Процесс зарядки Ni-Mh аккумуляторов в авиамоделизме немного отличается от общепринятой. Обычно моделист заряжает аккумуляторы перед выездом на поле, ставя аккумулятор на ночную зарядку. Но бывает, что при быстром сборе на полёты, аккумы борта или аппаратуры оказываются полностью или частично разряженными и зарядить обычным "ночным" зарядником просто нет время.
Плюсы современных NiMh аккумуляторов, - это возможность заряжать их большим током, до 1С без последствий для его здоровья. Единственное, чему надо уделить внимание при заряде, - это температуре и конечному напряжению заряда. Простейший зарядник можно посмотреть , он не автоматизирован и контроль полного заряда контролируется рукой на повышение температуры. Так же можно купить зарядное устройство для всех типов аккумуляторов.
Чтобы обезопасить аккумулятор от перезаряда, контроль по напряжению можно доверить автомату, который отключит батарею при достижении оределённого напряжения и будет поддерживать аккум в заряженном состоянии. О таком автоматическом зарядном устройстве для Ni-Mh и Ni-Cd и пойдет речь в этой статье.
Схема зарядного устройства ni-mh аккумуляторов
Мною разработано и собрано на макетной плате зарядное устройство для NiMh и Ni-Cd , схема простая, все элементы доступны.
Пороговым элементом в схеме является стабилитрон D1, он открывается при достижении напряжения стабилизации открывая тем самым ключ на транзисторах и включая реле, которое отключает аккумулятор. Делитель напряжения на R1-R2 устанавливает верхний порог, при достижении которого отключается аккум, для 5 банок гидрида он составляет 7,2v (переключатель s1 замкнут). При подключении аккумулятора на R5 падает напряжение до напряжения аккумулятора, а так как оно меньше 7,2в, то D1 закрыт и реле обесточено, при этом его контакты замкнуты и происходит зарядка. При достижении 7,2в стабилитрон открывается, реле срабатывает и отключает аккумулятор.
Напряжение аккумулятора удерживает стабилитрон открытым, а реле включённым, контакты реле остаются разомкнутыми, - это происходит какое то время пока напряжение аккумулятора не упадёт ниже 7,1в, при этом стабилитрон закроется и реле опять подключит аккумулятор на зарядку. Этот процесс постоянно повторяется. Светодиод сигнализирует об окончании зарядки.
Назначение других элементов зарядного устройства для Ni-Mh следующее:
- C1 - снижает частоту переключения реле в отсутствии подключённого аккумулятора (признак работы ЗУ- щёлкание реле без подключённого аккума).
- D2 - защищает транзисторы от пробоя обратным напряжением возникающим в катушке реле.
- R5 мощностью не менее 2w - устанавливает ток заряда и подбирается для получения желаемого тока (вместо него можно использовать лампы накаливания 12v).
- S1 - переключает режимы для заряда 5 баночных и 8 баночных батарей.
- S2 - не обязательный элемент, служит он для принудительного перевода ЗУ в режим заряда.
- Реле у меня стоит не известной марки, от блока управления магазинного холодильника.
- D1 - можно заменить на любой другой стабилитрон 2...4v.
Вот что получилось у меня. Поставил два светодиода для красоты.
Настройка зарядника Ni-Mh
Подстроечные резисторы в среднее положение, подключаем зарядник к источнику питания 12...18v, реле начинает периодически щёлкать, S1 замкнут, подключаем ni-mh аккумулятор с подключённым к нему вольтметром. Резистором R1 добиваемся отсутствия свечения светодиода и контролируем напряжение на аккумуляторной батарее. При достижении 7,2в начинаем крутить R1 до загорания светодиода и щёлчка реле (желательно выполнить эту операцию несколько раз, для более точного позиционирования резистора). Всё, настройка для 5и баночной батарейки завершена.
Размыкаем S1 и то же самое проделываем с 8и баночной батареей, только теперь вращаем R2 и порог срабатывания 11,5...11,6v. R1 при этом крутить нельзя! При заряде 8и баночных батареек от источника 12в - светодиод не будет загораться, тут выхода два: Либо повесить светодиод на отдельную пару контактов реле, либо увеличить напряжение питания зарядника до 15...18в.
Аналогично можно настроить данный зарядник и для работы с Ni-Cd батареями.
В процессе зарядки током около 500мА нагрева Ni-Mh батарей ёмкостью 1700 мА не замечено как это бывает при зарядке малым током за ночь, при этом аккумулятор заряжается полностью, отдавая при дальнейшем разряде почти всю емкость.
Выставить конечное напряжение можно довольно точно и не сложной доработкой можно приспособить два таких зарядника для двух банок
В предыдущей статье мы рассмотрели схему . Эта же зарядка для никель кадмиевых аккумуляторов предназначена для зарядки двух никель-кадмиевых аккумуляторов постоянным током. Устройство имеет 2 режима зарядки, автоматическое отключение зарядки и звуковой сигнал окончания зарядки.
Описание работы зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов
Схема питания зарядного устройства состоит от понижающего трансформатора, имеющего на выходе вторичной обмотки 12 вольт, двух выпрямительных диодов (VD1 и VD2) и сглаживающего конденсатора C1 на 1000 мкФ. Далее напряжение поступает на DA1 — трехвыводной стабилизатор напряжения 7806 создающего 6 вольт для питания схемы.
Транзистор VT1 и светодиод HL1 являются основой источника постоянного тока. Прямое напряжение красного светодиода (около 1,5 вольт) минус напряжение база-эмиттер транзистора VT1 (около 0,6 В) проходит через резистор сопротивлением 6,8 Ом или 15 Ом в зависимости от положения переключателя SA1. При выборе резистора 15 Ом в цепи эмиттера зарядный ток составляет около 60 мА, в то время как с резистором 6,8 Ом ток равен 130 мА.
Этого достаточно, чтобы зарядить никель-кадмиевый аккумулятор емкостью 600 mAh (AA) за 14 часов и 5 часов соответственно. Если нет подходящего сопротивления, то его можно получить путем , либо .
(DD2) используется для режима автоматического отключения зарядки. На его инвертирующем входе при помощи подстроичного резистора установлено 2,9 вольт (номинальное), в то время как его неинвертирующий входе отслеживает напряжение на аккумуляторе.
В то время, когда никель кадмиевый аккумулятор заряжается, внутренний выходной транзистор (в LM393) открыт и, следовательно, открыт транзистор VT1 источника тока. После того, как аккумулятор зарядится примерно на 80% или более от своей емкости, напряжение на клеммах аккумулятора превысит 1,45 вольт.
Напряжение на неинвертирующем входе (вывод 3) DD2 превысит опорное напряжение на инвертирующем входе (вывод 2). Это приведет к тому, что на выходе компаратора сигнал изменяется на противоположный, транзистор VT1 закроется и отключится источник тока.
Для того чтобы исключить постоянное переключение компаратора на границе порогового напряжения, в схему добавлен конденсатор на 0,1 мкФ обеспечивающий обратную связь между выходом и инвертирующим входом компаратора.
Четыре логических элемента И-НЕ микросхемы DD1 используются для построения двух простых генераторов с разными частотами. При соединении сигналов с этих генераторов образуется тональный сигнал, который воспроизводится пьезоэлектрическим элементом в момент, когда заряд закончен.
В Интернете на глаза попалась схема автоматического зарядного устройства Ni-Cd аккумуляторов, разработанная Юрием Башкатовым. Собрал схему на макетной плате - не работает. Смоделировал ее на компьютере с помощью программы Work Bench. В результате получилось то, что изображено на схеме. Работает устройство следующим образом. Транзистор VT1 (p-n-p) открыт, если на его базе наличествует отрицательный потенциал, который может появиться, когда транзистор VT2 (n-p-n) открыт, - это, в свою очередь, происходит, если потенциал на его базе, устанавливаемый с помощью переменного резистора R4, будет на 0,3 - 0,4 В больше этого показателя на его же эмиттере.
Эмиттер транзистора VТ2 соединен с катодом тиристора VS1 и заряжаемым аккумулятором. Как только напряжение на нем достигнет порогового значения, транзистор VТ2 закроется. Вслед за ним закроется и транзистор VT1. Тиристор выключится, заряд прекратится. Этим самым предотвращается перезаряд Ni-Cd аккумулятора.
Резистором R4 устанавливается порог срабатывания автоматического устройства. Для информативности величины напряжения на базе (граничная величина напряжения заряда) можно было бы к базе подключить вольтметр. Однако авторы посчитали, что вольтметр лучше подключить к эмиттеру транзистора VT2. Таким образом, сразу при подключении аккумуляторов видно, какое на них напряжение. При нажатой кнопке, контролируя напряжение по вольтметру, устанавливаем напряжение на эмиттере с помощью резистора R7 После этого, не отпуская кнопки SА1, выставляем порог срабатывания устройства резистором R4, контролируя срабатывание по загоранию балластной лампочки ЕL1. Кнопку отпускаем, лампочка должна гореть, аккумуляторы начали заряжаться Как только напряжение на аккумуляторах достигнет порогового режима, лампочка погаснет, заряд окончится.
Практика заряда Ni-Cd аккумуляторов показала, что конечное напряжение, рекомендуемое в инструкциях, не 1,2 В, и даже не 1,5 В, а 1,7 В, поэтому для двух аккумуляторов я устанавливаю порог срабатывания 3,4 В.
Несложное компактное зарядное устройство для NiMH и NiCd аккумуляторов с дополнительными полезными функциями, такими как автоматическое отключение и контроль температуры.
USB порт есть почти во всех современных компьютерах и ноутбуках. Сила тока отдаваемым USB 2.0 может быть более 500 миллиампер, при напряжении 5 Вольт, то есть минимум 2,5 Ватт, а USB третьего поколения еще больше. Использование такого источника энергии очень удобно, так как многие зарядки для смартфонов/планшетов также идут с разъёмом юсб, да и компьютер часто находиться под рукой. Сегодня мы сделаем зарядку для пальчиковых (AA) и мизинчиков (AAA) NiMH/NiCd аккумуляторных батарей от USB порта. Промышленные ЗУ для аккумуляторов от USB можно пересчитать по пальцам и обычно они заряжают маленьких током, что значительно увеличивает время подзарядки. К тому же собрав простенькую схемку мы получаем прекрасное зарядное устройство со световой индикацией и температурных датчиком стоимость которого весьма мала 1-2$.
Наше зарядное устройство подзаряжает сразу два NiCd/NiMH аккумулятора током более 470 mA, что делает зарядку очень быстрой. Перезаряжаемые батареи могут нагреваться, что несомненно негативно будет влиять на них, уменьшится ёмкость, пиковая отдаваемая сила тока, время нормальной эксплуатации. Чтобы такого не было в схеме реализовано автоматические прекращение подачи энергии, как только температура аккумуляторов будет 33 и более градусов по Цельсию. За эту полезную функцию отвечает NTC термистор с сопротивлением 10 кОм, при нагреве его сопротивление уменьшается. Он вместе с постоянным резистором R4 образует делитель напряжения. Термистор обязательно должен быть в тесном контакте с аккумуляторами, чтобы хорошо воспринимать изменение температуры.
Главной деталью схемы является сдвоенный компаратор-микросхема LM393.
Аналоги, которыми можно заменить LM393: 1040СА1, 1401CA3, AN1393, AN6916.
При заряде транзистор греется, его нужно обязательно ставить на радиатор. Вместо TIP32 возможно взять почти любой PNP структуры со схожей мощностью, я использовал КТ838А. Полным отечественным аналогом является транзистор КТ816, он имеет иную цоколевку и корпус.
USB кабель можно отрезать от старой мышки/клавиатуры или купить. А возможно вообще штекер юсб припаять прямо на плату.
Если при подаче питания светодиод горит, но схема ничего не заряжает то нужно увеличить сопротивление токоограничительного резистора R6. Для проверки нормальной работы схемы между землей и третьим выводом микросхемы (Vref) должно быть около 2,37 Вольт, а на втором контакте (Vtmp) LM393 1,6-1,85 Вольт.
Заряжать желательно два одинаковых аккумулятора, чтобы их ёмкость была примерно равна. А то получиться так, что один уже зарядился полностью, а второй только на половину.
Зарядный ток можно самостоятельно выставить, изменяя сопротивление резистора R1. Формула расчета: R1 = 1,6 * нужный ток.
К примеру, я хочу, чтобы мои аккумуляторы заряжались током 200 mA, подставляем:
R1 = 1,6 * 200 = 320 Ом
Это значит, что, установив переменный/подстрочный резистор мы можем добавить такую необычную функцию для зарядных устройств как самостоятельный выбор зарядного тока. Если, к примеру, аккумулятор нуждается в заряде током не более 0,1C то выкрутив резистор мы с легкостью выставим нужно нам значение. Это очень актуально для вот таких миниатюрных промышленных аккумуляторов, у которых ёмкость крайне мала и обусловлена их размерами.
При нагреве аккумуляторов зарядка будет отключаться. Это может увеличить время заряда, поэтому рекомендую ставить охлаждение в виде небольшого вентилятора.
Если у вас NiCd аккумуляторы, то их перед зарядкой нужно разрядить до 1 Вольта, то есть чтобы было использовано 99% ёмкости. Иначе будет чувствоваться негативный эффект памяти.
Когда банки будут полностью заряжены зарядный ток упадет примерно до 10 мА. Этот ток предотвратит естественный саморазряд никель-металлогидридных/камдиевых аккумуляторов. У первых наблюдается 100% разряд за год, а у второго типа примерно 10%.
Печатная плата для зарядного устройства существует в нескольких версиях, в одной из них USB гнездо удобно расположено прям на плате, то бишь возможно эксплуатировать USB шнур типа папа-папа.
Скачать платы в формате.lay можно тут
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи получили довольно широкое распространение.
известно много способов эффективной зарядки никель-кадмиевых (аккумуляторных) батарей, описываемая схема уникальна тем, что объединяет почти все их преимущества. Так, она вырабатывает постоянный зарядный ток, значение которого может лежать в диапазоне 0,4-1,0 А.
Схема может работать либо от сети переменного тока 220 В, либо от 12-В батареи.
Заряжаемая батарея защищена от перезаряда благодаря автоматическому отключению схемы при достижении заданного уровня напряжения на батарее. Более того, этот уровень можно подстраивать. Наконец, схема недорога и защищена от коротких замыканий.
Если батарея разряжена, то напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя U1 будет ниже напряжения на неинвертирующем входе, устанавливаемом посредством потенциометра R1 (см. рисунок). Вследствие этого выходное напряжение U1 будет примерно равно положительному напряжению питания, что приведет к отпиранию транзистора Q1, а также транзистора Q2, который будет работать в режиме генератора постоянного зарядного тока. Уровень этого тока можно найти из соотношения (Vd-Vbe)/R6, где Vd-напряжение между его базой и эмиттером. Этим током, протекающим далее через диод D8, и заряжается Ni-Cd-батарея. При этом будет гореть светодиод D7, индицируя тем самым протекание процесса зарядки, и являясь индикатором рабочего режима.
По мере зарядки батареи напряжение на ней увеличивается, что приводит к возрастанию напряжения на инвертирующем входе U1, пока оно не сравняется с Vin. В этот момент выходное напряжение U1 падает до потенциала земли, и транзисторы Q1 и Q2 запираются, предотвращая тем самым перезаряд батареи. Задаваемый предельный уровень выходного напряжения, Vout, можно вычислить из соотношения Vout=Vin(R7+R8)/R8.
При приведенных значениях компонентов схема вырабатывает зарядный ток 400 мА, который можно изменять, подбирая R6 до достижения максимального значения, равного 1 А. Задаваемый уровень зарядного напряжения следует устанавливать при отключенной батарее.
Диод D8 предотвращает разряд в обратном направлении в случае отключения сети или 12-В источника питания. Для 7,2-В Ni-Cd-батареи, задаваемое значение зарядного напряжения равно 7,9-8,0 В. Мощный транзистор Q2 следует установить на большой радиатор.