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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregador automático para baterias Ni-Cd. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas O artigo levado ao conhecimento dos leitores descreve um carregador automático que, segundo o autor, carrega baterias de Ni-Cd quase perfeitamente. Além disso, também pode carregar baterias Ni-MH. Na versão do autor, o aparelho foi projetado para carregar uma bateria com tensão nominal de 7,5 V e capacidade de 1300 mAh da estação de rádio Motorola GP1200. Para todos que desejam repetir este dispositivo para carregar outras baterias, são fornecidas fórmulas para calcular os elementos principais. Sabe-se [1] que uma bateria Ni-Cd é considerada carregada quando, quando o carregador (carregador) é conectado, a tensão nela é de 1,5 V. Depois que o carregador é desligado, a tensão diminui rapidamente para cerca de 1,45. , pois isso reduz a vida útil da bateria. O carregamento normal da bateria é possível se ela for descarregada a uma tensão na faixa de 1 ... 1,1 V. Quando descarregada a uma tensão abaixo do nível especificado, a vida útil da bateria é reduzida e, em um valor mais alto, um efeito de memória parece. Portanto, antes de carregar, certifique-se de que a bateria esteja descarregada na tensão indicada acima. O tempo aproximado de carregamento é calculado pela fórmula t=1,4C/I10, onde t é o tempo de carregamento, h; C - capacidade da bateria, mAh; I10 - corrente nominal de carga: 110=C/10, mA; 1,4 é um fator de correção que leva em conta as perdas, já que durante a carga parte da energia é irreversivelmente convertida em calor. Deve-se lembrar que quase todas as baterias Ni-Cd modernas são criadas usando tecnologia mais avançada, portanto, o fator de correção para elas está na faixa de cerca de 1,1 a 1,2. Então, como garantir que após o ciclo de carga a bateria não recarregue e se desconecte automaticamente do carregador Você pode, por exemplo, calcular o tempo necessário para carregar a bateria, definir a corrente de carga e conectar um relé de tempo. No entanto, esta decisão tem suas desvantagens. Conforme mencionado acima, o fator de correção para uma determinada bateria pode variar ligeiramente, o que levará a um tempo incorreto e, como resultado, à sua subcarga ou sobrecarga. Se a bateria não estiver totalmente descarregada, é muito provável que um carregador que implemente esse método a recarregue. Se, durante o processo de carregamento, a tensão na rede elétrica desaparecer e depois reaparecer, o relé de tempo zerará suas leituras e iniciará o ciclo novamente, o que levará novamente a uma recarga garantida. Em última análise, a duração da bateria diminuirá visivelmente. Vamos considerar outra opção. Se você focar no valor final da tensão da bateria de 1,5 V, poderá controlar não o tempo, mas a tensão nela e, de acordo com isso, desconectá-la do carregador. No entanto, como regra, não existem baterias idênticas e, quando a bateria é carregada, algumas de suas células ficam com carga insuficiente. Se você remover a característica de carregamento da bateria, poderá encontrar um recurso interessante: ao recarregar, a tensão nos terminais da bateria diminui. Resta apenas verificar o fato da queda de tensão e dar o comando para desligar a memória. Vamos nos debruçar sobre isso com mais detalhes. Vamos dividir o processo de carregamento em três etapas. O primeiro estágio - a tensão na bateria (AB) sobe para um nível de 1,5 V por célula. A duração desta etapa é de aproximadamente 80...90% do tempo total. O segundo estágio - a tensão na bateria passa a ser superior a 1,5 V por célula. Nesse estágio, ocorre o processo mais misterioso - algumas baterias são carregadas e outras sofrem uma leve sobrecarga. É quase impossível prever qual será a tensão da bateria neste momento. Tudo depende da identidade dos parâmetros das baterias. Nota-se que quanto mais os parâmetros diferem, mais aumenta a tensão. No final deste processo, as baterias da bateria estarão quase igualmente carregadas. A duração desta etapa é de aproximadamente 10...20% do tempo total. O terceiro estágio - a tensão na bateria diminui e se torna inferior a 1,5 V por célula. Carregamento concluído. Mas e se a tensão no terceiro estágio não for inferior a 1,5 V por célula? Essa situação ocorre muito raramente ao carregar Ni-Cd, mas é típica para baterias Ni-MH. Existe uma saída muito simples. Normalmente, o segundo estágio de todas as baterias modernas não dura mais que duas horas (mais precisamente, 1 ... 2 horas). Portanto, basta utilizar um timer que desligue a memória duas horas após o início da segunda etapa. Considere carregar a bateria da estação de rádio Motorola GP1200, que consiste em seis baterias com capacidade de 1300 mAh. Sua tensão nominal, como a maioria das baterias para estações de rádio desta empresa, é de 7,5 V. Também deve ser levada em consideração a presença de um diodo de proteção embutido na bateria incluída no circuito de carregamento. Normalmente, a queda de tensão neste diodo é de cerca de 0,28 V. Vamos calcular os parâmetros do carregador para carregar esta bateria. Corrente nominal de carga I10=0/10=130 mA. A tensão de resposta do comparador é 6-1,5 = 9 V. Adicionamos a esse valor a queda de tensão no diodo de proteção: 9 + 0,28 = 9,28 V. O fator de correção para baterias Motorola é de aproximadamente 1,2. O tempo máximo de carregamento da bateria é t=1,20/I10=1,2-1300/130=12h. O circuito de memória é mostrado na fig. 1.
O dispositivo consiste no pecado dos nós principais: A1 - um retificador com duplicação de tensão e um estabilizador de corrente de carga; A2 - um comparador que controla um gatilho de configuração de corrente e um temporizador de carregamento; A3 é um gatilho que determina a corrente de carga da bateria. As principais vantagens da memória automática proposta:
Se a bateria (GB1) estiver conectada ao carregador, uma tensão estável de 1 V aparecerá na saída do estabilizador DA5. Como resultado, o LED HL3 acende, indicando que a bateria está conectada ao dispositivo. O gatilho de ajuste de corrente, montado nos transistores VT2-VT4, é alimentado com a mesma tensão. Devido à presença do capacitor C6, a tensão na base do transistor VT3 aumenta mais lentamente do que na base do transistor VT4. O transistor VT4 abre, o resistor R14 é conectado ao estabilizador de corrente DA1 e determina a corrente de carga no primeiro estágio. Portanto, o LED HL2 acende, sinalizando o início do carregamento. Quando a tensão na bateria atingir 9,28 V, o comparador DA2.1 funcionará, o que levará à abertura do transistor VT2. Como resultado, a tensão na base do transistor VT4 diminuirá drasticamente e o gatilho mudará para outro estado estável: o transistor VT4 está fechado e os transistores VT2 e VT3 estão abertos. Isso leva ao fato de que a corrente de carga agora é determinada pela resistência dos resistores R10 e R11 conectados em paralelo. É fácil calcular que a corrente permanece a mesma. Naturalmente, como resultado, o LED HL2 se apagará e o HL1 acenderá, sinalizando o segundo estágio. O segundo estágio terminará com uma queda de tensão na bateria, com a qual o comparador DA2.1 comuta novamente, o LED HL1 apaga e o transistor VT2 fecha. Agora a corrente de carga é determinada apenas pela resistência do resistor R11. Carregamento concluído. Como mostra a prática, como resultado de ciclos de carregamento múltiplos e quase ideais, os parâmetros das baterias na bateria são equalizados e a tensão no final do segundo estágio tende a 1,5 V por célula, às vezes não ultrapassando esse valor. Nesse caso, o comparador provavelmente não funcionará. É aqui que o temporizador de carregamento, montado no amplificador operacional DA2.2, entra em ação. O capacitor C5 define o tempo (cerca de duas horas) após o qual o temporizador será ativado. Após esse tempo, o transistor VT2 fechará e, conforme mencionado acima, a corrente de carga, numericamente igual a aproximadamente 1/30 da capacidade AB, será determinada pela resistência do resistor R11. Uma corrente tão pequena apenas compensa a auto-descarga da bateria. Teoricamente, o AB pode ficar neste modo indefinidamente. O resistor trimmer R3 define o limite do comparador DA2.1. Na verdade, o comparador é alimentado por uma tensão bipolar assimétrica, o limite para sua operação é a transição de tensão na entrada inversora por zero. O comparador é projetado para que o limiar de resposta inferior seja aproximadamente 60 mV menor que o superior [2]. Isso é feito para eliminar o "salto" no momento da comutação do transistor VT2. O carregador é alimentado por um transformador cuja tensão alternada no enrolamento secundário é de 12 V. Um retificador com duplicação de tensão é montado nos diodos VD1, VD2 e nos capacitores C1, C2 - sua tensão de saída é de cerca de 30 V, o que é bastante suficiente para carregar uma bateria de dez baterias. Se for necessário carregar baterias de capacidade diferente e (ou) com voltagem diferente, os parâmetros do carregador podem ser facilmente recalculados. Isso exigirá três parâmetros: capacidade, número de baterias na bateria e presença (ou ausência) de um diodo de proteção. Conhecendo a capacitância, calcule a corrente de carga nominal. Com base no número de baterias e na presença (ou ausência) de um diodo de proteção, a tensão de comutação do comparador é calculada. Pode ser necessário selecionar um resistor R2 para que o resistor de ajuste R3 possa ajustar o limite de resposta. Resta calcular a resistência dos resistores R10, R11, R14: R14=5/I10; R11=4R14; R10=R11/3. No entanto, os valores obtidos não são totalmente padronizados, portanto, resistores compostos conectados em paralelo são usados \u14b\u11bna memória: R10 - quatro resistores conectados em paralelo R11; RXNUMX - três resistores RXNUMX conectados em paralelo. Eu recomendo usar resistores compostos. Caso contrário, se houver um spread maior nos ratings, o comparador pode não mudar. O dispositivo é montado em três placas de circuito impresso (cada nó em uma placa separada), cujos desenhos são mostrados na fig. 2.
O estabilizador DA1 deve ser colocado em um dissipador de calor com nervuras ou pinos com uma área de pelo menos 20 cm2. No dispositivo, é necessário usar capacitores apenas com a capacidade indicada no diagrama. A resistência de vazamento do capacitor C5 é de pelo menos 2 MΩ. Antes do ajuste, o jumper S1 deve ser removido. Em seguida, a tensão é fornecida ao conector X1 do transformador de rede. Em vez de AB, seu equivalente é conectado. A resistência equivalente da bateria é calculada pela fórmula Req=Ucp/I10, onde Ucp é a tensão de comutação do comparador (9,28 V). No nosso caso, o equivalente da bateria da estação de rádio Motorola GP1200 é um resistor com resistência de cerca de 75 ohms e potência de pelo menos 2 watts. Depois de definir o equivalente, o LED HL3 deve acender. Além disso, a tensão de comutação do comparador (3 V) é fornecida ao capacitor C9,28 de uma fonte de alimentação externa regulada em conformidade com a polaridade: o terminal negativo é conectado ao terminal esquerdo do capacitor C3 de acordo com o esquema e o terminal positivo está conectado ao terminal correto. O resistor trimmer R3 define o limite para ligar o LED HL1. Em seguida, você deve verificar se, com uma diminuição suave da tensão de uma fonte de alimentação regulada externa de 9,28 para 9,2 V, o LED HL1 certamente se apagará. Em seguida, verifique o desempenho de toda a memória. Para fazer isso, você precisa reduzir um pouco a tensão da fonte de alimentação externa em pelo menos 1 V. Como resultado, o LED HL1 apagará, é claro, se estiver aceso. Em seguida, desligue o equivalente a AB. O LED HL3 deve apagar. Novamente conectamos o equivalente. Os LEDs HL2 e HL3 acendem. O LED HL3 indica a presença de bateria no dispositivo e o LED HL2 indica o início do carregamento. Em seguida, aumente gradualmente a tensão da fonte de alimentação externa. Na tensão de 9,28 V, o LED HL2 deve apagar e o LED HL1 deve acender, sinalizando o início do segundo estágio. E, finalmente, resta verificar o temporizador de carregamento. Para fazer isso, um voltímetro é conectado entre a base e o emissor do transistor VT2. Ele deve mostrar uma tensão de cerca de 0,7 V. O LED HL1 está aceso neste momento. Após 2 horas ± 20 minutos, a leitura do voltímetro deve diminuir. O LED HL1 continuará aceso. Porém, ao carregar a bateria, assim que a tensão base-emissor do transistor VT2 diminui, o LED HL1 apaga. Ajuste concluído. Desconecte a fonte de alimentação regulada externa, equivalente a AB e restaure o jumper S1. O dispositivo está pronto para funcionar. Literatura
Autor: Yu.Osipenko, Ufa
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