Каталог статей

Главная » Все схемы » Источники питания » Зарядные устройства (для батареек)

Выбранная схема!!!


3526
Умная зарядка NiMh AA аккумуляторов.

 

Плюсы и минус.
1. Простоя и дешевая схема. 
2. Определение окончания заряда по спаду/прекращению роста напряжения на аккумуляторе. 
3. Зарядное устройство заряжает аккумулятор NiMh 2300mAh примерно за 3-4 часа. 
4. Зарядное устройство позволить Вам увидеть на компьютере графики напряжения и температуры аккумулятора и оценить достоверность определения окончания заряда. Также позволяет посмотреть приблизительное внутреннее сопротивление аккумулятора, на мой взгляд, статистика этого параметра дает самое лучшее представление о состоянии аккумулятора. (Но это не означает, что для зарядки нужен компьютер, это дополнительная возможность.) 
5. И наконец, главный <эксплуатационный> минус - зарядка заряжает один аккумулятор, поглядев на схему, Вы поймете почему. 
Немного рассуждений. Тема живая, почти каждый сейчас имеет цифровой фотоаппарат и сталкивался с тем, что покупная зарядка или перезаряжает, сильно разогревая аккумулятор или наоборот не дозаряжает. В первом случае жизненный цикл аккумулятора сильно сокращается, во втором, аккумулятор не оправдывает своих потребительских характеристик. 
Было решено сделать <народную> зарядку, по очень простой схеме содержащей дешевые детали и обладающей характеристиками <навороченной зарядки> основной уклон на правильное определение окончания заряда. Тем более что имеется богатый опыт в этом вопросе. 
Основой зарядного устройства служит импульсная зарядка от сотового. Я взял самую дешевую, на выходе без нагрузки 7-8 вольт, ток 600мА. Примененный <блок питания> внес ограничение 1 зарядка на 1 аккумулятор. Тех, кто любит заряжать несколько аккумуляторов последовательно, отправлю почитать статью <Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов> c Ридико Леонид Иванович http://www.caxapa.ru/faq/charge_nimh.pdf, а затем подумать, как можно правильно зарядить несколько последовательно включенных аккумуляторов. В такой связке будут проблемы описанные выше, один аккумулятор перезарядится другой не дозарядится. Конечно можно сначала разрядить аккумуляторы до 1 вольта, а потом заряжать током 0.1С 16 часов, но это слишком долго. Еще один плюс этой зарядки в том, что можно предварительно не разряжать аккумулятор. Но постоянно так делать не рекомендую, хотя бы через 5 зарядок аккумулятор нужно разряжать до 1 вольта. Ниже приведены графики напряжений и температур разных аккумуляторов.

Не удивляйтесь тому, что графики имеют такие отличия в уровне напряжений. Я специально их так подобрал, что бы показать, что уровень напряжения на аккумуляторе сильно зависит от его внутреннего сопротивления (в этом зарядном устройстве напряжение на аккумуляторе измеряется при разрядном импульсе). Как определить конец заряда? Человеку он сразу виден, а вот как принять решение в программе? Например, брать такой алгоритм - останавливать заряд, если в течение 15 минут напряжение равно или меньше предыдущему. К сожалению, такой алгоритм сработает только в половине случаев, а после анализа графиков ясно, что это уже сильный перезаряд. При токе 500-700мА для хороших (новых) аккумуляторов, емкостью выше 2000mAh, отрицательное приращение явление редкое. К тому же, его приходится долго ждать и когда оно наступит (вернее если), то согласно выше приведенной статье это уже фаза перезаряда. Так же нельзя, например, что бы пропустить середину заряда, где напряжение растет медленно, начинать ждать прекращения роста напряжения после какого либо абсолютного напряжения на аккумуляторе. Это напряжение для всех аккумуляторов разное, если посмотреть на нижний график, то видно, что для одного аккумулятора конец заряда, для другого только начало. В середине заряда, при таких токах, напряжение может не расти в течение 12 минут. А вот в конце заряда ждать 15 минут, что бы наверняка, это много, цитата из выше приведенной статьи "в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать его повреждение". Это для зарядного тока 1С, но и при 600мА наблюдается быстрый рост температуры, а значит и всего перечисленного. Ровной полки на профиле напряжения скорей всего не будет, алгоритм ожидания может не сработать. 
Признаюсь, это не первое мое зарядное устройство. Поэтому очень многое я использовал от старого, в частности алгоритм определения окончания заряда. Софт для компьютера я также использовал от старой зарядки. Сначала была набрана статистика, затем была написана программа для проверки алгоритма на компьютере.

В файлах к статье я приложил эту программу с двадцатью двумя файлами статистики. Я намерено подобрал файлы, в которых затрудненно определение конца заряда, например, когда заряжается не разряженный аккумулятор и т. д. такие аккумуляторы были специально перезаряжены, что бы показать достоверность принятия решения об окончании заряда. Попытаюсь в двух словах рассказать об алгоритме. Для того, что бы избавиться от влияния помех и не очень стабильного питания, напряжение на аккумуляторе измеряется в конце разрядного импульса, перед измерением ожидается два подряд одинаковых значения АЦП, затем делается подряд восемь измерений и они же усредняется на восемь. В свою очередь эти измерения усредняются за минуту (512 значений), в итоге имеем хорошие стабильные данные. Раз в минуту считается приращение за прошедшие восемь минут и если максимальное приращение больше текущего на 2, то останавливаем заряд. Такой алгоритм полностью отвязан от абсолютных значений АЦП. Приблизительное внутренние сопротивление аккумулятора считается так, измеряется напряжение аккумулятора без нагрузки, затем измеряется напряжение под нагрузкой, на основании разницы напряжений считается внутренние сопротивление. Так как сопротивление разрядного резистора довольно маленькое 1 Ом и токи соответственно большие, большую погрешность вносит падение напряжения на контактах <держалки> аккумулятора (автор знает о правильных способах (http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2005_03_230.pdf) измерения внутреннего сопротивления, но в рамках этой схемы они не реализуемы). Кстати, судить о внутреннем сопротивлении аккумулятора можно по графикам, чем ниже напряжение на аккумуляторе, тем выше у него внутреннее сопротивление. 
Схема:

Как видите, схема довольно проста.
Микроконтроллер AtMega8 был выбран только из-за того, что он был в наличие и по привычке :). Транзисторы VT3 и VT4 должны быть MOSFET серии Logic-level gate drive (IRL), это ограничение схемы. При включении зарядного импульса или что тоже самое подаче высокого уровня напряжения на затвор VT3 напряжение на разъеме Х1 падает примерно до 2-3В. При этом стабилизатор 78L05 питается за счет емкости C1, и если вместо VT3 поставить биполярный транзистор, то базовой ток сразу же разрядит С1. Кстати, микроконтроллер почти всегда находится в режиме IDLE и ток потребляет маленький, конденсатор разряжает сама 7805 (в реальной схеме именно 7805, L у меня не было). Вместо VT4 можно было бы применить биполярный транзистор, но до его полного открытия нужен большой базовый ток, что не позволит С1 заряжаться во время разрядного импульса. Вместо VT4 IRLML2502 можно применить любой MOSFET серии IRL с максимальным током стока более 2А, VT3 можно ставить любой из серии IRL. Составной транзистор тоже желательно заменить на P-канальный MOSFET серии IRL. 
Ниже приведены графики зарядного и разрядного импульса.

Длительность зарядного импульса 100мс. Длительность разрядного импульса 6.5мс, пауза между зарядными импульсами 20мс. Пауза необходима для зарядки конденсатора С1. 
Как говорилось раньше, что бы ни делать двойную работу я использовал софт для компьютера от старой зарядки. Для данной зарядки второй канал не используются. В странице настроек, следует указать только сопротивление разрядного резистора (Rd), по умолчанию равно номиналу в схеме. Программа принимает данные с ком порта со скоростью 4800 бод. Данные от зарядки отсылаются раз в минуту, и они же используются в алгоритме определения конца заряда. Скриншот программы приводить не буду, там и так все понятно, нажимаете кнопку старт включается прием данных с выбранного ком порта и начинается построение графиков. Для передачи данных на компьютер я использовал переходник usb-com. Если у кого-то возникнет желание пользоваться преобразователем уровней MAX232, то надо убедиться, что помехи от MAX232 не проникают в схему зарядки. Эта микросхема довольно сильно фонит по питанию. 

Руководство пользователя:)
При включении, зарядка начинает цикл проверки наличия аккумулятора. Напряжение на аккумуляторе измеряется при разрядном импульсе. Если напряжение ниже 1 вольта, зарядка пытается растолкать аккумулятор до 1 вольта и только затем переходит к выполнению программы заряда. Если напряжение аккумулятора более 1 вольта и замкнут переключатель <предварительный разряд>, то аккумулятор будет разряжен до 1 вольта перед зарядом (у меня переключатель заменен на кнопку, мне так показалось удобней). После детектирования окончания заряда, зарядка переходит в режим капельной подзарядки. Зарядный импульс подаётся на 5мс через 1 секунду. 
Переключателями SA1-SA3 в двоичном коде задается максимальное время заряда. Не замкнутое состояние соответствует логической единице, все разомкнуты - 7 часов. Переключатели опрашиваются, только при старте заряда. 
Датчик DS18B20 устанавливается по желанию, нужен для того, что бы видеть температуру на компьютере. Сначала думал активно его использовать, но как оказалось, при таких токах, информация больше наглядна, чем полезна. Да и капризная это вещь, включили настольную лампу или закрыли балкон и этим вызвали ложное детектирование окончания заряда (метод dT/dt скорость изменения температуры в минуту). 

Индикация.
Предусмотрена одним светодиодом. При включении заряда светодиод загорается на одну секунду. 
Светодиод горит - конец заряда/капельная подзарядка. 
Светодиод мигает с периодом 1 сек.- конец заряда по времени (ошибка по времени). 
Часто мигает - идет заряд аккумулятора. Данные на компьютер посылаются раз в минуту. 
Выключен - режим ожидания, подзаряд до одного вольта или разряд до одного вольта. В режиме подзаряда данные на компьютер посылаются раз в 30 секунд. В режиме разряда данные на компьютер посылаются раз в минуту. 

Микроконтроллер тактируется от внутреннего RC генератора частота 1 мегагерц. Следует запрограммировать fuse бит BODEN, значения остальных fuse бит оставлены по умолчанию. 
Мои подопытные:)

Как просто и быстро сделать держалку аккумулятора. Я разобрал старый пускатель, взял контакты, они кстати посеребренные, согнул их и припаял на текстолит. Получилось довольно хорошо, контакт с аккумулятором получился намного лучше, чем с пружинными версиями. 
А сначала было так:

Здесь тоже использованы контактные площадки от пускателя. 
Спасибо, что прочитали статью:) Радиокоту и всем, хорошего настроения.

Файлы:
Прошивка МК.
Софт для ПК.

 




Источник: http://radiokot.ru/circuit/power/charger/10/
Категория: Зарядные устройства (для батареек) | Добавил: brys99 (24.11.2011)
Просмотров: 8795 | Теги: Умная зарядка NiMh AA аккумуляторов | Рейтинг: 0.0/0


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016