Электропитание
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Прибор для восстановления аккумуляторов (часть 1)Распечатать: Прибор для восстановления аккумуляторов (часть 1)

Прибор для восстановления аккумуляторов (часть 1)



Это устройство построено в основном из готовых модулей (в том числе Arduino Nano), продаваемых в интернет-магазинах. Его основное назначение - тренировать аккумуляторы и их батареи, восстанавливая утраченную ёмкость, но оно может и просто разряжать или заряжать их. К нему можно подключить одновременно до восьми однотипных аккумуляторов (батарей). Информация о ходе процессов и их результатах, в том числе об отданном при разрядке или полученном при зарядке электрическом заряде, выводится на ЖКИ. Пользуясь этой информацией, можно вычислить внутреннее сопротивление аккумулятора.

Устройство работает с аккумуляторами и их батареями (в дальнейшем будем называть их просто аккумуляторами) всех типов с номинальным напряжением от 1 до 12 В, обеспечивая ток разрядки и зарядки 0,07...2 А. Полезную информацию о свойствах различных аккумуляторов и оптимальных режимах работы с ними можно найти в [1-5].

Прибор разряжает аккумуляторы заданным током разрядки до заданного минимального напряжения и заряжает их заданным током зарядки до заданного максимального напряжения. Для предотвращения аварийных ситуаций продолжительность этих процессов ограничена. Предусмотрено также автоматическое выполнение от одного до 20 циклов разрядка-пауза-зарядка-пауза с индикацией заданных и текущих параметров. Заданные параметры, в том числе длительность пауз, можно изменять в процессе работы. При одновременной работе с несколькими (до восьми) аккумуляторами их параметры контролируются индивидуально.

Текущее значение напряжения каждого аккумулятора устройство определяет при временно отключённых источниках разрядного и зарядного тока. Это позволяет более точно контролировать состояние аккумуляторов разной степени изношенности. Информацию о длительности процессов разрядки и зарядки аккумуляторов и количестве отданного или полученного ими электрического заряда устройство выводит на ЖКИ и запоминает в энергонезависимой памяти, содержимое которой можно передать для обработки в компьютер.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов прибор не измеряет. Однако этот параметр можно оценить по результатам измерения напряжения аккумулятора при подключённой нагрузке и без неё. У "плохих" аккумуляторов разница результатов этих измерений, как правило, существенно увеличена, что соответствует повышенному внутреннему сопротивлению.

Схема аналоговой части прибора изображена на рис. 1, а его цифровой части - на рис. 2. Галетный переключатель SA2 (ПГ3 3П6Н) имеет три положения: предварительная установка тока разрядки (У1), предварительная установка тока зарядки (У2), работа (Р) (разрядка-зарядка аккумуляторов). Предварительно устанавливать ток необходимо для того, чтобы не повредить аккумуляторы недопус-тимым током. Действие кнопок SB1 - SB6 в различных положениях переключателя SA2 соответствует табл. 1.

Схема аналоговой части прибора

Рис. 1. Схема аналоговой части прибора

Схема цифровой части прибора

Рис. 2. Схема цифровой части прибора

Таблица 1

Положение SA2

Уст. тока разрядки (У1)

Уст. тока зарядки (У2)

Подготовка к пуску / Работа (Р)

Функция кнопки

SB1

Выбор режима

Не действует

Вывод по USB содержимого EEPROM / Не действует

SB2

Не действует

Перебор заданных параметров

SB3

Не действует

Перебор текущих параметров

SB4

Добавление цикла

Увеличение выбранного заданного параметра

SB5

Удаление цикла

Уменьшение выбранного заданного параметра

SB6

Очистка EEPROM

Не действует

Пуск/Следующий процесс

Источником зарядного и разрядного тока служит готовый модуль 5A XL4015 (рис. 3). Из него выпаяны подстроечные резисторы установки выходного напряжения и тока, а вместо них к показанным на рис. 3 точкам а-е подключены внешние цепи регулировки. Переменные резисторы R11 "Ток зарядки грубо", R14 "Ток зарядки точно" и R4 "Напряжение" размещены на передней панели прибора. Подстроечные резисторы R5, R6 и R13 служат для установки пределов регулирования тока и напряжения.

Модуль 5A XL4015

Рис. 3. Модуль 5A XL4015

В переключении режимов, задаваемых переключателем SA2, участвуют также реле модуля HL-54S (рис. 4), управляемые командами модуля Arduino Nano. Их состояние в разных режимах работы прибора указано в табл. 2. В ней же показаны логические уровни сигнала на выходе A3 модуля Arduino Nano. Низкий уровень (0) соответствует измерению микроконтроллером напряжения аккумулятора, высокий (1) - его зарядке или разрядке.

Реле модуля HL-54S

Рис. 4. Реле модуля HL-54S

Таблица 2

Положение SA2

Состояние

Реле

Выход АЗ

К9

К10

К11

Уст. тока разрядки (У1)

Вкл.

Выкл.

0

Уст, тока зарядки (У2)

0

Работа (P)

Разрядка

Выкл.

0/1

Пауза после разрядки

0

Зарядка

Вкл.

0/1

Пауза после зарядки

0

Пользователь контролирует напряжение аккумулятора, ток его разрядки и зарядки с помощью цифрового ампервольтметра P1 (рис. 5). Первоначально я установил его для удобства налаживания прибора, но он оказался очень полезным и при работе с ним.

Цифровой ампервольтметр

Рис. 5. Цифровой ампервольтметр

Модуль Arduino Nano выводит на ЖКИ HG1 заданные и текущие значения параметров. Он же управляет разрядкой и зарядкой аккумуляторов, отсчитывает паузы между этими процессами, измеряет напряжение на аккумуляторах, включает и выключает текущий через них ток. ЖКИ подключён к модулю Arduino Nano через преобразователь параллельного интерфейса ЖКИ в последовательный интерфейс I2C (рис. 6), который стыкуется непосредственно с разъёмом ЖКИ. Это позволило сократить до двух число линий, по которым модуль Arduino Nano управляет ЖКИ.

Преобразователь параллельного интерфейса ЖКИ

Рис. 6. Преобразователь параллельного интерфейса ЖКИ

Зарядка организована с помощью упомянутого выше модуля 5A XL4015. При работе с аккумуляторами желательно не допускать слишком большого напряжения на них. Максимальное напряжение на выходе источника зарядного тока должно быть лишь на 20 % больше напряжения заряженного аккумулятора.

Стабилизатором тока разрядки служит узел на ОУ DA3 и полевом транзисторе VT2, которые охвачены отрицательной обратной связью по току. Транзистор VT2 установлен на игольчатом алюминиевом теплоотводе, установленном снаружи корпуса на его боковой стенке иглами к ней. Размеры теплоотвода - не менее 50x30 мм.

Датчик тока образуют резисторы R18 и шунт амперметра P1. Ток разрядки регулируют выведенными на переднюю панель прибора переменными резисторами R10 и R12. Сигнал с датчика тока, усиленный ОУ DA4, поступает также на вход A2 модуля Arduino Nano для измерения. Результат этого измерения программа использует для расчёта принятого или отданного аккумулятором электрического заряда.

Напряжение 5 В для питания модуля Arduino Nano, ЖКИ HG1, микросхем DD1-DD4 и реле получено из напряжения первичного источника 18 В с помощью импульсного стабилизатора напряжения - модуля DSN-MINI-360 (рис. 7). Поскольку этот стабилизатор регулируемый, нужное напряжение (+5 В) на его выходе ещё до подачи его на питаемые узлы прибора следует установить имеющимся в модуле подстроечным резистором.

Модуль DSN-MINI-360

Рис. 7. Модуль DSN-MINI-360

Напряжение на выходе интегрального стабилизатора DA1 78L05 повышено с +5 В до +9 В с помощью стабилитрона VD1 КС147Г и использовано для питания ОУ DA3 и DA4. Таймер DA2 КР1006ВИ1 служит задающим генератором источника отрицательного напряжения питания, необходимого этим ОУ. Его импульсы усилены полевым транзистором VT1 и преобразованы в отрицательное постоянное напряжение выпрямителем на диодах VD2 и VD3. Его ограничивает до -9 В стабилитрон VD4.

Аналогичным образом с помощью транзистора VT3 и диодов VD5, VD6 получено напряжение -1,5 В для питания цепи управления электронным ключом на сборке полевых транзисторов VT4. Стабилизатор этого напряжения - полевой транзистор VT6, работающий как низковольтный стабилитрон.

Реле K1-K8, объединённые в релейный модуль (рис. 8), поочерёдно подключают аккумуляторы G1-G8 к цепям разрядки-зарядки. Модуль Arduino Nano формирует сигналы управления этими реле в виде последовательного кода, который затем преобразует в параллельный код микросхема DD3 (74HC595N). С её выходов управляющие сигналы поступают на входы релейного модуля.

Релейный модуль

Рис. 8. Релейный модуль

Кроме того, сигналы с этих выходов через электронные ключи микросхемы dD4 (ULN2803APG) управляют двухцветными светодиодами HL3-HL10. Свечение каждого из них свидетельствует о том, что идёт разрядка или зарядка соответствующего аккумулятора. Цвет свечения (красный при разрядке, зелёный при зарядке) зависит от состояния полевых транзисторов сборки VT7. Когда идёт работа с аккумуляторами, включён светодиод HL2.

Работой устройства управляют с помощью кнопок SB1-SB6 и DIP-переключателей SA3 "Тип аккумуляторов", SA4 "Число аккумуляторов". Параллельные коды состояния кнопок и переключателей сдвиговые регистры DD1 и DD2 (CD4014BE) преобразуют в последовательный код для загрузки в модуль Arduino Nano.

Для контроля температуры аккумуляторов и теплоотвода транзистора VT2 в приборе имеются два датчика температуры DS18B20. Их информационные входы-выходы подключены к одной и той же линии D2 модуля Arduino Nano. Программа микроконтроллера модуля различает эти датчики по хранящимся в их постоянной памяти идентификационным кодам. Какой из них должен измерять температуру теплоотвода, а какой температуру аккумуляторов, определяют в процессе налаживания прибора. В случае превышения допустимой температуры аккумулятора (+45 оС) или теплоотвода транзистора (+80 оС) ток зарядки или разрядки прерывается до тех пор, пока температура не понизится до допустимой.

В правом нижнем углу экрана ЖКИ прибор выводит номер режима в цикле (1 или 3 - разрядка; 2, 4 или 6 - пауза; 5 или 7 - зарядка) и состояние реле K9, K10, К11 модуля HL-54S. Символ подчёркивания означает, что соответствующее реле выключено, символы p, a, m - включены соответственно реле K9, K10, К11.

Поскольку на аналогово-цифровой преобразователь модуля Arduino Nano нельзя подавать напряжение более +5 В, для работы с аккумуляторами большего напряжения применён делитель напряжения R29R30. Реле K9 при необходимости по сигналу модуля Arduino Nano включает его в цепь измерения. Конденсатор С11 сглаживает выбросы измеряемого напряжения и коммутационные помехи.

Для подключения к прибору аккумуляторов различных типов предусмотрены два не показанных на схеме разъёма, с которыми соединяют контактные устройства. Их конструкция может быть любой. Главное, чтобы были обеспечены хороший контакт и допустимый ток не менее 3 А.

Процесс работы с аккумулятором состоит из интервалов измерения напряжения на нём в отсутствие тока и интервалов подачи установленного переменными резисторами R11 и R14 тока зарядки или переменными резисторами R10 и R12 тока разрядки. При этом аккумуляторы, число которых задано DIP-переключателем SA4, по очереди включаются в работу контактами реле K1.1-K8.1. Коммутация зарядка-разрядка организована с помощью ключей на сборках полевых транзисторов VT4 и VT5, управляемых с выхода A3 модуля Arduino Nano.

В процессе работы в EEPROM микроконтроллера модуля Arduino Nano записываются в формате с плавающей запятой текущие параметры выполняемой процедуры, каждый из которых занимает в нём по четыре ячейки. Это даёт возможность просмотреть результаты не только во время работы, но и после отключения питания прибора. Адреса ячеек EEPROM и их содержимое соответствуют указанным в табл. 3. В ячейках, соответствующих аккумуляторам с номерами, большими, чем набранное на DIP-переключателе SA4 число, хранятся нули.

Таблица 3

Ячейки

Содержимое

Ед. изм.

Разрядка

0-3

Текущее напряжение аккумулятора 1

В

4-7

Текущая продолжитель­ность разрядки аккуму­лятора 1

ч

8-11

Ток разрядки аккумуля­тора 1, усреднённый за четыре последних изме­рения

А

12-15

Текущее количество электричества, отдан ное аккумулятором 1

А·ч

16-20

Текущее напряжение аккумулятора 2

В

... ... ...

120-127

Текущее количество электричества, отдан­ное аккумулятором 8

А·ч

Зарядка

128-131

Текущее напряжение ак­кумулятора 1

В

132-135

Текущая продолжитель­ность зарядки аккумуля­тора 1

ч

136-139

Ток зарядки аккумуля­тора 2, усреднённый за четыре последних изме­рения

А

140-143

Текущее количество электричества, сообщён­ное аккумулятору 1

А·ч

144-147

Текущее напряжение ак­кумулятора 2

В

... ... ...

236-239

Текущее количество электричества, сообщён­ное аккумулятору 7

А·ч

Продолжение следует

Литература

1. Особенности зарядки Ni-MH аккумуляторов, требования к зарядному устройству и основные параметры. - URL: http://akbinfo. ru/shhelochnye/ni-mh-akkumuljatory-kak-zarjazhat-zarjadnoe-ustrojstvo-i-parametry. html (03.05.2018).

2. Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов. - URL: http://electro-shema.ru/chertezhi/pulse-charger-li-ion.html (03.05.2018).

3. NiMH аккумуляторы, их тренировка и восстановление. - URL: http://www. electrosad.ru/Sovet/NiMH.htm (03.05.2018).

4. Виды заряда никель-кадмиевых аккумуляторов. - URL: http://samodelka. info/zaryadnie-akb/princip-zaryada-nikel-cadmievih-akb.html (03.05.2018).

5. Аккумуляторы типоразмера 18650. Не дай себя обмануть! - URL: http:// uceleu.ru/blog/snaraga/2041.html (03.05.2018).

Автор: Н. Осницкий, г. С.-Петербург


Дата публикации: 27.08.2018

Мнения читателей
  • admin / 03.09.2018 - 16:51
    Напишите запрос через форму обратной связи http://www.radioradar.net/contacts/index.html, попробуем помочь.
  • ВЛАДИМИР / 01.09.2018 - 00:20
    ДОБРОЙ НОЧИ. ...а программа (прошивка) микроконтрол. нужнна ?...

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics