Каталог радиолюбительских схем

АЛГОРИТМ БЫСТРОЙ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ

Б. ГРИГОРЬЕВ, г. Москва

Следует подчеркнуть, что в момент измерения зарядное устройство должно быть отключено от аккумулятора. Этот метод положен в основу работы специализированной микросхемы МАХ713 фирмы MAXIM. На ее основе можно изготовить устройства, которые позволяют заряжать током, численно равным 4С (С — емкость аккумулятора), батареи, содержащие до 16 Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов. Таким током батарею (или аккумулятор) можно зарядить всего за двадцать две минуты!

На рис. 1 приведена зависимость напряжения V на Ni-Cd аккумуляторе от времени t для режима зарядки током С, а на рис. 2 — током С/2.

Эти данные получены в соответствии с алгоритмом зарядки, заложенным в микросхему МАХ713 — прекращение зарядки при смене знака изменения напряжения на аккумуляторе. Зарядное устройство прекратило зарядку в момент t_оз, когда уменьшение напряжения (по сравнению с максимумом) превысило некоторое значение. Графики Т на этих рисунках иллюстрируют изменение температуры аккумулятора в процессе зарядки. Этот параметр также является объективным, и его можно использовать для определения момента прекращения зарядки. Но из-за ненадежности теплового контакта терморезистора с аккумулятором такой метод используют очень редко. Рис. 1 и 2 иллюстрируют процесс зарядки аккумуляторов, которые исходно были "нормально разряжены" (напряжение на аккумуляторе — не менее 0,9 В). Рис. 3 иллюстрирует попытку через 5 мин вновь зарядить свежезаряженный аккумулятор. Видно, что метод "работает" и в этом случае.

Из графиков, которые приведены на рис. 1—3, можно сделать один важный вывод — напряжение, соответствующее оптимальной зарядке, сильно зависит от зарядного тока и исходного состояния аккумулятора. А это означает, что зарядные устройства, прекращающие зарядку по достижению некоторого напряжения на аккумуляторе (их немало описано в радиолюбительской литературе), в принципе, неспособны оптимально его зарядить. Не говоря уже о проблемах, которые может создать неисправный аккумулятор, напряжение на котором в процессе зарядки не достигает контрольного значения.

На рис. 4 показано изменение зарядного тока в процессе зарядки по описанной выше методике. Зарядка начинается в момент t_н, когда начинает протекать зарядный ток I_зар. Через интервалы времени t_кон — t_изм зарядное устройство отключается на время t_изм, когда происходит контрольное измерение текущего напряжения на аккумуляторе. В момент t_оз зарядка прекращается, а точнее, устройство переводится в режим дозарядки током I_ост, который аккумулятор может выдерживать длительное время без выхода из строя.

Естественно, возникает вопрос, как часто надо измерять напряжение на аккумуляторе и какой должна быть разрешающая способность вольтметра. Первый параметр зависит от тока зарядки. В микросхеме МАХ713 его программируют косвенным образом. По выбранному току зарядки при программировании режима работы микросхемы устанавливается время, через которое она будет прекращена, независимо от того, начало или нет уменьшаться напряжение на аккумуляторе (см. статью "Интеллектуальное" зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов" в "Радио" № 1 за 2001 г на с. 72). Это обеспечивает безопасную работу зарядного устройства, даже если к нему будет подключен неисправный аккумулятор. При программировании времени зарядки автоматически устанавливаются оптимальный период контроля tкон и, кроме того, ток дозарядки I_ост. Стандартные для микросхемы МАХ713 значения времени зарядки t_зар и зарядного тока I_зар (в долях от емкости аккумулятора) и соответствующие им значения периода контроля t_кон и тока дозарядки I_ост (в долях от I_зар) приведены в таблице.

Время t_изм„ определяется циклом измерения используемого аналого-цифрового преобразователя (цифрового вольтметра). В микросхеме МАХ713 оно составляет 5 мс.

Абсолютное значение уменьшения напряжения на аккумуляторе после достижения максимума небольшое — около 10 мВ (здесь и далее все значения приведены на один аккумулятор). Это определяет требования к разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя. В микросхеме МАХ713 прекращение зарядки происходит, как только напряжение уменьшится на 2,5 мВ.

Производить быструю зарядку сильно разряженных аккумуляторов опасно, поэтому в микросхеме предусмотрена соответствующая защита. Если напряжение на аккумуляторе меньше 0,4 В, то режим быстрой зарядки не включается, а идет предварительная зарядка слабым током. Как только напряжение возрастет до безопасного значения, устройство перейдет в режим быстрой зарядки. Есть в микросхеме и еще одна защита. Если напряжение на заряжаемом аккумуляторе превысит 1,65 В, то зарядка прекращается независимо от установленных параметров.

Радио №8, 2001 г..