Ni-Cd 배터리용 자동 충전기. 계획, 설명

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독자의 관심을 끈 기사는 저자에 따르면 Ni-Cd 배터리를 거의 완벽하게 충전하는 자동 충전기에 대해 설명합니다. 또한 Ni-MH 배터리도 충전할 수 있습니다. 저자 버전에서 장치는 Motorola GP7,5 라디오 스테이션의 공칭 전압이 1300V이고 용량이 1200mAh 인 배터리를 충전하도록 설계되었습니다. 다른 배터리를 충전하기 위해 이 장치를 반복하려는 모든 사람을 위해 주요 요소를 계산하는 공식이 제공됩니다.

Ni-Cd 배터리는 충전기(충전기)가 연결되어 있을 때 전압이 1V일 때 충전된 것으로 간주됩니다[1,5]. 배터리 수명이 줄어들기 때문입니다.

배터리가 1 ... 1,1 V 범위의 전압으로 방전되면 정상적인 충전이 가능합니다. 지정된 수준 이하의 전압으로 방전되면 배터리 수명이 줄어들고 값이 높을수록 메모리 효과가 발생합니다. 나타납니다. 따라서 충전하기 전에 배터리가 위에 표시된 전압까지 방전되었는지 확인하십시오.

대략적인 충전 시간은 공식 t=1,4C/I10으로 계산됩니다. 여기서 t는 충전 시간, h입니다. C - 배터리 용량, mAh; I10 - 정격 충전 전류: 110=C/10, mA; 1,4는 충전 중에 에너지의 일부가 비가역적으로 열로 변환되기 때문에 손실을 고려한 보정 계수입니다. 거의 모든 최신 Ni-Cd 배터리는 고급 기술을 사용하여 생성되므로 보정 계수는 약 1,1에서 1,2 사이입니다.

따라서 충전 주기 후에 배터리가 재충전되지 않고 충전기에서 자동으로 분리되는지 확인하는 방법 예를 들어 배터리 충전에 필요한 시간을 계산하고 충전 전류를 설정하고 시간 릴레이를 연결할 수 있습니다. 그러나 이 결정에는 단점이 있습니다. 위에서 언급했듯이 특정 배터리의 보정 계수는 약간 다를 수 있으며 이로 인해 타이밍이 잘못되어 결과적으로 과충전 또는 과충전이 발생할 수 있습니다. 배터리가 완전히 방전되지 않은 경우 이 방법을 구현한 충전기가 충전할 가능성이 큽니다. 충전 과정에서 주전원의 전압이 사라졌다가 다시 나타나면 타임 릴레이가 판독 값을 재설정하고 사이클을 다시 시작하여 재충전이 다시 보장됩니다. 궁극적으로 배터리 수명이 눈에 띄게 줄어듭니다.

다른 옵션을 고려해 봅시다. 1,5V 배터리의 최종 전압 값에 초점을 맞추면 시간이 아닌 전압을 제어할 수 있으며 이에 따라 충전기에서 분리할 수 있습니다. 그러나 원칙적으로 동일한 배터리는 없으며 배터리가 충전되면 일부 셀이 충전되지 않습니다.

배터리의 충전 특성을 제거하면 흥미로운 기능을 찾을 수 있습니다. 충전시 배터리 단자의 전압이 감소합니다. 전압 감소 사실을 확인하고 메모리를 끄라는 명령을 내리는 것만 남아 있습니다.

이에 대해 더 자세히 살펴 보겠습니다. 충전 과정을 1,5단계로 나누겠습니다. 첫 번째 단계 - 배터리(AB)의 전압이 셀당 80V 수준으로 상승합니다. 이 단계의 기간은 총 시간의 약 90~XNUMX%입니다.

두 번째 단계 - 배터리의 전압이 셀당 1,5V 이상이 됩니다. 이 단계에서 가장 신비한 과정이 발생합니다. 일부 배터리는 충전되고 일부는 약간의 과충전이 발생합니다. 현재 배터리의 전압을 예측하는 것은 거의 불가능합니다. 그것은 모두 배터리 매개 변수의 정체성에 달려 있습니다. 매개변수가 다를수록 전압이 더 높아지는 것을 알 수 있습니다. 이 과정이 끝나면 배터리의 배터리가 거의 동일하게 충전됩니다. 이 단계의 기간은 총 시간의 약 10...20%입니다.

세 번째 단계 - 배터리의 전압이 감소하여 셀당 1,5V 미만이 됩니다. 충전이 완료되었습니다.

그러나 세 번째 단계의 전압이 셀당 1,5V 미만이 되지 않으면 어떻게 될까요? 이 상황은 Ni-Cd를 충전할 때는 거의 발생하지 않지만 Ni-MH 배터리에서는 일반적입니다. 아주 간단한 탈출구가 있습니다. 일반적으로 모든 최신 배터리의 두 번째 단계는 1시간 이상 지속되지 않습니다(보다 정확하게는 2 ~ XNUMX시간). 따라서 XNUMX단계 시작 XNUMX시간 후에 메모리를 끄는 타이머를 사용하면 충분하다.

1200mAh 용량의 배터리 1300개로 구성된 Motorola GP7,5 라디오 스테이션에서 배터리 충전을 고려하십시오. 이 회사의 대부분의 라디오 방송국 배터리와 마찬가지로 공칭 전압은 0,28V입니다. 충전 회로에 포함된 배터리에 내장된 보호 다이오드도 고려해야 합니다. 일반적으로 이 다이오드의 전압 강하는 약 XNUMXV입니다. 이 배터리를 충전하기 위한 충전기의 매개변수를 계산해 보겠습니다.

정격 충전 전류 I10=0/10=130mA. 비교기 응답 전압은 6-1,5 = 9V입니다. 이 값에 보호 다이오드 양단의 전압 강하인 9 + 0,28 = 9,28V를 추가합니다.

Motorola 배터리의 보정 계수는 약 1,2입니다. 최대 배터리 충전 시간은 t=1,20/I10=1,2-1300/130=12시간입니다.

메모리 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

(확대하려면 클릭하십시오)

이 장치는 주 노드의 죄로 구성됩니다. A1 - 전압이 두 배가되는 정류기 및 충전 전류 안정기; A2 - 전류 설정 트리거 및 충전 타이머를 제어하는 비교기; A3은 배터리 충전 전류를 결정하는 트리거입니다.

제안된 자동 메모리의 주요 장점:

쉽게 반복 가능;
저렴하고 저렴한 요소로 조립됩니다 (TL082 칩 비용은 12 루블입니다).
거의 완벽한 충전을 제공하여 긴 배터리 수명을 보장합니다.
자체 방전 보상 모드 AB가 있습니다.
완전 보호 장치를 갖추고 있으며 이미 완전히 충전된 배터리를 재충전할 수 없습니다.
몇 번의 충전 주기 후에 배터리의 배터리 매개변수가 서로 가까워집니다.
충전을 위해 불완전하게 방전된 배터리를 설치하면 충전기에서 배터리 재충전이 필요한 양을 자동으로 결정합니다("메모리 효과"가 나타나기 시작하고 결과적으로 배터리가 용량이 감소합니다);
작동하기 쉽고 충전기를 켜고 때때로 충전식 배터리를 교체하십시오.

배터리(GB1)를 충전기에 연결하면 DA1 스태빌라이저의 출력에 5V의 안정적인 전압이 나타나며, 이에 따라 HL3 LED가 점등되어 배터리가 기기에 연결되었음을 알린다. 트랜지스터 VT2-VT4에 조립된 전류 설정 트리거에는 동일한 전압이 공급됩니다. 커패시터 C6의 존재로 인해 트랜지스터 VT3의 베이스 전압은 트랜지스터 VT4의 베이스보다 천천히 상승합니다. 트랜지스터 VT4가 열리고 저항 R14가 전류 안정기 DA1에 연결되고 첫 번째 단계에서 충전 전류를 결정합니다. 따라서 HL2 LED가 켜지면서 충전 시작을 알립니다.

배터리의 전압이 9,28V에 도달하면 비교기 DA2.1이 작동하여 트랜지스터 VT2가 열립니다. 결과적으로 트랜지스터 VT4베이스의 전압이 급격히 감소하고 트리거가 다른 안정적인 상태로 전환됩니다. 트랜지스터 VT4는 닫히고 트랜지스터 VT2 및 VT3은 열립니다. 이것은 이제 충전 전류가 병렬로 연결된 저항 R10 및 R11의 저항에 의해 결정된다는 사실로 이어집니다. 전류가 동일하게 유지된다는 것을 계산하는 것은 쉽습니다. 결과적으로 당연히 HL2 LED가 꺼지고 HL1이 켜지면서 두 번째 단계를 알립니다. 두 번째 단계는 배터리의 전압 강하로 끝나며 그 결과 DA2.1 비교기가 다시 전환되고 HL1 LED가 꺼지고 VT2 트랜지스터가 닫힙니다. 이제 충전 전류는 저항 R11의 저항에 의해서만 결정됩니다. 충전이 완료되었습니다.

실습에서 알 수 있듯이 여러 번의 거의 이상적인 충전 사이클의 결과 배터리의 배터리 매개 변수가 균등화되고 두 번째 단계 끝의 전압은 셀당 1,5V가 되는 경향이 있으며 때로는 이 값을 초과하지 않습니다. 이 경우 비교기가 작동하지 않을 가능성이 큽니다. 여기에서 연산 증폭기 DA2.2에 조립된 충전 타이머가 작동합니다. 커패시터 C5는 타이머가 전환되는 시간(약 2시간)을 설정합니다. 이 시간이 지나면 트랜지스터 VT1가 닫히고 위에서 언급했듯이 AB 용량의 약 30/11에 해당하는 충전 전류는 저항 RXNUMX의 저항에 의해 결정됩니다. 이러한 작은 전류는 배터리의 자체 방전만을 보상합니다. 이론적으로 AB는 이 모드를 무한정 유지할 수 있습니다.

트리머 저항 R3은 비교기 DA2.1의 임계 값을 설정합니다. 실제로 비교기는 비대칭 바이폴라 전압에 의해 전원이 공급되며 작동 임계 값은 반전 입력에서 60을 통한 전압 전이입니다. 비교기는 하위 응답 임계값이 상위 응답 임계값보다 약 2mV 적도록 설계되었습니다[2]. 이는 트랜지스터 VTXNUMX 전환 시 "바운스"를 제거하기 위해 수행됩니다.

충전기는 변압기에서 공급되며 12 차 권선의 교류 전압은 1V입니다. 다이오드 VD2, VD1 및 커패시터 C2, C30에 전압이 두 배가되는 정류기가 조립됩니다. 출력 전압은 약 XNUMXV이며 이는 상당히 XNUMX개의 배터리를 충전하기에 충분합니다.

다른 용량 및/또는 다른 전압의 배터리를 충전해야 하는 경우 충전기 매개변수를 쉽게 다시 계산할 수 있습니다. 여기에는 용량, 배터리의 배터리 수 및 보호 다이오드의 존재 여부와 같은 세 가지 매개 변수가 필요합니다.

커패시턴스를 알고 정격 충전 전류를 계산하십시오. 배터리 수와 보호 다이오드의 유무에 따라 비교기 스위칭 전압이 계산됩니다. 트리밍 저항 R2이 응답 임계값을 조정할 수 있도록 저항 R3를 선택해야 할 수도 있습니다. 그리고 저항 R10, R11, R14의 저항을 계산해야 합니다. R14=5/I10; R11=4R14; R10=R11/3. 그러나 얻은 값은 표준이 아니므로 복합 병렬 연결된 저항이 메모리에 사용됩니다. R14 - 11 개의 병렬 연결된 저항 R10; R11 - 병렬로 연결된 세 개의 저항 RXNUMX. 복합 저항을 사용하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 등급의 산포가 더 커지면 비교기가 전환되지 않을 수 있습니다.

이 장치는 2개의 인쇄 회로 기판(별도의 기판에 있는 각 노드)에 조립되며 도면은 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.

Ni-Cd 배터리용 자동 충전기

스태빌라이저 DA1은 최소 20cm2 면적의 골이 있는 방열판 또는 핀 방열판 위에 놓아야 합니다. 장치에서는 다이어그램에 표시된 용량의 커패시터만 사용해야 합니다. 커패시터 C5의 누설 저항은 최소 2MΩ입니다.

조정하기 전에 점퍼 S1을 제거해야 합니다. 그런 다음 전원 변압기에서 커넥터 X1에 전압이 공급됩니다. AB 대신 해당 항목이 연결됩니다. 배터리 등가 저항은 공식 Req=Ucp/I10으로 계산됩니다. 여기서 Ucp는 비교기 스위칭 전압(9,28V)입니다. 우리의 경우 Motorola GP1200 라디오 방송국의 배터리에 해당하는 것은 약 75ohm의 저항과 최소 2W의 전력을 가진 저항입니다. 등가물을 설정한 후 HL3 LED가 켜져야 합니다. 또한, 비교기 스위칭 전압(3V)은 극성에 따라 외부 조정 전원으로부터 커패시터 C9,28에 공급된다: 구성에 따라 음극 단자는 커패시터 C3의 좌측 단자에 연결되고, 양극 단자는 오른쪽 터미널에 연결됩니다. 트리머 저항 R3은 LED HL1을 켜기 위한 임계값을 설정합니다. 그런 다음 외부 조정 전원 공급 장치의 전압이 9,28V에서 9,2V로 부드럽게 감소하면 HL1 LED가 꺼지는지 확인해야 합니다.

다음으로 전체 메모리의 성능을 확인합니다. 이렇게하려면 외부 전원 공급 장치의 전압을 1V 이상 약간 줄여야합니다. 결과적으로 HL1 LED가 켜져 있으면 물론 꺼집니다. 그런 다음 AB에 해당하는 것을 끕니다. LED HL3이 꺼져야 합니다. 다시 우리는 동등한 것을 연결합니다. LED HL2 및 HL3이 켜집니다. HL3 LED는 장치에 배터리가 있음을 나타내고 HL2 LED는 충전 시작을 나타냅니다. 그런 다음 점차적으로 외부 전원 공급 장치의 전압을 높입니다. 9,28V의 전압에서 HL2 LED가 꺼지고 HL1 LED가 켜져 두 번째 단계의 시작을 알립니다.

마지막으로 충전 타이머를 확인해야 합니다. 이를 위해 트랜지스터 VT2의 베이스와 이미 터 사이에 전압계가 연결됩니다. 약 0,7V의 전압이 표시되어야 합니다. 이때 HL1 LED가 켜집니다. 2시간 ± 20분 후에 전압계 판독값이 감소해야 합니다. HL1 LED가 계속 켜집니다. 그러나 배터리 충전시 트랜지스터 VT2의베이스 이미 터 전압이 감소하자마자 HL1 LED가 꺼집니다. 조정이 완료되었습니다. AB에 해당하는 외부 조정 전원 공급 장치를 분리하고 점퍼 S1을 복원합니다. 장치가 작동할 준비가 되었습니다.

문학

봉인된 전류원 핸드북. - S.-Pb.: Himizdat, 2000.
Horowitz P., Hill W. 회로 기술. - M.: Mir, 1983.

저자: Yu.Osipenko, Ufa

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