Chargeur automatique pour batteries Ni-Cd. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'article porté à la connaissance des lecteurs décrit un chargeur automatique qui, selon l'auteur, charge presque parfaitement les batteries Ni-Cd. De plus, il peut également charger des batteries Ni-MH. Dans la version de l'auteur, l'appareil est conçu pour charger une batterie d'une tension nominale de 7,5 V et d'une capacité de 1300 mAh de la station radio Motorola GP1200. Pour tous ceux qui souhaitent répéter cet appareil pour charger d'autres batteries, des formules de calcul des principaux éléments sont données.

On sait [1] qu'une batterie Ni-Cd est considérée comme chargée lorsque, lorsque le chargeur (chargeur) est connecté, la tension sur celle-ci est de 1,5 V. Une fois le chargeur éteint, la tension diminue rapidement jusqu'à environ 1,45. , car cela réduit la durée de vie de la batterie.

La charge normale de la batterie est possible si elle est déchargée à une tension dans la plage de 1 ... 1,1 V. Lorsqu'elle est déchargée à une tension inférieure au niveau spécifié, la durée de vie de la batterie est réduite et, à une valeur plus élevée, un effet mémoire apparaît. Par conséquent, avant de charger, assurez-vous que la batterie est déchargée à la tension indiquée ci-dessus.

Le temps de charge approximatif est calculé par la formule t=1,4C/I10, où t est le temps de charge, h ; C - capacité de la batterie, mAh ; I10 - courant de charge nominal : 110=C/10, mA ; 1,4 est un facteur de correction qui tient compte des pertes, car pendant la charge, une partie de l'énergie est irréversiblement convertie en chaleur. Il convient de rappeler que presque toutes les batteries Ni-Cd modernes sont créées à l'aide d'une technologie plus avancée, de sorte que leur facteur de correction est compris entre environ 1,1 et 1,2.

Alors, comment s'assurer qu'après le cycle de charge la batterie ne se recharge pas et se déconnecte automatiquement du chargeur, vous pouvez par exemple calculer le temps nécessaire pour charger la batterie, régler le courant de charge et connecter un relais temporisé. Cependant, cette décision a ses inconvénients. Comme mentionné ci-dessus, le facteur de correction pour une batterie particulière peut varier légèrement, ce qui entraînera un timing incorrect et, par conséquent, une sous-charge ou une surcharge. Si la batterie n'a pas été complètement déchargée, un chargeur qui met en œuvre cette méthode est très susceptible de la recharger. Si, pendant le processus de charge, la tension dans le secteur disparaît, puis réapparaît, le relais temporisé réinitialisera ses lectures et recommencera le cycle, ce qui conduira à nouveau à une recharge garantie. En fin de compte, la durée de vie de la batterie diminuera sensiblement.

Considérons une autre option. Si vous vous concentrez sur la valeur de tension finale sur la batterie de 1,5 V, vous pouvez contrôler non pas l'heure, mais la tension sur celle-ci et, conformément à cela, la déconnecter du chargeur. Cependant, en règle générale, il n'y a pas de batteries identiques, et lorsque la batterie est chargée, certaines de ses cellules seront sous-chargées.

Si vous supprimez la caractéristique de charge de la batterie, vous pouvez trouver une caractéristique intéressante : lors de la recharge, la tension aux bornes de la batterie diminue. Il ne reste plus qu'à vérifier le fait d'une diminution de tension et donner une commande pour éteindre la mémoire.

Arrêtons-nous là-dessus plus en détail. Décomposons le processus de charge en trois étapes. La première étape - la tension sur la batterie (AB) monte à un niveau de 1,5 V par cellule. La durée de cette étape est d'environ 80 à 90 % du temps total.

La deuxième étape - la tension sur la batterie devient supérieure à 1,5 V par cellule. À ce stade, le processus le plus mystérieux se produit - certaines batteries sont chargées et certaines subissent une légère surcharge. Il est presque impossible de prédire quelle sera la tension de la batterie à ce moment. Tout dépend de l'identité des paramètres des batteries. On remarque que plus les paramètres diffèrent, plus la tension monte. À la fin de ce processus, les piles de la batterie seront presque également chargées. La durée de cette étape est d'environ 10...20% du temps total.

La troisième étape - la tension sur la batterie diminue et devient inférieure à 1,5 V par cellule. Chargement terminé.

Mais que se passe-t-il si la tension dans le troisième étage ne devient pas inférieure à 1,5 V par cellule. Cette situation se produit très rarement lors de la charge Ni-Cd, mais est typique des batteries Ni-MH. Il existe une solution très simple. Habituellement, la deuxième étape de toutes les batteries modernes ne dure pas plus de deux heures (plus précisément, 1 ... 2 heures). Par conséquent, il suffit d'utiliser une minuterie qui éteint la mémoire deux heures après le début de la deuxième étape.

Pensez à charger la batterie de la station radio Motorola GP1200, qui se compose de six batteries d'une capacité de 1300 mAh. Sa tension nominale, comme la plupart des batteries pour les stations de radio de cette société, est de 7,5 V. La présence d'une diode de protection intégrée à la batterie incluse dans le circuit de charge doit également être prise en compte. Typiquement, la chute de tension aux bornes de cette diode est d'environ 0,28 V. Calculons les paramètres du chargeur pour charger cette batterie.

Courant de charge nominal I10=0/10=130 mA. La tension de réponse du comparateur est de 6-1,5 = 9 V. On ajoute à cette valeur la chute de tension aux bornes de la diode de protection : 9 + 0,28 = 9,28 V.

Le facteur de correction pour les batteries Motorola est d'environ 1,2. Le temps de charge maximum de la batterie est t=1,20/I10=1,2-1300/130=12h.

Le circuit de mémoire est illustré à la fig. une.

(cliquez pour agrandir)

L'appareil se compose du sin des nœuds principaux: A1 - un redresseur avec doublement de tension et un stabilisateur de courant de charge; A2 - un comparateur qui contrôle un déclencheur de réglage de courant et une minuterie de charge ; A3 est un déclencheur qui détermine le courant de charge de la batterie.

Les principaux avantages de la mémoire automatique proposée :

• facilement reproductible ;
• assemblé à partir d'éléments abordables et peu coûteux (le coût de la puce TL082 est de 12 roubles);
• fournit une charge presque parfaite, garantissant une longue durée de vie de la batterie ;
• a le mode de compensation d'auto-décharge AB ;
• équipé d'une protection complète, ne peut pas recharger une batterie déjà complètement chargée ;
• après plusieurs cycles de charge, les paramètres des batteries dans la batterie se rapprochent ;
• si une batterie incomplètement déchargée est installée pour la charge, le chargeur déterminera automatiquement combien la batterie doit être rechargée (je ne recommande pas souvent d'utiliser cette option, car «l'effet mémoire» commence à apparaître et, par conséquent, la batterie la capacité diminuera);
• facile à utiliser, il suffit d'allumer le chargeur et de changer parfois les piles rechargeables.

Si la batterie (GB1) est connectée au chargeur, une tension stable de 1 V apparaît à la sortie du stabilisateur DA5. En conséquence, la LED HL3 s'allume, indiquant que la batterie est connectée à l'appareil. La gâchette de mise en courant, montée sur les transistors VT2-VT4, est alimentée par la même tension. Du fait de la présence du condensateur C6, la tension à la base du transistor VT3 monte plus lentement qu'à la base du transistor VT4. Le transistor VT4 s'ouvre, la résistance R14 est connectée au stabilisateur de courant DA1 et détermine le courant de charge dans le premier étage. Par conséquent, la LED HL2 s'allume, signalant le début de la charge.

Lorsque la tension à la batterie atteint 9,28 V, le comparateur DA2.1 fonctionnera, ce qui entraînera l'ouverture du transistor VT2. En conséquence, la tension à la base du transistor VT4 diminuera fortement et la gâchette passera à un autre état stable : le transistor VT4 est fermé et les transistors VT2 et VT3 sont ouverts. Cela conduit au fait que le courant de charge est maintenant déterminé par la résistance des résistances R10 et R11 connectées en parallèle. Il est facile de calculer que le courant reste le même. Naturellement, en conséquence, la LED HL2 s'éteindra et HL1 s'allumera, signalant la deuxième étape. La deuxième étape se terminera par une chute de tension sur la batterie, à la suite de quoi le comparateur DA2.1 bascule à nouveau, la LED HL1 s'éteint et le transistor VT2 se ferme. Maintenant, le courant de charge n'est déterminé que par la résistance de la résistance R11. Chargement terminé.

Comme le montre la pratique, à la suite de cycles de charge multiples et presque idéaux, les paramètres des batteries dans la batterie sont égalisés et la tension à la fin de la deuxième étape tend à 1,5 V par cellule, ne dépassant parfois pas cette valeur. Dans ce cas, le comparateur ne fonctionnera probablement pas. C'est là que la minuterie de charge, assemblée sur l'ampli-op DA2.2, entre en jeu. Le condensateur C5 définit le temps (environ deux heures) après lequel la minuterie commutera. Après ce temps, le transistor VT2 se fermera et, comme mentionné ci-dessus, le courant de charge, numériquement égal à environ 1/30 de la capacité AB, sera déterminé par la résistance de la résistance R11. Un si petit courant ne fait que compenser l'auto-décharge de la batterie. Théoriquement, l'AB peut rester indéfiniment dans ce mode.

La résistance ajustable R3 définit le seuil du comparateur DA2.1. En effet, le comparateur est alimenté par une tension bipolaire asymétrique, le seuil de son fonctionnement est la transition de tension à l'entrée inverseuse par zéro. Le comparateur est conçu pour que le seuil de réponse inférieur soit inférieur d'environ 60 mV au seuil supérieur [2]. Ceci est fait pour éliminer le "rebond" au moment de la commutation du transistor VT2.

Le chargeur est alimenté par un transformateur dont la tension alternative sur l'enroulement secondaire est de 12 V. Un redresseur à doublement de tension est monté sur les diodes VD1, VD2 et les condensateurs C1, C2 - sa tension de sortie est d'environ 30 V, ce qui est assez assez pour charger une batterie de dix batteries.

S'il est nécessaire de charger des batteries d'une capacité différente et (ou) avec une tension différente, les paramètres du chargeur peuvent être facilement recalculés. Cela nécessitera trois paramètres : la capacité, le nombre de piles dans la batterie et la présence (ou l'absence) d'une diode de protection.

Connaissant la capacité, calculez le courant de charge nominal. En fonction du nombre de batteries et de la présence (ou de l'absence) d'une diode de protection, la tension de commutation du comparateur est calculée. Il peut être nécessaire de sélectionner une résistance R2 pour que la résistance d'ajustement R3 puisse ajuster le seuil de réponse. Et il reste à calculer la résistance des résistances R10, R11, R14 : R14 = 5/I10 ; R11 = 4R14 ; R10=R11/3. Cependant, les valeurs obtenues ne sont pas tout à fait standard, c'est pourquoi des résistances composites connectées en parallèle sont utilisées dans la mémoire : R14 - quatre résistances R11 connectées en parallèle ; R10 - trois résistances R11 connectées en parallèle. Je recommande d'utiliser des résistances composées. Sinon, s'il y a une plus grande dispersion des notes, le comparateur peut ne pas basculer.

L'appareil est assemblé sur trois cartes de circuits imprimés (chaque nœud sur une carte séparée), dont les dessins sont illustrés à la fig. 2.

Le stabilisateur DA1 doit être placé sur un dissipateur thermique à nervures ou à broches d'une surface d'au moins 20 cm2. Dans l'appareil, il est nécessaire d'utiliser uniquement des condensateurs de la capacité indiquée sur le schéma. La résistance de fuite du condensateur C5 est d'au moins 2 MΩ.

Avant le réglage, le cavalier S1 doit être retiré. Ensuite, la tension est fournie au connecteur X1 à partir du transformateur secteur. Au lieu de AB, son équivalent est connexe. La résistance équivalente de la batterie est calculée par la formule Req=Ucp/I10, où Ucp est la tension de commutation du comparateur (9,28 V). Dans notre cas, l'équivalent batterie de la station radio Motorola GP1200 est une résistance d'une résistance d'environ 75 ohms et d'une puissance d'au moins 2 watts. Après avoir réglé l'équivalent, la LED HL3 doit s'allumer. De plus, la tension de commutation du comparateur (3 V) est fournie au condensateur C9,28 à partir d'une alimentation externe régulée conformément à la polarité: la borne négative est connectée à la borne gauche du condensateur C3 selon le schéma, et la borne positive est connecté à la bonne borne. La résistance ajustable R3 définit le seuil d'allumage de la LED HL1. Ensuite, vous devez vérifier qu'avec une diminution progressive de la tension d'une alimentation externe régulée de 9,28 à 9,2 V, la LED HL1 est garantie de s'éteindre.

Ensuite, vérifiez les performances de toute la mémoire. Pour ce faire, vous devez réduire légèrement la tension de l'alimentation externe d'au moins 1 V. En conséquence, la LED HL1 s'éteindra bien sûr si elle était allumée. Puis désactivez l'équivalent de AB. La LED HL3 doit s'éteindre. Encore une fois, nous connectons l'équivalent. Les LED HL2 et HL3 s'allument. La LED HL3 indique la présence d'une batterie dans l'appareil, et la LED HL2 indique le début de la charge. Augmentez ensuite progressivement la tension de l'alimentation externe. À une tension de 9,28 V, la LED HL2 doit s'éteindre et la LED HL1 doit s'allumer, signalant le début de la deuxième étape.

Et enfin, il reste à vérifier la minuterie de charge. Pour ce faire, un voltmètre est connecté entre la base et l'émetteur du transistor VT2. Il doit afficher une tension d'environ 0,7 V. La LED HL1 est allumée à ce moment. Après 2 heures ± 20 minutes, la lecture du voltmètre devrait diminuer. La LED HL1 continuera à s'allumer. Mais lors de la charge de la batterie, dès que la tension base-émetteur du transistor VT2 diminue, la LED HL1 s'éteint. Ajustement terminé. Débranchez l'alimentation externe régulée, l'équivalent de AB et rétablissez le cavalier S1. L'appareil est prêt à fonctionner.

littérature

1. Manuel des sources de courant scellées. - S.-Pb. : Himizdat, 2000.
2. Horowitz P., Hill W. L'art des circuits. - M. : Mir, 1983.

Auteur: Yu.Osipenko, Ufa

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