На этот раз - интеллектуальное зарядное устройство для Ni-Mh аккумуляторов типоразмера AAA и AA.
Почему интеллектуальное?
В отличие от обычных зарядных устройств, которые продаются задешево китайцами или входят в комплекты типа «10 дешевых аккумуляторов и дешевая зарядка за 2000 рублей», и заряжают «капельным» способом, это зарядное устройство имеет в себе контроллер, в который заложены программы быстрой зарядки аккумуляторов, и некоторые другие фишки - вроде определения емкости и «тренировки» аккумуляторов для восстановления емкости.
О терминологии
Ni-Cd , никель-кадмиевый аккумулятор. Аккумулятор, катодом в котором выступает Ni(OH) 2 , анодом Cd(OH) 2 , электролитом - KOH. Отличаются большим количеством циклов заряд-разряд, и возможностью хранения в разряженном виде.Ni-MH , Никель-металл-гидридный аккумулятор. Катод - оксид никеля(NiO), анод - сплав Лантан-Никель-Кобальт, электролит - такой же как и в Ni-Cd.
99% аккумуляторов, продающихся в магазинах формфакторов АА или ААА - Ni-MH. Обусловлено это более привлекательными для потребителя качествами - менее заметный эффект памяти, большая емкость. Правда, вместе с этими характеристиками в комплекте идет и быстрый саморазряд (когда через некоторое время неиспользованные аккумуляторы приходится заряжать заново).
LSD Ni-MH - Ni-MH с низким саморазрядом. Несмотря на интригующую аббревиатуру в названии, она всего лишь сокращение от Low Self-Discharge:) Несмотря на это, они обладают еще несколькими преимуществами - бОльшими токами разряда, возможностью работать при низких температурах, увеличенным количеством рабочих циклов.
Еще термины, для тех, кто не читал статью о зарядке литиевых аккумуляторов.
О умном и глупом заряде
Заряжать никелевые аккумуляторы можно разными способами. Кстати, следует учитывать что зарядка, предназначенная для Ni-MH, сможет зарядить и Ni-Cd, но не наоборот. Если вам удастся найти в закромах зарядку, специально предназначенную для никель-кадмиевых аккумуляторов, не стоит пытаться заряжать ей Ni-MH - может плохо кончиться. Но я уже лет 5, наверное, не видел таких зарядных устройств.Так вот, о способах заряда. Самый простой - капельный, или малым током.
В этом режиме аккумулятор заряжается фиксированным током, составляющим 1/10C, или 0.1С. Как мы помним из терминологии, С - это численное значение емкости аккумулятора, а значит, даже теоретически, зарядка должна длиться никак не менее 10 часов. На практике, никто не обладает 100% КПД, а значит, время заряда увеличивается как минимум до 15 часов. В реальности, это время будет еще больше, так как зарядки «тупые», и способны только контролировать ток. Соответственно, нельзя заранее узнать, какой аккумулятор будет заряжаться - 600mAh или 2700mAh. Для первого нужный ток составит 60mA, а для второго - 270mA.
Процессы, протекающие в во время заряда таковы, что как раз ток в 0.1С аккумулятор после набора полной емкости способен переваривать без последствий в виде взрывов и огня - просто превращая в тепло, которое без последствий уносится потоками воздуха. А если этот ток превысить, аккумулятор начнет нагреваться слишком сильно, и вполне может рвануть.
Вы понимаете, к чему я клоню? Нельзя заряжать аккумулятор в 600mAh током 270mA, а вот аккумулятор в 2700mAh током в 60mA - вполне. Впоследствии этого, все зарядки такого типа ограничивают ток заряда в 60-100mA. И если для аккумулятора в 600mAh время полного заряда и составит рекомендуемые 15 часов, то для более емкого аккумулятора в 2700mAh вам потребуется уже около полутора суток минимум. В общем, все понятно, и пользоваться таким зарядным устройством могут только те, кто использует аккумуляторы в пультах для телевизоров.
Заряд средним током с контролем температуры.
В этом режиме аккумулятор заряжается уже токами от 1/3C до 1/2C, которые позволяют зарядить уже за приемлемое время - от 5 часов. При заряде такими токами аккумулятор начинает нагреваться после окончания заряда, что может привести к его взрыву. Поэтому, в таких зарядках рядом с аккумулятором находится температурный датчик, который отслеживает резкое повышение температуры, и останавливает заряд. Если зарядка еще чуть «умнее», она сначала разряжает аккумулятор для избавления от эффекта памяти, а потом начинает заряжать его. Некоторые модели еще считают время от начала заряда, что позволяет косвенно судить о исправности аккумулятора - если зарядка закончилась на гораздо меньшее время (час или полтора), то аккумулятор неисправен, о чем зарядка сигнализирует.
Заряд высокими токами с контролем -ΔV и температуры
Самая быстрая технология заряда. Аккумулятор заряжается высокими токами (от 1C до 2С), позволяя заряжать аккумулятор за час или два.
Основной принцип такой технологии заключается в том, что до окончания заряда напряжение всегда растет, а сразу после полного заряда - снижается. Ненамного, на десятки или даже единицы милливольт. Контроллер в зарядном устройстве постоянно мониторит напряжение на аккумуляторе и после скачка напряжения вниз - снижает ток заряда примерно до 10mA - для компенсации саморазряда - чтобы аккумуляторы всегда были готовы, даже если их оставят в зарядке на день.
Существует опасность не заметить этот момент, и серьезно перегреть аккумулятор на таких токах, поэтому во все зарядные устройство дополнительно встроена защита по температуре - термодатчики на каждый аккумулятор, которые временно выключают процесс заряда, если аккумулятор сильно нагрелся.
Как правило, производители не ограничиваются только таким режимом - если уж встраивать контроллер, то на него можно повесить еще несколько функций - контроль тока, для определения реальной емкости аккумулятора, функцию тренировки - когда аккумулятор несколько раз заряжается и разряжается для компенсации эффекта памяти, и другие функции.
О самой зарядке
Коробка из плотного картона:
С надписями на трех языках:
Внутри коробки можно обнаружить блок питания, само зарядное устройство, и руководство. Все комплектующие имеют собственную упаковку, а зарядное устройство - даже личные пупырышки на пакетике.
Блок питания на 3 вольта и аж 4 ампера.
Руководство, и само зарядное устройство:
На обратной стороне зарядки - описание, модель, значки. Остальное пространство покрыто рядами вентиляционных отверстий.
На задней стороне - разъем блока питания:
С боков ничего интересного нет:
Все органы управления сосредоточены на передней панели, там же гнезда под аккумуляторы:
Управление осуществляется тремя кнопками - Mode, Display, Current. Первая отвечает за выбор режимов, вторая - за отображение на экране параметров, а третья устанавливает ток заряда.
Внутренности:
Как обычно, полюбопытствуем, что же находится внутри. Выкручиваем 4 винта по периметру:
После чего снимаем заднюю крышку:
Взору предстает плата, так же прикрепленная 4 винтами:
Но вытащить плату, только выкрутив винты не удастся. Еще надо отпаять в 4 точках, отмеченных стрелками провода термодатчиков.
А вот и они:
Следует отметить, что они не просто прижимаются, а намертво приклеены (скорее даже вклеены) в металлические пластинки теплопроводным герметиком. Датчиков два - каждый отвечает за два аккумулятора.
Именно к этим пластинкам прижимаются аккумуляторы - для лучшего контроля температуры.
Белое - как раз термогерметик. Вот и плата:
Верхняя сторона не очень интересная - одни полигоны, контакты, разъем, три кнопки и экран. Который можно без проблем снять с платы:
А вот обратная сторона гораздо интереснее, там расположен микроконтроллер(синий), управляющий всеми функциями зарядки:
Чуть ниже - балластные резисторы (красные) для режимов тестирования и восстановления (на них разряжаются аккумуляторы), желтые - шунты, точные резисторы на которых измеряется падение напряжения для контроля тока при заряде и разряде, голубой - операционный усилитель для термодатчиков.
Быстрый старт:
После включения без аккумуляторов на всех 4 дисплеях загорается надпись null.
Если вставить заряженный аккумулятор - загорится надпись Full. Если не полностью заряженный - то покажет текущее напряжение, и режим по умолчанию - Charge.
Если не нажимать никаких кнопок, то через 4 секунды покажет ток - по умолчанию 200mA, а через еще 4 - мигнет и перейдет в режим зарядки. Таким образом, можно просто всунуть туда аккумуляторы и уйти - режим зарядки включится автоматически.
При работе кнопкой Display можно циклически переключать режимы ток-напряжение-заряд-время с начала процесса
Если в течении 5 секунд нажать Current - можно выбрать ток заряда или разряда - 200-500-700-1000mA. Если в зарядку установлены 1 или 2 аккумуляторы в первый или последний отсеки - становится возможным выбрать ток 1500 или 1800mA.
После выбора ничего делать не надо - через 10 секунд после нажатия последней кнопки включится режим с выбранным током.
Кнопкой Mode можно выбрать режим работы - Charge, Discharge, Test, Refresh. Для выбора надо подержать кнопку 2 секунды, после чего можно выбрать режим одиночными нажатиями. Первый режим - Заряд. Он установлен по умолчанию и просто заряжает аккумуляторы до полной емкости. Второй - Разряд, разряжает, а затем заряжает аккумулятор. Третий - заряжает аккумулятор, если он был не заряжен, потом разряжает, в процессе измеряя емкость, потом опять заряжает. Восстановление - четвертый режим, циклично разряжает и заряжает аккумуляторы, до тех пор, как емкость не перестанет изменяться.
Как я понимаю, смысл использования такой - если надо зарядить аккумуляторы быстро, то достаточно их вставить, и выбрать ток заряда. А если время терпит - например, если аккумуляторы пригодятся только утром, то лучше выбрать режим разрядки или тестирования - аккумуляторы разрядятся, а потом автоматически полностью зарядятся. Таким образом, и волки сыты, и овцы целы - аккумуляторы будет заряжены без вашего вмешательства, а сценарий разряд-заряд избавит от эффекта памяти.
Режим тестирования по времени длительнее, потому что для определения емкости надо сначало полностью зарядить аккумуляторы. Но зато после его окончания вы получите информацию о емкости аккумултятора, и в случае чего, вовремя сможете заменить резко умерший аккумулятор(это всяко лучше, чем узнать об этом во время работы).
О основных функциях я рассказал, все остальное - есть в руководстве:
Тестирование функции восстановления:
Очень «удачно» на распродаже в компьютерном магазине я наткнулся на новую упаковку аккумуляторов GP2700 за 200 рублей. Купив, вставив в зарядку я понял, что не зря они стоили так дешево:
«Не гонялся бы ты поп, за дешевизной...» Вместо обозначенных 2700mAh аккумуляторы показали совсем иные цифры - два около 1000mAh, а два остальных - всего 100mAh. Может хранили неправильно, может они сами от саморазряда скончались. Терять мне было нечего, обратно распродажный товар не принимали, и я не особо надеясь включил режим Refresh, положил зарядку на полку и забыл про нее.
Через три дня, когда мне понадобилось зарядить комплект аккумуляторов из вспышки, я взял зарядку с полки, и увидел совсем другие цифры:
Вот так. Аккумулятор показавший результат 984mAh, превратился в 2150mAh, 117mAh - в 2040mAh, 116mAh - в 2200mAh, а 1093mAh в 2390mAh.
Конечно, не указанная производителем емкость, но я не поручусь, что измеренная емкость у совершенно новых аккумуляторов будет равна заявленной - все врут.
Главное - что функция восстановления работает отлично. Пойду пройдусь по знакомым фотографам, заберу у них кучу «дохлых» аккумуляторов. Наверняка часть из них окажется вполне рабочей:)
Стоимость:
В магазине la-crosse.ru это зарядное устройство стоит 1300 рублей .Вывод:
Удобное, хорошо собранное устройство для для заряда аккумуляторов. Думаю, цена устройства быстро окупится удобством работы и несколькими восстановлениями аккумуляторов, вместо покупки новых.Посмотреть все фотографии, включая не вошедшие в обзор, в оригинальном разрешении можно в Picasa-альбоме . Там же можно задать вопрос или оставить комментарий.
Если у вас нет аккаунта на Хабрахабре, вы можете читать и комментировать наши статьи на сайте BoxOverview.com
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите , пожалуйста.
Если Вы собираетесь купить аккумуляторы, но у Вас ещё нет зарядного устройства, или Вы хотите купить зарядное устройство взамен старого, то неизбежно возникает вопрос – какое купить зарядное устройство, что выбрать из огромного разнообразия?
Зачем нужно качественное зарядное устройство?
Срок службы качественных NiMH аккумуляторов при правильном уходе за ними составляет в среднем 3-5 лет. Ёмкость современных аккумуляторов сопоставима с ёмкостью дорогих щелочных (Alkaline) одноразовых батареек, но в отличие от них, аккумуляторы могут быть использованы от 500 до 3000 раз. Выгода от покупки аккумуляторов очевидна!
Для того, чтобы аккумуляторы долго служили и эффективно работали, необходимо правильно выбрать зарядное устройство. Стандартная ошибка многих покупателей - это покупка дорогих высококачественных аккумуляторов и покупка дешёвого зарядного устройства или использование старого, когда-то давно купленного. В итоге даже самые дорогие аккумуляторы быстро выйдут из строя.
Есть по крайней мере 3 причины, по которым не следует экономить на покупке зарядного устройства:
1. Дешевые зарядные устройства могут заряжать аккумуляторы крайне медленно - до нескольких суток;
2. Так же дешевые зарядные устройства могут заряжать аккумуляторы очень быстро, но в тоже время они могут не иметь надлежащей защиты от перегрева и перезаряда аккумуляторов, что существенно сокращает срок их службы.
3. Дешевые зарядные устройства не позволяют контролировать процесс зарядки, могут не иметь автоматического отключения после окончания заряда аккумулятора. Приходится "на глаз" рассчитывать время заряда, это не удобно и не точно - аккумуляторы могут как недозарядиться, так и перезарядиться;
Все эти факторы негативно влияют на качество работы аккумуляторов, а также значительно сокращают срок их службы.
Проблемы могут быть предупреждены или решены с помощью качественного зарядного устройства. Производители предлагают разнообразные зарядные устройства, ориентированные на широкий круг потребителей: от продвинутых пользователей, кто хочет полностью контролировать процесс и параметры зарядки аккумуляторов, до обычных покупателей, которые ничего не хотят знать о процессе зарядки аккумуляторов.
Что нужно учесть при выборе зарядного устройства?
При выборе зарядного устройства, обратите внимание на следующие важные моменты:
1. Наличие независимых каналов для зарядки каждого аккумулятора отдельно
Многие дешёвые зарядные устройства заряжают аккумуляторы только парами. Это создаёт ряд неудобств в использовании. Во-первых, необходимо следить, чтобы не путались пары аккумуляторов, которые используются в устройствах. Во-вторых, во многих устройствах используется нечетное количество аккумуляторов, которое нельзя зарядить в таком зарядном устройстве. Приходится искать какой-нибудь дополнительный аккумулятор, чтобы дополнить пару для зарядки, что очень не удобно.
Кроме того, со временем аккумуляторы в паре начинают отличаться по ёмкости, что сказывается на продолжительности и качестве работы пары. Различие в ёмкости может достичь такой степени, что из-за одного недозаряженного аккумулятора пара практически перестаёт работать и пользоваться аккумуляторами становится невозможно.
для АА/ААА+КРОНА
для Li-ION+АА/ААА:
XTAR MC2 XTAR MC2S
TrastFire TR-001
4. Наличие функции «разряд»
Функция «разряд» - очень полезная функция, которая позволяет продлить жизнь аккумуляторов и поддерживать высокие показатели их работы. Дело в том, что аккумуляторы считаются разряженными, когда напряжение на них равно 0,9 Вольт, тогда как многие электронные устройства выключается, когда напряжение на аккумуляторе опускается только до 1,1 Вольта и выше. При заряде не полностью разряженного аккумулятора, со временем проявляется «эффект памяти», который заключается в потере ёмкости аккумулятора и снижении продолжительности его работы.
Для предотвращения проявления «эффекта памяти», рекомендуется полностью разряжать аккумулятор перед его зарядкой. Можно разрядить аккумулятор с помощью фонарика или детской игрушки с моторчиком, но в таком случае есть риск чрезмерного разряда аккумулятора. Если напряжение аккумулятора упадёт ниже 0,9В, то интеллектуальные зарядные устройства могут воспринимать его как неисправный и не заряжать его.
Поэтому, для разряда аккумуляторов рекомендуется использовать зарядные устройства с функцией «Разряд».
При использовании аккумуляторов в игрушках или фонариках, не допускайте глубокого разряда аккумуляторов. Если Вы видите, что аккумулятор уже сел (фонарик тускло светит, моторчик в игрушке слабо крутится или звук искажается) – замените аккумуляторы.
5. Наличие дополнительных функций и возможностей
В настоящее время наиболее популярными являются интеллектуальные зарядные устройства, которые позволяют самостоятельно устанавливать токи заряда и разряда аккумуляторов, разгонять ёмкость аккумуляторов, измерять и восстанавливать ёмкость аккумуляторов.
Покупка такого зарядного устройства имеет смысл в том случае, если Вы постоянно пользуетесь аккумуляторами, и Вам необходимо быть уверенными в ёмкости и работоспособности аккумуляторов или если Вам просто нравится экспериментировать и исследовать. Также, такое зарядное устройство – отличный подарок любому человеку, который использует аккумуляторы.
Интеллектуальные зарядные устройства:
Отдельно стоить отметить интеллектуальные зарядные устройства устройства, которые комплектуются различными дополнительными аксессуарами: аккумуляторами АА и ААА, дорожными сумками, переходниками. Качество комплектных аккумуляторов и аксессуаров обычно довольно высокое, а стоимость аккумуляторов в комплекте обычно ниже, чем стоимость аналогичных аккумуляторов отдельно. Поэтому покупка зарядных устройств с комплектами аксессуаров может быть очень выгодной.
Интеллектуальные зарядные устройства с комплектами аксессуаров:
Среди интеллектуальных зарядных устройство можно выделить продвинутые зарядные устройства. Данные зарядные устройства отличаются наличием дополнительных функций и возможностей: подсветка экрана, измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов, широкий диапазон настроек токов заряда и разряда, ручная установка количества циклов заряда/разряда для тренировки/разгона.
Продвинутые зарядные устройства:
6. Возможность работы с аккумуляторами разных форматов и размеров
Если Вы пользуетесь аккумуляторами разных типов (Ni-MH, Li-ion) и разных размеров, чтобы не покупать отдельную зарядку для каждого типа аккумуляторов, Вы можете
приобрести универсальное зарядное устройство, которое подойдёт для зарядки несколько типов аккумуляторов. Универсальные зарядные устройства ничем не хуже отдельных зарядных устройств под каждый
тип аккумуляторов. По функционалу они также могут также быть как простыми, которые просто заряжают аккумуляторы, так и продвинутыми, которые могут заряжать, разряжать, тестировать и тренировать
аккумуляторы, измерять их ёмкость. Универсальные зарядные устройства совмещают возможность работы с Ni-MH аккумуляторами размеров АА, ААА, С и Li-Ion аккумуляторами размеров 18650, 14500, 16340,
26650, 20700, 21700 и др.
Универсальные зарядные устройства:
7. Возможность работы с большим количеством аккумуляторов
Бывают ситуации, когда необходимо заряжать одновременно сразу много аккумуляторов – 6 -12 и более. Вполне очевидно, что использование самых распространённых зарядных устройств на 4 аккумулятора в данном случае неудобно, процесс зарядки занимает много времени и требует дополнительного внимания. Использование нескольких зарядных устройств также может быть неудобным решением проблемы. JBC-017
8. Супер-быстрые зарядные устройства.
В продаже появляются все больше Li-ION аккумуляторов с высокой нагрузочной способностью, для электронных сигарет, электроинструмента, мощных фонарей. В большинстве случаев, такие аккумуляторы допускается заряжать быстро без последствий для их срока службы. Для этих целей производятся специальные зарядные устройства, позволяющие применять максимальные токи заряда для Li-ION аккумуляторов: MiBoxer C2-4000
(абзац ниже предназначен только для Ni-MH аккумуляторов, современные Li-ION аккумуляторы возможно заряжать быстрыми устройствами с токами до 4
ампер.)
В настоящее время на рынке можно встретить много зарядных устройств, которые называются супер-быстрыми, ультра-быстрыми и.т.п. Это означает, что они способны быстро
зарядить аккумуляторы. Что это значит на практике? Это значит, что зарядные устройства используют высокие токи для заряда аккумуляторов – 1000 mah на канал и выше. Без контроля за температурой
аккумуляторов и системы охлаждения, высокие токи заряда вызывают перегрев аккумуляторов, что крайне негативно влияет на продолжительность их жизни. Качественное супер-быстрое зарядное устройство
должно иметь хорошую систему охлаждения, термо-датчики для контроля температуры аккумуляторов, систему защиты от перегрева. В противном случае, продолжительность жизни аккумуляторов может
сократиться в разы от заявленной производителем.
Специальные быстрые зарядные устройства с контролем температуры и уровнем заряда аккумуляторов:
Как резюме можно сказать, что для зарядки качественных аккумуляторов целесообразно приобрести качественное зарядное устройство, которое обеспечит долгий срок службы аккумуляторов и высокие показатели их работы. Выбирайте оптимальное зарядное устройство, которое по своему функционалу позволит работать с Вашими аккумуляторами на необходимом Вам уровне. Перед покупкой целесообразно также подумать, не пригодятся ли Вам дополнительные функции в будущем, даже если Вы сейчас не собираетесь ими пользоваться.
Благодарим интернет магазин
http://batterex.com.ua/ за предоставленные материалы
Эта конструкция подключается как приставка к зарядному устройству, разнообразных схем которых в интернете уже описано немало. Она выводит на жидкокристаллический дисплей значение входного напряжения, величину тока зарядки аккумулятора, время зарядки и ёмкость зарядного тока(которая может быть или в Ампер-часах или в миллиампер-часах - зависит только от прошивки контроллера и применённого шунта). (См. Рис.1 и Рис.2 )
Рис.1
Рис.2
Выходное напряжение зарядного устройства не должно быть менее 7 вольт, иначе для данной приставки потребуется отдельный источник питания.
Основу устройства составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G.
Максимальная зарядная ёмкость составляет 5500 ма/ч и 95,0 А/ч соответственно.
Принципиальная схема приведена на Рис 3.
Рис.3. Принципиальная схема приставки для измерения ёмкости зарядки
Подключение к зарядному устройству - на Рис 4 .
Рис.4 Схема подключения приставки к зарядному устройству
При включении микроконтроллер сначала запрашивает требуемую ёмкость зарядки.
Устанавливается кнопкой SB1. Сброс - кнопкой SB2.
На
выводе 2 (RA5)устанавливается высокий уровень, который включает реле
P1, которое в свою очередь включает зарядное устройство (Рис.5
).
Если кнопку не нажимать более 5 секунд - контроллер автоматически переходит в режим измерений.
Алгоритм подсчёта ёмкости в данной приставке следующий:
1
раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и
ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда - увеличивает
счётчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.
Далее
микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания
зарядного тока делятся на 60. Целое число записываются в счётчик, а
остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению
тока,и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60
измерений за 1 минуту в счётчике будет число среднего значения тока за
минуту.
При переходе показаний секунд через ноль среднее значение
тока в свою очередь делится на 60(по такому же алгоритму). Таким образом
счётчик ёмкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна
шестидесятая от величины среднего тока за минуту. После этого счётчик
среднего значения тока обнуляется и подсчёт начинается сначала. Каждый
раз, после подсчёта ёмкости зарядки, производится сравнение измеренной
ёмкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдаётся сообщение -
"Зарядка завершена", а во второй строке - значение этой ёмкости зарядки и
напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA5) появляется низкий
уровень, что приводит к отключению реле. Зарядное устройство отключится
от сети.
Рис.5
Наладка устройства сводится только к установке правильных показаний зарядного тока (R1 R5) и входного напряжения (R4) с помощью эталонного амперметра и вольтметра.
Теперь о шунтах.
Для зарядного
устройства на ток до 1000 мА можно использовать блок питания на 15 в, в
качестве шунта резистор на 0.5-10 Ом мощностью 5Вт (меньшее значение
сопротивления будет вносить меньшую погрешность в измерение, но
затруднит точную настройку тока при калибровки прибора), и
последовательно с заряжаемым аккумулятором переменное сопротивление на
20-100 Ом, которым и будет выставляться величина зарядного тока.
Для
зарядного тока до 10А потребуется изготовить шунт из высокоомной
проволоки подходящего сечения на сопротивление 0,1 Ом. Проведённые
испытания показали, что даже при сигнале с токового шунта равным 0,1
вольт настроечными резисторами R1 и R3 можно легко установить показания
тока в 10 А.
Печатная плата для данного устройства разрабатывалась под индикатор WH1602D. Но можно использовать любой подходящий индикатор, сотвественно перепаяв провода. Плата собрана таких же размеров как и жидкокристаллический индикатор и закреплена сзади. Микроконтроллер устанавливается на панельку и позволяет быстро поменять прошивку для перехода на другой ток зарядного устройства.
Перед первым включением подстроечные резисторы установить в среднее положение.
В качестве шунта для варианта прошивки на малые токи можно применить 2 параллельно соединенных резистора млт-2 1 Ом.
В приставке можно применить индикатор WH1602D , но придется поменять местами выводы 1 и 2. А вообще- лучше свериться с документацией на индикатор.
Индикаторы фирмы МЭЛТ не будут работать, из-за несовместимости работы по 4-х битному интерфейсу.
При желании, можно подключить подсветку индикатора через токоограничительный резистор 100 Ом
Эту приставку можно использовать для определения емкости заряженного аккумулятора.
Рис.6. Определение емкости заряженного аккумулятора
В качестве нагрузки можно использовать любую нагрузку (Лампочку, резистор...), только при включении нужно выставить любую заведомо большую емкость аккумулятора и при этом следить за напряжением аккумулятора, чтобы не допускать глубокой разрядки.
(От автора) Приставка испытывалась с современным импульсным зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов,
Данные устройства обеспечивают стабильное напряжение и ток с минимальными пульсациями.
При
подсоединении же приставки к старому зарядному устройству (понижающий
трансформатор и диодный выпрямитель) мне не удалось настроить показания
зарядного тока из-за больших пульсаций.
Поэтому было решено изменить алгоритм измерения зарядного тока контроллером.
В
новой редакции контроллер делает 255 измерений тока за 25 милисекунд
(при 50Гц - период составляет 20 милисекунд). И из сделанных измерений
выбирает самое большое значение.
Также происходит измерение входного напряжения, но выбирается наименьшее значение.
(При нулевом зарядном токе напряжение должно быть равно ЭДС аккумулятора.)
Однако
при такой схеме перед стабилизатором 7805 необходимо поставить диод и
сглаживающий конденсатор (>200 мкФ)на напряжение не менее выходного
напряжения зарядного
устройства. Плохо сглаженное напряжение питания микроконтроллера приводило к сбоям в работе.
Для точной установки показаний приставки рекомендуется использовать многооборотные подстроечные резисторы
или ставить дополнительные резисторы последовательно с подстроечными (подобрать экспериментально).
В качестве шунта для приставки на 10 А я пробовал использовать кусок аллюминиевого провода сечением 1,5 мм
длиной около 20 см -прекрасно работает.
В персональных устройствах с аккумуляторным питанием может быть от одной аккумуляторной ячейки, как, например, в мобильных телефонах, до нескольких, как в электромобилях. Тревожное ожидание приближающегося разряда аккумулятора (в английском языке это называется range anxiety) характерно для работы со всеми автономными электронными устройствами. Пользователей беспокоит, смогут ли они досмотреть до конца фильм, прежде чем разрядится аккумулятор планшета, или доедут ли они на электромобиле до следующей зарядной станции, не встав посреди шоссе. Система измерения заряда представляет собой компонент, отвечающий за определение оставшейся в аккумуляторе энергии. В этой статье описана система измерения заряда, используемая в устройствах с одной аккумуляторной ячейкой. Рассматриваются различные алгоритмы определения емкости аккумулятора, используемые в подобных системах, а также плюсы и минусы этих алгоритмов. Статья затрагивает также некоторые факторы, которые необходимо принимать во внимание при выборе системы измерения заряда для потребительских приложений с батарейным питанием.
На Рисунке 1 показана блок-схема стандартного измерителя заряда. Он состоит, по меньшей мере, из двух АЦП, один из которых предназначен для измерения тока аккумулятора. Второй АЦП мультиплексирован и может использоваться для измерения напряжения и температуры аккумулятора или выполнять функцию АЦП общего назначения. Измеренные напряжение, ток и температура подаются в микропроцессор, в котором реализован алгоритм определения заряда. В энергонезависимой памяти микропроцессора содержится определенная информация о специфических характеристиках аккумулятора, таких как импеданс или зависимость емкости ячейки от напряжения. Встроенный или внешний стабилизатор обеспечивает микропроцессор, АЦП и другие цепи регулируемым напряжением питания. Измеритель заряда взаимодействует с остальной частью системы с помощью стандартных протоколов, например, I 2 C.
Простейший алгоритм оценки заряда заключается в определения емкости аккумулятора по измеренному на нем напряжению с использованием графиков Рисунка 2. На Рисунке 2 показана стандартная зависимость напряжения литий-ионного аккумулятора от его емкости. Из графика можно получить значение емкости при данном напряжении. Рисунок 2 также показывает, как уменьшается емкость с увеличением количества циклов заряда-разряда. Метод, основанный на измерении напряжения, прост в реализации и позволяет узнать точное значение максимальной емкости аккумулятора (Q MAX) при отсутствии на нем нагрузки. Однако фактическая полезная емкость аккумулятора (Q USABLE) меньше максимальной емкости из-за внутреннего импеданса аккумулятора (Рисунок 3). Для оценки полезной емкости можно использовать среднее значение импеданса аккумулятора (R BAT), но эта оценка, скорее всего, будет содержать большие ошибки, поскольку R BAT является функцией температуры аккумулятора (T), его возраста (Age) и состояния заряда (SoC). Хотя, в принципе, для корректировки сопротивления аккумулятора может использоваться большая многомерная таблица, для расчета сопротивления требуется много информации об аккумуляторе и цепи.
Более совершенным решением является метод подсчета заряда. В этом случае для получения точной оценки текущей емкости интегрируется заряд, втекающий в аккумулятор и вытекающий из него. Данный метод хорошо работает при условии, что точно известно начальное состояние заряда. Если исходная емкость аккумулятора известна, интегрируя общий ток, можно получить текущую емкость. Основная проблема, связанная с этим методом, заключается в том, что здесь не учитывается саморазряд аккумулятора, поскольку ток саморазряда не протекает по внешней цепи. Это может привести к неточной оценке емкости. Саморазряд может быть смоделирован, но любые модели неточны, и, кроме того, уровень саморазряда зависит от температуры и возраста аккумулятора.
Чтобы решить проблемы обоих методов, для прогнозирования емкости можно использовать информацию о напряжении и токе, а также о температуре аккумулятора. В этом случае напряжение холостого хода измеряется при ненагруженном аккумуляторе, а измерение тока выполняется, когда аккумулятор заряжается или разряжается. Напряжение аккумулятора измеряется постоянно, даже при отсутствии нагрузки. Непрерывное измерение напряжения используется для обновления информации о текущем состоянии заряда на основе графика, изображенного на Рисунке 2.
Затем, когда нагрузка приложена, методом подсчета определяется результирующий заряд, втекающий в систему или вытекающий из нее. После снятия нагрузки батарее дают некоторое время на восстановление, и напряжение измеряется вновь. Используя данные двух измерений напряжения и результаты подсчета суммарного заряда, можно определить максимальную емкость аккумулятора . Также можно рассчитать текущий импеданс, основываясь на измеренном токе, напряжении холостого хода с поправками на температуру и состояние заряда, полученными из таблицы соответствия и на напряжении, измеренном под нагрузкой. Таким образом, зная максимальную емкость и значение импеданса аккумулятора, можно получить точную оценку оставшейся полезной емкости.
Выбор микросхемы для измерения заряда
Основное внимание при выборе микросхемы определения заряда следует уделить точности алгоритма, потребляемому току и количеству внешних компонентов, необходимых для ее нормальной работы, прежде всего, регуляторов напряжения и токочувствительных резисторов. Даже тогда, когда фактическая нагрузка отключена, микросхема остается включенной для периодического измерения напряжения холостого хода. Любая энергия, используемая измерителем заряда, сокращает время работы системы, поэтому микросхема должна иметь низкий ток покоя. Ей требуется регулируемый источник питания для АЦП, микропроцессора и других блоков, а также низкоомный резистор для измерения тока аккумулятора. В идеале все это должно быть интегрировано на одном кристалле, чтобы сократить число внешних компонентов и сэкономить место на плате. В качестве примера такого измерителя можно привести микросхему , содержащую LDO регулятор.
Факторами, рассматриваемыми на системном уровне, являются место установки измерителя (на стороне батареи или на стороне хоста), его инициализация и разработка алгоритма. В случае установки на стороне батареи измеритель размещается непосредственно на ней. Это позволяет ему быть все время синхронизированным с аккумулятором и предоставлять о нем мгновенную информацию. В случае установки на стороне хоста измеритель нужно правильно инициализировать каждый раз, когда устанавливается аккумулятор. При установке на батарее алгоритм разрабатывает производитель аккумулятора, поэтому системный интегратор просто должен запросить аккумулятор, соответствующий требуемым параметрам. Единственным недостатком такого метода является то, что микросхема будет выброшена вместе с аккумулятором, когда тот придет в негодность, что потенциально может привести к увеличению общей стоимости системы. При размещении на стороне хоста системный интегратор должен иметь опыт измерения заряда и в графике работ учесть время, необходимое для разработки алгоритма.
Заключение
Оценка емкости аккумулятора является сложной задачей, поскольку на эту емкость влияет множество взаимосвязанных параметров. Простые алгоритмы могут привести к неточным результатам, которые потенциально могут сократить время работы системы. Поэтому при конструировании устройств измерения заряда следует рассматривать компромиссы, как на уровне микросхем, так и на системном уровне.
- Yevegen Barasukov, «Challenges and Solutions in Battery Fuel Gauging,» .
- «Theory and Implementation of Impedance Track Battery Fuel-Gauging Algorithm in bq2750x Family,» Application Note (SLUA450), Texas Instruments, January 2008.
