Предлагается вариант изготовления стенда для заряда аккумуляторов, с установкой тока и предельного напряжения заряда, с контролем и стабилизацией зарядного тока и напряжения на нагрузке.
Для поддержания аккумулятора длительное время в рабочем состоянии и устранения «эффекта памяти» на старых моделях батарей, стенд позволяет осуществлять тренировку «калибровку» аккумулятора. Т.е. выполнить его разряд до минимально допустимого напряжения, а затем полностью зарядить аккумулятор. Операции выполняются под контролем установленных параметров – зарядного тока и напряжения.
Стенд имеет возможность работать с литиевыми (Li-ion и Li-Pol), никель - металлогидридными (NiMH) и никель - кадмиевыми (NiCd) аккумуляторами напряжением от 1,5В до 9В, при токе заряда до 1,0А (определяется источником питания устройства).
Большинство приобретаемых современных гаджетов, бытовой техники и инструмента, использующих аккумулятор, имеют в своем комплекте специализированное зарядное устройство. Но в быту, в существующем домохозяйстве, еще возникает необходимость в использовании и периодической подзарядке источников питания, установленных в приемнике, часах, фонарике, ранее изготовленных самоделках. Эти аккумуляторы имеют разную форму, габариты и размеры, отличающиеся режимы заряда.
В свое время, по мере необходимости, для некоторых из них были изготовлены компактные зарядные устройства. Но практика их использования показала, что в связи с перестройкой режимов заряда разных аккумуляторов, обычно требуется применение дополнительных выносных измерительных приборов – амперметра и вольтметра. Длительное использование тестера при измерении, часто бывает экономически не выгодно (кусается цена элементов питания), а подключенный амперметр не требует доп. затрат и постоянно дает информацию при визуальном контроле процесса.
Кроме того, при зарядке, приборы и провода для их подключения, вместе с ЗУ и аккумулятором создают хаос на столе и мешают работе.
Так, необходимость в организации процесса зарядки и освобождение рабочего места стали стимулом к доработке ЗУ и компоновке единого стенда для заряда комплекса различных маломощных аккумуляторов.
Исходные данные
Рабочее напряжение литиевого аккумулятора 3,0...3,7В. Заряд аккумулятора осуществляется до предельного напряжения 4,2В, зарядным током 0,2...0,5С.
Для элементов никель-металлогидридных аккумуляторов, рекомендуется рабочее напряжение в пределах 1,2…1,4В, допускается снижение до 0,9В. Заряд NiMH элементов выполняется при напряжении до 1,8В, током заряда 0,3…0,5С.
Возможен заряд аккумулятора собранного из нескольких элементов.
С учетом рекомендаций специалистов, зададим изготовляемому ЗУ выходные характеристики:
Выходное напряжение 3,5...4,2В для литиевого и 1,8В для NiMH аккумулятора.
Выходной ток регулируется в диапазоне 0...1000 mA (max).
Входное напряжение - 6, 9, 12 В.
Входной ток - до1000 mA.
Источник питания.
В качестве источника питания для ЗУ используем импульсный сетевой адаптер 220В / 3…12В с выходным током до 1000 mA. Дополнительными плюсами этого универсального блока питания, будут стабилизация выходного напряжения и защита от КЗ.
Схема зарядного устройства.
Традиционный способ зарядки литиевых аккумуляторов - двухэтапный профиль заряда. Такой метод часто применяется в фирменных зарядных устройствах. Он дает максимально полный заряд и оптимальный срок службы аккумуляторов.
Первый этап обеспечивает постоянную величину (стабилизацию) тока заряда на уровне 0,2…0,5С (где, ток в Амперах, а буквой «С» обозначается емкость аккумулятора в А/ч), при ускоренном заряде допускается его увеличить до 0,9…1,0С. Этот этап длится до подъема напряжения на аккумуляторе, близком по значению к предельно допустимому для литиевого аккумулятора – 4,15…4,20В. При этом аккумулятор набирает 70…80 % от своей емкости.
На втором этапе, происходит окончательный заряд аккумулятора до установленного максимального напряжения. При небольшом изменении напряжения, ток заряда будет плавно уменьшаться. Когда его величина упадет до 0,05…0,01С, емкость аккумулятора достигнет 90…95 % и цикл заряда можно считать законченным.
Для аккумуляторов с глубоким разрядом (ниже 2,5В), применяется предварительный этап зарядки. Используя зарядный ток меньшей величины, делается попытка поднять напряжение на аккумуляторе до 2,8…3,0В, восстановив этим его эксплуатационные свойства. Если в течение получаса попытка не удалась, аккумулятор утилизируется.
Эти этапы можно отразить на графике
Приведенным выше рекомендациям зарядки литиевых аккумуляторов может соответствовать приведенная ниже схема зарядного устройства (ЗУ).
Устройство позволит выполнить базовую реализацию, двухэтапного процесса зарядки литиевого аккумулятора. Первый этап – заряд аккумулятора стабилизированным постоянным током, затем переход к установленному заранее напряжению и плавное снижение зарядного тока до минимума.
Структура схемы ЗУ.
Управление выходным током осуществляет силовой транзистор VТ2.
На маломощном транзисторе VТ1 построен узел стабилизации и регулировки зарядного тока. Ограничение по току заряда выполняет резистор R4, а включенный параллельно потенциометр R3 позволяет управлять током заряда.
Регулятор выходного напряжения реализован на управляемом стабилитроне VD1 - микросхеме TL431 и резисторах R5, R6, R7.
Индикаторы LED2, LED3 и измерительные приборы дают информацию о протекающих в ЗУ процессах.
Резисторы R8, R9, R10 – добавочные резисторы к вольтметру для изменения диапазона измерений.
Диоды VD2, VD3 подключены к разъему X3, для уменьшения напряжения при заряде аккумулятора до 1,8В.
Разъем Х2 используется для подключения аккумуляторов напряжением более 3,0В.
Разъем Х1 - для подключения стенда к источнику питания.
Изготовление зарядного устройства
Комплектуем деталями согласно приведенной схеме ЗУ.
Детали с большим тепловыделением, для уменьшения температурного влияния на другие детали, собираем на отдельной плате. Это силовой транзистор VТ2 установленный на радиаторе и резистор R4, собранный из шести резисторов 5,1 Ом мощностью 1Вт.
Для уменьшения количества проводов при наладке схемы, на плате установлен электролит С1, который в дальнейшем переместится от источника нагрева.
Оставшиеся детали распаиваем на другой плате.
В соответствии со схемой, собираем обе платы и проверяем работу зарядного устройства.
Изготовление корпуса для стенда
Учитывая поставленные ранее условия - минимальная площадь, занимаемая на рабочем столе, выбираем компоновку корпуса стенда с установкой его на стене перед рабочим местом. Наиболее подходящим объектом для этой цели, подошел, испытанный временем и температурой, пластмассовый корпус от проточного нагревателя, размерами 280 х 230 х 43 мм.
Прорисовываем компоновку лицевой панели стенда и в соответствии с ней размечаем верхнюю крышку корпуса. По разметке вырезаем отверстия под приборы, установочные разъемы и регулирующие элементы схемы.
Изготовление и установка трехдиапазонного вольтметра
В распоряжении оказался вольтметр М4200 со шкалой на 30В. Диапазон, с запасом перекрывает возможности ЗУ стенда, но точность измерения будет мала при контроле малых напряжений. Поэтому появилась необходимость в доработке прибора и введении диапазона меньшего напряжения. Подстраиваясь под имеющуюся шкалу, для удобства измерения на разных режимах, выберем два дополнительных диапазона – 0…6В и 0…15В. Выбор шкалы будет осуществляться пакетным переключателем S2.
Разберем прибор, отпаяем добавочный резистор (30 кОм), перепаяем вывод системы прибора со вспомогательного контакта на основной вывод. Соберем прибор. В итоге мы получили миллиамперметр с диапазоном 0…1мА.
Для введения новых диапазонов, рассчитаем для них добавочные резисторы.
Если ток при полном отклонении стрелки прибора соответствует «I», а внутреннее сопротивление прибора равно «r», то для шкалы максимального напряжения «V» требуется добавочный резистор «R» определяемый по формуле: R = V / I – r.
При фактическом внутреннем сопротивлении прибора r = 455 Ом, в расчете шкалы на 6В потребуется добавочный резистор 5,5кОм, для шкалы на 15В – 14,5 кОм. Для точной настройки шкалы по контрольному прибору, заменим расчетные добавочные резисторы многооборотными переменными сопротивлениями СП5-3 на 6,8кОм и 22 кОм соответственно.
Параллельно прибору подключим тестер и соберем схему с добавочными резисторами и переключателем. Настроим вольтметр на три диапазона 6В, 15В, 30В.
На источнике питания установим напряжение 5В. Регулировкой соответствующего сопротивления установим 5В на каждом диапазоне.
Изменим входное напряжение на 12В и проверим показание прибора в соответствующем диапазоне.
Сборка и испытания стенда
Установим вольтметр с доп. схемой в корпус стенда, окончательно проверим показания прибора (например, 5В) в разных диапазонах.
Рядом закрепим амперметр с пределами измерения 0…1000mA. Установим светодиодные индикаторы и кнопку для отключения аккумулятора при установке предельного напряжения.
Установим в корпусе все необходимые разъемы и зарядное устройство.
В связи с оставшимся свободным местом в корпусе, зарезервируем его под другое измерительное устройство, свободное окно заполним сходным прибором.
Проверим работу зарядного устройства на батарее из трех элементов NiMH аккумулятора.
До подключения аккумулятора к ЗУ, потенциометром R6 выставляем по вольтметру пороговое напряжение заряда на выходных разъемах. Напряжение на управляющем выводе стабилитрона превысит 2,5В, поэтому стабилизатор DA1 открывается, включается красный светодиод LED3.
Подсоединяем аккумулятор. Напряжение аккумулятора ниже установленного, поэтому стабилизатор DA1 закрывается, красный светодиод LED3 гаснет.
Потенциометром R3 вводим зарядный ток, выполняется зарядка аккумулятора назначенным стабильным током. Работа ограничителя и стабилизатора тока характеризуется свечением белого светодиода LED2.
При подходе напряжения на аккумуляторе к предельному, заряд продолжается при этом напряжении, но с понижающимся током заряда. Максимальная яркость индикаторов LED2 и LED3 свидетельствует о минимальном зарядном токе, открытии стабилизатора DA1 и окончании цикла зарядки аккумулятора.
Установим третий разъем (Х3) для заряда низковольтных элементов и соответствующие диоды VD2 и VD3.
Установка устройств разряда аккумулятора
Для выполнения стендом функции тренировки «калибровки» аккумулятора, установим в корпус «Устройство для разряда литиевых аккумуляторов» https://usamodelkina.ru/22974-ustrojstvo-dlja-razrjada-litievyh-akkumuljatorov.html состоящее из трех блоков
Добавим «Устройство для разряда аккумулятора» https://usamodelkina.ru/22765-ustrojstvo-dlja-razrjada-akkumuljatora.html размещенное на одной плате
Испытания устройств разряда аккумулятора
Подключим к стенду один элемент рабочего NiMH аккумулятора напряжением 1,2…1,4В. На подключенном в цепь разряда тестере нулевые показания. При нажатии кнопки, в цепи появляется ток и зажигается индикатор рядом с разъемом «1,5v». При снижении напряжения до 0,9…1,0В аккумулятор отключается.
Аналогичные действия при установке аккумулятора напряжением более 3В. Подробности в обозначенной статье.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
