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Schaltungsvorrichtung für ein beschleunigtes Aufladen der Batterie
Ni-Cd- und Ni-MH

Artikel Autor: M. EVSIKOV

Beschrieben in dem Artikel ist für schnelles Aufladen von Batterien entwickelt Ni-Cd und Ni-MH - Batterien exponentiell abfallenden Strom. Seine Vorteile umfassen eine Auswahl Zeit reicht von 45 Minuten bis 3 Stunden Ladezeit , einfache Fertigung und Gebäude, das Fehlen von Heizbatterien am Ende des Ladens, die Möglichkeit der visuellen Kontrolle des Ladevorgangs wird der automatische Wiederherstellungsvorgang , wenn ausgeschaltet , und drehte sich dann auf die Kraft, die Benutzerfreundlichkeit. Das Gerät kann als Ständer für die Entfernung der Batterie Ladungs-Entladungs-Eigenschaften verwendet werden.

Wenn eine große Konstantstrom (0,5 E oder mehr beträgt , wobei E - die Batteriekapazität) Lade, beginnt die Batterie nach 75 zu erwärmen ... von 80% der Ladung, erwärmen sich die Ni-MH - Batterien mehr als die Ni-Cd [1]. Wenn die Batterietemperatur steigt aufladen schnell [1], und wenn dieser Prozess nicht rechtzeitig gestoppt wird, beendet sie den Entzündung oder Explosion der Batterie. Empfohlene Temperatur Beendigung des Ladevorgangs - +45 ° C [2]. Jedoch ist dieses Kriterium als Notfall nur geeignet: eine Kombination aufladen Überhitzung Batteriekapazität verringert, und folglich verringert seine Lebensdauer.

eine bestimmte Spannung an der Batterie zu erreichen, und ist für das Ende des Prozesses nicht zufriedenstellend Kriterium. Die Tatsache, dass der Wert auf volle Ladung entspricht nicht im Voraus bekannt ist, da es von der Temperatur und dem "Alter" der Batterie hängt. Fehler in einigen Millivolt führt zu der Tatsache , dass die Ladung der Batterie wird nie zu früh abgeschlossen beenden oder werden [3] .

Bei der Aufladung, Konstantstromladung ist einfach zu steuern - es auf die Dauer des Prozesses direkt proportional ist. Insbesondere kann seinen Wert auf die Nennkapazität der Batterie gleich sein. Aber im Laufe der Zeit, und seine Kapazität am Ende der Lebensdauer reduziert wird , beträgt etwa 80% der Nenn. Daher wird die Nennkapazität der Ladungsbeschränkung keine Garantie für die Abwesenheit von Lade- und Batterie Überhitzung und kann daher nicht das einzige Kriterium sein, der Ladevorgang abgeschlossen ist.

Der schwierigste Testprozess ist beendet - wenn die Batteriespannung ein Maximum erreicht, und beginnt dann abzunehmen. Die maximale Spannung entspricht die Batterie vollständig geladen ist, aber [2] wird gezeigt , daß es eine Folge der Batterie während des Aufladens Wärmerückgewinnung. Der maximale Wert ist sehr klein, vor allem für Ni-MH - Akkus (ca. 10 mV), so verwenden Sie die ADC oder die Spannungs-Frequenz - Wandler [2] für die Erkennung. Beim Laden der Batterie, erreicht die maximale Spannung seine verschiedenen Elemente zu unterschiedlichen Zeiten, so ist es ratsam, separat jedes von ihnen zu steuern. Darüber hinaus gibt es Batterien mit abnormal Ladecharakteristik an dem die maximal verfügbare. In anderen Worten ist die Steuerspannung nur nicht ausreichend, und auch die Temperatur und die Ladungsmenge durch die Batterie geleitet steuern muss.

Wenn somit eine große Batterie Konstantstromlade notwendig jedes Element zu steuern, auf mehreren Kriterien, die das Ladegerät erschwert. Laden Sie nur einen kleinen Strom (weniger als 0,2 e) nicht eine Überhitzung der Notfallbatterie verursachen Aufladen auch bei großen. In diesem Fall muss der Status jedes Elements nicht das Ladegerät sehr einfach stellt sich heraus, zu steuern, aber sein Nachteil ist offensichtlich - lange Ladezeit.

Es gibt Ladegeräte, die ursprünglich war ein großer Strom verringert sich über die Ladezeit [4-6]. In diesem Fall, und müssen nicht den Status der einzelnen Batteriezelle zu überwachen. Aber diese Geräte fehlen Steuerung der Ladungsmenge und die volle Ladung als Kriterium verwendet, um eine bestimmte Spannung zu erzielen, die, wie oben erwähnt, nicht zufriedenstellend ist.

In [7] beschrieben Ladegerät, wobei der Batteriekondensator von der Quelle konstanter Spannung über einen Widerstand aufgeladen wird. In diesem Fall sollte der Ladestrom theoretisch im Laufe der Zeit verringern, exponentiell mit einer Zeitkonstante, die gleich dem Produkt der Batteriekapazität äquivalent zu dem Widerstand dieses Widerstands. In der Praxis unterscheidet sich die zeitliche Abhängigkeit des Ladestroms von der exponentiellen weil die äquivalente Kapazität und eine Ausgangsquellenimpedanzänderung während des Aufladens. Aber selbst wenn wir diesen Unterschied zu ignorieren, der wichtigste Parameter - die konstante Ladezeit - ist nicht bekannt, so dass die Steuerung nicht durch die Batterieladung übergeben werden. Daher endet wieder Aufladen eine gewisse Spannung zu erreichen.

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung wird der Ladestrom in der Form einer exponentiell abnehmenden Impulses gewählt , weil es leicht ist , mit einem einfachen RC-Schaltung zu implementieren. Es endet in einer natürlichen Weise, mit dem Ergebnis, dass es keine Notwendigkeit in der Zeitgeber, die Batterie nach einer bestimmten Zeit zu entfernen, die Ladung begrenzt ist, auch wenn die Batterie in das Ladegerät für eine lange Zeit ist. Signifikanterweise erzeugt der Ladestromgeneratorstrom, so dass ihr Wert und die Form nicht auf die Batteriespannung oder Ladung der Nicht-Linearität von Merkmalen abhängen.

In der Prozessstrom durch die Batterie des Ladens abnimmt I exponentiell:

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

Wo: t - Zeit; I 0 - Anfangsladestrom; T 0 - konstante Ladezeit. Darüber hinaus erhält jede Batterie eine Ladung q, die durch den Ausdruck geschätzt

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

Abhängigkeitsgraphen I und Q von der Zeit t sind in den Fig. 1.

Die Abhängigkeit von I und q auf t Batterieladezeit.

Abb.1. Abhängigkeit von I und Q von der Zeit t

Es ist offensichtlich , dass während der 3T 0 0,95I Gebühr 0 T 0 erreicht, und nähert sich dann den Wert I 0 T 0. Es wird empfohlen , den Wert von I 0 und T 0 durch die Formeln zur Auswahl

Ich ne = 0, T = 0 Stunden, 1 / n, wobei n = 1, 2, 3, 4 (3)

Der am besten geeignete Wert von n = 1. Anfangsladestrom in diesem elektrischen Kapazität Fall E, die Ladezeit - 3 Stunden. (In der Praxis können Sie den Akku in das Ladegerät in der Nacht verlassen und am Morgen werden sie voll aufgeladen werden). Wenn die Ladezeit zu lang ist , der Wert von n zunimmt. Für n = 2 wird es bei einer anfänglichen 1,5ch 2E Ladestrom sein. Dieser Modus eignet sich für Ni-Cd und Ni-MH - Akkus. N Erhöhung auf 3 reduziert die Zeit bis zu 1 Stunde aufladen, aber die anfängliche Ladestrom erhöht sich auf 3E. Schließlich, wenn n = 4 ist , wird die Ladezeit auf 45 Minuten verkürzt, und die anfängliche Ladestrom steigt bis 4E. Die Werte von n gleich 3 und 4 gelten für Ni-Cd - Batterien, da deren Innenwiderstand leicht (weniger als 0,1 Ohm). Im Hinblick auf die Ni-MH - Batterie, der Innenwiderstand ein Mehrfaches höher, so dass ein großer Strom zu Beginn ihrer Ladung erwärmen kann, was nicht akzeptabel ist. Werte von n größer als 4 ist nicht empfehlenswert. Ich kann 0 bis 5% größer wählen als die durch die Formel (3) definiert. Dann wird die genaue Ladezeit 3 Stunden / n, und ferner eine 5% Reload unbedeutend.

Gerätebetriebsprinzip ist in Fig. 2.

Das Prinzip der Bedienung des Gerätes für den schnellen Batterieladung.

Abb.2. Das Prinzip der Arbeitsweise der Vorrichtung

Ein Kondensator C1 wird auf die Spannung vorgeladen U 0 wird der A1 über einen Stromverstärker mit einem Eingangswiderstand Rin entladen und einen Strom Ki gewinnen. Der Strom Iin mit dem Eingang der Verstärkerschaltung ist gegeben durch

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

Der Strom in der Ausgangsschaltung des Verstärkers I = KiIin lädt die Batterie GB1:

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

wobei: S = Ki / Rin - die Steilheit der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, wenn er als Spannungswandler in einen Strom betrachtet wird. Vergleichen (2) und (5) haben wir

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

Günstig U wählen 0 = 1, C1 = 1000 uF, dann (3) impliziert , dass Rin 3,6 MW / n =,

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

Zum Beispiel, wenn E = 1 und n = Ah 1 müssen die folgenden Parameter: Rin = 3,6 MW, S = 1 / B, = Ki 3600000 = 131 dB.

Schematische Darstellung der Vorrichtung in Fig. 3. Der Stromverstärker wird auf dem OS DA2.1 gesammelt und Transistoren VT2 und VT3. Spannungsoperationsverstärker Stromversorgung stabilisiert Chip DA1. Knoten , auf dem Transistor VT1 steuert die Größe der Spannung. Wenn es normal ist, K1.1 der Transistor, über ein Relais K1 Spulenstrom fließt, Relaiskontakte geschlossen, LED - HL1 leuchtet Normalbetrieb anzuzeigen. Schalter SA1 ausgewählte Lademodus: DC (wenn es geschlossen) oder exponentiell abnimmt (wenn sie sich öffnen). Widerstände R2 und R3 bilden einen Spannungsteiler. Die Spannung an dem Motor, der veränderliche Widerstand R3 bestimmt den Ladestrom. In der "Permanent" ist die Spannung über den Widerstand R1 und den geschlossenen Relaiskontakte K1.1 den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers eintritt. Seinen Ausgangsstrom wird durch die Transistoren VT2, VT3 verstärkt und wird so eingestellt, daß die Spannung über den Widerstand R11 und R5 gleich geworden sind. Die Stromverstärkung Ki = R5 / R11 und angegebenen Stückelung in Schema etwa gleich 10 7, und die Steigung der Strom - Spannungs - Umwandlung in S = 1 / R11 = 3 A / B

Schematische Darstellung der Vorrichtung zum schnellen Aufladen der Batterie.

Abbildung 3. Schematische Darstellung der Vorrichtung

In der "Verringerung" (Kontakte geöffnet Schalter SA1) C2 Kondensatorkapazität von 1000 entladen uF über den Widerstand R5 mit einer Zeitkonstante ausgewählt aus der Formel (3). Exponentiell abnehm wird der Strom durch den Kondensator verstärkt DU DA2.1 und Transistoren VT2, VT3 und lädt die an den Anschluss X1 angeschlossenen Batterien ( "Exit"). Diode VD2 verhindert , dass sie , wenn die Versorgungsspannung entladen. PA1 Amperemeter wird verwendet , um den aktuellen Wert des Ladestroms zu steuern. Der Kondensator C5 verhindert Eigenschwingungsvorrichtung. Die Widerstände R4, R8-R10 - Strombegrenzung. Sie schützen das OS und der Transistor VT2 in Notsituationen, wie zB Bruch des Widerstands R11 und der Durchbruch des Transistors VT3, das Scheitern der anderen Elemente zu verhindern.

Wenn Sie die Stromversorgung der Ladestrom Verringerungsmodus Transistor auszuschalten VT1 schließt und öffnet die Relaiskontakte K1.1 und verhindert eine weitere Entladung des Kondensators C2. HL1 - LED erlischt, einen Stromausfall signalisiert. Mit der Wiederherstellung des Leistungstransistors VT1 öffnet, schließt die Relaiskontakte K1 K 1.1 und Batterielade weiterhin automatisch auf dem aktuellen Wert , an dem sie unterbrochen wurde. HL1 LED leuchtet wieder auf, signalisiert die Wiederaufnahme des Ladens. Drücken Sie die Taste SB1 kann vorübergehend Lade werden stoppen , wenn die Batterieeigenschaften zu entfernen. Dieser Kondensator C4 verhindert das Eindringen von Netzwerkinterferenz am Eingangsoperationsverstärker.

Das Gerät ist auf einer Universal - Leiterplatte montiert und in den Gehäuseabmessungen 310x130x180 mm platziert. AA-Batterien sind in der Nut auf der oberen Abdeckung des Gehäuses platziert. Kontaktbuchse in Form von Bandsegmenten von Weißblech, die durch eine Feder in das Batteriefach für die Standard - AA-Element gedrückt werden. Eine Feder ist nicht aktuell. Es ist zu beachten , dass im Handel erhältliche Plastikfächer eignen sich nur für einen Strom 500 mA nicht überschreiten. Die Tatsache, dass der Strom durch die Kontaktfedern fließt, erwärmt diese und wobei Wärmespeicher. Bereits bei einem Strom von 1 A heißen Quelle , so dass der geschmolzene Kunststoff Wand des Kastengehäuse, dessen weitere Nutzung unmöglich machen.

Transistor VT3 gerippte Kühlkörper ist auf einer Fläche von 600 cm 2, die Diode VD2 montiert - auf Platte Kühlkörper Fläche von 50 cm 2. Widerstand R11 besteht aus drei Widerständen parallel geschaltet MLT-1 1-Ohm. Alle Hochstromanschlüsse sind Segmente aus Kupferdraht Querschnitt von 3 mm 2, hergestellt , die direkt auf die Schlussfolgerungen der einschlägigen Einzelheiten verlötet sind.

DU K1446UD4A (DA2) durch Chip K1446UD1A oder anderen dieser Serie ersetzt werden, aber ein zwei Operationsverstärker , die eine mit der unteren Vorspannung zu wählen. Der zweite Operationsverstärker kann als Teil einer thermisch empfindlichen Brücke verwendet werden [8] für die Notabschaltung von Batterien , wenn sie während des Ladens DC (zum Aufladen der Batterien überhitzen wurde Strom beobachtet Abnahme) überhitzt werden. Im Falle von anderen Arten von OS sollte berücksichtigt werden , dass die Macht in der unipolaren Design, aber es ist bei Nullspannung an beiden Eingängen muss funktional sein.

Chip KR1157EN601A (DA1) ersetzbar Stabilisator dieser Serie mit dem Index B, sondern auch Chip K1157EN602 Serie, aber der letzte ist anders "pinout" [9].

Transistor VT1 - eine beliebige einer Reihe von KP501 sollte VT2 eine statische Stromübertragungsverhältnis h 21E Basis von mindestens 100. KT853B Transistor (VT3) ist dadurch gekennzeichnet , daß sie mehr als 1000 h 21E ist. Als VT2, VT3, können Sie andere Arten von Transistoren verwenden, aber die gesamte Stromverstärkung sollte 100.000 übersteigen.

Kondensator C2, die die Ladezeitkonstante T 0 definiert ist , eine stabile Kapazität haben, die nicht notwendigerweise gleich dem Schema bewertet als Sollwert T 0 wird gesetzt , wenn die Auswahl des Widerstands R5 zu etablieren. Der Autor verwendet , um ein Oxidkondensator Jamicon Unternehmen mit einem großen Versorgungsspannung (25 - mal).

Das Relais K1 - Reed EDR2H1A0500 Firma ECE mit Spannungs- und Strombetrieb bzw. 5 V und 10 mA. Möglicher Ersatz - Relais inländische Produktion ATC-1 (PA4 Pass 362.900.).

Ammeter PA1 muss für den maximal bewertet werden Ladestrom (in der Fassung des Autors von M4200 Gerät Strom 3 A angelegt). Sicherung FU1 - rücksetzbare MF-R300 BOURNS Unternehmen [10].

Herstellungsvorrichtung zur Installation der erforderlichen Ladezeit konstante Werte von T 0 ist , ausgewählt aus der Formel (3) reduziert wird. Widerstand R5 wird ausgewählt durch die Formel (7) zu sein Rin, unter der Annahme , daß die Kapazität des Kondensators C2 ist genau gleich 1000 uF. Anstelle von Batterien umfassen ein digitales Amperemeter. Vor dem Einschalten der Leistung wie beim Laden der Batterie, und , wenn das Gerät zur Gründung der variable Widerstand R3 Motor auf den Boden übertragen wird (auf dem Schema) und schließen Sie die Schalterkontakte SA1 (dies ist notwendig für die Entladung des Kondensators C2). Dann sind Mahlzeiten und durch den Schieber Widerstand R3 ziehen, stellen Sie den Ausgangsstrom I 0 von etwa 1 Ampere. Weiter SA1 übertragen "abnehmen". Nach dem Zeitpunkt T 1 (ungefähr gleich T 0) wird durch den Strom I 1 gemessen. Der korrigierte Wert des Widerstandes R5 * berechnet nach der Formel R5 * = R5 [ln (I 0 / I 1)]. Schließlich, stellen Sie den Widerstand R5 Widerstand gleich dem eingestellten Wert.

Batterien vor dem Aufladen ist erforderlich , die Spannung 1 ... 1,1 V um Überlastung zu verhindern und deren Manifestation der Memory - Effekt zu entladen. [2] Wenn die Batterie entladen ist heiß, vor dem Aufladen sie sollte (0 ... + 30 ° C [2]) auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Bevor Sie die Batterie an das Ladegerät anschließen, stellen Sie sicher , dass es nicht erregt ist , R3 Widerstand Schieber ist im Boden (auf dem Schema) Position, eine SA1 - in der "Permanent". Ferner kann mit der richtigen Polarität, installieren Sie die Batterien, Mahlzeiten und mit dem variablen Widerstand R3 den Anfangsstrom I 0 durch die Formel (3) festgelegt. Danach SA1 auf die "Schrumpfung" übertragen wird, und nach einiger Zeit 3T 0 Batterien sind für den Einsatz bereit.

Um das Gerät zu versorgen eine Spannungsquelle 8 bis 24 benötigt, kann ungeregelt sein. Sie können gleichzeitig mit einem bis zehn Elemente berechnet. Mindestspannung Welligkeit sollte 2 Volt pro Zelle sein , plus 4 (aber innerhalb dieser Grenzen).

Das Gerät kann für die Entfernung von nicht nur Lade, sondern auch die Batterieentladungseigenschaften als Stand verwendet werden. Im letzteren Fall muss der analysierten Batterie an das Gerät in umgekehrter Polarität angeschlossen sein. Die Spannung an den Elektroden, ist es notwendig, ständig das Voltmeter überwacht. Nicht in seine Polarität ändert, um nicht Alarm Batterieausfall zu verursachen. Aus diesem Grund ist es nicht so empfohlen, die Batterie von mehreren Zellen in Reihe zu entleeren, weil Sie die Zeit des Ausfalls des Elements mit der kleinsten Kapazität überspringen.

Quellen

  1. Neue Arten von Batterien ( "Übersee"). - Radio, 1998, №1, p. 48, 49.

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

  3. Ein wenig über Nickel-Cadmium-Batterien zu laden ( "Übersee"). - Radio, 1996, №7, p. 48.49.

  4. Netschajew AI Express Batterieladung. - Radio, 1995, №9, p. 52, 53.

  5. Alekseev Ladegeräte für Ni-Cd-Akkus und Batterien. - Radio 1997 №1, S.. 44-46.

  6. Dolgov O. Fremd Ladegerät und sein Pendant bei den heimischen Elemente. - Radio, 1995, №8, p. 42, 43.

  7. Dorofeew M. Option Ladegerät. - Radio 1993 №2, S.. 12, 13.

  8. Tkatschow F. Berechnung der wärmeempfindlichen Brücke. - Radio, 1995, №8, p. 46.

  9. S. Biryukov eine Chip-Spannungsregler breite Anwendung. - Radio, 1999, №2, p. 69-71.

  10. Rückstellende Sicherungen Multifuse Unternehmen BOURNS. - Radio, 2000, №11, c. 49-51.

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Autor: M. EVSIKOV, Moskau
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