Зарядно-восстановительное устройство для NiCd аккумуляторов
В. Коновалов,
г. Иркутск
Предлагаемое устройство, по мнению автора, может не только заряжать, но и восстанавливать никель-кадмиевые аккумуляторы, емкость которых по тем или иным причинам уменьшилась. Прибор разработан в лаборатории "Автоматики и телемеханики" Иркутского областного центра технического творчества учащихся при финансовой поддержке Иркутского парапланерного клуба в 2004 г.
Технология восстановления никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов требует их предварительной разрядки для снятия "эффекта памяти", когда неправильная эксплуатация приводит к образованию на электродах кристаллов-дендритов, ухудшающих работоспособность аккумуляторов (повышается их внутреннее сопротивление, увеличивается саморазрядка).
Эффективность работы таких батарей с каждой последующей зарядкой уменьшается до полного преждевременного выхода из строя. Частичная выбраковка аккумуляторов и замена их новыми положительного результата не даст, необходим комплексный подход к решению проблемы сохранения работоспособности всей батареи.
Восстановить батарею аккумуляторов можно, если провести несколько циклов зарядки-разрядки и заряжать ее импульсным током. Восстановление и зарядка батареи аккумуляторов необходимы для приведения ее в рабочее состояние после длительного хранения или неправильной эксплуатации.
Чтобы восстановить батарею NiCd аккумуляторов, необходимо предварительно разрядить ее током, численно равным 0,1C (С — емкость аккумулятора), до напряжения 0,9...1 В на аккумулятор, а затем зарядить в течение 6...10 ч до напряжения 1,5...1,55 V.
Описываемое зарядно-восстановительное устройство (см. схему) позволяет проводить подобные циклы зарядки-разрядки.
| Основные технические характеристики |
| Напряжение сети, В | 200...250 |
| Максимальный ток зарядки, mA | 500 |
| Ток дозарядки, mA, не более | 80 |
| Ток буферного режима, mA, не более | 20 |
| Число аккумуляторов в батарее | 4...15 |
| Напряжение батареи аккумуляторов, В | 4,8...18 |
| Время восстановления, ч | 5...7 |
| Время дозарядки, ч | 3...5 |
| Время нахождения батареи в буферном режиме | не ограничено |
| Емкость аккумуляторов, мА/ч, не более | 3000 |
| Число аккумуляторов | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 |
| Напряжение на выходе микросхемы DA1, В | 6 | 9 | 12 | 15 | 20 | 24 |
| Сопротивление резистора R3, Ом | 30 | 45 | 60 | 75 | 90 | 100 |
| Микросхема DA1 | КР142ЕН5Б | КР142ЕН8А | КР142ЕН8Б | КР142ЕН8В | КР142ЕН9А | КР142ЕН9Б |
| Последовательное соединение вторичных обмоток |
11-12,
13-14,
19-20,
21-22 |
15-16 |
13-14,
15-16 |
11-12,
13-14,
15-16,
21-22 |
15-16,
17-18 |
11-12,
15-16,
17-18,
19-20 |
В устройстве реализована зарядка при стабильном напряжении. Эту функцию выполняет источник питания, состоящий из сетевого трансформатора Т1, выпрямителя VD1 со сглаживающим конденсатором С2 и стабилизатора DA1. Резистор R5 ограничивает ток зарядки и тем самым защищает микросхему и аккумуляторы в начальный момент, когда напряжение батареи GB1 намного ниже выходного напряжения стабилизатора. Уменьшение тока в конце зарядки вызвано тем, что напряжение на батарее к этому моменту повышается и достигает максимального значения.
Дозарядка небольшим током в конце зарядно-восстановительного цикла снижает температуру аккумуляторов, удаляет остатки кристаллизации электродов. Буферный режим поддерживает батарею в рабочем состоянии, компенсируя ток саморазрядки. Для достижения положительного эффекта импульсный ток наложен на постоянный ток зарядки на протяжении всего зарядно-восстановительного процесса.
Падение напряжения на резисторе R5 используется для индикации рабочего состояния устройства. Свечение красного светодиода (HL2) указывает на зарядку, зеленого (HL3) – на разрядку. Резистор R6 ограничивает ток через светодиоды HL2 и HL3 при замыкании в цепях зарядки и разрядки.
В случае отсутствия батареи аккумуляторов или плохого контакта в ней при нажатии на кнопку SB1 индикаторы светится не будут, а реле К1 перейдет в режим зуммера.
Резистор R4 в цепи питания реле уменьшает ток его удержания, что облегчает автоматическое переключение из режима разрядки в режим зарядки. Резистор R1 и светодиод HL1 образуют указатель включения и замыкания в выходной цепи. В случае замыкания светодиод светит с повышенной яркостью. Диод VD2 защищает светодиод HL1 от напряжения обратной полярности.
Рекристаллизация электродов в аккумуляторе происходит при подаче в батарею импульсов тока со вторичной обмотки трансформатора через конденсатор C1.
Для нормальной работы стабилизатора DA1 установлены конденсаторы фильтра С2, С3, нагрузочный резистор R2 и диод защиты VD3.
После подключения батареи к зарядно-восстановительному устройству проводят ее предварительную разрядку, для чего нажимают на кнопку SB1. В результате напряжение поступает на обмотку реле К1. Оно срабатывает и, переключая контакты К1.1, самоблокируется и подключает разрядную нагрузку R3.
Когда напряжение батареи достигнет 0,9...1 В на аккумулятор, ток удержания окажется недостаточен, реле выключится и переключит контакты К1.1 в положение, показанное на схеме. Батарея начнет заряжаться.
Следует добавить, что часто проводить разрядку никель-кадмиевых аккумуляторов фирмы-изготовители не рекомендуют: примерно один раз на десять зарядок.
В устройстве применен сетевой трансформатор ТПП243-127/220-50. Диодный мост КЦ405А допустимо заменить любым с максимальным током около 1 А. Микросхему стабилизатора устанавливают на теплоотводящую пластину размерами 50×10 мм толщиной 3...4 мм. Реле — РЭС47 исполнения РФ4.500.407-00 или РФ4.500.407-08 (паспорт РФ4.500.408 или РФ4.500.400), возможно использование и других на рабочее напряжение 12...24 В. Кнопка – любая.
Резисторы R3, R5 — С5-37В, остальные – любые малогабаритные. Светодиоды – серий АЛ307 или КИПД41 красного и зеленого цветов свечения. Конденсаторы – К50-16, К50-35 и импортные.
В авторском варианте устройство собрано навесным монтажом в корпусе БП-1 размерами 155×80×75 мм.
Налаживание зарядно-восстановительного устройства сводится к подбору резистора R4. Этот резистор временно заменяют переменным. К выходу устройства вместо батареи аккумуляторов подключают внешний регулируемый блок питания и подают на конденсатор С4 напряжение 0,9n, где n – число аккумуляторов. Перемещая движок переменного резистора, добиваются четкого отключения реле. Затем отключают внешний блок питания, измеряют сопротивление переменного резистора и на его место устанавливают постоянный ближайшего сопротивления.
Сопротивление резистора R3, тип микросхемы DA1 и включение вторичных обмоток сетевого трансформатора ТПП243-127/220-50, в зависимости от числа аккумуляторов батареи GB1, указано в таблице. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть приблизительно равно 1,55n, где n – число аккумуляторов. На схеме показан вариант зарядно-восстановительного устройства для батареи из 15 NiCd аккумуляторов. Такую батарею используют для запуска двигателей мотопара- и мотодельтапланов. Если устройство предполагается применять для зарядки и восстановления батареи, состоящей из меньшего числа аккумуляторов (соответственно изменив сопротивление резистора R3, подключив необходимые вторичные обмотки трансформатора и выбрав стабилизатор), то можно использовать конденсаторы на меньшее номинальное напряжение. Оно должно быть не меньше UвыхDA1 + 1,41UII. Для конденсаторов С1 и С3; для С2 – 1,41UII; для С4 – 2UвыхDA1, где UвыхDA1 – напряжение на выходе стабилизатора; UII – напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае, возможно, придется подобрать реле на меньшее рабочее напряжение.
ист-к: Радио, 2006-3, стр. 53-54