6 MW, S = 1 / B, Ki = 3600000 = 131 dB.

Diagramme schématique du dispositif représenté sur la Fig. 3. L'amplificateur de courant est recueilli sur le système d' exploitation DA2.1 et transistors VT2 et VT3. Tension d' alimentation op-amp stabilisé puce DA1. Noeud sur le transistor VT1 commande l'amplitude de la tension. Quand il est normal, le transistor, via une bobine de relais K1 courant, relais contacts K1.1 fermé, HL1 LED pour indiquer un fonctionnement normal. Commutateurs SA1 choisi le mode de charge: DC (quand il a fermé) ou de façon exponentielle décroissante (quand ils ouvrent). Les résistances R2 et R3 forment un diviseur de tension. La tension sur le moteur, la résistance variable R3 détermine le courant de charge. Dans le "permanente" est la tension aux bornes de la résistance R1 et la fermeture des contacts de relais K1.1 entre l'entrée non inverseuse de l' ampli-op. Son courant de sortie est amplifié par des transistors de VT2, VT3 et est réglé de telle sorte que la tension aux bornes de la résistance R11 et R5 sont devenus identiques. Le gain en courant Ki = R5 / R11 et dénominations indiquées dans le schéma approximativement égal à 10 7, et la pente de la conversion de tension en courant S = 1 / R11 = 3 A / B

Schéma du dispositif de charge rapide de la batterie.

La figure 3. Schéma du dispositif

Dans le "décroissant" (contacts ouverts interrupteur SA1) La capacité du condensateur C2 de 1000 uF déchargé à travers la résistance R5 , avec une constante de temps sélectionnée à partir de la formule (3). Exponentially diminuant le courant à travers le condensateur est amplifié DU DA2.1 et transistors VT2, VT3 et charge les batteries connectées au X1 connecteur ( "Exit"). Diode VD2 les empêche de se décharger si la tension d'alimentation. Ampèremètre PA1 est utilisé pour contrôler la valeur de courant du courant de charge. Le condensateur C5 empêche dispositif d' auto-oscillation. Résistances R4, R8-R10 - limitation de courant. Ils protègent le système d' exploitation et le transistor VT2 dans des situations d'urgence, tels que la rupture de la résistance R11 et la répartition du transistor VT3, empêchant l'échec des autres éléments.

Si vous coupez l'alimentation au transistor de charge en mode courant décroissant VT1 ferme et ouvre les contacts de relais K1.1, empêchant encore la décharge du condensateur C2. HL1 LED se déclenche, la signalisation d' une panne de courant. Avec la restauration du transistor de puissance VT1 ouvre, ferme les contacts de relais K1 K 1.1 et charge de la batterie automatiquement continue à la valeur actuelle à laquelle il a été interrompu. HL1 LED allume à nouveau, signalant la reprise de charge. Appuyez sur le bouton SB1 peut arrêter momentanément la charge lors du retrait des caractéristiques de la batterie. Ce condensateur C4 empêche la pénétration de l' interférence de réseau à l'entrée ampli-op.

Le dispositif est monté sur une platine universelle et placé dans les dimensions du boîtier 310x130x180 mm. piles AA sont placés dans la rainure sur le capot supérieur du boîtier. Contactez prise sous la forme de segments de bande de ferblanterie, qui sont pressés par un ressort dans le compartiment de la batterie pour l'élément standard de taille AA. Un ressort est pas courant. Il convient de noter que les compartiments disponibles dans le commerce en matière plastique ne conviennent que pour un courant maximal de 500 mA. Le fait que le courant circulant à travers les ressorts de contact, et dans lequel les accumulateurs de chaleur qui sont chauffés. Déjà à un courant de 1 A de source chaude de sorte que la paroi de plastique fondu de l'enceinte du compartiment, ce qui rend son utilisation ultérieure impossible.

Transistor VT3 dissipateur de chaleur à ailettes est monté sur une surface de 600 cm 2, la diode VD2 - sur la plaque zone de dissipateur de chaleur de 50 cm 2. Résistance R11 est composé de trois résistances connectées en parallèle MLT-1 1-ohms. Toutes les connexions à haute intensité sont en segments de fil de cuivre de section de 3 mm 2, qui sont soudés directement sur les conclusions des détails pertinents.

DU K1446UD4A (DA2) peut être remplacé par K1446UD1A à puce ou l'autre de ces séries, mais un ampli deux op pour choisir celui avec la tension de polarisation inférieure. Le second ampli-op peut être utilisé dans le cadre d'un pont thermosensible [8] pour l'arrêt d'urgence des batteries quand ils sont surchauffés pendant la charge DC (pour charger les batteries de surchauffe a été observée courant décroissant). Dans le cas d'autres types d'OS devraient garder à l' esprit que le pouvoir dans la conception unipolaire, mais il doit être fonctionnel à zéro de tension sur les deux entrées.

Chip KR1157EN601A (DA1) stabilisateur remplaçable de cette série avec l'indice B, mais aussi la puce K1157EN602 série, mais le dernier est différent "brochage" [9].

Transistor VT1 - toute une série de KP501, VT2 devrait avoir un taux de transfert de courant de base h 21E statique d'au moins 100. KT853B transistor (VT3) est caractérisé en ce qu ' elle est supérieure à 1000 h 21E. Comme VT2, VT3, vous pouvez utiliser d' autres types de transistors, mais le gain en courant global devrait dépasser 100.000.

Le condensateur C2, qui définit le temps de charge constante T 0 doit avoir une capacité stable, pas nécessairement égal audit schéma classé comme la valeur T souhaitée 0 est définie lors de l' établissement de la sélection de la résistance R5. L'auteur a utilisé une société condensateur Jamicon d'oxyde avec une tension d'alimentation de grande taille (25 fois).

Le relais K1 - Reed EDR2H1A0500 société ECE avec la tension et le fonctionnement courant , respectivement 5 V et 10 mA. Remplacement possible - Relais production nationale ATC-1 (PA4 passeport 362.900.).

Ammeter PA1 doit être évalué pour le courant de charge maximum (dans la version de l'auteur du dispositif M4200 appliqué à 3 A). Fuse FU1 - réinitialisable entreprises MF-R300 BOURNS [10].

dispositif d' établissement est réduit à la mise en place de la charge des valeurs constantes de temps nécessaires de T 0, choisi parmi la formule (3). La résistance R5 est choisi pour être Rin la formule (7), en supposant que la capacité du condensateur C2 est exactement égale à 1000 uF. Au lieu des batteries comportent un ampèremètre numérique. Avant la mise sous tension que lors de la recharge de la batterie, et lors de l' établissement appareil, le moteur de résistance variable R3 est transférée vers le bas (sur le schéma) position et fermer les contacts du disjoncteur SA1 (cela est nécessaire pour la décharge du condensateur C2). Ensuite , inclure des repas et en faisant glisser la résistance de curseur R3, régler le courant initial I 0 d'environ 1 ampli. SA1 suivante est transférée à "diminution". Après un temps T 1 ( à peu près égale à T 0) est mesurée par le courant I 1. La valeur corrigée de la résistance R5 * est calculé selon la formule R5 R5 * = [ln (I 0 / I 1)]. Enfin, réglez la résistance R5 résistance égale à la valeur ajustée.

Batteries avant la recharge est nécessaire de décharger la tension 1 ... 1,1 V pour empêcher la surcharge et leur manifestation d'effet mémoire. [2] Lors de la décharge de la batterie est chaude, avant de la recharger les doivent être refroidis à la température ambiante (0 ... + 30 ° C [2]). Avant de brancher la batterie sur le chargeur, assurez - vous qu'il est hors tension, R3 résistance curseur est dans le fond (sur le schéma) Position, un SA1 - dans le "permanent". En outre, avec la polarité correcte, installer les batteries, y compris les repas et l' aide de la résistance variable R3 régler le courant initial I 0 par la formule (3). Après que SA1 est transféré à la "diminution", et après un temps 3T 0 batteries sont prêtes à l' emploi.

Pour alimenter l'appareil a besoin d' une source 8 à 24 tension, peut être réglementée. Vous pouvez être accusé simultanément d'un à dix éléments. Minimum de tension , y compris l' ondulation devrait être de 2 volts par cellule plus 4 (mais à l' intérieur de ces limites).

Le dispositif peut être utilisé comme un support pour l'élimination non seulement de la charge, mais aussi les caractéristiques de décharge de la batterie. Dans ce dernier cas, la batterie doit être analysée reliée au dispositif de polarité inverse. La tension sur les électrodes, il est nécessaire de surveiller en permanence le voltmètre. Ne pas laisser change sa polarité, afin de ne pas provoquer une défaillance de la batterie d'alarme. Pour cette raison, il est déconseillé de manière à vider la batterie de plusieurs cellules en série, parce que vous pouvez sauter le temps de défaillance de l'élément avec la plus petite capacité.

sources

  1. De nouveaux types de batteries ( «outre-mer»). - Radio, 1998, №1, p. 48, 49.

  2. http://www.battery-index.com/

  3. Un peu sur le chargement des batteries au nickel-cadmium ( «outre-mer»). - Radio, 1996, №7, p. 48.49.

  4. Netchaïev AI express de charge de la batterie. - Radio, 1995, №9, p. 52, 53.

  5. Alekseev chargeurs pour piles et batteries Ni-Cd. - Radio 1997, №1, p. 44-46.

  6. Dolgov O. chargeur étrangères et son homologue au niveau des éléments intérieurs. - Radio, 1995, №8, p. 42, 43.

  7. Dorofeev M. Chargeur Option. - Radio 1993, №2, p. 12, 13.

  8. Tkachev F. Calcul du pont sensible à la chaleur. - Radio, 1995, №8, p. 46.

  9. S. Biryukov une puce régulateurs de tension large application. - Radio, 1999, №2, p. 69-71.

  10. Resettable Fuses Multifusible société BOURNS. - Radio, 2000, №11, c. 49-51.

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Auteur: M. EVSIKOV, Moscou
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