Поводом к разработке простого зарядного устройства и последующему написанию статьи "Индивидуальное" зарядное устройство-автомат без микроконтроллера послужило засилье монстроподобных автоматических зарядных устройств на страницах журнала "Радио". Одно из последних таких порождений гигантомании кроме микроконтроллера содержало уже датчик температуры на каждом аккумуляторе! На мой взгляд дальше уже некуда, разве что к каждому аккумулятору по часовому приставить.

В этой теме предлагаю обсуждать только простые схемные построения автоматических зарядных устройств, а также собственно процесс заряда современного никель-металлгидридного аккумулятора в аспекте: требует ли он такой сложной схемотехники зарядных устройств или в ряде случаев можно вообще обойтись гасящим резистором?

Самое простое и проверенное - на специализированной микросхеме. Я уже долго использую MAX712 в линейном включении. Хорошая простая зарядка, не убивающая аккумуляторы. Более того, именно линейный режим позволяет одновременно заряжать аккум и питать от сетевого выпрямителя само устройство.
Подробнее почитать можете в даташите на MAX712, там же и типовая схема включения прилагается.

Тут в воскресенье купил китайское универсально- зарядное устройство для мобильных аккумуляторов . Описания нет.После выходных вскрою и постараюсь сделать фото.

... требует ли он такой сложной схемотехники зарядных устройств или в ряде случаев можно вообще обойтись гасящим резистором?


Уже в ряде конструкций мною опробовано и используется в серийных приборах простое ЗУ для NiMH. Схема тривиальна: стабилизатор напряжения - защитный диод в прямом последовательном включении - гасящий резистор - аккумулятор/батарея.

Выходное напряжение стабилизатора должно быть равно напряжению на полностью заряженном аккумуляторе или батарее аккумуляторов плюс падение напряжения на защитном диоде. Гасящий резистор рассчитывается исходя из максимально допустимого тока заряда аккумулятора (для современных высокоемких NiMH-аккумуляторов это значение тока численно доходит до 0,5..1С и более, где С- емкость - Читать заводской даташит к аккумулятору!) при зарядке полностью разряженных аккумуляторов с напряжением порядка 0,8-1 В на элемент.
Требования к компонентам простые: стабилизатор должен обеспечивать расчетный максимальный ток заряда, а гасящий резистор рассеивать соответствующую мощность.
Например, для двух современных и последовательно соединенных пальчиковых аккумуляторов емкостью от 2000 мАч нужен стабилизатор 3,3 В с током до 3 А, диод 1N5117 и резистор 1 Ом мощностью 2Вт.

В таком зарядном "автомате" в начале процесса зарядки аккумулятор(ы) заряжаются увеличенным допустимым током, и по мере увеличения заряда (напряжения на элементе) плавно скатывается до "капельного" заряда-поддержания напряжения на элементе в районе 1,45..1,5В.

Достоинство схемы: простота и надежность. Если аккумулятор исправен, то он заряжается за 5-10 ч, в зависимости от допустимого максимального тока зарядки. Также не требуется вынимать заряженный аккумулятор из ЗУ, он может долго находится во включенном ЗУ под "капельным" током.
Недостаток: отсутствие индикации окончания процесса заряда. Последнюю можно организовать по достижении напряжения на элементе порядка 1,5В или по снижению тока зарядки до минимума.

P.S. Конструкция по ссылке и подход к разработке хорошие, респект автору.

В таком зарядном "автомате" в начале процесса зарядки аккумулятор(ы) заряжаются увеличенным допустимым током

Этот ток между прочим зависит от емкости аккумулятора и должен оговариваться производителем. На такой простой зарядке аккумулятор можно очень легко убить, если нарушать ТУ.
Вообще "крутые" зарядные устройства плавно наращивают напряжение, делая стабилизацию тока на первом этапе заряда, а дальше выходят на напряжение которое должно быть на заряженном аккумуляторе и после этого мониторят ток, а также придерживаются ограничения по времени. Перезаряд это для никель-металлгидридного аккумулятора плохо, может его даже переполюсовать.

напряжения на элементе в районе 1,45..1,5В
кстати, где это такие элементы ещё продаются ? Давно уже никаких других аккумуляторов кроме как 1.2В-1.25В не встречал.

CO2040
Этот ток между прочим зависит от емкости аккумулятора и должен оговариваться производителем.

Iris: (для современных высокоемких NiMH-аккумуляторов это значение тока численно доходит до 0,5..1С и более, где С- емкость - Читать заводской даташит к аккумулятору!)

кстати, где это такие элементы ещё продаются ? Давно уже никаких других аккумуляторов кроме как 1.2В не встречал.

в данном месте речь шла не о номинальном напряжении аккумулятора, а о напряжении на полностью заряженном элементе под током заряда. Смотрите зарядные кривые в даташитах или статьях об аккумуляторах.

Да, тогда вопросов нет. Там на некоторых даже до 1.6В.

для современных высокоемких NiMH-аккумуляторов это значение тока численно доходит до 0,5..1С и более, где С- емкость - Читать заводской даташит к аккумулятору!

тут надо сказать, что бывают медленные, а бывают быстрые зарядки. Так вот, для высокоемких аккумов, которые могут отдавать большой ток в короткое время (1-2 часа) как правило и рекомендуют быструю зарядку, где заряд осуществляется за 0.5-2 часа, как раз те самые 0.5-1C. Но это может до 1А начальный ток заряда доходить, что ужасно.

Но это может до 1А начальный ток заряда доходить, что ужасно.

и доходит! Доходит и до бОльшего, аккумуляторы греются не по-детски.

В связи с чем полностью согласен со словами semizador-а в его статье по ссылке в начале топика:
..отказ от практики так называемой "быстрой" зарядки сравнительно большим током заряда позволяет значительно увеличить срок службы аккумулятора.
быстрый сильноточный заряд - зло для долговечности (ресурса) аккумов. Но за все нужно платить, как говорится.

sеmizаdor , хорошая статья !

semizador
Спасибо за статью, очень интересно. К сожалению, у меня нет такого практического опыта, как у Вас и других, поэтому не пинайте, если возможно задам глупый вопрос:
у меня есть аккумуляторная батарея, собранная из 4-х последовательно включённых NiMH. (впрочем, это не принципиально) Так вот, можно ли пересчитать схему, например, для аккумуляторов 4,8В?
Я уже подумываю над тем, чтобы собрать стабилизатор напряжения на LM317 и последовательно с ним источник тока на той же LM317.

CO2040:
Я уже долго использую MAX712 в линейном включении.

Просмотрел MAX712/MAX713 datasheet - и вправду хороша, но только в линейном включении на подзарядку (т.н. trickle-charge). А на большинстве графиков - всё та же "быстрая" зарядка... Ну и стоит она в Imrad-е 61 грн., то есть более 5 евро (может к утру в евро подешевеет?).

QTX:
У меня есть аккумуляторная батарея, собранная из 4-х последовательно включённых NiMH. (впрочем, это не принципиально) Так вот, можно ли пересчитать схему, например, для аккумуляторов 4,8В?

На заряд - можно. Придётся правда подкорректировать схему в том месте, где источник опорного напряжения TL431 стоит. Напряжение там всего 2,5 В, надо бы два резистора добавить чтобы до суммы напряжений четырёх аккумуляторов дотянуть. Общее напряжение питания тоже поднять придётся. А вот тренировать аккумуляторы на полный их разряд в составе батареи, на мой взгляд, весьма затруднительно. Потому и разрабатывал "индивидуальное" зарядное устройство, чтобы персонально каждый аккумулятор в отдельности разряжать-заряжать...

Вот два графика. Первый из них иллюстрирует нарастание напряжения на аккумуляторе GP130AAHC в процессе его "быстрого" заряда током равным емкости и током вдвое меньшим (C=1300 мА и C/2 = 650 мА):



Аналогичные характеристики приведены в datasheet-е на микросхему MAX713:



Хорошо видно, что чем меньше ток заряда, тем менее выражен на графике "горб" первоначального нарастания, а затем - по достижении предела заряда - спадания напряжения на аккумуляторе. А если просто заряжать номинальным током - "горба" вообще не будет? Кроме того, резкий рост температуры аккумулятора незадолго до окончания заряда - чем он обусловлен? Почему же аккумулятор не греется в начале, ток ведь не малый протекает - больше ампера? Кто-нибудь уже задавал себе эти вопросы?

Кроме того, резкий рост температуры аккумулятора незадолго до окончания заряда - чем он обусловлен? Почему же аккумулятор не греется в начале, ток ведь не малый протекает - больше ампера? Кто-нибудь уже задавал себе эти вопросы?

Задавали, но ответа до конца не известно..

..В ходе зарядки гидрооксид никеля (Ni(OH)2) превращается в оксигидрит (NiOOH), отдавая водород сплаву отрицательного электрода. Поглощение водорода не является изотермической реакцией, поэтому металлы для сплава всегда подбирают таким образом, чтобы один из них при связывании газа выделял тепло, а другой, наоборот, поглощал. В теории это должно было обеспечить тепловой баланс, тем не менее никельметаллгидридные аккумуляторы греются существенно сильнее, нежели никель-кадмиевые..

http://itc.ua/node/6344

semizador
Отвечу как химик физику. :)
Почему же аккумулятор не греется в начале, ток ведь не малый протекает - больше ампера?
Весь вопрос заключается в том, на что идет электрическая энергия. Чем эффективней аккумулятор и чем точнее удалось организовать внутри процессы на которых он построен, тем меньше он и греется. Если аккумулятор греется, то понятно, что это эта энергия (за счет которой он греет) не запасается, а рассеивается в виде тепла. Это только проводник/сопротивление греются если через них проходит ток и на них есть падение напряжения. Еще хуже, если запускаются побочные рекации/процессы (а в аккумуляторе их может быть множество), которые в большинстве случаев разрушают аккумулятор.
Кроме того, резкий рост температуры аккумулятора незадолго до окончания заряда - чем он обусловлен?
Я думаю, что причина в том, что вещество, которое запасало энергию (почти) кончилось (за счет плановой эл. химической реакции) и эффективный доступ к остаткам вещества, которое может запасать энергию затруднен. Ток падает, НО зарядно устройство пытается держать ток зарядки. Вполнее возможно, что для поддержания тока оно повышает напражение, в результате запускаются нежелательные эл. химические реакции (а они запускаются как только разность потенциалов достигает предела при которых они могут иметь место). Побочные реакции вполне возможно идут и с выделением тепла. Именно активизацией множества побочных реакций (при повышении напряжения) и можно объяснить нагревание при ускоренной зарядке и большой горб в конце.
Также я сейчас подумал, что держать стабильный ток (за счет повышения напряжения) это дурная затея для долговечности аккумулятора. Если держать стабильное напряжение (или не превышать порог, за которым идет нагрев, либо как только напряжение на фиксированном токе превысило некоторый предел, прекращать зарядку), то можно вполне получить почти вечный аккумулятор.

А если просто заряжать номинальным током - "горба" вообще не будет?

Нет, не будет. Более того, те же микросхемы из серии MAX и не расчитаны на режим 12- часовой зарядки- гляньте ТУ, я у них даже при 5- часовом нередко наблюдал проблемы с никель- металгидридными.
Пожалуй, единственным вариантом при 10 и более часовой зарядке является таймерный заряд, т. к. реально у указанного типа аккумуляторов степень заряда проконтролировать сложно. Мои старые зарядники, кстати, так и делают- сначала автоматический разряд до напряжения, указанного производителем, затем- таймерный заряд стабильным током. Быстрая зарядка- микросхемами типа МАХ. Ничего проще и дешевле не придумать.
А кислотные- методом двухступенчатого заряда.

Молния:
Весь вопрос заключается в том, на что идет электрическая энергия. Чем эффективней аккумулятор и чем точнее удалось организовать внутри процессы на которых он построен, тем меньше он и греется. Если аккумулятор греется, то понятно, что это эта энергия (за счет которой он греет) не запасается, а рассеивается в виде тепла...

То есть аккумулятор не рассеивает подведенную к нему энергию, как резистор, а накапливает, запасает, аккумулирует. Поэтому разряженный и работоспособный аккумулятор при зарядке не греется, а вот резистор греется. Ничего, что азбучная истина, но, как видно, разработчики микросхем быстрой зарядки, закладывающие в алгоритм их работы ловлю "горба" зарядной характеристики как-то мало об этом задумывались...

Молния:
Я думаю, что причина в том, что вещество, которое запасало энергию (почти) кончилось (за счет плановой эл. химической реакции) и эффективный доступ к остаткам вещества, которое может запасать энергию затруднен. Ток падает, НО зарядное устройство пытается держать ток зарядки. ...

Тут бы как раз уменьшить ток заряда, а ОНО (ЗУ то есть), понимаешь, пытается его держать...

Насколько я понял, тут вполне правомерно ввести понятие КПД зарядного тока как отношение "усваиваемого" аккумулятором к подведенному зарядным устройством. А вот их разница как раз и нагревает аккумулятор, "на ветер" то есть выбрасывается.

Моя жена с малолетним сыном пока дома сидит. И вот мне каждый вечер приходится оттирать со дна тонкостенной кружки из нержавейки пригоревшее молоко - не всегда у жены получается старательно его помешивать во время кипячения. ЭТО НЕ OFF-TOP. Текучесть содержимого аккумулятора небось поменьше чем у молока, и некому его помешивать во время заряда! И когда кипятят молоко, то сильный огонь только в начале процесса допускают, а под конец "доводят" молоко на меленьком огне именно чтобы не подгорало. Но ведь алгоритм "быстрой" зарядки с ловлей "горба" зарядной характеристики, как назло, по сути выключает сильный огонь под молоком когда оно уже сбежало! А о том, что пригорело, говорить уже не приходится...

Разрабатывая своё зарядное устройство я исходил из того, что на ма-а-аленьком огне молоко хотя и кипит, и пенится, но не сбегает и НЕ ПРИГОРАЕТ! Зарядив аккумулятор примерно на 80-90% можно переключить его на "маленький огонь", то есть небольшой ток подзарядки, и так и оставить на длительное время. Аккумулятор всё равно возьмёт ровно столько энергии, сколько в нём вмещается. А остальное при малом токе подзарядки никак ему не повредит. Если, конечно, не положить его под подушку или шерстяное одеяло...

semizador
Зарядив аккумулятор примерно на 80-90% можно переключить его на "маленький огонь", то есть небольшой ток подзарядки, и так и оставить на длительное время

Ну так поступают почти все современные зарядные устройства. Называется обычно tickle charge. По сути - гонят туда импульсы тока, короткие, возможно даже с контролем напряжения на элементе. И в таком режиме держат вечно. Можно взять аккумулятор в любое время и, несмотря на саморазряд, получить максимальную емкость.

Всеми (и мной тоже) тут любимый Lacrosse/Technoline BC700/BC900 так и поступает.
Он еще и анализатор, и емкость считает, и перегрев контролирует. Так что в нем хоть понятно, зачем микропроцессор :)

А аналогия с молоком очень даже уместная. +1

john_qkk:
semizador
Зарядив аккумулятор примерно на 80-90% можно переключить его на "маленький огонь", то есть небольшой ток подзарядки, и так и оставить на длительное время

Ну так поступают почти все современные зарядные устройства. Называется обычно tickle charge. По сути - гонят туда импульсы тока, короткие, возможно даже с контролем напряжения на элементе.

Так, да не совсем. Сначала они гробят аккумулятор "быстрой" зарядкой, которую прекращают на обратной стороне "горба", как, например, MAX712. К этому моменту перегрев уже начался, просто пригоревшего в отдельных местах молока пока не видно...

Сначала они гробят аккумулятор "быстрой" зарядкой, которую прекращают на обратной стороне "горба",

Ну есть мнение, что для NI-MH это только на пользу: Суперемкие аккумуляторы формфактора AA - миф или реальность? - Страница 5

Может там не пригорает, а наоборот, разжижается от температуры?

Да, основная проблема сверхбыстрого заряда, это внутреннее давление. Нехорошо, если "рванет". И для самого аккумулятора, думаю, плохо это...

Вполне реально делают уже и токи заряда, в разы превышающие емкость... Только при контроле внутреннего давления.

Дабы не создавать новую ветку:
Как известно, наиболее рациональным является заряд кислотного аккумулятора методом постоянного тока. Имеются ли на данный момент мелкосхемы-стабилизаторы тока, на основе которых и пары-тройки навесных элементов можно построить регулируемый источник тока в пределах 1-6А? Стабилизаторов напряжения масса, а вот тока не встречал.

Можно выполнить стабилизатор тока на LМ317 , для тока больше 1А можно дополнительно установить мощный транзистор ...

tk208
А практических схем не встречали?

semizador
> Поводом к разработке простого зарядного устройства и последующему написанию статьи "Индивидуальное" зарядное устройство-автомат без микроконтроллера послужило засилье монстроподобных автоматических зарядных устройств на страницах журнала "Радио". Одно из последних таких порождений гигантомании кроме микроконтроллера содержало уже датчик температуры на каждом аккумуляторе!

Так ведь дело в том, что для минимизации "эффекта памяти" и получения большей емкости крайне желательно делать цикл разряда-заряда (а для "раскачки" убитых аккумов даже несколько), что с микроконтроллером получается проще всего. Не говоря уже об отображении емкости и отданных в аккум ампер-часах. "Интеллектуальные" зарядки все это умеют. Не говоря об индивидуальном заряде каждого аккума.

Датчик по идее нужен для быстрой зарядки, куда приятнее зарядить аккумы за 1 час а не за 8. Да, для них это более вредно, так и пофиг, это ж расходный материал, не настолько они дороги чтобы раз в год не мочь позволить себе потратить 200-300р.

А вообще, LiIon рулит :)

МikVold , я находил подобные схемы в инете , поиском . И так знакомые советовали .

DVE:
Так ведь дело в том, что для минимизации "эффекта памяти" и получения большей емкости крайне желательно делать цикл разряда-заряда (а для "раскачки" убитых аккумов даже несколько), что с микроконтроллером получается проще всего.

Сразу видать, что уже успели потратиться на "интеллектуальное" ЗУ. Вы статью читали? Описанное там индивидуальное ЗУ умеет и разряжать, и заряжать, и подзаряжать каждый аккумулятор в отдельности (можно одновременно заряжать четыре разных аккумулятора!). Можно также нажатием кнопки отказаться от разряда, и заряд начнётся сразу. И светодиодная индикация режимов работы есть. Просто управляет процессом не навороченная схема с микроконтроллером, а сдвоенный компаратор LM2903P ! Много вы знаете микросхем дешевле и доступней этой? Так что без микроконтроллера всё-таки проще...

DVE:
об отображении емкости и отданных в аккум ампер-часах

Вот-вот, оч-чень полезная функция зарядных устройств: сначала "убьёт" аккумулятор "быстрой" зарядкой, а потом показывает сколько ёмкости у аккумулятора ещё осталось. Проще купить нормальный аккумулятор и НИКОГДА не пользоваться "быстрой" зарядкой.

DVE:
Датчик по идее нужен для быстрой зарядки, куда приятнее зарядить аккумы за 1 час а не за 8. Да, для них это более вредно, так и пофиг, это ж расходный материал, не настолько они дороги чтобы раз в год не мочь позволить себе потратить 200-300р.

Можно так, а можно вместо одного комплекта GP2700AAHC купить два комплекта GP1300AAHC - один на зарядке стоит, а другой в это время, скажем, в фотоаппарате или рации работает. Тогда аккумуляторов на несколько лет хватит. Нормальный подход не пофигиста, а инженера...

Все понимаю, но чего так бояться микроконтроллеров-то? Его цена 5$ за какой-нибудь Attiny, который всю "логическую" работу возьмет на себя, ну ещё 5$ накинем на ЖК экран чтобы иметь отображение в удобной форме, а не миганием светодиодов. Я конечно понимаю, что последнюю 5-летку на Украине непрекращающийся кризис плаво переходящий из одного в другой, и каждая копейка на счету, но юзабилити все же важнее.

А что касается термодатчиков, так с ними проблем нет - DS1870 (пишу по памяти может ошибаюсь) подключается к контроллеру 3х проводной линией по I2C, причем их можно повесить несколько штук на эту линию, а уже программно обрабатывать как угодно, хоть тем же светодиодом мигать если аккум перегрелся. Или исключить этот аккум и продолжить заряжать остальные, или уменьшить зарядный ток, и пр.

Хотя тут конечно вопрос подхода, мне в этом плане проще взять С-компилятор и запрограммировать всю логику так как мне удобно, кто к чему привык. То что Вы предлагаете, это решения даже не 90х, а 70х годов.

PS: ничего личного ;)

DVE:
Все понимаю, но чего так бояться микроконтроллеров-то? Его цена 5$ за какой-нибудь Attiny...ё

Плата с комплектующими одного индивидуального ЗУ обошлась менее чем в 20 грн., то есть менее $3...

DVE:
То что Вы предлагаете, это решения даже не 90х, а 70х годов.

То, что я предлагаю, я ПРЕДЛАГАЮ, а не навязываю.

DVE:
А что касается термодатчиков...

Да, так что касается термодатчиков, термодатчиков и ещё раз термодатчиков - см. выше популярное объяснение на примере с молоком...

OFF-TOP: Намёк на то, что автор взялся за компаратор лишь потому, что не умеет работать с микроконтроллерами - не по адресу...

MikVolg
Как известно, наиболее рациональным является заряд кислотного аккумулятора методом постоянного тока.

Для кислотных аккумуляторов большинство производителей рекомендуют двухступенчатый заряд, а в нём режим стабилизации тока присутствует только на первом этапе, далее- режим стабилизации напряжения.

Имеются ли на данный момент мелкосхемы-стабилизаторы тока, на основе которых и пары-тройки навесных элементов можно построить регулируемый источник тока в пределах 1-6А? Стабилизаторов напряжения масса, а вот тока не встречал.

К стандартному КРЕН'у добавляется один резистор, и получается стабилизатор тока. Недостаток- минимальное падение напряжения на таком стабилизаторе будет равно напряжению стабилизации исходной микросхемы плюс минимальное падение напряжения на ней для нормальной работы, короче, КПД как у паровоза. А можно КРЕН в режиме ограничения тока использовать, только по- моему, стабильность тока КЗ оставляет желать лучшего...
Честно говоря, вообще не понимаю, зачем изврат с КРЕН'ами- источник достаточно стабильного для зарядки аккумулятора тока собирается на 4 деталях...