Ni-CdおよびNi-MHバッテリー用の急速充電器。スキーム、説明

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Ni-Cd および Ni-MH バッテリーを急速充電するためのデバイス。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事で説明されているデバイスは、指数関数的に減少する電流でNi-CdおよびNi-MHバッテリーを加速充電するように設計されています。その利点には、45分から3時間の範囲で充電時間を選択できること、製造と調整が容易であること、充電終了時にバッテリーが加熱されないこと、充電プロセスを視覚的に制御できること、電源を切ってから入れたときの処理、使いやすさ。この装置は、バッテリーの充電および放電特性を測定するためのスタンドとして使用できます。

大きな定電流 (0,5 E 以上、E は電池容量) で充電すると、75 ～ 80% の充電で電池が発熱し始め、Ni-MH 電池は Ni-Cd よりも発熱します [1 ]。バッテリーが完全に充電された後、温度は急速に上昇し [1]、このプロセスが時間内に停止されない場合、バッテリーの発火または爆発で終了します。推奨される充電終了温度は +45 °С [2] です。ただし、この基準は緊急時のみに適しています。過充電と過熱が組み合わさると、バッテリーの容量が減少し、その結果、バッテリーの寿命が短くなります。

バッテリーが特定の電圧に達することも、プロセスを終了するための十分な基準ではありません。実際には、完全充電に対応する値は、温度とバッテリーの「使用年数」に依存するため、事前にはわかりません。数ミリボルトの誤差は、バッテリーの充電が終わらない、またはすぐに終わるという事実につながります [3]。

定電流で充電する場合、充電を制御するのは簡単です - それはプロセスの持続時間に正比例します。特に、その値はバッテリーの公称容量に等しく設定できます。しかし、時間の経過とともに容量が減少し、耐用年数の終わりには公称値の約 80% になります。したがって、充電を公称容量に制限しても、バッテリーの過充電や過熱がないことを保証するものではなく、充電終了の唯一の基準にはなりません。

プロセスの終了の最も難しい基準は、バッテリーの電圧が最大に達してから減少し始める瞬間です。バッテリーの最大電圧はフル充電に対応しますが、[2] では、充電回復の過程でバッテリーが加熱された結果であることが示されています。最大値は、特に Ni-MH バッテリの場合 (約 10 mV) と非常に小さいため、ADC または電圧-周波数変換器を使用して検出します [2]。バッテリを充電するとき、異なるセルの最大電圧に達する時間は異なるため、

それぞれを個別に制御することが望ましいです。さらに、この最大値が存在しない異常な充電特性を持つバッテリーがあります。つまり、電圧だけを監視するだけでは不十分で、温度とバッテリーに流れる充電量の両方を制御する必要があります。

したがって、大きな定電流でバッテリを充電する場合、いくつかの基準に従って各要素を制御する必要があり、充電器が複雑になります。低電流 (0,2E 以下) で充電するだけで、大量の再充電を行ってもバッテリーが緊急に過熱することはありません。この場合、各要素の状態を制御する必要はなく、充電器は非常に単純であることがわかりますが、充電時間が長いという欠点も明らかです。

初期の大きな充電電流が時間の経過とともに減少する充電器があります [4-6]。この場合も、各電池要素の状態を監視する必要はありません。しかし、これらのデバイスでは充電量を制御することはできず、特定の電圧の達成が完全充電の基準として使用されますが、これは前述のように満足のいくものではありません。

[7] では、電池が抵抗を介して定電圧源からコンデンサとして充電される充電器が説明されています。この場合、充電電流は、理論的には、等価バッテリ容量とこの抵抗の抵抗値の積に等しい時定数で、時間の経過とともに指数関数的に減少するはずです。実際には、充電プロセス中にソースの等価静電容量と出力インピーダンスが変化するため、充電電流の時間依存性は指数関数とは異なります。しかし、示された違いを無視しても、最も重要なパラメーターである充電時定数は不明であるため、バッテリーを通過する充電を制御することは不可能です。そのため、一定の電圧に達すると再び充電が終了します。

提案されたデバイスでは、最も単純な RC 回路を使用して簡単に実装できるため、指数関数的に減少するパルスの形の充電電流が選択されます。自然に終了するため、一定時間経過後に電源を切るタイマーが不要で、充電器に長時間入れていても充電が制限されます。充電電流が電流発生器によって生成されることが不可欠であるため、その値と形式はバッテリの電圧や充電特性の非線形性に依存しません。

充電中、電池を流れる電流 I は指数関数的に減少します。

私＝私₀exp(-t/T₀）、（1）
ここで、t は時間です。私₀ - 初期充電電流; T₀ 充電時定数です。

この場合、各バッテリーは電荷 q を受け取ります。これは次の式で推定されます。

q = 私₀Т₀[1 - exp(-t/T₀)] = (私は₀ -それ₀。（2）

時間 t に対する I と q の依存性のグラフを図 1 に示します。 XNUMX。

Ni-CdおよびNi-MHバッテリー用の急速充電器。時間 t に対する I と q の依存性
米。 1.Iとqの時間tへの依存性

3T の間にそれを見ることができます。₀ 充電は0,95Iに達します₀T₀ そして値Iに近づきます₀Т₀.

値を選択することをお勧めします I₀ およびT₀ 数式

I₀ = nE、T₀ = 1 h / n、ここでn = 1、2、3、4。（3）

最も便利な値は n \u1d 3 です。この場合の初期充電電流は電気容量 E に等しく、充電時間は 2 時間です。完全に充電されています）。この充電時間が長すぎる場合は、n の値を増やします。 n=1,5の場合、初回充電電流2Eで3時間となります。このモードは、Ni-Cd および Ni-MH バッテリーに適しています。 n を 1 に増やすと、充電時間は 3 時間に短縮されますが、初期充電電流は 4E に増加します。最後に、n = 45 では、充電時間が 4 分に短縮され、初期充電電流が 3E に増加します。内部抵抗が低い (4 オーム未満) ため、0,1 および 4 に等しい n の値は Ni-Cd バッテリーで許容されます。ニッケル水素電池の場合、内部抵抗が数倍大きいため、充電初期に大電流で発熱することがありますが、これは許容できません。 XNUMX を超える値はお勧めしません。私は選ぶことができます₀ 式(5)より3%多くなります。その場合、正確な充電時間は毎晩 3 時間であり、さらに 5% の再充電は重要ではありません。

デバイスの動作原理は、図に示されています。 2.

Ni-CdおよびNi-MHバッテリー用の急速充電器
図。 2。

容量 C1 のコンデンサ、電圧 U にプリチャージ₀、入力抵抗Rinと電流ゲインKiを持つ電流アンプA1を介して放電されます。増幅器の入力回路の電流 Iin は、式によって決定されます。

イイン＝ウ₀exp(-t/RinC1)/Rin. （四）

アンプI \u1d KiIinの出力回路の電流は、バッテリーGBXNUMXを充電します。

I = KiU₀exp(-t/RinC1)/Rin = SU₀ exp(-t/RinС1), (5)
ここで、S = Ki/Rin は、電圧から電流へのコンバーターとして見たときのアンプのゲインスロープです。 (2) と (5) を比較すると、
T₀ = RinC1、私₀ =キユ₀/りん=SU₀。（6）

Uを選ぶのに便利₀ \u1d 1 V、C1000 \u3d 3,6 μF の場合、(XNUMX) から、Rin \uXNUMXd XNUMX MΩ / n

S = nE、Ki = SRin=3600000E。（7）

たとえば、E = 1 Ah で n = 1 の場合、パラメータは次のようになります: Rin = 3,6 MΩ、S = 1 A / V、Ki = 3600000 = 131 dB。

デバイスの概略図を図 3 に示します。 2.1.電流増幅器は、オペアンプDA2とトランジスタVT3およびVT1に組み込まれています。オペアンプの電源電圧は、DA1 チップによって安定化されます。トランジスタ VT1 のノードは、この電圧の値を制御します。正常な場合、このトランジスタは開いており、リレー K1.1 のコイルに電流が流れ、リレー K1 の接点が閉じており、HL1 LED が点灯し、デバイスの正常な動作を示しています。 SA2 スイッチは、充電モードを選択します: 直流 (接点が閉じている場合) または指数関数的に減少する (接点が開いている場合)。抵抗 R3 と R3 は分圧器を形成します。可変抵抗器R1のエンジンの電圧が充電電流を決定します。「一定」モードでは、この電圧は抵抗R1.1とリレーK2の閉じた接点を介してオペアンプの非反転入力に供給されます。その出力電流は、トランジスタ VT3、VT11 によって増幅され、抵抗 R5 と R5 の両端の電圧が同じになるように設定されます。電流ゲイン Ki = R11/R10 であり、図に示されている定格では、およそ XNUMX に等しくなります。⁷、および電圧から電流への変換スロープ S = 1/R11 = 3 A/V。

Ni-CdおよびNi-MHバッテリー用の急速充電器。デバイスの概略図
米。 3.デバイスの概略図

「減少」モード（SA1スイッチの接点が開いている）では、2μFの容量のコンデンサC1000が、式（5）で選択された時定数で抵抗R3を介して放電されます。このコンデンサを流れる指数関数的に減少する電流は、オペアンプDA2.1とトランジスタVT2、VT3によって増幅され、X1コネクタ（「出力」）に接続されたバッテリを充電します。ダイオードVD2は、供給電圧がオフになったときにそれらが放電するのを防ぎます。電流計PA1は、充電電流の電流値を制御するために使用されます。コンデンサC5は、デバイスの自己励起を防ぎます。抵抗R4、R8-R10-電流制限。これらは、たとえば抵抗R2が故障したり、トランジスタVT11が故障したりした場合など、緊急時にオペアンプとトランジスタVT3を保護し、他の要素の故障を防ぎます。

電流が減少する充電モードで電源がオフになると、トランジスタVT1が閉じ、リレーが接点K1.1を開き、コンデンサC2のそれ以上の放電を防ぎます。 HL1 LEDが消灯し、停電を通知します。電力が回復すると、トランジスタVT1が開き、リレーK1が接点K 1.1を閉じ、バッテリーの充電が中断された現在の値から自動的に続行されます。 HL1 LEDが再び点灯し、充電の再開を知らせます。 SB1ボタンを押すと、充電特性を取り除くときに充電を一時的に停止できます。この場合、コンデンサC4は、オペアンプの入力へのネットワーク干渉の侵入を防ぎます。

このデバイスは、ユニバーサルプリント基板上に組み立てられ、寸法 310x130x180 mm のハウジングに収納されています。単三電池は、ケースのトップカバーの溝に入れられます。コンタクトソケットは、単三電池用の標準的なコンパートメントからスプリングによって電池に押し付けられる、錫メッキされたシートテープの形で作られています。スプリングには電流が流れません。市販のプラスチック製コンパートメントは、500 mA を超えない電流にのみ適していることに注意してください。実際には、接触スプリングを流れる電流がそれらを加熱し、バッテリーも加熱します。すでに 1 A の電流が流れているため、スプリングが非常に熱くなり、コンパートメントのプラスチックケースの壁が溶けてしまい、それ以上使用できなくなります。

トランジスタVT3は、表面積600 cmのリブ付きヒートシンクに取り付けられています²、ダイオードVD2 - 面積50 cmのプレートヒートシンク上²。抵抗R11は、1オームの抵抗で並列に接続された1つのMLT-3抵抗で構成されています。すべての大電流接続は、断面積XNUMXmmの銅線で行われます。²、対応する部品の結論に直接はんだ付けされます。

K1446UD4A (DA2) オペアンプは、K1446UD1A チップまたはこれらのシリーズの別のものに置き換えることができますが、8 つのオペアンプから、バイアス電圧が低い方を選択する必要があります。 XNUMX 番目のオペアンプは、温度に敏感なブリッジ [XNUMX] の一部として使用でき、DC 充電中にバッテリが過熱した場合にバッテリを緊急シャットダウンできます (電流を減少させて充電する場合、バッテリの過熱は観察されませんでした)。他のタイプのオペアンプを使用する場合、この設計では電源がユニポーラであるため、両方の入力でゼロ電圧で動作する必要があることに注意してください。

KR1157EN601A (DA1) マイクロ回路は、インデックス B のこのシリーズのスタビライザー、および K1157EN602 シリーズのマイクロ回路で置き換えることができますが、後者の「ピン配置」は異なります [9]。

トランジスタ VT1 - KP501 シリーズのいずれか、VT2 には静的ベース電流伝達係数 h が必要です。_21E 100以上。トランジスタKT853B（VT3）は、そのhが異なるという点で異なります_21E 他のタイプのトランジスタを VT1000、VT2 として使用できますが、総電流ゲインは 3 を超える必要があります。

充電時定数 T を設定するコンデンサ C2₀、安定した容量が必要であり、必要な値 T₀ 抵抗 R5 の選択を調整するときに設定します。筆者は、電圧マージンが大きい（25倍）ジャミコン酸化物コンデンサを使用しました。

リレーK1-動作電圧と動作電流がそれぞれ2Vと1mAのECEからのリードリレーEDR0500H5A10。可能な代替品は、国産のリレーKUTS-1（パスポートRA4）です。

PA1電流計は、最大充電電流用に設計する必要があります（著者のバージョンでは、4200 Aの電流用のM3デバイスが使用されました）。ヒューズ FU1 は、BOURNS [300] の自己リセット MF-R10 です。

デバイスの確立は、必要な充電時定数 T の値を設定するだけです。₀式 (3) によって選択されます。コンデンサＣ２の静電容量が正確に１０００μＦであると仮定すると、抵抗器Ｒ５の抵抗値は式（７）に従ってＲｉｎに等しく選択される。電池の代わりに、デジタル電流計が含まれています。電源を入れる前に、バッテリーの充電時とデバイスのセットアップ時の両方で、可変抵抗器R5スライダーを（図によると）下の位置に動かし、SA7スイッチの接点を閉じます（これは放電するために必要ですコンデンサ C2)。次に、電源を入れ、抵抗R1000のスライダーを動かして、初期電流Iを設定します₀ 約1A。次に、SA1は「減少」位置に移動します。時間T後₁ (T にほぼ等しい₀) 電流 I を測定する₁. 抵抗 R5* の補正抵抗値は、式 R5* = R5[ln(I₀/I₁)]。最後に、この補正値に等しい抵抗値を持つ抵抗器 R5 を取り付けます。

充電前のバッテリーは、過充電とメモリー効果の発現を防ぐために、1...1.1 V の電圧まで放電する必要があります [2]。放電中にバッテリーが熱くなった場合は、充電前に周囲温度 (0...+30 °C [2]) まで冷却する必要があります。バッテリーを充電器に接続する前に、電源が切られていること、抵抗R3のスライダーが（図によると）下の位置にあり、SA1が「一定」の位置にあることを確認する必要があります。さらに極性に注意して電池を入れて電源を入れ、可変抵抗器R3で初期電流Iを設定します。₀ 式（3）によって。その後、SA1 は「減少」の位置に移動し、3T 時間後に₀ 電池はすぐに使用できます。

デバイスに電力を供給するには、不安定になる可能性がある 8 ～ 24 V の電圧源が必要です。同時に 2 ～ 4 個のセルを充電できます。リップルを考慮した最小供給電圧は、セルあたり XNUMX V に XNUMX V を加えた値 (ただし、指定された制限内) である必要があります。

充電だけでなく、電池の放電特性を把握するためのスタンドとしても使用できます。後者の場合、テスト対象のバッテリーは逆極性でデバイスに接続する必要があります。その電極の電圧は、電圧計で常に監視する必要があります。バッテリーの緊急破壊を引き起こさないように、極性を変えてはいけません。このため、最小容量のセルの故障の瞬間を逃す可能性があるため、この方法で複数の直列接続されたセルのバッテリーを放電することはお勧めしません。

文学

新しいタイプのアキュムレータ (「海外」)。 - ラジオ、1998 年、No. 1、p. 48、49。
バッテリーインデックス.com
ニッケルカドミウム電池の充電について少し（「海外」）。 - ラジオ、1996 年、No. 7、p. 48,49。
Nechaev I.バッテリー充電の加速。 - ラジオ、1995 年、第 9 号、p. 52、53。
Alekseev S. Ni-Cd バッテリーおよびバッテリー用の充電器。 - ラジオ、1997 年、No. 1、p. 44-46。
DolgovO.外国の充電器と国内の要素に関するその類似物。 -ラジオ、1995年、第8号、p。 42、43。
Dorofeev M. 充電器オプション。 - ラジオ、1993 年、No. 2、p. 12、13。
Tkachev F.感熱ブリッジの計算。 - ラジオ、1995 年、No. 8、p. 46.
Biryukov S. 幅広い用途のマイクロ回路電圧安定器。 - ラジオ、1999 年、No. 2、p. 69-71。
BOURNS MULTIFUSE リセッタブルヒューズ。 - ラジオ、2000 年、第 11 号、p. 49-51。

著者: M. Evsikov、モスクワ。出版物: cxem.net

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