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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador automático para baterías de Ni-Cd. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas El artículo llamado la atención de los lectores describe un cargador automático que, según el autor, carga baterías de Ni-Cd casi perfectamente. Además, también puede cargar baterías Ni-MH. En la versión del autor, el dispositivo está diseñado para cargar una batería con un voltaje nominal de 7,5 V y una capacidad de 1300 mAh de la estación de radio Motorola GP1200. Para todos los que quieran repetir este dispositivo para cargar otras baterías, se proporcionan fórmulas para calcular los elementos principales. Se sabe [1] que una batería de Ni-Cd se considera cargada cuando, cuando el cargador (cargador) está conectado, el voltaje en él es de 1,5 V. Después de que se apaga el cargador, el voltaje disminuye rápidamente a aproximadamente 1,45. , ya que esto reduce la duración de la batería. La carga normal de la batería es posible si se descarga a un voltaje en el rango de 1 ... 1,1 V. Cuando se descarga a un voltaje por debajo del nivel especificado, la vida útil de la batería se reduce y, a un valor más alto, se produce un efecto de memoria. aparece Por lo tanto, antes de cargar, asegúrese de que la batería esté descargada al voltaje indicado anteriormente. El tiempo de carga aproximado se calcula mediante la fórmula t=1,4C/I10, donde t es el tiempo de carga, h; C - capacidad de la batería, mAh; I10 - corriente de carga nominal: 110=C/10, mA; 1,4 es un factor de corrección que tiene en cuenta las pérdidas, ya que durante la carga parte de la energía se convierte irreversiblemente en calor. Debe recordarse que casi todas las baterías de Ni-Cd modernas se crean utilizando tecnología más avanzada, por lo que el factor de corrección para ellas está en el rango de aproximadamente 1,1 a 1,2. Entonces, cómo asegurarse de que después del ciclo de carga la batería no se recargue y se desconecte automáticamente del cargador, puede, por ejemplo, calcular el tiempo necesario para cargar la batería, configurar la corriente de carga y conectar un relé de tiempo. Sin embargo, esta decisión tiene sus inconvenientes. Como se mencionó anteriormente, el factor de corrección para una batería en particular puede variar ligeramente, lo que conducirá a una sincronización incorrecta y, como resultado, a su carga insuficiente o excesiva. Si la batería no se ha descargado por completo, es muy probable que un cargador que implemente este método la recargue. Si, durante el proceso de carga, la tensión de red desaparece y luego vuelve a aparecer, el relé de tiempo restablecerá sus lecturas y comenzará de nuevo el ciclo, lo que conducirá nuevamente a una recarga garantizada. En última instancia, la duración de la batería disminuirá notablemente. Consideremos otra opción. Si se enfoca en el valor de voltaje final en la batería de 1,5 V, entonces puede controlar no el tiempo, sino el voltaje y, de acuerdo con esto, desconectarlo del cargador. Sin embargo, por regla general, no hay baterías idénticas, y cuando la batería está cargada, algunas de sus celdas tendrán poca carga. Si elimina la característica de carga de la batería, puede encontrar una característica interesante: al recargar, el voltaje en los terminales de la batería disminuye. Solo queda verificar el hecho de una disminución en el voltaje y dar un comando para apagar la memoria. Detengámonos en esto con más detalle. Dividamos el proceso de carga en tres etapas. La primera etapa: el voltaje en la batería (AB) aumenta a un nivel de 1,5 V por celda. La duración de esta etapa es aproximadamente del 80...90% del tiempo total. La segunda etapa: el voltaje en la batería se vuelve más de 1,5 V por celda. En esta etapa, ocurre el proceso más misterioso: algunas baterías se cargan y otras experimentan una ligera sobrecarga. Es casi imposible predecir cuál será el voltaje de la batería en este momento. Todo depende de la identidad de los parámetros de las baterías. Se observa que cuanto más difieren los parámetros, más aumenta el voltaje. Al final de este proceso, las baterías de la batería estarán casi igualmente cargadas. La duración de esta etapa es aproximadamente del 10...20% del tiempo total. La tercera etapa: el voltaje de la batería disminuye y se vuelve inferior a 1,5 V por celda. Carga completada. Pero, ¿y si el voltaje en la tercera etapa no llega a ser inferior a 1,5 V por celda? Esta situación ocurre muy raramente cuando se carga Ni-Cd, pero es típica de las baterías Ni-MH. Hay una salida muy simple. Por lo general, la segunda etapa para todas las baterías modernas no dura más de dos horas (más precisamente, 1 ... 2 horas). Por lo tanto, basta con utilizar un temporizador que apague la memoria dos horas después del inicio de la segunda etapa. Considere cargar la batería de la estación de radio Motorola GP1200, que consta de seis baterías con una capacidad de 1300 mAh. Su tensión nominal, como la mayoría de las baterías para emisoras de radio de esta empresa, es de 7,5 V. También hay que tener en cuenta la presencia de un diodo de protección integrado en la batería incluido en el circuito de carga. Por lo general, la caída de voltaje en este diodo es de aproximadamente 0,28 V. Calculemos los parámetros del cargador para cargar esta batería. Corriente nominal de carga I10=0/10=130 mA. La tensión de respuesta del comparador es 6-1,5 = 9 V. A este valor le sumamos la caída de tensión en el diodo protector: 9 + 0,28 = 9,28 V. El factor de corrección para las baterías de Motorola es de aproximadamente 1,2. El tiempo máximo de carga de la batería es t=1,20/I10=1,2-1300/130=12 h. El circuito de memoria se muestra en la fig. una.
El dispositivo consta del pecado de los nodos principales: A1: un rectificador con duplicación de voltaje y un estabilizador de corriente de carga; A2: un comparador que controla un disparador de configuración de corriente y un temporizador de carga; A3 es un disparador que determina la corriente de carga de la batería. Las principales ventajas de la memoria automática propuesta:
Si la batería (GB1) está conectada al cargador, en la salida del estabilizador DA1 aparece un voltaje estable de 5 V. Como resultado, el LED HL3 se enciende, indicando que la batería está conectada al dispositivo. El disparador de ajuste de corriente, ensamblado en los transistores VT2-VT4, se alimenta con el mismo voltaje. Debido a la presencia del capacitor C6, el voltaje en la base del transistor VT3 aumenta más lentamente que en la base del transistor VT4. El transistor VT4 se abre, la resistencia R14 se conecta al estabilizador de corriente DA1 y determina la corriente de carga en la primera etapa. Por lo tanto, el LED HL2 se enciende, lo que indica el inicio de la carga. Cuando el voltaje en la batería alcance los 9,28 V, el comparador DA2.1 funcionará, lo que conducirá a la apertura del transistor VT2. Como resultado, el voltaje en la base del transistor VT4 disminuirá drásticamente y el disparador cambiará a otro estado estable: el transistor VT4 está cerrado y los transistores VT2 y VT3 están abiertos. Esto lleva al hecho de que la corriente de carga ahora está determinada por la resistencia de las resistencias R10 y R11 conectadas en paralelo. Es fácil calcular que la corriente sigue siendo la misma. Naturalmente, como resultado, el LED HL2 se apagará y HL1 se encenderá, indicando la segunda etapa. La segunda etapa terminará con una caída de voltaje en la batería, como resultado de lo cual el comparador DA2.1 vuelve a cambiar, el LED HL1 se apaga y el transistor VT2 se cierra. Ahora la corriente de carga está determinada solo por la resistencia de la resistencia R11. Carga completada. Como muestra la práctica, como resultado de múltiples y casi ideales ciclos de carga, los parámetros de las baterías en la batería se igualan y el voltaje al final de la segunda etapa tiende a 1,5 V por celda, a veces sin exceder este valor. En este caso, lo más probable es que el comparador no funcione. Aquí es donde entra en juego el temporizador de carga, ensamblado en el amplificador operacional DA2.2. El condensador C5 establece el tiempo (alrededor de dos horas) después del cual se activará el temporizador. Después de este tiempo, el transistor VT2 se cerrará y, como se mencionó anteriormente, la corriente de carga, numéricamente igual a aproximadamente 1/30 de la capacidad AB, estará determinada por la resistencia de la resistencia R11. Una corriente tan pequeña solo compensa la autodescarga de la batería. Teóricamente, el AB puede permanecer en este modo indefinidamente. La resistencia de ajuste R3 establece el umbral del comparador DA2.1. De hecho, el comparador está alimentado por una tensión bipolar asimétrica, el umbral para su funcionamiento es la transición de tensión en la entrada inversora por cero. El comparador está diseñado para que el umbral de respuesta inferior sea aproximadamente 60 mV menor que el superior [2]. Esto se hace para eliminar el "rebote" en el momento de cambiar el transistor VT2. El cargador se alimenta de un transformador, cuyo voltaje alterno en el devanado secundario es de 12 V. Se ensambla un rectificador con duplicación de voltaje en los diodos VD1, VD2 y los condensadores C1, C2: su voltaje de salida es de aproximadamente 30 V, que es bastante suficiente para cargar una batería de diez baterías. Si es necesario cargar baterías de diferente capacidad y/o con diferente voltaje, los parámetros del cargador se pueden recalcular fácilmente. Esto requerirá tres parámetros: capacidad, número de baterías en la batería y la presencia (o ausencia) de un diodo protector. Conociendo la capacitancia, calcule la corriente de carga nominal. Según el número de baterías y la presencia (o ausencia) de un diodo protector, se calcula el voltaje de conmutación del comparador. Puede ser necesario seleccionar una resistencia R2 para que la resistencia de ajuste R3 pueda ajustar el umbral de respuesta. Y queda por calcular la resistencia de las resistencias R10, R11, R14: R14=5/I10; R11=4R14; R10=R11/3. Sin embargo, los valores obtenidos no son del todo estándar, por lo que se utilizan resistencias compuestas conectadas en paralelo en la memoria: R14: cuatro resistencias conectadas en paralelo R11; R10: tres resistencias R11 conectadas en paralelo. Recomiendo usar resistencias compuestas. De lo contrario, si hay una mayor dispersión en las calificaciones, es posible que el comparador no cambie. El dispositivo se ensambla en tres placas de circuito impreso (cada nodo en una placa separada), cuyos dibujos se muestran en la fig. 2.
El estabilizador DA1 debe colocarse en un disipador de calor con nervaduras o clavijas con un área de al menos 20 cm2. En el dispositivo, es necesario usar condensadores solo de la capacidad indicada en el diagrama. La resistencia de fuga del condensador C5 es de al menos 2 MΩ. Antes del ajuste, se debe quitar el puente S1. Luego se suministra voltaje al conector X1 desde el transformador de red. En lugar de AB, su equivalente es conexo. La resistencia equivalente de la batería se calcula mediante la fórmula Req=Ucp/I10, donde Ucp es la tensión de conmutación del comparador (9,28 V). En nuestro caso, la batería equivalente de la emisora de radio Motorola GP1200 es una resistencia con una resistencia de unos 75 ohmios y una potencia de al menos 2 vatios. Después de configurar el equivalente, el LED HL3 debería encenderse. Además, el voltaje de conmutación del comparador (3 V) se suministra al capacitor C9,28 desde una fuente de alimentación regulada externa de acuerdo con la polaridad: el terminal negativo se conecta al terminal izquierdo del capacitor C3 de acuerdo con el esquema, y el terminal positivo a la terminal derecha. La resistencia de corte R3 establece el umbral para encender el LED HL1. Luego, debe verificar que con una disminución suave en el voltaje de una fuente de alimentación regulada externa de 9,28 a 9,2 V, se garantiza que el LED HL1 se apagará. A continuación, compruebe el rendimiento de toda la memoria. Para hacer esto, debe reducir ligeramente el voltaje de la fuente de alimentación externa en al menos 1 V. Como resultado, el LED HL1 se apagará, por supuesto, si estaba encendido. Luego apague el equivalente de AB. El LED HL3 debería apagarse. Nuevamente conectamos el equivalente. Los LED HL2 y HL3 se encienden. El LED HL3 indica la presencia de una batería en el dispositivo, y el LED HL2 indica el inicio de la carga. Luego aumente gradualmente el voltaje de la fuente de alimentación externa. A un voltaje de 9,28 V, el LED HL2 debe apagarse y el LED HL1 debe encenderse, lo que indica el comienzo de la segunda etapa. Y finalmente, queda por verificar el temporizador de carga. Para hacer esto, se conecta un voltímetro entre la base y el emisor del transistor VT2. Debería mostrar un voltaje de aproximadamente 0,7 V. El LED HL1 está encendido en este momento. Después de 2 horas ± 20 minutos, la lectura del voltímetro debería disminuir. El LED HL1 seguirá encendido. Pero al cargar la batería, tan pronto como el voltaje del emisor de base del transistor VT2 disminuye, el LED HL1 se apaga. Ajuste completado. Desconecte la fuente de alimentación regulada externa, el equivalente de AB y restablezca el puente S1. El dispositivo está listo para funcionar. Literatura
Autor: Yu. Osipenko, Ufa
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