Умная зарядка для аккумуляторов nimh

Умная зарядка NiMh AA аккумуляторов.

Автор: Дмитрий Мосин
Опубликовано 10.09.2009

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 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 зарядку, по очень простой схеме содержащей дешевые детали и обладающей характеристиками 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 внес ограничение 1 зарядка на 1 аккумулятор. Тех, кто любит заряжать несколько аккумуляторов последовательно, отправлю почитать статью c Ридико Леонид Иванович https://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 аккумулятора (автор знает о правильных способах (https://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 , 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.

Источник

Умная и дешевая зарядка для Ni-MH/Ni-Cd AA/AAA аккумуляторов Opus BM-100

Всем доброго времени суток )
В этом обзоре пойдет речь о достаточно функциональном и «умном» зарядном устройстве для Ni-MH/Ni-Cd AA/AAA аккумуляторов Opus BM-100. Попробовал поиском тут пройтись по сайту — не нашел обзора такой модели. Вот решил поделиться результатами своей покупки.

Если уже было — прошу не пинать, может плохо искал, но не нашел.
Для начала — предыстория покупки.
На сегодняшний день никелевые элементы питания отошли на второй план и уступили более современным литиевым. По крайней мере у меня именно так и произошло. Основная масса девайсов — на литии, на никеле осталась только всякая мелочевка, типа звонков, пультов и т.п.
И для меня наиболее оптимальным оказалось использование Opus BT — C3100 V2.1.
Но вот у родителей все наоборот, только у отца пару фонариков на 18650, для которых и зарядное есть. Все остальное питается от никелевых элементов, для которых в доме конечно имеется несколько зарядных устройств, но каждое из которых имеет свои недостатки, причем значительные.
Итак, было решено подыскать недорогую зарядку, которая должна соответствовать следующим требованиям:
1) от 4-х независимых каналов (заряд любого кол-ва элементов в слотах, а не попарно, как часто бывает)
2) полный разряд перед зарядом
3) регулировка тока заряда, желательно начиная от 100 мА/ч, чтобы не убивать ААА элементы
4) защита от перезаряда, разряда, переполюсовки и «умный» алгоритм заряда
5) измерение емкости и функция восстановления — не обязательны, но если будут — хорошо конечно. основными критериями при выборе не являлись.
В итоге хорошенько погуглив просмотрел, наверное, все возможные варианты. Остановился на этой, т.к. до 20 баксов и немногим более аналогов просто не нашел.

Итак приступим непосредственно к обзору.
С момента оплаты заказа до получения на почте прошло 18 дней. Что шустрее обычного. Пришла вот в такой цветной картонной коробке (упаковку посылки не фотографирую, ничего интресного, все как всегда),

внутри которой находились сама зарядка, блок питания, переходник и инструкция.

Блок питания с вилкой под американскую розетку(( Не нравятся мне эти конструкции с переходниками… Хотя для любителей китайшоппинга это дело уже привычное, а у себя дома я установил универсальную розетку, куда можно включать и евро, и американские, и английские вилки без переходников. Удобно ) Но поскольку будет использоваться у родителей — придется включать через переходник.

На выходе данного блока (как и на входе зарядного естественно) — 3 В. Тут важно не ткнуть случайно от чего-то другого блок с бОльшим напряжением. От старшего брата BT-C3100 V2.1 блок внешне 1в1, но на выходе 12В, так еще и разъем такой же. Если пользоваться в 1 квартире — вероятность уничтожения BM-100 крайне высока. Рано или поздно кто-то обязательно ткнет не тот блок. К счастью зарядки будут трудиться в разных квартирах.

Сам дисплей контрастный, информация хорошо читается, по горизонтали и вертикали очень хорошие углы обзора. А вот подсветки нет.

Сверху зарядника, помимо слотов для АКБ, находятся 3 кнопки:

«MODE» — для активации изменения режима работы ЗУ нужно ее удерживать не менее 2 секунд. Затем короткими нажатиями происходит цикличное переключение между режимами для всех слотов одновременно:
CHARGE — заряд АКБ
DISCHARGE: разряд, затем заряд АКЬ
DISCHARGE REFRESH: несколько циклов разряд/заряд
CHARGE TEST: заряд, разряд, заряд. показывает емкость АКБ, замеренную при разряде

«DISPLAY»коротким нажатием циклично сменяет режимы отображения на дисплее ток — mA, напряжение — V, емкость — mAh и время — h.

«CURRENT» циклично сменяет возможные варианты тока заряда/разряда. Доступны варианты 200, 500, 700, 1000mA и если АКБ присутствует только в слотах 1 и/или 4 то ток можно выставит 1500 и 1800mA (что имхо является добровольным убийством АКБ).
Токи разряда составляют 100, 250, 350 и 500mA.

Для каждого слота отдельно выбрать режим нельзя. Все 4 слота будут работать по одинаковой программе. Что собственно не мешает вставлять в них аккумуляторы разного типоразмера и емкости. Все 4 канала независимые.
При замере емкости и в режиме восстановления ток разряда равен половине тока заряда. ИМХО не правильно это. Лучше бы 1:1, а еще лучше — в 2 раза больше тока заряда.

После отключения и включения питания — по умолчанию стоит режим заряда с током 200 мА.
Многим это не нравится, но я считаю это правильным решением, т.к. больший ток может подкинуть неприятный сюрприз. Допустим поставили вы ААА с емкостью 600 мА/ч на зарядку током в 200 (что для них и так не мало), а после пропадания питания в электросети или случайного «шевеления» блока в розетке на них пойдет 500 (как на старшем брате Opus BT — C3100 V2.1.) или 700, могут потечь. И это самое безопасное последствие… Так что пусть лучше будет просто потеря времени, а не АКБ, которые еще и плату могут залить…

Корпус выполнен из качественного прочного пластика, в руках держать приятно. При попытках сжатия или кручения ничего не люфтит, звуков не издает, все очень монолитно ощущается. Активного охлаждения нет. Во время зарядки (4 шт, 500 мА) АКБ нагреваются конечно, но не критично, рукой спокойно можно держать. В зарядке также присутствуют термодатчики, которые следят за температурой батарей и защищают от чрезмерного перегрева.
На нижней части корпуса расположены отверстия для охлаждения и информация о ЗУ

Не удержался и раскрутил корпус, чтобы оценить качество платы.
Итак сама плата изготовлена очень качественно, SMD элементы припаяны явно в заводских условиях, все аккуратно и ровно. Помимо SMD компонентов на нижней части платы еще присутствует микросхема-«клякса» и провода, которые уходят к термодатчикам. Флюс смыт, но немного его наблюдается в местах пайки контактных площадок АКБ к плате. Дальше решил не разбирать, чтобы не возникло проблем с дисплеем.

На фонаревке есть обзор этой зарядки на английском языке с графиками, у меня подобного оборудования для замеров нет, так же как и нет оснований не доверять их правдивости. Копи~~пиз~~пастить их сюда без согласования с автором посчитал не этичным. Получается буквы читаем тут — картинки смотрим там ))

И еще несколько фоток напоследок в сравнении с Opus BT — C3100 V2.1.

BM-100 заметно компактнее, что и логично. Функционал и разнообразие типоразмеров АКБ то BT-C3100 значительно шире.

ВЫВОД:
На плюсы и минусы делить не буду, скажу свое впечатление. За эти деньги просто отличная зарядка, без явных недостатков, подойдет для содержания домашнего парка АА/ААА АКБ, тем кто не желает тратить значительные суммы на более дорогие бренды и все равно не будет пользовать их функционал по полной.
Хотелось бы конечно ток заряда задавать с меньшего значения (почему бы от 50 или 100 мА не сделать, все равно же это программного реализовано), ток разряда сделать вдвое больше тока заряда либо возможность выставлять руками значение, выбирать режим для каждого слота… Но все это уже придирки. Для целей, которых покупалась эта зарядка — она полностью подходит. И радует цена в 18 баксов.К покупке рекомендую!

Товар куплен за собственные средства, без купонов и скидок. Мнение абсолютно честное, с магазином обзор не согласован.

Источник