Простые схемы для зарядки самых разных аккумуляторов

Самодельное зарядное устройство для пальчиковых аккумуляторов

На сегодняшний момент, достаточно много различных устройств, работающих на батарейках. И тем досаднее, когда в самый неподходящий момент наше устройство перестает работать, потому что батарейки попросту сели, а их заряда недостаточно для нормального функционирования прибора.

Приобретать каждый раз новые батарейки довольно затратно, а вот попытаться изготовить своими руками самодельное устройство для зарядки пальчиковых аккумуляторов вполне себе стоит.

Многие умельцы отмечают, что предпочтительнее заряжать подобные аккумуляторы (AA или AAA) с помощью постоянного тока, потому что такой режим наиболее выгоден в плане безопасности для самих батареек.

Вообще, переданная сила заряда от сети составляет порядка 1,2-1,6 от значения емкости самого аккумулятора. К примеру, никель-кадмиевый аккумулятор, емкость которого будет составлять 1А/ч, будет заряжаться током емкостью 1,6 А/ч.

При этом, чем меньше показатель данной мощности, тем лучше для процесса зарядки.

• 1 Процесс изготовления
• 2 Зарядка от USB-порта
• 3 Заключение

Процесс изготовления

В современном мире существует достаточно много бытовых приборов, оснащенных специальным временным таймером, отсчитывающим определенный промежуток, затем сигнализируя об его окончании. При изготовлении своими руками устройства для зарядки пальчиковых аккумуляторов, можно также применить данную технологию, которая уведомит вас об окончании процесса заряда аккумуляторов.

Зарядное устройство для пальчиковых аккумуляторов AAпредставляет собой прибор, генерирующий постоянный ток, заряжая мощностью до 3 А/ч. При изготовлении использовалась самая обычная, даже классическая схема, которую вы видите ниже. Основой, в данном случае, является транзистор VT1.

Напряжение на данном транзисторе обозначено с помощью светодиода красного цвета VD5, выполняющий роль индикатора, при включении прибора в сеть. Резистор R1 задает определенную мощность токов, проходящих через данный светодиод, в результате чего колеблется напряжение в нем.

Значение коллекторного тока формируется сопротивлением от R2 до R5, которые включены в VT2 — так называемую «эмиттерную цепь». При этом, меняя значения сопротивления, можно контролировать степень зарядки. R2 постоянно включен в VT1, задавая ток постоянного действия с минимальным значением — 70 мА.

Чтобы повысить мощность заряда, необходимо подключать остальные резисторы, т.е. R3,R4 и R5.

Стоит ли делать такое зарядное устройство?

У данного решения есть свои плюсы:

• небольшой вес;
• простота изготовления;
• низкая себестоимость;
• компактность.

Но из минусов стоит выделить проблемы при зарядке от генератора и сложности в эксплуатации при низких температурах. Также зарядное устройство обладает низкой надежностью и может не сработать в самый ответственный момент. Однако использовать его в качестве резервной зарядки — неплохой вариант.

Теперь вы знаете, зачем нужно было учить физику в школе. Каждый человек может попробовать сделать зарядное устройство для литиевых аккумуляторов своими руками. Это не только экономия денег, но и новые знания!

Как сделать зарядное устройство для батареек ааа своими руками в домашних условиях – Сделай сам

25.10.2019

Литий-ионные батареи 18650 очень широко используются во многих электронных устройствах, которые мы используем сегодня. Например, светодиодные фонари, батареи в ноутбуках, электровелосипеды или Power Bank.

Эти батареи являются надежным источником питания, поэтому также очень удобно использовать их в проектах когда вы делаете что-то своими руками. По форме литий-ионные батареи 18650 напоминают пальчиковые батарейкт, но на выходе имеет напряжение 3,7 В с емкостью от 1600 до 3600 мАч (батарейки AA или AAA имеют напряжение 1,5 В/1,2 В).

Однако на данный момент зарядка этих батареек по-прежнему не простой вопрос, так как коммерческие зарядные устройства довольно дорогие. Кроме того, для литий-ионных батарей необходимо зарядное устройство хорошего качества, в противном случае срок службы батареи ухудшится. Сбалансированное зарядное устройство хорошо работает, но оно доступно в более высоком ценовом диапазоне.

Итак, в этом уроке мы решили сделать зарядное устройство Li-Ion, которое одновременно может заряжать четыре 18650-ых. Это зарядное устройство очень простое в изготовлении и выполняет работу сбалансированного зарядного устройства, прекращая питание отдельных батареек после полной зарядки.

Шаг 1: Комплектующие

Нам понадобятся несколько «запчастей» для нашего зарядного устройства:

• печатная плата общего назначения
• модуль TP4056
• скрепки
• коннектор
• PCB выключатели
• 3.7V Li-Ion аккумуляторы
• Паяльник

Купить это всё можно в разных магазинах, особенно в зарубежных, как пример, Amazon или E-bay.

Шаг 2: Начинаем собирать

• Возьмите печатную плату общего назначения и поместите батареи поверх платы;
• Отметьте расстояние между краями батарей и их ширину печатной плате;
• Разверните 8 канцелярских скрепок и используя плоскогубцы, вырезайте зажимы с краев, как видно на изображении выше;
• Должно быть сделано в общей сложности 8 U-образных зажимов (в зависимости от количества заряжаемых батарей);
• Вставьте U-образные зажимы в печатную плату, чтобы батареи можно было установить между зажимами;
• Зажимы будут действовать как держатели батарей;
• Кроме того, используйте оставшиеся части от скрепок, чтобы сделать боковые упоры;
• Хорошо прикрепите зажимы на плате как показано на рисунке.

Примечание: убедитесь, что зажимы не подключены друг к другу во время пайки.

• Поместите модуль зарядки TP4056 на печатную плату, как показано на рисунке выше;
• Используя маркер, отметьте отверстия модуля на плате;
• Припаяйте штифт в каждом из отмеченных отверстий;
• Вставьте модуль над штифтами и аккуратно припаяйте;
• Используйте количество модулей, равное количеству заряжаемых батарей, т.е. один модуль на батарею;
• Припаяйте все модули на плату, как показано на рисунке;
• Возьмите переключатели и припаивайте их между каждым модулем на печатной плате.

Примечание: обязательно просмотрите видео (ниже) и посмотрите изображения, чтобы избежать ошибок.

• См. схему соединения выше и припаяйте все компоненты вместе;
• Обязательно отметьте полярность на держателях батарей из U-образных зажимов;
• Подключите клеммы держателя аккумулятора к входным клеммам модуля зарядки TP4056 в соответствии с полярностью;
• Соедините модули так, чтобы они могли передавать питание от одного стационарного зарядного устройства;
• Кроме того, устанавливайте соединения между переключателями так, чтобы они могли использоваться для независимого управления мощностью модулей.

Шаг 5: Тестируем зарядное устройство

• Вставьте батареи в держатели батарей на плате;
• Подключите зарядное устройство мобильного телефона к одному из модулей и включите питание;
• Индикатор будет светиться на модуле, чтобы указать зарядку;
• Используйте переключатели для управления питанием, подаваемом на батареи;
• Выключите все переключатели, если вы хотите зарядить только одну батарею;
• Включите переключатели в зависимости от количества зарядки батарей в определенное время;
• Поскольку каждая батарея имеет отдельное зарядное устройство, поэтому они никогда не столкнутся с проблемой перезарядки и подзарядки (самая распространенная проблема, которая повреждает литий-ионные элементы).

Примечание: модуль зарядки TP4056 способен обеспечить 1A при 5 В. Так как мы сделали зарядное устройство на 4 батарейки, необходимо использовать мобильное зарядное устройство 2А, такое, что по крайней мере 500 мА обеспечивают каждую ячейку.

Итак, друзья, на этом мы завершаем урок. Сделайте его дома и используйте любое количество литий-ионных элементов, не беспокоясь о его заряде.

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Для питания носимой малогабаритной радиоаппаратуры широко применяют литий-ионные (Li-Ion), никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металлгидридные (Ni-Mh) аккумуляторы. При соблюдении правил заряда они служат несколько лет и выдерживают около 1000 циклов зарядка-разрядка.

Однако для аккумуляторов на основе никеля, например Ni-Cd, нужен особый подход, так как они обладают эффектом «депрессии напряжения», который еще называют «эффектом памяти». «Эффект памяти» возникает в процессе эксплуатации аккумулятора, если его систематически подзаряжать, не разрядив

до напряжения 0,9 — 1 В [1].

Т.е. если зарядить не полностью разряженный аккумулятор, то он отдаст энергию только до того уровня, с которого началась зарядка.

А так как в основном их так и подзаряжают, не проходя полные циклы зарядки-разрядки, то со временем этот уровень только увеличивается, из-за чего емкость аккумулятора уменьшаться, отчего пользователь приходит к выводу, что аккумулятор начинает приходить в негодность.

Однако не стоит бояться этого электрохимического процесса, так как он накапливающийся, является обратимым и легко устраняется. Чтобы уменьшить возникновение «эффекта памяти» производители рекомендуют периодически разряжать аккумуляторы до напряжения 0,9 — 1 В, а потом заряжать до 1,45 – 1,48 В.

Предлагаемое простое универсальное зарядное устройство позволяет частично автоматизировать этот процесс и проводить зарядку и разрядку Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов током до 260 мА.

Описание работы и схема устройства

В процессе работы зарядное устройство постоянно контролирует напряжение на заряжаемом аккумуляторе и автоматически отключает ток при достижении полной зарядки. Оно позволяет одновременно и независимо заряжать и разряжать два аккумулятора типоразмера АА или ААА. Принципиальная схема устройства изображена на рисунке.

Функционально оно выполнено в виде двух каналов с общим питанием, имеющих по одному узлу зарядки

и
разрядки
. Все переключения для осуществления процессов зарядки и разрядки производятся переключателями
SA1
и
SA2
, а в качестве источника питания применено ЗУ сотового телефона с выходным стабилизированным напряжением 5 В и током не менее 1 А.

Рассмотрим работу одного канала и начнем с узла зарядки [2]. В процессе зарядки

контроль напряжения на заряжаемом аккумуляторе происходит непрерывно.

На транзисторах VT1

и
VT2
собран триггер Шмитта, который сравнивает напряжение на заряжаемом аккумуляторе
GB1
или
GB2
с образцовым, поступающим на базу
VT1
с движка подстроечного резистора
R2
.

Образцовое напряжение образовано стабилитроном VD1

, резисторами
R1
и
R2
. Резистором
R1
задается рабочий ток стабилитрона (около 10 mA), а резистором
R2
устанавливают нужное пороговое напряжение.

При подключении к зарядному устройству разряженного аккумулятора транзистор VT2

закрыт, а
VT1
и
VT3
открыты. Коллекторный ток транзистора
VT3
через замкнутый контакт
SA2.1
выключателя
SA2
заряжает аккумулятор.

Как только напряжение на аккумуляторе достигнет заданного порогового значения сработает триггер и транзисторы VT1

,
VT3
закроются, а
VT2
откроется и включит светодиод
HL1
, сигнализирующий об окончании зарядки.

Выключателем SА1

выбирают типоразмер аккумулятора и задают необходимый зарядный ток равный 110 или 260 mA.

В замкнутом положении контакта SA1.2

зарядка осуществляется током 110 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 850, 1100 и 1600 mA/ч. В замкнутом положении контакта
SA1.1
зарядка осуществляется током 260 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 2100, 2600, 2700 и 2850 mA/ч.

Выключателем SА2

устройство переводят в режимы
зарядки
или
разрядки
.

Кнопочный выключатель SB1

предназначен для принудительного запуска зарядного устройства, если аккумулятор разряжен не до конца. Нажатие выключателя приводит к установке триггера в состояние, соответствующее режиму зарядки.

Теперь рассмотрим работу узла разрядки

, который питается от разряжаемого аккумулятора и при достижении на нем напряжения 0,9 — 1.1 В автоматически прекращает процесс разрядки [3].

При кратковременном нажатии кнопки SB2

на базу транзистора
VT5
через резистор
R11
подается напряжение с аккумулятора
GB1
или
GB2
. Если оно превышает порог открывания транзистора
VT5
(примерно 0,6 В), он открывается и открывает транзистор
VT4
, через участок коллектор-эмиттер которого происходит разрядка аккумулятора.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем снижается, и когда оно упадет ниже порога открывания транзистора VT5

, тот закрывается и закрывает
VT4
. Процесс разрядки прекращается. В качестве нагрузки и индикатора работы блока разрядки применена лампа накаливания
HL3
с номинальным напряжением 1 В. Также можно применить лампы на напряжение 1,5 и 2 В.

Вместо лампы можно установить резистор сопротивлением 20 – 30 Ом. В этом случае не будет индикации и придется периодически смотреть напряжение на разряжаемом аккумуляторе.

Конструкция и детали

Зарядно-разрядное устройство смонтировано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 60×45 мм и помещено в пластмассовый корпус. В виду простоты схемы устройство можно собрать на макетной плате или же вообще навесным монтажом.

Печатная плата разработана для двух каналов и ее рисунок предоставлен. Маркировка элементов показана только для одного канала, так как второй канал идентичен.

На следующем рисунке показано расположение деталей на плате, а также их маркировка согласно принципиальной схеме.

Батарейные отсеки, светодиоды и лампы накаливания, а также переключатели и кнопочные выключатели размещены на внешней части корпуса. Батарейные отсеки сначала приклеиваются к корпусу клеем, а затем дополнительно крепятся винтами. Винты используются с головкой впотай.

Монтаж батарейных отсеков и переключателей выполнен навесным монтажом непосредственно внутри корпуса. Кнопочные выключатели расположены в задней части корпуса и гибким проводом соединены с печатной платой.

В устройстве применены резисторы мощностью 0,125 Вт. Резистор R2 подстроечный многооборотный любого типа. Вместо транзисторов КТ315Б (VT1, VT2) и КТ814Б (VT3) можно использовать любые с подобными параметрами. Транзисторы КТ814 снабжены теплоотводами.

Транзистор КТ502 (VT4) заменим на любой кремниевый с максимальным током коллектора не менее 150 mA. Транзистор КТ3102Г (VT5) выбран с повышенным коэффициентом по току и заменим на любой с похожими параметрами.

С блоком питания устройство соединяется обычным USB кабелем. Разъем, который используется для соединения с телефоном, отрезается, а жилки красного и черного цвета используются для подачи питания. Красная жилка – плюс, а черная — минус.

Налаживание

Если устройство собрано правильно и из исправных деталей, налаживание сводится лишь к установке уровня образцового напряжения

и, если требуется, настройке
токов зарядки
для пальчиковых и мизинчиковых аккумуляторов.

Для настройки устройства необходимо иметь пальчиковый и мизинчиковый аккумуляторы. Пальчиковый должен быть заряжен до напряжения 1,48 – 1.49 В.

Если зарядного устройства нет, то аккумулятор заряжается этим зарядным устройством до величины напряжения 1,48 – 1.49 В. В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе контролируется измерительным прибором. Как только он зарядится до указанной величины, можно приступать к настройке.

Настройка уровня образцового напряжения

При подаче питания на устройство должны загореться светодиоды HL1

и
HL2
обоих каналов. В батарейный отсек вставляется пальчиковый аккумулятор, заряженный до напряжения 1,48 – 1,49 В и производится настройка уровня образцового напряжения первого канала.

Вращением движка подстроечного резистора R2

добиваются погасания светодиода
HL1
. Затем медленным вращением движка в обратную сторону добиваются включения светодиода. Для точности настройки эту операцию повторяют 2 — 3 раза.

Теперь аккумулятор вставляют в отсек второго канала и производят его настройку таким же образом.

Настройка тока зарядки аккумуляторов

Для удобства настройки в процессе монтажа выводы силового транзистора VT3

временно припаивают к плате отрезками монтажного провода длиной 70 — 80 мм. Провод вывода коллектора разрезают пополам и к его концам подключают миллиамперметр с пределом измерения не менее 500 mA.

Переключатель SA2

первого канала переводят в положение «Заряд», а
SA1
в положение «260» и на устройство подают питание.

Далее берут разряженный аккумулятор емкостью 2100 — 2850 mA/ч, вставляют в соответствующий бокс и по миллиамперметру контролируют ток зарядки. Если ток находится в пределах 250 — 270 mA, то ничего не делают. Если ток ниже предела, сопротивление резистора R3

увеличивают на несколько десятков Ом, если выше – уменьшают.

Затем переключатель SA1

переводят в положение «110», в соответствующий бокс вставляют разряженный мизинчиковый аккумулятор емкостью 850 — 1100 mA/ч и таким же образом производят настройку зарядного тока резистором
R4
, чтобы он находился в пределах 100 – 120 mA.

Таким же образом настраивается второй канал. Теперь снимают питание с зарядного устройства и силовой транзистор VT3

впаивают на место как положено.

Настройка тока разрядки аккумуляторов

Осталось проверить и по необходимости настроить ток разрядки

. Питание на устройство не подается. Переключатель первого канала
SA2
переводится в положение «Разряд», а цепь эмиттера транзистора
VT4
разрывается и в разрыв включается миллиамперметр с пределом измерения не менее 200 mA.

Кнопкой «Пуск» запускается устройство и по миллиамперметру контролируют ток разрядки аккумулятора, который должен быть в пределах 80 — 100 mA. Если разрядный ток выше, то параллельно лампе включают резистор сопротивлением 15 – 47 Ом. Таким же образом настраивается второй канал.

Если возникли вопросы, обязательно посмотрите этот ролик.

Вот и все. Удачи!

Литература:

1. Б. Степанов, «Радио», 2006г, №5, стр. 34, Продлим «жизнь» Ni-Cd аккумуляторов!2. В. Косолапов, «Радио», 1999 г, №2, стр. 36, Простое зарядное устройство.

3. А. С. Партин и Л. Партина, «Радиомир», 2007, №11, стр. 13, Автоматическая «разряжалка».

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Питание >Зарядные устройства >

Зарядное устройство для четырех Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов размера АА и ААА.

Автор: Павлов Александр Опубликовано 18.08.2010

2010

Все началось с того, что потребовались аккумуляторы для фотоаппарата в количестве четырех штук, а значит нужно и зарядное устройство для их оперативного заряда и поддержания в рабочем состоянии. Было куплено китайское «чудо» за хорошие деньги в солидном магазине, под наименованием: Зарядное устройство Lenmar PRO290. Портативное зарядное устройство. Позволяет заряжать 2 — 4 АА и ААА аккумуляторы. Современный дизайн и маленькие размеры. При зарядке избавляет аккумуляторы от «эффекта памяти». Показывает состояние процесса заряда аккумуляторов при помощи индикатора. Наилучшее решение для зарядки пальчиковых аккумуляторов. Комплектация: PRO290R (4 Ni-Mh аккумулятора AA 2500 мАч)

Описание комплекта вполне устраивало, но нельзя верить обещаниям китайцев. Вскрыл, срисовал схему:

Никаких защит и измерений там нет, тем более, не говоря о схеме избавления от эффекта памяти. Есть обычный таймер на 9 часов и два ключа управления током заряда. Об аккумуляторах в комплекте, отдельная тема, опишу далее. Пережив разочарование, отложил все это в «долгий ящик», на всякий случай, ведь куплено уже и вдруг пригодится куда-нибудь. Покупать еще одно, более дорогое и навороченное не стал, никаких гарантий в том, что получу желаемое. Решено делать собственную конструкцию ЗУ. Порывшись в интернете, ничего не нашел из того, что могло заинтересовать. Встречались схемы, заслуживающие внимания, но как всегда, пусть хоть чего-то, но не доставало. По большому счету, нужно было именно независимое обслуживание аккумуляторов, а не в составе батарей. Свое пришлось делать в другом корпусе, с применением микропроцессора, с контролем всех необходимых параметров при заряде и разряде, отображением результатов на ЖКИ, или передачи в компьютер, с независимым зарядом/разрядом каждого из четырех аккумуляторов. Вопрос корпуса решен просто, купил за 130р. еще одно зарядное устройство, выкинул все внутренности, кроме клемм подключения, заплавил ненужные отверстия, ну и добавил нужные. Получилось достаточно миниатюрно, значит можно брать в дорогу, вопрос подключения к компьютеру, сам собой отпал (но может со временем реализую). Внешний вид, из чего все собиралось:

(тестовый вывод на ЖКИ, питание от программатора) Схема приведена ниже. Алгоритм работы зарядного устройства задуман следующий: При включении питания производится проверка наличия аккумуляторов, подачей тока заряда и измерение напряжения на клеммах, если в пределах от 0,8В до 2.2В то считаем, что аккумулятор есть. Проверяем, было ли аварийное отключение питания, если было, то загружаем из памяти EEPROM сохраненные ранее параметры (в цикле заряда сохраняем все каждые 10 минут). Если отключения не зафиксировано, то начинаем новый цикл, режимы которого выбираются из памяти EEPROM, такой же, который был выбран ранее. Его можно изменить нажатием кнопки, после этого, новые параметры сохраняются в памяти. Выбор одного из 16 записанных режимов, позволяет заряжать и тренировать большой ассортимент существующих аккумуляторов. При желании можно корректировать в EEPROM свои индивидуальные настройки, особых проблем в этом нет. Однократное нажатие кнопки не изменяет режима, но включает цикл разряда аккумуляторов, перед их зарядом. Разряд осуществляется стабильным током 0,36А и подсчитывается время разряда до напряжения на аккумуляторе 1В, таким образом получаем реальную емкость или просто тренируем аккумулятор, для уменьшения «эффекта памяти». Далее включается режим заряда, окончание которого может произойти при достижении заданного напряжения, или при превышении температуры аккумулятора, или по истечении заданного времени заряда. Окончание заряда по изменению напряжения dU пока не реализовано, по причине его сложного определения у старых аккумуляторов и при токе заряда, значительно меньшем 1С. На самом деле, никаких препятствий тут нет, кто сильно захочет, нужно просто изменить программу. По окончании цикла заряда, происходит «капельная подзарядка» аккумуляторов короткими импульсами, длительностью около 10мС с интервалом 120мС, при этом усредненный ток около 30мА. В зарядном устройстве реализован принцип реверсивного заряда, для улучшения зарядных характеристик аккумуляторов, более подробную информацию можно найти в интернете. Соотношение зарядного и разрядного импульсов равно 8%, т.е. 10мС разряд током 0,36А, в общем цикле заряда 120мС, током 0,39А, таким образом, средний ток заряда тоже равен 0,36А. Эти величины токов выбраны из многих факторов: удобство расчетов, универсальность при заряде широкого спектра аккумуляторов, уменьшить нагрев устройства, но и не затягивать процесс заряда, бывает нет возможности ждать 10-14 часов. Испытания на практике показали вполне хорошие результаты, но не сразу. Потребовалась доработка стабилизаторов тока заряда и снижение напряжения питания до 3,2В. Это была плата за миниатюрность. Даже в окончательном варианте, во время заряда, рассеиваемая мощность на стабилизаторах, чуть меньше 3Вт. Это приводит к частичному нагреву платы и повышению температуры внутри корпуса. Поэтому, контроль температуры выполняет функции датчика превышения заданного предела, а не ее точного измерения во всем диапазоне. Сразу могу представить множество советов, использовать готовые термометры, типа DS18B20, но вопрос не в измерении, а в излишках тепла внутри корпуса. Калибровались датчики в реально рабочей области температур, от +35°С до +46°С, выше аккумуляторы не прогревались, даже в такую жаркую погоду этого лета. Температуру менее +30°С тоже принимать во внимание нет смысла. Это пока единственный минус устройства, который меня немного раздражает, но планирую устранить его в будущем. Была мысль вынести датчики на внешнюю поверхность аккумуляторов, но тогда надо изобретать какую-то крышку с проводками, не всегда удобно. Была мысль совместить БП и плату микропроцессора, а контейнер с аккумуляторами отдельно, тоже не идеал, слишком много проводов, да и все придется переделывать. А пока, все это прекрасно работает и выполняет поставленные задачи. Немного об измерении внутреннего сопротивления. Параметр очень интересен и полезен именно для анализа состояния аккумулятора, много схем и методик его определения, но средствами данного зарядного устройства можно определить только его ориентировочное значение. В упрощенном варианте берется два замера напряжения, первый при действующем зарядном токе, а второй в самом конце разрядного импульса тока, разница падения напряжения на аккумуляторе делится на удвоенный ток, т.к. есть два приращения dU при токе заряда и при токе разряда: r=(Uз-Up)/(0.36*2). Результаты замеров внутреннего сопротивления нескольких новых аккумуляторов были в пределах от 0,03 Ом до 0,05 Ом, а проверка старых (эксплуатация более 2-х лет) показала значение сопротивлений от 0,07 Ом до 0,16 Ом. Причем эти показания непрерывно меняются, начиная от своего максимального значения, затем уменьшаются до минимума в конце цикла заряда. Теперь о блоке питания. Планировалось изготовление собственного импульсного блока питания на напряжение 3,3В и ток 2А, но в продаже нашелся подходящий по конструкции, размерам, параметрам и по цене 470р. Совершенно случайно, ну просто от нечего делать, срисовал с него схему и при желании, можно повторить эту конструкцию. Вот так выглядит купленный БП:

Собран он по такой схеме:

Трансформатор разматывать не стал, но его параметры приблизительно такие: Феррит ЕЕ-16 (или ЕЕ-19), с зазором 0,1мм; Первичная обмотка около 95 витков провода ПЭВ-0,2 (индуктивность 1,3мГн); Вторичная обмотка 4 витка двойным проводом ПЭВ-0,51 (или МГТФ-0,2); Все лишние резисторы в цепях регулировки лучше удалить, чтобы ошибочно не переключить на более высокое напряжение. Оптимально питание от 2,8В до 3,3В. При завышенном напряжении, происходит более сильный разогрев стабилизаторов тока заряда, а при заниженном, может не хватить порога открытия полевого транзистора (реальные замеры показали Ugs=1.9B при Is=0.38A). В общем, каждый решает сам, что делать, а что купить. После некоторых усилий по сборке и написанию программы, получилось достаточно универсальное зарядное устройство. Вот так оно выглядит:

В окончательном варианте схема такова:

Состоит из четырех одинаковых узлов управления токами заряда и разряда, со схемой измерения температуры каждого аккумулятора. Управляет всей схемой микропроцессор PIC16F876A. Вывод информации на индикатор от сотового телефона Nokia-3310. Для повышения точности замеров, применен внешний формирователь опорного напряжения +2,5В. Первоначальный вариант имел стабилизаторы тока заряда на биполярных транзисторах KT664A-9, как следствие, необходимо было обеспечить достаточный ток базы, это требовало питать устройство от +4В и завышенный ток от порта микропроцессора. Естественно, разогрев был значительный, особенно с закрытым корпусом, все проблемы тянулись по цепочке. Поэтому, пришлось отказаться от биполярных транзисторов, применить полевые с p-каналом, перевести все на пониженное питание (реально в моей схеме +3,1В). Стабилизаторы тока разряда на полевых транзисторах с n-каналом типа IRLML2502, но можно применить и другие с аналогичными параметрами. Примененное схемное решение обеспечивает устойчивую работу и сохранение стабильности токов, при достаточно широком диапазоне рабочих напряжений, к тому же, это всего лишь зарядное устройство, а не измерительный прибор. Иногда достаточно оценить качество заряжаемых аккумуляторов, что можно от них получить после заряда. Вот небольшой пример. Имеются очень старые аккумуляторы, от разобранной батареи для радиостанции (на фото выше, желтые без обозначений), валялись в хламе где-то с 2001г. а сами они и того старше. Параметры батареи были следующие: напряжение 12В, емкость 600мАч, Ni-Cd. Там их было 10 штук соединенных последовательно. Перед зарядом, измерение остаточного напряжения показало, что их проще выкинуть, на каждом примерно по 0,02: 0,06В. В начале, зарядное устройство их не распознало вообще (что логично до уровня 0,8В), и «капельным зарядом» за 10 минут подняло напряжение выше 0,8В. Потом уже включился реверсивный заряд, длился совсем не долго, напряжение поднялось аж до 1,9В (контроль был отключен, как выяснилось, иногда так бывает полезно), а потом постепенно снизилось до 1,55-1,65В. Аккумуляторы было не жалко, поэтому на них настраивал все токи, напряжения, отлаживал алгоритм заряда. По окончании всех работ, после 4 полных циклов заряда-разряда были получены следующие параметры: закачано при заряде 0,83 А/ч (2,3часа*0,36А), максимальное напряжение при этом было 1,49В, измеренная емкость в цикле разряда 0,43-0,45 А/ч, внутреннее сопротивление 0,12 Ом. Что можно считать вполне сносными показателями для аккумуляторов на выброс, восстановились до 70% своей емкости. Если еще учесть, что разряд происходил завышенным для них током в 0,5С, то эти показатели очень радуют. Теперь «старички» работают в беспроводной мышке, хватает на несколько дней активного использования. А вот китайские Lenmar-2500мАч вообще разочаровали. Вместо обещанных 2,5 А/ч, еле дотягивают до 1,4 А/ч, причем разрядный ток для них в 0,36А (менее 0,2С), можно считать нормой. Все это после четырех полных циклов работы в фотоаппарате, а заряде в купленном в комплекте зарядном устройстве. В конце каждого цикла заряда аккумуляторы были достаточно горячими. Все это о той информации, которую можно получить в процессе работы. Как видим, для анализа особой точности тут не требуется. Далее о конструкции. Светодиоды зеленые, чтобы не «били по глазам» яркость подбирается резисторами. Непрерывное свечение обозначает, что идет заряд аккумуляторов, одновременно символ каждого элемента показывает этот процесс. Мигающий светодиод означает, что аккумулятор заряжен, и символ элемента полностью темный, при этом продолжается процесс «капельной подзарядки». В верхней строке можно видеть, сколько прошло времени от момента начала цикла работы с данными аккумуляторами, но особой ценности это время не представляет, так, для общего представления. Далее, каждые 4 секунды идет смена информации об аккумуляторах и отображается символьное обозначение параметра за вертикальной чертой: Q=…А/ч — емкость, измеренная при разряде Е=…А/ч — емкость, принятая при заряде R=….Ом — внутреннее сопротивление аккумулятора t=:°C — температура аккумулятора Вот примеры вывода:

Непрерывно выводится на индикатор номер аккумулятора. Если он установлен, то его символ с индикацией заряд/разряд/окончен и текущее напряжение. Если в зарядном устройстве менее 4 аккумуляторов, или имеется плохой контакт, то в свободной позиции под соответствующим номером выводится надпись «OFF». В нижней строке краткое напоминание о режиме работы зарядного устройства, в частности: аккумуляторы 2,5А/ч (ограничение времени заряда 8ч 20мин) отсутствие контроля по напряжению (мах 2,5В) максимальная температура окончания заряда 45°C. Режим работы и параметры меняются единственной кнопкой. При нажатии обнуляем все переменные, т.е. начинаем новый цикл работы, на ЖКИ видим установленные ограничения: емкость батареи (для расчета времени заряда), максимальное напряжение, максимально допустимую температуру. Всего можно выбрать один, из 16 заранее записанных режимов в памяти EEPROM. Этот набор можно корректировать под собственные нужды и имеющиеся аккумуляторы. При программировании, достаточно внести соответствующие изменения в таблицу EEPROM. Структура записи следующая: в 00 ячейке емкость аккумулятора (вернее время его заряда в десятках минут) в 01 ячейке максимально допустимая температура в 02 ячейке максимальное напряжение заряженного аккумулятора в 03 ячейке 00 (пока зарезервировано) далее в той же последовательности для второго режима: в 04 ячейке емкость аккумулятора в 05 ячейке максимально допустимая температура в 06 ячейке максимальное напряжение заряженного аккумулятора в 07 ячейке 00 Так заполнена вся таблица для шестнадцати режимов, т.е. 16 раз по 4 ячейки, всего 64 байта. Все числа в шестнадцатеричном формате, означают следующее: Температура в градусах, т.е 45°C =.45 = 0x2D это и есть число соответствующее температуре. Максимальное напряжение записывается из расчета, что 1,45В = .145 = 0x91 Емкость аккумулятора в 1А/ч = .20 =0x14 (т.е. для гарантированного заряда (1/0,36)*120%=3,3часа ). Это определяет, что аккумулятор может заряжаться максимально возможное время 20*10=200 минут или 3ч.20м. и если за это время, заряд не будет отключен по превышению напряжения, или температуры, то он прекратится по заданному времени. По умолчанию записаны следующие параметры режимов для аккумуляторов: восемь из них это 700мА/ч, 1А/ч, 1,3А/ч, 1,5А/ч, 1,8А/ч, 2А/ч, 2,5А/ч, 2,7А/ч с ограничением температуры в 43°C и максимальным напряжением окончания заряда 1,45В. другие восемь те же самые, но без контроля максимального напряжения и предельной температурой 45°C. В будущем, планирую исключить режимы, не используемые вообще (ну нету, например, таких аккумуляторов), но расширить те, которые используются часто. Это можно сделать легко, изменив данные в EEPROM. Содержимое ячеек, начиная с адреса 0х40 и далее, трогать не следует. Там записываются текущие сохраняемые параметры. Обращаю внимание!

Устройство не должно применяться для заряда обычных батареек размеров АА или ААА. Если включен режим заряда без контроля максимального напряжения, или оно установлено более 1,5В, то устройство попытается зарядить такие батареи, со всеми негативными последствиями этого процесса. Теперь немного о внутренностях зарядного устройства. Приводить свой вариант печатной платы нет смысла, ввиду необходимости доработки (на каждом канале удалить КТ664 и на его место установить IRF7306 в паре с КТ3107 или BC856, немного подкорректировать печатные проводники). Для общего представления, платы имеют такой вид:

Светодиоды пока не распаяны. На внешней стороне корпуса только разъем питания и кнопка выбора режимов. Перед окончательной сборкой, не мешает проверить исправность всей платы и подобрать некоторые элементы, если потребуется. В моем варианте все заработало сразу и без настройки. Для запуска тестовой программы, удерживать кнопку нажатой и подать питание. Далее, кнопкой можно будет переключать три режима работы: 1 Включен заряд (проверка и настройка тока заряда на 0,39А) 2 Включен разряд (проверка и настройка тока разряда на 0,36А) 3 Измерение температуры (калибровка датчиков и подстройка температурного диапазона) В третьем тестовом режиме на ЖКИ выводится измеренная температура с каждого датчика, при значительном разбросе подобрать резисторы в цепи соответствующего диода. Подстройка диапазона осуществляется подбором R11 C14 (см. схему). Были попытки моделировать схему в Протеусе, все работало до определенного этапа, пока в программе не появилась задача фильтрации замеров АЦП, простейшим методом накопления и усреднения значений. Сразу же возникли проблемы, все периоды циклов, а так же обновление ЖКИ, жутко растягивались, терялась привязка к реальному времени. В процессе отладки на живом микропроцессоре никаких подобных «тормозов» нет, а показания замеров очень стабильны. Поэтому, там все проверялось на уровне отдельных узлов, выкладывать которые нет смысла. Существующее зарядное устройство проверено и уже работает, но разработка программы пока окончательно не завершена. Даже за время написания этого текста, возникли несколько новых идей по улучшению работы и добавлению новых функций. При желании программисты смогут сами реализовать любой алгоритм работы, тут только основной принцип, как управлять независимым зарядом четырех аккумуляторов. Знатоков прошу не судить строго, я электронщик, а не программист. Прошу прощения, если все описано сумбурно, торопился побыстрее закончить к началу конкурса. Будут вопросы, постараюсь ответить.

Файлы:

Прошивка МК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

Делаем самодельное зарядное устройство для пальчиковых аккумуляторов

Для начала выясним, что такое батарейка. Открываем соответствующую литературу и читаем:

Словарь Ожегова:

• Maлeнькaя aккyмyлятopнaя бaтapeя.

Словарь Ушакова:

• Маленькая электрическая батарея для карманного фонаря.

Словарь Ефремовой:

• Небольшое аккумуляторное устройство для увеличения напряжения или для питания энергией.

Да, полная каша. Особенно умиляет определение госпожи Ефремовой. Помощи от «зубров» великого и могучего мы не дождемся. А все потому, что, с технической точки зрения, понятия «батарейка» не существует.

Этим уменьшительно-ласкательным словом большинство из тех, кто далек от электротехники, обзывают практически все автономные источники тока – от гальванических элементов до аккумуляторов и батарей, собранных из них. С одним условием, что такой источник умещается в карман.

Автомобильную АКБ, к примеру, никто не назовет батарейкой. Это – Аккумулятор с большой буквы!

Более продвинутые пользователи словом «батарейка» обзывают только гальванические элементы и батареи, собранные из них, но аккумуляторы и аккумуляторные батареи не трогают.

Так как же называются все эти устройства на самом деле? Вопрос решается просто. Достаточно понять два определения:

1. Гальванический элемент – единичное устройство, генерирующее электрическую энергию посредством внутренних необратимых химических процессов.
2. Аккумулятор – единичное устройство, способное накапливать электрическую энергию за счет внутренних химических изменений и впоследствии ее отдавать посредством обратных химических процессов.

Иными словами, нечто одноразовое (поработало и выбросил) – это гальванический элемент. То, что можно многократно заряжать, – аккумулятор. Если элементы соединяют между собой по той или иной схеме, то такая конструкция называется батареей. Для гальванических элементов – батареей гальванических элементов. Для аккумуляторов – батареей аккумуляторов или аккумуляторной батареей.

Таким образом, на самом верхнем фото на первой и второй позиции слева направо стоят батареи гальванических элементов. Первая собрана из 6 элементов, вторая (ее нередко называют плоской) — из трех.

На третьей позиции изображен никель-кадмиевый аккумулятор, на четвертой и пятой – гальванические элементы, на последней – аккумуляторная батарея из двух никель-металлогидридных аккумуляторов.

Но мы со спокойной совестью называем все это «батарейками», а потом обижаемся, когда нас не могут понять! А что касается автомобильного аккумулятора, который, как ни странно, не обзывают «батарейкой», то это как раз батарея, состоящая из шести аккумуляторов (в народе их называют «банки»).

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Интересно. Очень многие считают, что в мобильных устройствах устанавливаются батареи (заметьте, не какие-то там «батарейки»). На самом деле во всех смартфонах, телефонах и прочей подобной технике стоят единичные аккумуляторы, а не батареи. Исключение может составлять батарея для ноутбука, состоящая из набора единичных аккумуляторов.

Слева – аккумулятор для телефона, справа – аккумуляторная батарея для ноутбука, состоящая из шести аккумуляторов

Основные характеристики батареек

С терминологией разобрались, теперь посмотрим, какими бывают батарейки и чем они отличаются друг от друга.

Форм-фактор

Современные батарейки – и гальванические элементы, и батареи на их основе – выпускаются в различных форм-факторах. Наиболее распространенные – цилиндрические и дисковые. Некоторые батареи могут иметь прямоугольную форму.

Наиболее популярные типоразмеры гальванических элементов и батарей

Зарядка гальванических элементов не только бесполезна, но и опасна.

Если заставить батарейку делать то, для чего она не предназначена, например, насильно «заливать» в нее напряжение, то элемент может потерять герметичность и «потечь», залив все электролитом. Но и это меньшее зло.

Гораздо хуже, когда при попытке зарядить батарейка перегревается и взрывается. Тут и до травмы недалеко, и до пожара рукой подать. Таким образом, заряжать полностью разряженный гальванический элемент ни в коем случае нельзя.

Но не все так плохо. Да, одноразовую батарейку нельзя восстановить, но ее можно подзарядить, не дожидаясь полной разрядки. Делая подзарядку периодически, вполне реально продлить срок жизни гальванического элемента вдвое и даже втрое.

Откуда берется дополнительная энергия в батарейке, химические реакции в которой необратимы? Дело в том, что во время работы гальванического элемента исходные материалы используются не до конца.

Даже в полностью разряженной батарейке остается немалый неиспользованный потенциал. Если батарейка села совсем, то оживить ее не удастся.

Но если элемент периодически «встряхивать» небольшими зарядными токами, то он будет более полно расходовать компоненты и сможет прослужить дольше.

Важно! Даже подзарядка гальванического элемента может нести в себе определенную опасность того же взрыва или возгорания. Поэтому если мы все же решили этим заняться, то должны четко представлять, что делаем это на свой страх и риск.

Как отличить одноразовую батарейку от аккумулятора

Как называются батарейки, которые можно перезаряжать, мы выяснили. Имя им – аккумуляторы. Но как отличить гальванический элемент от аккумулятора, особенно если и тот и другой выполнены в одном форм-факторе? Сделать это несложно.

По напряжению

Ни один аккумулятор не выдает ровно 1.5 В. Может быть 1.2, 1.6, 3.2, 3.7 В, но никогда не 1.5 (см. раздел «Выходное напряжение»). Если на корпусе элемента указано напряжение 1.5 В, то это явно не аккумулятор. Но это правило не работает для батарей. Если батарея состоит из нескольких элементов, то ее выходное напряжение может принимать различные значения.

Таким образом, однозначно отличить аккумуляторную батарею от батареи гальванических элементов по напряжению довольно сложно.

По сопроводительным надписям

Практически всегда производитель проставляет на корпусе аккумулятора его электрическую емкость. На одноразовых батарейках таких надписей нет.

Кроме того, на аккумуляторах всегда указывается его тип – состав электролита и материал электродов. На фото ниже слева мы видим никель-металлогидридный аккумулятор, справа – литий-ионный.

Oпубликовано множество схем устройств для зарядки никель-кадмиевых пальчиковых (Ni-Cd) аккумуляторов. Но когда возникла необходимость собрать зарядку для себя, ничего на свой вкус не нашел.

Можно конечно купить готовое, но это не для радиолюбителя. Пришлось разработать свое. Предлагаемое устройство предназначено для заряда пальчиковых аккумуляторов всех типов, работает в автоматическом режиме, простое в повторении, имеет малые размеры и не содержит дефицитных деталей. Внешний вид конструкции показан на Рис.1.

Устройство доступно для повторения начинающими радиолюбителями.

Рис. 1.

Устройство содержит два идентичных канала заряда аккумуляторов, поскольку проектировалось конкретно под своми нужды. Один расчитан на заряд двух аккумуляторов типа “АА” емкостью до 2600 ма/ч, другой трех типа “ААА” емкостью до 900 ма/ч. Принципиальная схема представлена на Рис.2.

Питание устройства осущесвляется от сети 220в через малогабаритный трансформатор Т1 и выпрямитель VD1, напряжение на выходе которого при полной нагрузке составляет около 9 вольт.

Индикация работы осуществляется двумя двухцветными светодиодами, красное свечение которых сигнализирует о процессе заряда, зеленое – о его окончании.

Рис. 2. Принципиальная схема

На микросхеме DA4 TL431 (аналог LM431) собран прецизионный источник опорного напряжения, на микросхемах DA1 и DA2 LM317T стабилизатор зарядного тока, величина которого определяется емкостью аккумулятора и составляет от нее десятую часть.

Схема управления и индикации собрана на DA3 LM393, состоящей из двух компараторов с открытым коллектором, ключей для управления стабилизаторами зарядного тока на транзисторах VT1, VT2, индикатором работы на транзисторах VT3, VT4 и двухцветных светодиодах VD6, VD7.

Описание работы.

При подключении разряженных аккумуляторов напряжение на прямых входах компараторов ниже, чем опорное на инверстных. На выходах компараторов соответственно присутствует нулевой потенциал, что приводит к открытию транзисторов VT1 и VT2.

Включаются стабилизаторы тока, величина которого определяется резисторами R29-R32. Величина сопротивления резистора в омах, согласно спецификации производителя, расчитывается по формуле 1.25v/Ia. На плате предусмотрено место под два резистора для удобства подбора. R32 у меня отсутствует, не пригодился.

Транзисторы VT3 и VT4 закрыты, светодиоды VD6, VD7 светятся красным цветом.

По окончании заряда транзисторы VT1 и VT2 закрываютя, заряд аккумуляторов прекращается. Транзисторы VT3 и VT4 открываются, светодиоды светятся зеленым цветом. Далее аккумуляторы находятся под небольшим током порядка 1 ма, который практически совершенно безопасен для них но необходим для устойчивой работы компараторов, и в таком состоянии могут оставаться длительное время.

Компараторы имеют небольшой гистерезис порядка 10 мв, определяемый резисторами R16, R17, R19 и R20. По два резистора заложено для удобства подбора и резервирования иместа на плате при ее разводке. Практически хватило по одному на компаратор. При проектировании использовалась программа PCAD 4.5.