АЛГОРИТМ ШВИДКОЇ ЗАРЯДКИ АКУМУЛЯТОРІВ

Б. ГРИГОР'ЄВ, м. Москва

Безпечна швидка зарядка нікель-кадмієвих та нікель-металгідридних акумуляторів вимагає дотримання певних умов. У цій статті розказано про алгоритм, який використовується в спеціалізованій мікросхемі МАХ713. Наведена інформація може бути корисна при виготовленні саморобних "інтелектуальних" зарядних пристроїв.
Сьогодні найбільш надійним методом визначення моменту повної зарядки нікель-кадмієвих (Ni-Cd) і нікель-металгідридних (Ni-MH) акумуляторів визнаний метод, при якому відстежують зміна в часі напруги на заряджає акумулятор. У його основі лежить той факт, що напруга на справних Ni-Cd і Ni-MH акумулятор (незалежно від їхнього початкового стану) у процесі зарядки досягає деякого максимуму, а потім трохи зменшується. Встановлено, що саме цей момент і відповідає повній зарядці. Таким чином, вимірюючи напругу на акумуляторі і виявивши, що воно почало зменшуватися, можна припиняти зарядку.

Слід підкреслити, що в момент вимірювання зарядний пристрій повинен бути відключений від акумулятора. Цей метод покладено в основу роботи спеціалізованої мікросхеми МАХ713 фірми MAXIM. На її основі можна виготовити пристрої, які дозволяють заряджати струмом, чисельно рівним 4С (С – ємність акумулятора), батареї, що містять до 16 Ni-Cd або Ni-MH акумуляторів. Таким струмом батарею (або акумулятор) можна зарядити всього за 22 хвилини!

На рис. 1 наведена залежність напруги V на Ni-Cd акумуляторі від часу t для режиму зарядки струмом С, а на рис. 2 – Струмом С / 2.

Ці дані отримані відповідно до алгоритму зарядки, закладеним в мікросхему МАХ713 – припинення зарядки при зміні знаку зміни напруги на акумуляторі. Зарядний пристрій припинило зарядку в момент t оз , Коли зменшення напруги (в порівнянні з максимумом) перевищило деяке значення. Графіки Т на цих малюнках ілюструють зміна температури акумулятора в процесі зарядки. Цей параметр також є об'єктивним, і його можна використовувати для визначення моменту припинення зарядки. Але через ненадійність теплового контакту терморезистора з акумулятором такий метод використовують дуже рідко. Рис. 1 і 2 ілюструють процес зарядки акумуляторів, які початково були "нормально розряджені" (напруга на акумуляторі – не менше 0,9 В). Рис. 3 ілюструє спробу через 5 хв знову зарядити свежезаряженний акумулятор. Видно, що метод "працює" і в цьому випадку.

З графіків, які наведені на рис. 1-3, можна зробити один важливий висновок – напруга, відповідне оптимальної зарядці, сильно залежить від зарядного струму та вихідного стану акумулятора. А це означає, що зарядні пристрої, припиняють зарядку по досягненню певного напруги на акумуляторі (їх чимало описано в радіоаматорського літературі), в принципі, не здатні оптимально його зарядити. Не кажучи вже про проблеми, які може створити несправний акумулятор, напруга на якому в процесі зарядки не досягає контрольного значення.

На рис. 4 показано зміна зарядного струму в процесі зарядки по описаній вище методикою. Зарядка починається в момент t н , Коли починає протікати зарядний струм I зар . Через інтервали часу t кон — t вим зарядний пристрій відключається на час t вим , Коли відбувається контрольне вимірювання поточного напруги на акумуляторі. У момент t оз зарядка припиняється, а точніше, пристрій переводиться в режим дозарядки струмом I ост , Який акумулятор може витримувати тривалий час без виходу з ладу.

Природно, виникає питання, як часто треба вимірювати напругу на акумуляторі і якою має бути роздільна здатність вольтметра. Перший параметр залежить від струму зарядки. У мікросхемі МАХ713 його програмують у непрямий спосіб. По вибраному току зарядки при програмуванні режиму роботи мікросхеми встановлюється час, через яке вона буде припинена, незалежно від того, початок чи ні зменшуватися напругу на акумуляторі (див. статтю "Інтелектуальне" зарядний пристрій для Ni-Cd акумуляторів "в" Радіо "№ 1 за 2001 р на с. 72). Це забезпечує безпечну роботу зарядного пристрою, навіть якщо до нього буде підключений несправний акумулятор. При програмуванні часу зарядки автоматично встановлюються оптимальний період контролю tкон і, крім того, ток дозарядки I ост . Стандартні для мікросхеми МАХ713 значення часу зарядки t зар і зарядного струму I зар (У частках від ємності акумулятора) і відповідні їм значення періоду контролю t кон і струму дозарядки I ост (У частках від I зар ) Наведені в таблиці.

Час t вим "Визначається циклом вимірювання використовуваного аналого-цифрового перетворювача (цифрового вольтметра). У мікросхемі МАХ713 воно становить 5 мс.

Абсолютне значення зменшення напруги на акумуляторі після досягнення максимуму невелике – близько 10 мВ (тут і далі всі значення наведені на один акумулятор). Це визначає вимоги до роздільної здатності аналого-цифрового перетворювача. У мікросхемі МАХ713 припинення зарядки відбувається, як тільки напруга зменшиться на 2,5 мВ.

t зар ,

I зар

t кон , З

l ост

264

З / 4

168

1/8

180

З / 3

168

1/8

132

С / 2

84

1/16

90

З / 1,5

84

1/16

66

З

42

1/32

45

1,5 З

42

1/32

32

21

1/84

22

21

1/64

Виробляти швидку зарядку сильно розряджених акумуляторів небезпечно, тому в мікросхемі передбачена відповідна захист. Якщо напруга на акумуляторі менше 0,4 В, то режим швидкої зарядки не включається, а йде попередня зарядка слабким струмом. Як тільки напруга зросте до безпечного значення, пристрій перейде в режим швидкої зарядки. Є в мікросхемі і ще один захист. Якщо напруга на заряджає акумулятор перевищить 1,65 В, то зарядка припиняється незалежно від встановлених параметрів.

Докладну інформацію про мікросхемі МАХ713 можна знайти на сайзі фірми-виробника: http: //www.maxim-ic.com

Радіо № 8, 2001.