镍镉电池自动充电器。方案、说明

镍镉电池自动充电器。无线电电子电气工程百科全书

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引起读者注意的文章描述了一种自动充电器，据作者称，该充电器几乎可以完美地为镍镉电池充电。此外，它还可以为镍氢电池充电。在笔者的版本中，该设备设计用于为摩托罗拉 GP7,5 无线电台标称电压为 1300 V、容量为 1200 mAh 的电池充电。对于每个想要重复使用此设备为其他电池充电的人，给出了主要元素的计算公式。

据了解[1]，当连接充电器（充电器）时，Ni-Cd电池上的电压为1,5V，则视为已充电。关闭充电器后，电压迅速降至1,45左右。因为这会缩短电池寿命。

如果放电至 1 ... 1,1 V 范围内的电压，则可以对电池进行正常充电。当放电至低于指定水平的电压时，电池寿命会缩短，而在较高值时，会产生记忆效应出现。因此，充电前，请确保电池放电至上述电压。

大致充电时间由公式t=1,4C/I10计算，其中t为充电时间，h； C——电池容量，mAh； I10——额定充电电流：110=C/10，mA； 1,4 是考虑损耗的修正系数，因为在充电过程中，部分能量不可逆地转化为热量。应该记住，几乎所有现代镍镉电池都是使用更先进的技术制造的，因此它们的校正系数在大约 1,1 到 1,2 的范围内。

那么，如何确保电池在充电周期结束后不会再次充电并自动断开与充电器的连接，例如可以计算电池充电所需的时间、设置充电电流并连接时间继电器。然而，这个决定也有其缺点。如上所述，特定电池的校正系数可能略有不同，这将导致计时不正确，从而导致充电不足或过度充电。如果电池还没有完全放电，实现这种方法的充电器很有可能对其进行充电。如果在充电过程中，电源电压消失，然后又出现，时间继电器将重置其读数并重新开始循环，这将再次保证充电。最终，电池寿命将明显缩短。

让我们考虑另一种选择。如果您关注电池的最终电压值为 1,5 V，那么您可以控制的不是时间，而是其电压，并据此将其与充电器断开。然而，通常情况下，不存在完全相同的电池，当电池充电时，其中的某些电池会充电不足。

如果去掉电池的充电特性，你会发现一个有趣的特征：再充电时，电池端子上的电压会降低。剩下的只是检查电压降低的事实并发出关闭存储器的命令。

让我们更详细地讨论这一点。让我们将充电过程分为三个阶段。第一阶段 - 电池 (AB) 上的电压上升至每节电池 1,5 V 的水平。此阶段的持续时间约为总时间的 80...90%。

第二阶段 - 每个电池的电池电压超过 1,5 V。在这个阶段，最神秘的过程发生了——一些电池被充电，一些电池经历了轻微的过度充电。几乎不可能预测此时电池的电压是多少。这一切都取决于电池参数的特性。值得注意的是，参数差异越大，电压升高越高。在此过程结束时，电池中的电池将几乎均等充电。此阶段的持续时间约为总时间的 10...20%。

第三阶段 - 电池电压下降并变得低于每个电池 1,5 V。充电完成。

但是，如果第三阶段的电压不低于每个电池 1,5 V，该怎么办？这种情况在镍镉电池充电时很少发生，但对于镍氢电池来说很常见。有一个非常简单的出路。通常，所有现代电池的第二阶段持续时间不超过两个小时（更准确地说，1 ... 2 小时）。因此，使用在第二阶段开始两小时后关闭存储器的定时器就足够了。

考虑从摩托罗拉 GP1200 无线电台的电池充电，该无线电台由六块电池组成，容量为 1300 mAh。与该公司的大多数无线电台电池一样，其标称电压为 7,5 V。还应考虑充电电路中电池内置的保护二极管的存在。通常，该二极管两端的压降约为 0,28 V。让我们计算一下为该电池充电的充电器的参数。

额定充电电流I10=0/10=130mA。比较器响应电压为 6-1,5 = 9 V。我们将保护二极管两端的压降添加到该值：9 + 0,28 = 9,28 V。

摩托罗拉电池的校正系数约为 1,2。电池最大充电时间为t=1,20/I10=1,2-1300/130=12h。

存储电路如图所示。一。

（点击放大）

该装置由sin主要节点组成：A1——倍压整流器和充电稳流器； A2——比较器，控制电流设置触发器和充电定时器； A3是决定电池充电电流的触发器。

建议的自动记忆的主要优点：

易于重复；
由经济实惠且廉价的元件组装而成（TL082芯片的成本为12卢布）；
提供近乎完美的充电，保证超长续航；
具有自放电补偿模式AB；
配备全面保护，无法为已充满电的电池充电；
经过多次充电循环后，电池组内各电池的参数变得接近；
如果安装未完全放电的电池进行充电，充电器会自动确定电池需要充电多少（我不经常建议使用此选项，因为“记忆效应”开始出现，从而导致电池容量将减少）；
操作方便，只需打开充电器，有时更换充电电池即可。

如果电池（GB1）连接到充电器，DA1稳压器的输出端会出现5V的稳定电压，此时HL3 LED点亮，表明电池已连接到设备。装配在晶体管VT2-VT4上的电流设置触发器被馈以相同的电压。由于电容器C6的存在，晶体管VT3基极的电压比晶体管VT4基极的电压上升得慢。晶体管VT4开启，电阻R14连接至稳流器DA1，决定第一级的充电电流。因此，HL2 LED 亮起，表示充电开始。

当电池电压达到9,28V时，比较器DA2.1工作，导致晶体管VT2开通。结果，晶体管VT4基极电压急剧下降，触发器切换到另一个稳定状态：晶体管VT4截止，晶体管VT2和VT3打开。这导致充电电流现在由并联连接的电阻器 R10 和 R11 的电阻决定。很容易计算出电流保持不变。当然，HL2 LED 会熄灭，HL1 会亮起，指示第二阶段。第二阶段结束时电池电压下降，DA2.1 比较器再次切换，HL1 LED 熄灭，VT2 晶体管关闭。此时充电电流仅由电阻R11的阻值决定。充电完成。

实践表明，经过多次且近乎理想的充电循环，电池组内各电池参数均等化，第二阶段结束时的电压趋于每节1,5V，有时不会超过该值。在这种情况下，比较器很可能不起作用。这就是组装在运算放大器 DA2.2 上的充电定时器发挥作用的地方。电容器 C5 设置时间（大约两小时），之后定时器将进行切换。此后，晶体管VT2将闭合，并且如上所述，充电电流在数值上大约等于AB容量的1/30，将由电阻器R11的电阻决定。这么小的电流只能补偿电池的自放电。理论上，AB 可以无限期地保持在该模式。

微调电阻R3设置比较器DA2.1的阈值。事实上，比较器由不对称双极电压供电，其操作阈值是反相输入处的电压转变到零。比较器的设计使得下响应阈值比上响应阈值大约小 60 mV [2]。这样做是为了消除开关晶体管VT2时的“弹跳”。

充电器由变压器供电，其次级绕组上的交流电压为12V。二极管VD1、VD2和电容器C1、C2组成倍压整流器，其输出电压约为30V，相当大。足够给十块电池充电。

如果需要对不同容量和（或）不同电压的电池进行充电，可以轻松地重新计算充电器参数。这需要三个参数：容量、电池中的电池数量以及保护二极管的存在（或不存在）。

知道电容后，计算出额定充电电流。根据电池的数量和保护二极管的存在（或不存在），计算比较器开关电压。可能需要选择电阻器R2，以便微调电阻器R3可以调节响应阈值。还需要计算电阻R10、R11、R14的阻值：R14=5/I10； R11=4R14； R10=R11/3。然而，获得的值不太标准，因此存储器中使用了并联的复合电阻：R14-并联的四个电阻R11； R10——三个电阻R11并联。我建议使用复合电阻。否则，如果额定值差异较大，比较器可能不会切换。

该装置组装在三块印刷电路板上（每个节点在一块单独的板上），其图纸如图2所示。 XNUMX.

镍镉电池自动充电器

稳定器 DA1 应放置在面积至少为 20 cm2 的肋状或针状散热器上。在装置中，必须仅使用图中所示容量的电容器。电容器C5的漏电阻至少为2MΩ。

调整前，必须拆下跳线S1。然后电压从电源变压器提供给连接器 X1。代替AB，它的等价物是连接的。电池等效电阻的计算公式为Req=Ucp/I10，其中Ucp是比较器开关电压（9,28V）。在我们的例子中，摩托罗拉 GP1200 无线电台的电池等效物是一个电阻约为 75 欧姆且功率至少为 2 瓦的电阻器。设置等效值后，HL3 LED 应亮起。进一步地，比较器开关电压（3V）由外部稳压电源按照极性提供给电容C9,28：按照方案负极接电容C3的左端，正极接电容C3的正极。连接到正确的端子。微调电阻 R1 设置开启 LED HL9,28 的阈值。然后，您应该检查外部稳压电源的电压从 9,2 V 平稳下降到 1 V 时，HLXNUMX LED 是否保证熄灭。

接下来检查整个内存的性能。为此，您需要将外部电源的电压稍微降低至少 1 V。因此，如果 HL1 LED 点亮，那么它当然会熄灭。然后相当于关闭AB。 LED HL3 应熄灭。我们再次连接等效项。 LED HL2 和 HL3 亮起。 HL3 LED 指示设备中是否存在电池，HL2 LED 指示充电开始。然后逐渐提高外部电源的电压。当电压为 9,28 V 时，HL2 LED 应关闭，HL1 LED 应打开，表示第二阶段开始。

最后，还需要检查充电计时器。为此，在晶体管 VT2 的基极和发射极之间连接一个电压表。它应该显示大约 0,7 V 的电压。此时 HL1 LED 亮起。 2 小时±20 分钟后，电压表读数应减小。 HL1 LED 将继续亮起。但在给电池充电时，一旦晶体管VT2的基极-发射极电压下降，HL1 LED就会熄灭。调整完成。断开外部稳压电源，相当于AB并恢复跳线S1。设备已准备好工作。

文学

密封电流源手册。 - S.-Pb.: Himizdat, 2000。
Horowitz P., Hill W. 电路的艺术。 - M.：和平号，1983 年。

作者：Yu.Osipenko，乌法

查看其他文章 部分充电器、电池、原电池.

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