Автоматическое зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов. Зарядка для никель кадмиевых аккумуляторов. Схема и описание Зарядное устройство никель кадмиевых аккумуляторов

С. Рычихин

Предлагаю вариант несложного зарядного устройства. Для его сборки можно использовать детали из отслужившей свой век отечественной аппаратуры.

Прибор представляет собой регулируемый стабилизированный источник тока, позволяющий поддерживать заданное значение зарядного тока в течение всего процесса зарядки аккумуляторов. Схема устройства приведена на рис. 1.

Сетевое напряжение понижает трансформатор Т1, выпрямляет диодный мост VD1 и сглаживает конденсатор С1. Выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на стабилизатор тока, собранный на транзисторах VT1, VT2, стабилитроне VD2 и резисторах R2-R6.

Принцип действия стабилизатора тока весьма прост: на транзисторе VT1 собран обычный стабилизатор напряжения, на базу которого подано образцовое напряжение со стабилитрона VD2, а в цепь эмиттера включены резисторы R4-R6, которые задают ток зарядки аккумуляторов. Поскольку напряжение на базе транзистора VT1, а значит, и на этих резисторах стабилизировано, то и ток, протекающий через них и участок эмиттер-коллектор транзистора VT1, стабилен. Следовательно, стабилен и ток базы транзистора VT2, который регулирует зарядный ток аккумуляторов. Резисторами R5 и R6 осуществляют соответственно грубую и точную регулировки тока зарядки. Зарядный ток контролируют по показаниям миллиамперметра РА1. Диод VD3 предотвращает разрядку подключенных аккумуляторов при выключении устройства. Светодиод HL1 индицирует подключение зарядного устройства к сети.

В устройстве вместо указанных на схеме можно использовать любые транзисторы серий КТ315 (VT1), КТ814, КТ816 (VT2). Транзистор VT2 желательно установить на небольшой теплоотвод площадью 8... 10 см2. Допустимый прямой ток диодов VD1 и VD3 должен быть не менее максимального тока зарядки аккумуляторов. Стабилитрон VD2 - любой на напряжение 10...12 В. Постоянные резисторы - МЛТ-0,5, переменные - любые. Конденсатор С1 - любой оксидный, емкостью не менее указанной на схеме и номинальным напряжением не менее амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1.

Трансформатор - выходной трансформатор кадровой развертки лампового телевизора ТВК-70Л2. Его магнитопровод необходимо перебрать встык, удалив бумажную изолирующую прокладку в зазоре между торцами пластин магнитопровода. Первичная обмотка остается, а вторичную необходимо перемотать. Первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм, вторичная (перемотанная) - 330 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,23 мм. Сечение магнитопровода - 18x23 мм. Напряжение на вторичной обмотке доработанного трансформатора должно находиться в пределах 22...25 В. Миллиамперметр постоянного тока - любой с током полного отклонения 50 мА.

Все детали зарядного устройства, за исключением трансформатора Т1, светодиода HL1, переменных резисторов R5 и R6, миллиамперметра РА1 и регулирующего транзистора VT2, собирают на печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 2.

Внешний вид собранного устройства показан на рис. 3.

Алгоритм зарядки весьма прост: разряженные аккумуляторы подключа ют к зарядному устройству и заряжают в течение 16 ч. Зарядный ток выбирают исходя из номинальной емкости аккумулятора. Для этого емкость аккумулятора (в А-ч) умножают на 100 и получают зарядный ток в миллиамперах. Например, для аккумулятора ЦНК-0,45 зарядный ток равен 45 мА, а для батареи 7Д-0,125 - 12,5 мА.

Безошибочно собранное устройство в налаживании не нуждается.
[email protected]

При эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов перед тем как ставить их на зарядку, их надо разрядить до напряжения 0,8 – 1 В на элемент . Сначала пошел простым методом – нагружал лампой накаливания или одноваттным резистором, но были случаи, когда забывал про аккумулятор и он разряжался до нуля.
Было изготовлено простое устройство для разрядки никель-кадмиевых аккумуляторных батарей.

Транзистор VT1 – маломощный, германиевый, стабилитрон VD1 на напряжение стабилизации 2 – 3,3 В, например КС130, КС133, КС433.

Если нужно разряжать один аккумулятор, то диод VD1 следует применить германиевый, например Д9, Д18.
Транзистор VT1 – кремневый, с напряжением насыщения коллектор – эмиттер 0,5 – 0,8 В и с постоянным током коллектора не менее 1 А, например КТ815, КТ817, КТ630, КТ831.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм проницаемостью 1000 – 2000, содержит две обмотки – 30 витков в цепи базы и 50 витков в цепи коллектора, проводом диаметром 0,15 мм. Если при первом включении преобразователь не заработал – необходимо поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Т1.

В Интернете на глаза попалась схема автоматического зарядного устройства Ni-Cd аккумуляторов, разработанная Юрием Башкатовым. Собрал схему на макетной плате - не работает. Смоделировал ее на компьютере с помощью программы Work Bench. В результате получилось то, что изображено на схеме. Работает устройство следующим образом. Транзистор VT1 (p-n-p) открыт, если на его базе наличествует отрицательный потенциал, который может появиться, когда транзистор VT2 (n-p-n) открыт, - это, в свою очередь, происходит, если потенциал на его базе, устанавливаемый с помощью переменного резистора R4, будет на 0,3 - 0,4 В больше этого показателя на его же эмиттере.

Эмиттер транзистора VТ2 соединен с катодом тиристора VS1 и заряжаемым аккумулятором. Как только напряжение на нем достигнет порогового значения, транзистор VТ2 закроется. Вслед за ним закроется и транзистор VT1. Тиристор выключится, заряд прекратится. Этим самым предотвращается перезаряд Ni-Cd аккумулятора.

Резистором R4 устанавливается порог срабатывания автоматического устройства. Для информативности величины напряжения на базе (граничная величина напряжения заряда) можно было бы к базе подключить вольтметр. Однако авторы посчитали, что вольтметр лучше подключить к эмиттеру транзистора VT2. Таким образом, сразу при подключении аккумуляторов видно, какое на них напряжение. При нажатой кнопке, контролируя напряжение по вольтметру, устанавливаем напряжение на эмиттере с помощью резистора R7 После этого, не отпуская кнопки SА1, выставляем порог срабатывания устройства резистором R4, контролируя срабатывание по загоранию балластной лампочки ЕL1. Кнопку отпускаем, лампочка должна гореть, аккумуляторы начали заряжаться Как только напряжение на аккумуляторах достигнет порогового режима, лампочка погаснет, заряд окончится.

Практика заряда Ni-Cd аккумуляторов показала, что конечное напряжение, рекомендуемое в инструкциях, не 1,2 В, и даже не 1,5 В, а 1,7 В, поэтому для двух аккумуляторов я устанавливаю порог срабатывания 3,4 В.

Ni─Cd аккумуляторы получили широкое распространение в различных электронных девайсах и переносном инструменте. Например, это музыкальные плееры, фотоаппараты и так далее. Последние годы практически заменили литий─ионные АКБ. Там, где раньше использовались никель─кадмиевые аккумуляторы (ноутбуки, мобильные гаджеты), теперь работают батареи литиевого типа. Они не смогли заменить их только в устройствах, где требуется высокий разрядный ток (электроинструмент). Кадмиевые батарейки довольно прихотливые в плане обслуживания. Нужно уметь их правильно использовать, заряжать, а также делать периодические циклы заряд-разряд, чтобы устранять «эффект памяти». В этом случае Ni─Cd аккумуляторы прослужат долго. В этом материале речь пойдёт о том, как заряжать никель─кадмиевые АКБ и о зарядных устройствах для них.

Чем заряжать Ni─Cd аккумуляторы?

Для того чтобы заряжать никель─кадмиевые аккумуляторы, требуется специальное зарядное устройство. На рынке имеется огромное разнообразие таких устройств. Среди них стоит выделить 2 основных типа устройств:

• автоматические;
• реверсивные импульсные.

Автоматические ЗУ для никель─кадмиевых батарей представляют собой простые устройства. Стоимость их небольшая, конструкция несложная. Одновременно с их помощью возможно заряжать 2 или 4 батарейки. Для зарядки Ni─Cd аккумулятора, он просто вставляется в ЗУ, выбирается количество элементов и включается в сеть. Многие пользователи портативных плееров и фотоаппаратов знают, как заряжать Ni─Cd аккумуляторы с помощью автоматических сетевых ЗУ.

Реверсивные импульсные зарядки имеют более сложное устройство и стоят дороже автоматических. Некоторые производители таких устройств относят их к профессиональному классу. Такие ЗУ заряжают аккумуляторы циклически с различным временным интервалом. При этом многие из них делают разрядку, балансировку батареек Ni─Cd.

Как заряжать и разряжать Ni─Cd аккумуляторы?

Процесс разрядки

Этот тип аккумуляторов имеет разрядные характеристики, существенно зависящие от параметров батареи, определяющих величину внутреннего сопротивления. Например, это толщина электродов, их структура и т.п. Ниже приведен полный список параметров, влияющих на разрядные характеристики:

• объём электролита;
• толщина и структура сепараторного материала;
• плотность сборки;
• особенности конструкции.

Самая высокая велечина ёмкости Ni-Cd аккумуляторной батареи наблюдается при 20 С. Если температура растёт, то ёмкость не снижается. Значение 20 С лучше всего подходит для зарядки АКБ.

Если температура окружающей среды снижается в отрицательную область, то величина разрядной ёмкости уменьшается пропорционально росту тока разряда. Это происходит из-за того, что при снижение температуры приводит к увеличению внутреннего сопротивления батареи и снижается разрядное напряжение.

Зарядка Ni─Cd аккумуляторов

Важной задачей при заряде Ni─Cd аккумуляторов является исключение перезаряда. Это очень важный момент. Когда вы заряжаете никель─кадмиевый аккумулятор, внутри него растёт давление. В процессе заряда происходит выделение кислорода и снижение коэффициента использования зарядного тока.

Для полного заряда Ni─Cd аккумулятора ему нужно в процессе зарядки передать до 160% номинала ёмкости. Заряжать АКБ разрешается в интервале от 0 до 40 С, а желательно это делать от 10 до 30 С. Если на минусовом электроде падает температура, то уменьшается поглощение кислорода. При этом начинает расти давление. При существенной перезарядке от избытка давления может сработать аварийный клапан. Когда температура растёт, потенциал аккумулятора увеличивается. При этом на плюсовом электроде кислород начинается выделяться очень рано.

Чтобы полноценно использовать мощность Ni─Cd аккумулятора, нужно заряжать его большими зарядными токами. Если требуется сообщить ему максимум ёмкости, то величина зарядного тока должна быть небольшой (0,1*С). Он будет заряжаться в таком режиме примерно 14─16 часов. Используя подачу тока ступенями, вы можете ускорить процесс зарядки Ni─Cd аккумулятора. По такой схеме нужно заряжать силой тока 1*С до 10% ёмкости, затем 1,5*С до 80 процентов. Оставшаяся ёмкость набирается током величиной 0,5*С.

В итоге

Когда будете заряжать Ni─Cd аккумулятор, не допускайте его сильного нагрева и излишнего заряда. Чем большее число параметров контролирует ваше ЗУ с целью отключения заряда, тем лучше. Современные зарядные устройства для никель─кадмиевых аккумуляторов обязательно контролируют несколько параметров, по которым определяется точное время отключения заряда.

На этот раз речь пойдет о конструировании простейшего USB-зарядника для Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторных батарей.

Схема довольно хорошего зарядника проста и может быть реализована с бюджетом всего в 20 рублей. Это уже дешевле, чем любая китайская зарядка. Сердцем нашего зарядного устройства всем хорошо знакомая микросхема линейного стабилизатора LM317.

На вход схемы подается напряжение 5 В от любого USB-порта.

Микросхема стабилизирует напряжение до уровня 1,5 В. Это напряжение полностью заряженного Ni-Mh аккумулятора.

А работает устройство очень просто. Аккумулятор будет заряжаться напряжением 1,5-1,6 Вольт от микросхемы. Резистор R1 в качестве датчика тока одновременно ограничивает ток заряда. Путем его подбора ток можно уменьшить или увеличить.

Когда на выход схемы подключен аккумулятор, на резисторе R1 образуется падение напряжения. Его достаточно для срабатывания транзистора, в коллекторную цепь которого подключен светодиод. Последний загорается и по мере заряда аккумулятора будет потухать до полного отключения. Это произойдет в конце зарядного процесса.

Таким образом, диод горит, когда аккумулятор заряжается, и тухнет, когда последний полностью заряжен. Одновременно по мере заряда аккумулятора будет снижаться сила тока, и в конце ее значение будет равно 0.

Из этого следует, что перезаряд и выход из строя аккумулятора невозможны.

Микросхема LM317 работает в линейном режиме, поэтому небольшой теплоотвод не помешает. Хотя при токе 300 мА нагрев микросхемы в пределах нормы. Светодиод желательно подобрать с минимальным рабочим напряжением. Цвет абсолютно не важен. Вместо BC337 допускается использование любого маломощного транзистора обратной проводимости, хоть на КТ315. Желательная мощность резистора R1 0,5-1 Ватт. Все оставшиеся резисторы – 0,25 и даже 0,125 Ватт. Поскольку диапазон напряжений очень узкий, то даже погрешность резисторов может повлиять на работу схемы. Поэтому резистор R2 настоятельно рекомендуется заменить на многооборотный сопротивлением 100 Ом.

С его помощью можно очень точно отрегулировать нужное выходное напряжение.

Сперва нужно найти все необходимые компоненты, а также слот для батареек.

Устройство может заряжать аккумуляторы практически любого стандарта, если приспособить соответствующий слот. При сборке можно не использовать печатную плату. Монтаж делается навесным способом. Компоненты приклеиваются под слот батареек и заливаются термоклеем, поскольку схема очень надежна в работе.

Собранное устройство выглядит примерно так:

Но может выглядеть гораздо лучше.

Только необходимо подобрать светодиод с минимально возможным напряжением свечения, в противном случае он может вообще не светиться. По этой схеме можно заряжать несколько аккумуляторов, но рекомендуется использовать только для заряда одного.