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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricabatterie automatico per batterie Ni-Cd. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche L'articolo presentato ai nostri lettori descrive un caricabatterie automatico che, secondo l'autore, carica quasi perfettamente le batterie Ni-Cd. Inoltre, può essere utilizzato per caricare batterie Ni-MH. Nella versione originale, il dispositivo è progettato per caricare la batteria con una tensione nominale di 7,5 V e una capacità di 1300 mAh della stazione radio Motorola GP1200. Per tutti coloro che desiderano ripetere questo dispositivo per caricare altre batterie, vengono fornite le formule per il calcolo degli elementi principali. È noto [1] che una batteria Ni-Cd è considerata carica quando, quando il caricabatterie è collegato, la tensione su di essa è di 1,5 V. Dopo che il caricabatterie è spento, la tensione diminuisce rapidamente a circa 1,45-1,47 V. Il sovraccarico è inaccettabile , poiché ciò ridurrà la durata della batteria. La ricarica normale della batteria è possibile se viene scaricata a una tensione compresa tra 1 e 1,1 V. Quando viene scaricata a una tensione inferiore al livello specificato, la durata della batteria si riduce e, a un valore superiore, si verifica un effetto memoria. Pertanto, prima di caricarla, è necessario assicurarsi che la batteria sia scarica alla tensione sopra indicata. Il tempo di ricarica approssimativo viene calcolato utilizzando la formula t = 1,4 C/I10, dove t è il tempo di ricarica, h; C - capacità della batteria, mAh; I10 - corrente di carica nominale: 110=С/10, mA; 1,4 è un fattore di correzione che tiene conto delle perdite, poiché durante la ricarica parte dell'energia viene convertita in modo irreversibile in calore. Va ricordato che quasi tutte le moderne batterie Ni-Cd sono create utilizzando una tecnologia più avanzata, quindi il loro fattore di correzione è compreso tra circa 1,1 e 1,2. Come evitare quindi che la batteria si sovracarichi dopo il ciclo di ricarica e si scolleghi automaticamente dal caricabatterie? Calcolando ad esempio il tempo necessario per caricare la batteria, impostando la corrente di carica e collegando un relè temporale. Questa soluzione presenta però dei lati negativi. Come indicato sopra, il fattore di correzione per una batteria specifica potrebbe essere leggermente diverso, il che porterà a tempi errati e, di conseguenza, potrebbe essere sottocaricata o sovraccarica. Se la batteria non è stata completamente scarica, molto probabilmente un caricabatterie che implementa questo metodo la ricaricherà. Se durante il processo di ricarica la tensione nella rete di alimentazione scompare e poi riappare, il relè orario ripristinerà le sue letture e inizierà nuovamente il ciclo, che porterà nuovamente ad una ricarica garantita. Alla fine, la durata della batteria sarà notevolmente ridotta. Consideriamo un'altra opzione. Se ti concentri sul valore di tensione finale sulla batteria di 1,5 V, puoi controllare non l'ora, ma la tensione su di essa e, in base a ciò, scollegarla dal caricabatterie. Tuttavia, di norma, non esistono batterie identiche e quando si carica una batteria, alcuni dei suoi elementi saranno sottocarichi. Se consideriamo le caratteristiche di carica della batteria, possiamo scoprire una caratteristica interessante: durante la ricarica, la tensione ai terminali della batteria diminuisce. Non resta che verificare la diminuzione della tensione e dare il comando di spegnere il caricabatterie. Diamo un'occhiata a questo in modo più dettagliato. Dividiamo il processo di ricarica in tre fasi. Il primo stadio: la tensione sulla batteria (AB) aumenta fino a raggiungere il livello di 1,5 V per cella. La durata di questa fase è circa l'80...90% del tempo totale. La seconda fase: la tensione della batteria diventa superiore a 1,5 V per elemento. In questa fase avviene il processo più misterioso: alcune batterie vengono caricate e altre subiscono un leggero sovraccarico. È quasi impossibile prevedere quale sarà la tensione della batteria in questo momento. Tutto dipende dall'identità dei parametri della batteria. Si nota che quanto più i parametri differiscono tanto più aumenta la tensione. Al termine di questo processo, le batterie presenti nella batteria saranno quasi equamente cariche. La durata di questa fase è circa il 10...20% del tempo totale. La terza fase: la tensione sulla batteria diminuisce e diventa inferiore a 1,5 V per elemento. La ricarica è completa. Ma cosa fare se la tensione nel terzo stadio non diventa inferiore a 1,5 V per elemento. Questa situazione si verifica molto raramente durante la ricarica delle batterie Ni-Cd, ma è tipica delle batterie Ni-MH. C'è una via d'uscita molto semplice. In genere, la seconda fase per tutte le batterie moderne non dura più di due ore (più precisamente 1...2 ore). Pertanto è sufficiente utilizzare un timer che spenga il caricabatterie due ore dopo l'inizio della seconda fase. Consideriamo la ricarica della batteria da una stazione radio Motorola GP1200, composta da sei batterie con una capacità di 1300 mAh. La sua tensione nominale, come la maggior parte delle batterie per stazioni radio di questa azienda, è di 7,5 V. Dovresti anche tenere conto della presenza di un diodo protettivo integrato nella batteria, incluso nel circuito di ricarica. Tipicamente, la caduta di tensione su questo diodo è di circa 0,28 V. Calcoliamo i parametri del caricabatterie per caricare questa batteria. Corrente di carica nominale I10=0/10=130 mA. La tensione di risposta del comparatore è 6-1,5 = 9 V. A questo valore aggiungiamo la caduta di tensione sul diodo protettivo: 9 + 0,28 = 9,28 V. Il fattore di correzione per le batterie Motorola è di circa 1,2. Il tempo massimo di ricarica della batteria è t=1,20/I10=1,2-1300/130=12 ore. Il circuito di memoria è mostrato in fig. uno.
Il dispositivo è costituito da tre componenti principali: A1 - un raddrizzatore con raddoppio della tensione e uno stabilizzatore della corrente di carica; A2 - comparatore che controlla il trigger di impostazione della corrente e il timer di ricarica; A3 è un trigger che determina la corrente di carica della batteria. I principali vantaggi della memoria automatica proposta:
Se la batteria (GB1) è collegata al caricabatterie, all'uscita dello stabilizzatore DA1 appare una tensione stabile di 5 V. Di conseguenza, il LED HL3 si accende, indicando che la batteria è collegata al dispositivo. Il trigger di impostazione della corrente, assemblato sui transistor VT2-VT4, viene alimentato con la stessa tensione. A causa della presenza del condensatore C6, la tensione alla base del transistor VT3 aumenta più lentamente rispetto alla base del transistor VT4. Il transistor VT4 si apre, il resistore R14 è collegato allo stabilizzatore di corrente DA1 e determina la corrente di carica nel primo stadio. Di conseguenza il LED HL2 si accende segnalando l'inizio della ricarica. Quando la tensione sulla batteria raggiunge 9,28 V, funzionerà il comparatore DA2.1, che porterà all'apertura del transistor VT2. Di conseguenza, la tensione alla base del transistor VT4 diminuirà drasticamente e il trigger passerà a un altro stato stabile: il transistor VT4 è chiuso e i transistor VT2 e VT3 sono aperti. Ciò porta al fatto che la corrente di carica è ora determinata dalla resistenza dei resistori R10 e R11 collegati in parallelo. È facile calcolare che la corrente rimane la stessa. Naturalmente di conseguenza il led HL2 si spegnerà e si accenderà HL1 segnalando la seconda fase. La seconda fase terminerà con una caduta di tensione sulla batteria, a seguito della quale il comparatore DA2.1 commuterà nuovamente, il LED HL1 si spegnerà e il transistor VT2 si chiuderà. Ora la corrente di carica è determinata solo dalla resistenza del resistore R11. La ricarica è completa. Come dimostra la pratica, a seguito di cicli di ricarica ripetuti e quasi ideali, i parametri delle batterie nella batteria vengono equalizzati e la tensione alla fine del secondo stadio tende a 1,5 V per cella, talvolta non superando questo valore. In questo caso, molto probabilmente il comparatore non funzionerà. È qui che entra in gioco il timer di ricarica, montato sull'amplificatore operazionale DA2.2. Il condensatore C5 imposta il tempo (circa due ore) dopo il quale il timer commuterà. Trascorso questo tempo, il transistor VT2 si chiuderà e, come sopra detto, la corrente di carica, numericamente pari a circa 1/30 della capacità della batteria, sarà determinata dalla resistenza del resistore R11. Una corrente così piccola compensa solo l'autoscarica della batteria. Teoricamente, la batteria può rimanere in questa modalità per un tempo indefinito. Il resistore trimmer R3 imposta la soglia operativa del comparatore DA2.1. Il comparatore, infatti, è alimentato da una tensione bipolare asimmetrica; la sua soglia di funzionamento è la transizione verso lo zero della tensione all'ingresso invertente. Il comparatore è progettato in modo tale che la soglia inferiore sia circa 60 mV inferiore alla soglia superiore [2]. Questo viene fatto per eliminare i "rimbalzi" quando il transistor VT2 commuta. Il caricabatterie è alimentato da un trasformatore, la cui tensione alternata sull'avvolgimento secondario è di 12 V. Un raddrizzatore con raddoppio della tensione è assemblato sui diodi VD1, VD2 e sui condensatori C1, C2 - alla sua uscita la tensione è di circa 30 V, che è abbastanza per caricare una batteria di dieci batterie. Se è necessario caricare una batteria di capacità diversa e (o) con una tensione diversa, i parametri del caricabatterie possono essere facilmente ricalcolati. Per fare ciò, avrai bisogno di tre parametri: capacità, numero di batterie nella batteria e presenza (o assenza) di un diodo protettivo. Conoscendo la capacità, viene calcolata la corrente di carica nominale. In base al numero di batterie e alla presenza (o assenza) di un diodo di protezione viene calcolata la tensione di commutazione del comparatore. Potrebbe essere necessario selezionare il resistore R2 in modo che il resistore di sintonizzazione R3 possa essere utilizzato per regolare la soglia di risposta. E resta da calcolare la resistenza dei resistori R10, R11, R14: R14=5/I10; R11=4R14; R10=R11/3. Tuttavia, i valori ottenuti non sono del tutto standard, quindi la memoria utilizza resistori compositi collegati in parallelo: R14 - quattro resistori R11 collegati in parallelo; R10 - tre resistori collegati in parallelo R11. Consiglio di utilizzare resistori compositi. Altrimenti, se c'è una maggiore differenza di valori, il comparatore potrebbe non cambiare. Il dispositivo è assemblato su tre circuiti stampati (ciascun nodo su una scheda separata), i cui disegni sono mostrati in Fig. 2.
Lo stabilizzatore DA1 va posizionato su un dissipatore alettato o a pin con una superficie di almeno 20 cm2. Il dispositivo deve utilizzare solo condensatori con la capacità indicata sullo schema. La resistenza di dispersione del condensatore C5 è di almeno 2 MOhm. Prima dell'installazione è necessario rimuovere il ponticello S1. Quindi la tensione dal trasformatore di rete viene fornita al connettore X1. Invece di AB è connesso il suo equivalente. La resistenza equivalente della batteria viene calcolata utilizzando la formula Reeq=Ucp/I10, dove Ucp è la tensione di commutazione del comparatore (9,28 V). Nel nostro caso, l'equivalente della batteria della radio Motorola GP1200 è un resistore con una resistenza di circa 75 Ohm e una potenza di almeno 2 W. Dopo aver installato l'equivalente, il LED HL3 dovrebbe accendersi. Successivamente, la tensione di commutazione del comparatore (3 V) viene fornita al condensatore C9,28 da un alimentatore regolato esterno, rispettando la polarità: il terminale negativo è collegato al terminale sinistro del condensatore C3 secondo lo schema e il terminale positivo è collegato al Giusto. Il resistore trimmer R3 imposta la soglia per l'accensione del LED HL1. Successivamente è necessario verificare che quando la tensione dell'alimentatore regolato esterno diminuisce gradualmente da 9,28 a 9,2 V, è garantito che il LED HL1 si spenga. Successivamente, viene verificata la funzionalità dell'intera memoria. Per fare ciò, è necessario ridurre leggermente la tensione dall'alimentatore esterno di almeno 1 V. Di conseguenza, il LED HL1 si spegnerà, ovviamente, se era acceso. Quindi disattiviamo l'equivalente AB. Il LED HL3 dovrebbe spegnersi. Colleghiamo di nuovo l'equivalente. I LED HL2 e HL3 si accendono. Il LED HL3 segnala la presenza di una batteria nel dispositivo, mentre il LED HL2 indica l'inizio della ricarica. Successivamente, la tensione dell'alimentatore esterno viene gradualmente aumentata. Ad una tensione di 9,28 V il LED HL2 dovrebbe spegnersi e il LED HL1 dovrebbe accendersi segnalando l'inizio della seconda fase. E infine resta da controllare il timer di ricarica. Per fare ciò, un voltmetro è collegato tra la base e l'emettitore del transistor VT2. Dovrebbe mostrare una tensione di circa 0,7 V. In questo momento il LED HL1 è acceso. Dopo 2 ore ±20 minuti, le letture del voltmetro dovrebbero diminuire. Il LED HL1 rimarrà acceso. Ma quando si carica la batteria, non appena la tensione base-emettitore del transistor VT2 diminuisce, il LED HL1 si spegne. La configurazione è completa. Scollegare l'alimentazione stabilizzata esterna, equivalente ad una batteria, e ripristinare il ponticello S1. Il dispositivo è pronto per l'uso. Letteratura
Autore: Yu.Osipenko, Ufa
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