Автоматическое зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторных батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

В предлагаемой вниманию читателей статье описано автоматическое зарядное устройство, которое, по мнению автора, практически идеально заряжает Ni-Cd аккумуляторные батареи. Кроме того, с его помощью можно заряжать и Ni-MH батареи. В авторском варианте устройство рассчитано на зарядку аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 7,5 В и емкостью 1300 мА-ч радиостанции Motorola GP1200. Для всех желающих повторить этот прибор для зарядки, других батарей приведены формулы расчета основных элементов.

Известно [1], что Ni-Cd аккумулятор считают заряженным, когда при подключенном зарядном устройстве (ЗУ) напряжение на нем равно 1,5 В. После отключения ЗУ напряжение быстро уменьшается примерно до 1,45.-1,47 В. Перезарядка недопустима, поскольку это приводит к снижению срока службы аккумулятора.

Нормальная зарядка аккумулятора возможна, если он разряжен до напряжения в пределах 1 ...1,1 В. При разрядке до напряжения ниже указанного уровня сокращается срок службы аккумулятора, а при более высоком значении проявляется эффект памяти. Таким образом, перед зарядкой необходимо убедиться в том, что аккумулятор разряжен до указанного выше напряжения.

Примерное время зарядки вычисляют по формуле t=1,4С/I10, где t - время зарядки, ч; С - емкость аккумулятора, мАч; I10 - номинальный зарядный ток: 110=С/10, мА; 1,4 - поправочный коэффициент, учитывающий потери, поскольку во время зарядки часть энергии необратимо превращается в тепло. Следует помнить, что практически все современные Ni-Cd аккумуляторы созданы по более совершенной технологии, поэтому поправочный коэффициент для них - в пределах примерно от 1,1 до 1,2.

Итак, как же сделать, чтобы по истечении зарядного цикла аккумулятор не перезарядился и автоматически отключился от ЗУ Можно, например, рассчитать время, необходимое для зарядки аккумулятора, установить зарядный ток и подключить реле времени. Однако у такого решения есть негативные стороны. Как было указано выше, поправочный коэффициент для конкретного аккумулятора может немного отличаться, что приведет к неправильному расчету времени и, как следствие, к его недозарядке или перезарядке. Если аккумулятор не был полностью разряжен, ЗУ, реализующее такой метод, с большой вероятностью перезарядит его. Если же в процессе зарядки напряжение в питающей сети исчезнет, а потом опять появится, реле времени сбросит свои показания и начнет цикл заново, что опять приведет к гарантированной перезарядке. В конечном итоге срок службы аккумулятора заметно уменьшится.

Рассмотрим другой вариант. Если ориентироваться на конечное значение напряжения на аккумуляторе 1,5 В, то можно контролировать не время, а напряжение на нем и в соответствии с этим отключать от зарядного устройства. Однако, как правило, одинаковых аккумуляторов не бывает и при зарядке батареи часть ее элементов окажется недозаряженными.

Если снять зарядную характеристику батареи, можно обнаружить интересную особенность: при перезарядке напряжение на выводах аккумулятора уменьшается. Остается только проконтролировать факт уменьшения напряжения и дать команду на отключение ЗУ.

Остановимся на этом подробнее. Разобьем процесс зарядки на три этапа. Первый этап - напряжение на аккумуляторной батарее (АБ) повышается до уровня 1,5 В на элемент. Длительность этого этапа составляет примерно 80...90 % от общего времени.

Второй этап - напряжение на АБ становится больше 1,5 В на элемент. На этом этапе происходит самый загадочный процесс - некоторые аккумуляторы заряжаются, а некоторые испытывают небольшую перезарядку. Предсказать, каким будет напряжение на батарее в этот момент, практически невозможно. Все зависит от идентичности параметров аккумуляторов. Замечено, что чем больше различаются параметры, тем выше поднимается напряжение. В конце этого процесса аккумуляторы в АБ будут практически одинаково заряжены. Длительность этого этапа составляет примерно 10...20% от общего времени.

Третий этап - напряжение на АБ уменьшается и становится меньше 1,5 В на элемент. Зарядка окончена.

Но что делать, если напряжение на третьем этапе не станет меньше 1,5 В на элемент. Такая ситуация весьма редко возникает при зарядке Ni-Cd, однако типична для Ni-MH аккумуляторов. Есть очень простой выход. Обычно второй этап для всех современных аккумуляторов длится не более двух часов (точнее 1...2 ч). Поэтому достаточно использовать таймер, отключающий ЗУ через два часа после начала второго этапа.

Рассмотрим зарядку АБ от радиостанции Motorola GP1200, состоящей из шести аккумуляторов емкостью 1300 мАч. Ее номинальное напряжение, как и большинства батарей для радиостанций этой фирмы, равно 7,5 В. Следует учитывать и наличие встроенного в АБ защитного диода, включенного в зарядную цепь. Обычно падение напряжения на этом диоде составляет около 0,28 В. Рассчитаем параметры ЗУ для зарядки этой АБ.

Номинальный зарядный ток I10=0/10=130 мА. Напряжение срабатывания компаратора 6-1,5=9 В. Прибавляем к этому значению падение напряжения на защитном диоде: 9+0,28=9,28 В.

Поправочный коэффициент для АБ фирмы Motorola примерно равен 1,2. Максимальное время зарядки аккумулятора составляет t=1,20/I10=1,2-1300/130=12ч.

Схема ЗУ показана на рис. 1.

(нажмите для увеличения)

Устройство состоит из грех основных узлов: А1 - выпрямитель с удвоением напряжения и стабилизатор зарядного тока; А2 - компаратор, управляющий токозадающим триггером, и таймер зарядки; A3 - триггер, определяющий ток зарядки аккумулятора.

Основные достоинства предлагаемого автоматического ЗУ:

• легко повторяемо;
• собрано из доступных и недорогих элементов (стоимость микросхемы TL082- 12 руб.);
• обеспечивает практически идеальную зарядку, гарантирующую долгую работу батареи;
• имеет режим компенсации саморазрядки АБ;
• снабжено полной защитой, не может перезарядить уже полностью заряженную батарею;
• после нескольких зарядных циклов параметры аккумуляторов в батарее становятся близкими друг к другу;
• если на зарядку установлена не полностью разряженная батарея, ЗУ автоматически определит, сколько нужно дозаряжать АБ (часто пользоваться такой возможностью не рекомендую, поскольку начинает проявляться "эффект памяти" и, как следствие, емкость батареи уменьшится);
• просто в эксплуатации, достаточно включить ЗУ и иногда менять заряжаемые аккумуляторы.

Если АБ (GB1) подключена к ЗУ, на выходе стабилизатора DA1 появляется стабильное напряжение 5 В. В результате включается светодиод HL3, сигнализирующий о подключении батареи к устройству. Этим же напряжением питают токозадающий триггер, собранный на транзисторах VT2-VT4. Из-за наличия конденсатора С6 напряжение на базе транзистора VT3 нарастает медленнее, чем на базе транзистора VT4. Транзистор VT4 открывается, резистор R14 подключается к стабилизатору тока DA1 и определяет зарядный ток на первом этапе. Следовательно, включается светодиод HL2, сигнализируя о начале зарядки.

Когда напряжение на АБ достигнет значения 9,28 В, сработает компаратор DA2.1, что приведет к открыванию транзистора VT2. В результате напряжение на базе транзистора VT4 резко уменьшится и триггер переключится в другое устойчивое состояние: транзистор VT4 закрыт, а транзисторы VT2 и VT3 открыты. Это приводит к тому, что ток зарядки теперь определяется сопротивлением параллельно включенных резисторов R10 и R11. Нетрудно посчитать, что ток остался прежним. Естественно, в результате погаснет светодиод HL2 и загорится HL1, сигнализируя о втором этапе. Второй этап завершится падением напряжения на аккумуляторе, в результате которого компаратор DA2.1 опять переключится, погаснет светодиод HL1 и закроется транзистор VT2. Теперь зарядный ток определяется только сопротивлением резистора R11. Зарядка окончена.

Как показывает практика, в результате многократных и практически идеальных зарядных циклов параметры аккумуляторов в АБ выравниваются и напряжение в конце второго этапа стремится к 1,5 В на элемент, иногда не превышая это значение. В этом случае компаратор, скорее всего, не сработает. Здесь в работу вступает таймер зарядки, собранный на ОУ DA2.2. Конденсатор С5 задает время (примерно два часа), через которое переключится таймер. По истечении этого времени транзистор VT2 закроется и, как было указано выше, ток зарядки, численно равный примерно 1/30 емкости АБ, будет определяться сопротивлением резистора R11. Такой небольшой ток лишь компенсирует саморазрядку батареи. Теоретически в этом режиме АБ может находиться бесконечно долго.

Подстроечным резистором R3 устанавливают порог срабатывания компаратора DA2.1. Фактически компаратор питается от несимметричного двухполярного напряжения, порог его срабатывания - переход напряжения на инвертирующем входе через ноль. Компаратор рассчитан так, что нижний порог срабатывания примерно на 60 мВ меньше верхнего [2]. Это сделано, чтобы исключить "дребезг" в момент переключения транзистора VT2.

Питают ЗУ от трансформатора, переменное напряжение на вторичной обмотке которого равно 12 В. На диодах VD1, VD2 и конденсаторах С1, С2 собран выпрямитель с удвоением напряжения - на его выходе напряжение около 30 В, которого вполне достаточно для зарядки АБ из десяти аккумуляторов.

Если необходимо заряжать АБ другой емкости и (или) с другим напряжением, параметры ЗУ легко пересчитать. Для этого понадобятся три параметра: емкость, число аккумуляторов в АБ и наличие (или отсутствие) защитного диода.

Зная емкость, вычисляют номинальный зарядный ток. Исходя из числа аккумуляторов и наличия (или отсутствия) защитного диода, рассчитывают напряжение переключения компаратора. Возможно, придется подобрать резистор R2, чтобы подстроечным резистором R3 можно было регулировать порог срабатывания. И остается рассчитать сопротивление резисторов R10, R11, R14: R14=5/I10; R11=4R14; R10=R11/3. Однако значения получаются не совсем стандартные, поэтому в ЗУ применены составные, параллельно соединенные резисторы: R14 - четыре параллельно соединенных резистора R11; R10 -три параллельно соединенных резистора R11. Рекомендую применить именно составные резисторы. Иначе, если будет больший разброс в номиналах, компаратор может не переключиться.

Устройство собрано на трех печатных платах (каждый узел на отдельной плате), чертежи которых показаны на рис. 2.

Стабилизатор DA1 следует разместить на ребристом или штыревом теплоотводе площадью не менее 20 см2. В устройстве необходимо применять конденсаторы только указанной на схеме емкости. Сопротивление утечки конденсатора С5 - не менее 2 МОм.

Перед налаживанием следует удалить перемычку S1. Затем подают на разъем Х1 напряжение от сетевого трансформатора. Вместо АБ подключают ее эквивалент. Сопротивление эквивалента батареи рассчитывают по формуле Rэкв=Ucp/I10, где Ucp - напряжение переключения компаратора (9,28 В). В нашем случае эквивалентом АБ от радиостанции Motorola GP1200 служит резистор сопротивлением около 75 Ом и мощностью не менее 2 Вт. После установки эквивалента должен включиться светодиод HL3. Далее на конденсатор C3 от внешнего регулируемого блока питания подают напряжение переключения компаратора (9,28 В) с соблюдением полярности: минусовой вывод подключают к левому по схеме выводу конденсатора C3, а плюсовой - к правому. Подстроечным резистором R3 устанавливают порог включения светодиода HL1. Затем следует проверить, что при плавном уменьшении напряжения от внешнего регулируемого блока питания с 9,28 до 9,2 В светодиод HL1 гарантированно гаснет.

Далее проверяют работоспособность всего ЗУ. Для этого необходимо немного уменьшить напряжение от внешнего блока питания хотя бы на 1 В. В результате светодиод HL1 погаснет, конечно, если он светился. Затем отключаем эквивалент АБ. Светодиод HL3 должен погаснуть. Опять подключаем эквивалент. Загораются светодиоды HL2 и HL3. Светодиод HL3 сигнализирует о наличии аккумулятора в устройстве, а светодиод HL2 - о начале зарядки. Далее плавно увеличивают напряжение внешнего блока питания. При напряжении 9,28 В должен выключиться светодиод HL2 и включиться светодиод HL1, сигнализирующий о начале второго этапа.

И наконец, осталось проверить таймер зарядки. Для этого между базой и эмиттером транзистора VT2 подключают вольтметр. Он должен показать напряжение около 0,7 В. Светодиод HL1 в это время включен. Через 2 ч ±20 мин показания вольтметра должны уменьшиться. Светодиод HL1 будет продолжать гореть. Но при зарядке АБ, как только напряжение база-эмиттер транзистора VT2 уменьшится, светодиод HL1 погаснет. Налаживание завершено. Отключите внешний регулируемый блок питания, эквивалент АБ и восстановите перемычку S1. Устройство готово к работе.

Литература

1. Справочник по герметичным источникам тока. - С.-Пб.: Химиздат, 2000.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1983.

Автор: Ю.Осипенко, г.Уфа

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Специальный медиа-контент для зрителей, зависимых от гаджетов 18.12.2024 В эпоху цифрового потребления контента компании вынуждены учитывать особенности поведения зрителей, и Netflix не стал исключением. Одной из новых стратегий стримингового гиганта стало адаптирование фильмов и сериалов под аудиторию, склонную смотреть контент фоном, отвлекаясь на свои смартфоны. Это решение вызывает противоречивую реакцию в профессиональном сообществе, однако отражает реалии современного медиапотребления. Руководство Netflix призвало сценаристов пересмотреть подход к созданию диалогов и повествования. Теперь сценарии все чаще включают в себя реплики, которые детально объясняют происходящее на экране. Это делается для того, чтобы зрители, занятые параллельно другими делами, могли не упустить сюжетных линий. Примером такой практики стала сцена из популярного фильма Netflix "Ирландское чудо" с Линдси Лохан, где героиня подробно рассказывает о событиях дня. Этот подход противоречит классическому правилу "показывай, а не рассказывай", которое исторически являлось одним из основополагающих принципов кинематографии. Многие сценаристы выразили недовольство новыми требованиями, поскольку они ограничивают творческую свободу и ставят под сомнение глубину повествования. Однако Netflix, руководствуясь своими исследованиями, утверждает, что такая адаптация помогает удерживать внимание зрителей, даже если они полностью не сосредоточены на экране. Стриминговый сервис известен своей системой классификации контента, включающей тысячи микрожанров. Одной из таких категорий стали так называемые фильмы и сериалы для "нехитрого просмотра", которые легко воспринимаются в условиях частичного внимания. Это своего рода признание того, что современный зритель все чаще предпочитает совмещать просмотр контента с использованием смартфона или выполнением других задач. Несмотря на новую стратегию, вызвавшую дискуссии, Netflix остается домом для разнообразных проектов. В прошлом компания радовала зрителей сложными и глубокими фильмами, такими как "Рома" Альфонсо Куарона и "Ирландец" Мартина Скорсезе. Однако современные тенденции медиапотребления требуют гибкости, и компания пытается балансировать между качественным искусством и популярным контентом. Подобная трансформация подчеркивает изменения, происходящие в индустрии развлечений. В эпоху отвлеченного внимания стриминговые платформы ищут способы адаптироваться к новым привычкам аудитории. Хотя это вызывает споры среди профессионалов, подход Netflix демонстрирует, что успешные компании вынуждены учитывать запросы своих зрителей, даже если это идет вразрез с классическими принципами киноискусства. Таким образом, Netflix стремится сохранить свою позицию лидера, предлагая разнообразный контент, который подходит как для вдумчивого, так и для фрагментарного просмотра. Вопрос лишь в том, удастся ли компании удержать баланс между массовым потреблением и высокими стандартами кинематографии.

Другие интересные новости:

▪ Нанороботы для лечения астронавтов

▪ Ламы помогут в борьбе с гриппом

▪ Комнатные растения и воздух в помещении

▪ Производство меда без участия пчел

▪ Лазерная систем Raytheon для обнаружения и уничтожения дронов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Медицина. Подборка статей

▪ статья Теплица-автомат. Чертеж, описание

▪ статья Какое правило установил Петр I для выступающих в Сенате? Подробный ответ

▪ статья Кратер Нгоронгоро. Чудо природы

▪ статья Индикатор состояния батареи со звуковой индикацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Аэрозоли для применения в электронике. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026