Зарядно-восстановительное устройство для NiCd и NiMH аккумуляторов
Как известно, нет ничего вечного на земле. Но человек всегда стремится продлить жизнь всему, что находится в сфере его интересов. Аккумулятор — сердце любого электрофицированного устройства, поэтому совсем не случайно большое внимание радиолюбители уделяют именно ему.
Жизнь малогабаритных аккумуляторов, к сожалению, коротка и часто бывает так, что старый в мобильном телефоне износился, а нового в продаже нет. Особенно это относится к мобильным телефонам первых выпусков. Вот и приходится что-то изобретать.
Порой не хватает знаний: приобрести техническую литературу не всегда возможно, Интернет не всем доступен, надежда — на радиотехнические журналы, где радиолюбители делятся своим опытом. Хорошим уроком для меня послужили теоретические основы, которые изложены в статье [1].
Каких только зарядных устройств я не собирал, но хороший результат получил только после изучения данной статьи. Меня заинтересовал метод зарядки импульсным током, с помощью которого восстановил NiCd и NiMH аккумуляторы, не использовавшиеся соответственно 5 и 8 лет.
Замечено: NiCd аккумулятор легче поддается восстановительным процессам. В NiMH аккумуляторах, выпущенных ранее, хорошая “память”.
“Выбить” эту “память” удалось 3-х кратным циклом разряда до 0,45 В на каждый элемент и зарядом импульсным током, равным 0,15 от емкости С аккумулятора.
Принципиальная схема
Зарядно-восстановительное устройство (рис. 1) состоит из:
- регулируемого стабилизатора напряжения;
- генератора прямоугольных импульсов;
- усилителя тока заряда/разряда;
- контроля величины напряжения и тока заряда/разряда;
- индикаторов работы каскадов устройства.
Рис. 1. Принципиальная схема зарядно-восстановительного устройства для NiCd и NiMH аккумуляторов.
Ввиду того, что зарядно-восстановительное устройство проектировалось для работы с разным количеством элементов аккумуляторов, блок питания (рис. 2) создавался на стабильное регулируемое напряжение.
Так как таймер КР1006ВИ1 работает в пределах 5. 15 В, то можно производить зарядку аккумуляторов, имеющих в своем составе от 3-х до 10-ти элементов.
Наличие напряжения питания контролируется HL1 (рис. 2); его величина и работа блока — гальванометром РА1. Питание генератора прямоугольных импульсов стабилизируется стабилитроном VD1 (рис. 1) и задает условия работы всей схемы. Время интервалов заряда/разряда С2 задается резисторами R4, R2, R3.
Резистором R3 можно регулировать длительность и частоту импульсов на выходе DA1 (вывод 3) в пределах 0,5. 3 секунд. Для получения кратковременного регулируемого импульса разряда в схему таймера DA1 (вывод 5) вводится резистор R1*, который подбирается в процессе наладки.
С выхода DA1 импульсы: положительные — подаются на эмиттерный повторитель VТ1 и далее на усилитель зарядного тока; отрицательные — на усилитель тока разряда VТ5, VТ6.
Работа усилителя тока заряда контролируется светодиодом VD5, причем зажигается он при погашении светодиода VD4. В качестве разрядного элемента в усилителе тока разряда применена лампочка накаливания EL1 6 В*100 мА (от старых елочных гирлянд).
Зажигание лампочки происходит одновременно с зажиганием светодиода VD4. Резистором R15 можно в широких пределах (7. 100 мА) регулировать ток разряда.
Рис. 2. Схема блока питания для зарядного устрйоства.
В качестве коммутатора тока заряда, напряжения, разряда применен переключатель диапазонов от старых импортных магнитол SA2 на три положения. Внутренняя схема коммутации показана на рис. 3.
Гальванометр можно применять любой, при этом необходимо подобрать R13 (рис.1) на требуемое напряжение, и шунты Rш1 , Rш2 — на заданные токи.
В данном варианте пределы изменения напряжения 20 В, ток заряда 150 мА, ток разряда 100 мА.
Рис. 3. Внутренняя схема коммутации.
Работа с прибором
Переключатель SA1 устанавливается в положение 1. В зависимости от количества элементов в аккумуляторе, регулятором R3 (рис. 2) устанавливается напряжение для питания схемы устройства из расчета 1,25 В на каждый элемент. Положение переключателя SA2 среднее. Затем переключатель SA1 переводят в положение 2, а SA2 — в левое положение.
Регулятором R3 (рис. 1) устанавливаем необходимую длительность импульсов заряда, а ток — регулятором R3 (рис. 2). После этого SA2 переводим в крайнее правое положение и резистором R15 (рис. 1) устанавливаем необходимый ток разряда.
При восстановлении NiCd, NiMH, Li+ аккумуляторов я устанавливал в импульсе Ізаряда = 0,15С; Іразряда = 0,5І заряда и получал хорошие результаты, при напряжении 6,5 В.
В заключение хочу сказать, что редко удается восстановить аккумулятор с первой зарядки. Обычно требуется несколько циклов разряд/за-ряд.
Более быструю разрядку можно производить подключением лампочки накаливания соответствующего напряжения и тока не более 0,5С до напряжения 0,4. 0,45 В на каждый элемент.
Более длительную разрядку можно произвести данным устройством, для этого надо регулятором R3 (рис. 2) установить 1)пит PCBWay — всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН.
Источник
Зарядно восстановительное устройство для nicd аккумуляторов
Зарядно-восстановительное устройство для NiCd аккумуляторов
В. КОНОВАЛОВ, г. Иркутск
Предлагаемое устройство, по мнению автора, может не только заряжать, но и восстанавливать никель-кадмиевые аккумуляторы, емкость которых по тем или иным причинам уменьшилась. Прибор разработан в лаборатории «Автоматики и телемеханики» Иркутского областного центра технического творчества учащихся при финансовой поддержке Иркутского а а ланер ного клуба в 2004 г.
Технология восстановления никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов требует их предварительной разрядки для снятия «эффекта памяти», когда неправильная эксплуатация приводит к образованию на электродах кристал-лов-дендритов, ухудшающих работоспособность аккумуляторов (повыша-
ется их внутреннее сопротивление, увеличивается саморазрядка). 
Эффективность работы таких батарей с каждой последующей зарядкой уменьшается до полного преждевременного выхода из строя. Частичная выбраковка аккумуляторов и замена их новыми положительного результата недаст, необходим комплексный подход к решению проблемы сохранения работоспособности всей батареи.
Восстановить батарею аккумуляторов можно, если провести несколько циклов зарядки-разрядки и заряжать ее импульсным током. Восстановление и зарядка батареи аккумуляторов необходимы для приведения ее в рабочее состояние после длительного хранения или неправильной эксплуатации.
Чтобы восстановить батарею NiCd аккумуляторов, необходимо предварительно разрядить ее током, численно равным 0,1С (С — емкость аккумулятора), до напряжения 0,9. 1 В на аккумулятор, а затем зарядить в течение 6. 10 ч до напряжения 1,5. 1,55 В.
Описываемое зарядно-восстановительное устройство (см. схему) позволяет проводить подобные циклы зарядки-разрядки.
Основные технические характеристики
Напряжение сети, В . 200. 250
Максимальный ток зарядки,
мА. 500
Ток дозарядки, мА, не более. 80
Ток буферного режима, мА,
не более . 20
Число аккумуляторов в батарее .. .4—15
Напряжение батареи аккумуляторов, В. 4,8. 18
Время восстановления, ч. 5. 7
Время дозарядки, ч . 3. 5
Время нахождения батареи
в буферном режиме .. .не ограничено
Емкость аккумуляторов, мАч,
не более. 3000
В устройстве реализована зарядка при стабильном напряжении. Эту функцию выполняет источник питания, состоящий из сетевого трансформатора Т1, выпрямителя VD1 со сглаживающим конденсатором С2 и стабилизатора DA1. Резистор R5 ограничивает ток зарядки и тем самым защищает микросхему и аккумуляторы в начальный момент, когда напряжение батареи GB1 намного ниже выходного напряжения стабилизатора. Уменьшение тока в конце зарядки вызвано тем, что напряжение на батарее к этому моменту повышается и достигает максимального значения.
Дозарядка небольшим током в конце зарядно-восстановительного цикла снижает температуру аккумуляторов, удаляет остатки кристаллизации электродов. Буферный режим поддерживает батарею в рабочем состоянии, компенсируя ток саморазрядки. Для достижения положительного эффекта импульсный ток наложен на постоянный ток зарядки на протяжении всего зарядно-восстановительного процесса.
Падение напряжения на резисторе R5 используется для индикации рабочего состояния устройства. Свечение красного светодиода (HL2) указывает на зарядку, зеленого (HL3) — на разрядку. Резистор R6 ограничивает ток через светодиоды HL2 и HL3 при замыкании в цепях зарядки и разрядки.
В случае отсутствия батареи аккумуляторов или плохого контакта в ней при нажатии на кнопку SB1 индикаторы светится не будут, а реле К1 перейдет в режим зуммера.
Резистор R4 в цепи питания реле уменьшает ток его удержания, что облегчает автоматическое переключение из режима разрядки в режим зарядки. Резистор R1 и светодиод HL1 образуют указатель включения и замыкания в выходной цепи. В случае замыкания светодиод светит с повышенной яркостью. Диод VD2 защищает светодиод HL1 от напряжения обратной полярности.
Рекристаллизация электродов в аккумуляторе происходит при подаче
в батарею импульсов тока со вторичной обмотки трансформатора через конденсатор С1.
Для нормальной работы стабилизатора DA1 установлены конденсаторы фильтра С2, СЗ, нагрузочный резистор R2 и диод защиты VD3.
После подключения батареи к заряд-но-восстановительному устройству проводят ее предварительную разрядку, для чего нажимают на кнопку SB1. В результате напряжение поступает на обмотку реле К1. Оно срабатывает и, переключая контакты К1.1, самоблокируется и подключает разрядную нагрузку R3.
Когда напряжение батареи достигнет 0,9. 1 В на аккумулятор, ток удержания окажется недостаточен, реле выключится и переключит контакты К1.1 в положение, показанное на схеме. Батарея начнет заряжаться.
Следует добавить, что часто проводить разрядку никель-кадмиевых аккумуляторов фирмы-изготовители не рекомендуют: примерно один раз на десять зарядок.
В устройстве применен сетевой трансформатор ТПП243-127/220-50. Диодный мост КЦ405А допустимо заменить любым с максимальным током около 1 А. Микросхему стабилизатора устанавливают на теплоотводящую пластину размерами 50×10 мм толщиной 3. 4 мм. Реле — РЭС47 исполнения РФ4.500.407-00 или РФ4.500.407-08 (паспорт РФ4.500.408 или
РФ4.500.400), возможно использование и других на рабочее напряжение 12. 24 В. Кнопка — любая.
Резисторы R3, R5 — С5-37В, остальные — любые малогабаритные. Светодиоды — серий АЛ307 или КИПД41 красного и зеленого цветов свечения. Конденсаторы — К50-16, К50-35 и импортные.
В авторском варианте устройство собрано навесным монтажом в корпусе БП-1 размерами 155x80x75 мм.
Налаживание зарядно-восстановительного устройства сводится к подбору резистора R4. Этот резистор временно заменяют переменным. К выходу устройства вместо батареи аккумуляторов подключают внешний регулируемый блок питания и подают на конденсатор С4 напряжение 0,9 п, где п — число аккумуляторов. Перемещая движок переменного резистора, добиваются четкого отключения реле. Затем отключают внешний блок питания, измеряют сопротивление переменного резистора и на его место устанавливают постоянный ближайшего сопротивления.
Сопротивление резистора R3, тип микросхемы DA1 и включение вторичных обмоток сетевого трансформатора ТПП243-127/220-50, в зависимости от числа аккумуляторов батареи GB1, указано в таблице. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть приблизительно равно 1,55 п, где п — число аккумуляторов. На схеме показан вариант зарядно-восстановительного устройства для батареи из 15 NiCd аккумуляторов. Такую батарею используют для запуска двигателей мотопара- и мотодельтапланов. Если устройство предполагается применять для зарядки и восстановления батареи, состоящей из меньшего числа аккумуляторов (соответственно изменив сопротивление резистора R3, подключив необходимые вторичные обмотки трансформатора и выбрав стабилизатор), то можно использовать конденсаторы на меньшее номинальное напряжение. Оно должно быть не меньше
Источник
ЗАРЯДНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКБ ЕМКОСТЬЮ ДО 75 А×ЧАС
Несмотря на постоянное повышение надежности и долговечности автомобильных АКБ , они всё равно, часто через 3-4 года, приходят в негодность. Долголетие аккумуляторов снижает постоянный недозаряд, т.к. езда в городских условиях не позволяет двигаться продолжительное время. Стоимость аккумулятора остается высокой, поэтому имеет смысл хотя бы один раз в летний сезон проводить восстановительную зарядку.
В этой статье рассмотрена схема и конструкция зарядно-восстановительного устройства для автомобильных аккумуляторов емкостью до 75 А×час . Принцип действия восстановления состоит в непрерывном чередовании импульсов тока заряда и несколько меньших импульсов тока разряда (рис. ниже). Такой режим обеспечивает перевод крупнокристаллической сульфатации в аморфный свинец.
Необходимость разрядного тока связана с тем, что после прекращения тока заряда ионы, не достигшие поверхности засульфатированной пластины, при последующем зарядном импульсе не имеют достаточного «разгона» из-за малого расстояния до пластины. Отрицательный (разрядный) импульс отводит ионы от кристаллов сульфата свинца. Уменьшение площади поверхности, занятой крупнокристаллическим сульфатом свинца, позволяет зарядно-восстановительному току проникнуть в более глубокие слои активной массы, на поверхности которой имеется сульфатация, легко восстанавливающаяся в процессе эксплуатации.
Схема электрическая принципиальная устройства приведена на следующем рисунке.
В первый полупериод сетевого напряжения зарядный ток проходит со вторичной обмотки (1, 2) сетевого трансформатора Т1 через диод VD1 и тиристор VS1 на плюсовой вывод аккумулятора GB1 . Во второй полупериод по аналогичной цепи Т1 (3, 4) — VD2 — VS2 формируется уже разрядный импульс.
Транзисторные аналоги динисторов VT1, VT2 и VT3, VT4 переменными резисторами R2 и R8 позволяют раздельно регулировать зарядный и разрядный токи. Контроль этих токов изначально выполняют по двум амперметрам (в положительной и отрицательной шине аккумулятора), а затем рисками отмечают значения вокруг рукоятки переменных резисторов. Конечно при желании, но более затратно, можно поставить амперметры и на постоянной основе, а параллельно АКБ включить ещё и вольтметр, по которому отслеживать напряжение, чтобы не допустить перезаряд.
Печатная плата устройства показана в конце статьи. Силовые диоды и тиристоры запаиваются непосредственно на плату и вместе с ней крепятся к теплоотводу.
Источник