Onlangs ontving ik een set oplaadbare nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen voor de Bosch 14,4 V, 2,6 Ah schroevendraaier. Batterijen hadden eigenlijk een kleine capaciteit, hoewel ze slechts korte tijd onder belasting werkten en een klein aantal ontlaad- (werk) laadcycli hadden. Om deze reden besloot ik de batterijen te demonteren, hun element-voor-element metingen uit te voeren om de kenmerken en mogelijk herstel te bepalen, de "overlevende" elementen in andere te gebruiken zelfgemaakt die in korte tijd een grote stroomoutput vereisen. Dit werk wordt in fasen beschreven in de opmerking “Automatische batterijontlading».
Na het demonteren van de batterij
een voorbereidende ontlading van de elementen op het gespecificeerde apparaat werd uitgevoerd, met een controle over de minimale restspanning van 0,9 ... 1,0 volt, om een diepe ontlading uit te sluiten. Vervolgens was er een eenvoudige en betrouwbare oplader nodig om ze volledig op te laden.
Vereisten voor oplader
Fabrikanten van NiMH-batterijen raden aan om een lading uit te voeren met een stroomwaarde in het bereik van 0,75-1,0C. Onder deze omstandigheden is de efficiëntie van het laadproces, het grootste deel van de cyclus, zo hoog mogelijk. Maar tegen het einde van het laadproces neemt het rendement sterk af en gaat de energie naar warmteopwekking. Binnen het element stijgen temperatuur en druk sterk. Batterijen hebben een noodklep die kan openen als de druk toeneemt. In dit geval gaan de eigenschappen van de batterij onherstelbaar verloren. Ja, en juist de temperatuur heeft een negatief effect op de structuur van de elektroden van de batterij.
Om deze reden is het voor nikkel-metaalhydride-accu's erg belangrijk om de modi en toestand van de accu tijdens het opladen te regelen, op het moment dat het laadproces eindigt, om overbelasting of vernietiging van de accu te voorkomen.
Zoals aangegeven begint de temperatuur aan het einde van het oplaadproces van de NiMH-batterij te stijgen. Dit is de belangrijkste parameter om de lading uit te schakelen. Meestal wordt een temperatuurstijging van meer dan 1 graad per minuut als criterium genomen voor het beëindigen van de lading. Maar bij lage laadstromen (minder dan 0,5 ° C), wanneer de temperatuur langzaam genoeg stijgt, is het moeilijk te detecteren. Hiervoor kan een absolute temperatuurwaarde worden gebruikt. Deze waarde wordt genomen op 45-50 ° C. In dit geval moet de lading worden onderbroken en na het koelen van het element worden vernieuwd (indien nodig).
Het is ook noodzakelijk om een oplaadtijdlimiet in te stellen. Het kan worden berekend aan de hand van de batterijcapaciteit, de hoeveelheid laadstroom en procesefficiëntie, plus 5-10 procent. In dit geval wordt de oplader bij normale procestemperatuur op de ingestelde tijd uitgeschakeld.
Bij een diepe ontlading van de NiMH-batterij (minder dan 0,8 V) wordt de laadstroom vooraf ingesteld op 0,1 ... 0,3C. Deze fase is beperkt in tijd en duurt ongeveer 30 minuten. Als de batterij gedurende deze tijd de spanning van 0,9 ... 1,0 V niet herstelt, is de cel niet veelbelovend. In het positieve geval wordt de lading dan uitgevoerd met een verhoogde stroom in het bereik van 0,5-1,0C.
En toch, over de ultrasnelle batterijlading. Het is bekend dat bij het opladen tot 70% van de capaciteit de nikkel-metaalhydride-accu een oplaadefficiëntie heeft van bijna 100 procent. Daarom is het in dit stadium mogelijk om de stroom te vergroten om de doorgang te versnellen. Stromen zijn in dergelijke gevallen beperkt tot 10C. Hoge stroom kan gemakkelijk leiden tot oververhitting van de batterij en vernietiging van de structuur van de elektroden. Daarom wordt het gebruik van ultrasnelle lading alleen aanbevolen bij constante monitoring van het laadproces.
Laderproductieproces voor NiMH-batterij hieronder besproken.
1. Opzetten van basisgegevens.
- Het opladen van de cel met een constante stroomwaarde van 0,5 ... 1,0C tot het nominale vermogen.
- Uitgangsstroom (instelbaar) - 20 ... 400 (800) ma.
- Stabilisatie van de uitgangsstroom.
- Uitgangsspanning 1,3 ... 1,8 V.
- Ingangsspanning - 9 ... 12 V.
- Ingangsstroom - 400 (1000) ma.
2. Als voedingsbron voor het geheugen kiezen we een mobiele adapter 220/9 volt, 400 ma. Het is mogelijk om te vervangen door een krachtigere (bijvoorbeeld 220 / 1.6 ... 12V, 1000 ma). Wijzigingen in het ontwerp van het geheugen zijn niet nodig.
3. Overweeg het oplaadcircuit
Een ontwerpvariant van de batterijlader is een stabilisatie- en stroombeperkende eenheid en is gemaakt op één element van een operationele versterker (OA) en een krachtige composiet n-p-n transistor KT829A. De oplader maakt het mogelijk om de laadstroom aan te passen. De stabilisatie van de ingestelde stroom vindt plaats door het verhogen of verlagen van de uitgangsspanning.
Op het knooppunt van de weerstand R1 en de zenerdiode VD1 wordt een stabiele referentiespanning opgewekt. Door de spanningswaarde van de potentiometer R2 van de weerstandsverdeler aan de niet-inverterende ingang van de operationele versterker (pin 3) te wijzigen, veranderen we de waarde van de uitgangsspanning (pin 6) en dus de stroom door VT1. Weerstand R5 beperkt de stroom in het circuit van de oplaadbare batterij. De verandering in de spanningsval bij R5 wanneer de laadstroom afwijkt via de terugkoppeling (OOS) naar de inverterende ingang van de op-amp (pin 2), corrigeert en stabiliseert de uitgangsstroom van de oplader. De geïnstalleerde R2-stroom zal stabiel zijn tot het einde van het opladen van deze en volgende batterijen van hetzelfde type.
Dit stroomstabilisatiecircuit is zeer veelzijdig en kan worden gebruikt om de stroom in verschillende uitvoeringen te beperken. Het circuit is gemakkelijk te herhalen, bestaat uit eenvoudige en betaalbare radiocomponenten en wanneer ze correct zijn geïnstalleerd, beginnen ze meteen te werken.
Een kenmerk van dit circuit is de mogelijkheid om beschikbare operationele versterkers te gebruiken met een voedingsspanning van 12V, bijvoorbeeld K140UD6, K140UD608, K140UD12, K140UD1208, LM358, LM324, TL071 / 081. De KT829A-transistor is het belangrijkste voedingselement en alle stroom gaat er doorheen, daarom wordt deze noodzakelijkerwijs op het koellichaam geïnstalleerd. De keuze van de transistor wordt bepaald door de vereiste laadstroom die is ingesteld om de batterij op te laden.
4. Selecteer de behuizing voor de oplader. Hij bepaalt de vorm, het ontwerp, de warmteafvoeromstandigheden en het uiterlijk van het geheugen. In dit geval is gekozen voor een aluminium spuitbus. We verwijderen het bovenste deel.
5. We snijden van de universele montageplaat een deel af dat even breed is als de binnendiameter van de cilinder. Het verdient de voorkeur om de invoer van het bord in de cilinder strak, zonder te pitchen.
6. We vullen het geheugen aan met onderdelen volgens het schema. De aërosolkap heeft een goede afmeting als potentiometerknop.
7. We bevestigen de transistor op de radiator en installeren de radiator aan de rand van het bord, volgens de foto.
8. Soldeer de transistordraden aan de elektroden van het bord.
9. Soldeer de weerstand en beperk de maximaal mogelijke laadstroom van de batterij. Omdat de volledige laadstroom door de weerstand R5 gaat, wordt deze voor de beste koeling van de weerstand getrokken uit de veel gebruikte (MLT-1) vier parallel geschakelde weerstanden van 22 ohm met een vermogen van elk 1 W. Daarnaast is in serie een 1,8 ohm 5 watt weerstand geïnstalleerd. De totale weerstand van R5 was ongeveer 7 ohm (gemiddeld vermogen 4 watt). De weerstand en uitrusting van de weerstanden zijn afhankelijk van de geplande laadstroom en de beschikbaarheid van onderdelen van de fabrikant.
10. Monteer het besturingsgedeelte van het geheugen op een breadboard-printplaat. We verbinden de gefabriceerde voedingseenheid van de oplader en verbinden de belasting - een oplaadbare batterij. Om de werking en foutopsporingsmodi te controleren, sluit u het geheugen aan op een instelbare voeding. We controleren het aanpassingsbereik van de laadstroom, indien nodig selecteren we de waarde van weerstanden R2 en R3.
11. Breng het controlegedeelte van het geheugen over naar de werksjaal
en bevestig het aan de voedingseenheid.
12. Installeer op het bord, aan de zijkant, de aansluiting voor het aansluiten van de voeding van de oplader (adapter of andere voeding).
13. Installeer het geheugen in de behuizing en plaats de radiator in het bovenste (open) deel.
Boor een reeks gaten voor met een diameter van 6 mm in het onderste cilindrische deel van de behuizing. De werkpositie van de opladerbehuizing is verticaal, daarom wordt er, net als bij een schoorsteen, natuurlijke tractie gecreëerd. Lucht die wordt verwarmd door weerstanden en een radiator stijgt omhoog vanuit de behuizing en trekt koude naar de onderste gaten. Dergelijke ventilatie werkt effectief, omdat aanzienlijke verwarming van de radiator met 2,3 uur werking van de oplader praktisch niet wordt gevoeld door de verwarming van de behuizing.
14. De oplader is gemonteerd met een werkset en onder belasting getest, waarbij een tiental batterijen volledig is opgeladen. Het geheugen werkt stabiel. Tegelijkertijd wordt de geschatte oplaadtijd, evenals de accutemperatuur, periodiek bewaakt om de oplader op kritieke waarden uit te schakelen. Door "krokodillen" te gebruiken om de batterij aan te sluiten, kunt u verbinding maken met de geheugenregelampèremeter (multimeter) om de laadstroom aan te passen. Bij het opladen van volgende elementen van hetzelfde type is geen ampèremeter nodig.
