Купил на Али кучку держателей для аккумуляторов (или просто батареек) формата АА… Вещь бывает нужна в хозяйстве, тем более, если собираешь или ремонтируешь какие-либо электронные приборы или гаджеты. Собственно больше то и писать о них было бы нечего (ну только оценить сопротивление контактов, померить длину проводков и оценить на зуб и глаз пластмассу - что будет в обзоре), но наткнулся на одну статью в интернете и родилась идея проверить, можно ли восстановить емкость отработавших свой срок NiCd и NiMh аккумуляторов, которых накопилось в хозяйстве, и выбросить их просто на свалку рука не поднимается, т.к такие элементы нужно сдавать на утилизацию… Что из этого получилось, и вообще получилось ли… Можно узнать прочитав обзор…
Внимание - много фото, трафик!!!

Вот собственно, сама статья, которую я упоминал в оглавлении обзора…


Начал искать еще информацию про восстановление утративших емкость NiCd и NiMh АКБ и поиск привел меня на занимательную статью на английском, которую вы сможете прочитать пройдя по ссылке: Не знающие английский могут воспользоваться возможностями автоматического перевода на русский системой Google. Из статьи я вынес главное, что элементы NiCd и NiMh имеют память (у NiCd это очень выражено, у NiMh менее выражено, но все же эффект имеет место), и что бы продлить жизнь им, необходимо разряжать, до определенного напряжения перед зарядкой.


Наверное многие знают об этом, что производитель рекомендует разряжать аккумуляторы до остаточного напряжения 0.9-1В, а только потом ставить на зарядку. Но часто это игнорируется и со временем элементы теряют емкость, в них образуются кристаллы солей кадмия и никеля. И что бы их, хотя бы частично, разбить, нужно разряжать аккумуляторы небольшим током до остаточного напряжения 0.4-0.5В…

Кстати, немного о том, как устроен аккумулятор: Основу любого аккумулятора составляют положительный и отрицательный электроды. Разберем на основе NiCd аккумулятора. Положительный электрод (катод) содержит гидрооксид никеля NiOOH с графитовым порошком (5-8%), а отрицательный (анод) - металлический кадмий Cd в виде порошка.


Аккумуляторы этого типа часто называют рулонными, так как электроды скатаны в цилиндр (рулон) вместе с разделяющим слоем, помещены в металлический корпус и залиты электролитом. Разделитель (сепаратор), увлажненный электролитом, изолирует пластины друг от друга. Он изготавливается из нетканого материала, который должен быть устойчив к воздействию щелочи. Электролитом чаще всего выступает гидрооксид калия KOH с добавкой гидроксида лития LiOH, способствующего образованию никелатов лития и увеличения емкости на 20%.

Никель-металлогидридные аккумуляторы по своей конструкции являются аналогами никель-кадмиевых аккумуляторов, а по электрохимическим процессам - никель-водородных аккумуляторов. Удельная энергия Ni-MH-аккумулятора значительно выше удельной энергии Ni-Cd- и Ni-Н2-аккумуляторов
Аккумулятор NiMh (Никель-металлогидридный), устроен почти так же как NiCd:


Положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, свернуты в виде рулона, который вставлен в корпус и закрыт герметизирующей крышкой с прокладкой. Крышка имеет предохранительный клапан, срабатывающий при давлении 2-4 МПа в случае сбоя при эксплуатации аккумулятора.

Вооружившись знаниями, я решил попробовать собрать нечто подобное как в статье «Автоматическая разряжалка», и на практике проверить поможет это или нет, восстановить, хотя бы частично, утратившие емкость аккумуляторы… Собрал такое тестовое устройство по схеме приведенной в статье. В статье в качестве индикации была применена лампочка на 1В 75мА, уж не знаю где автор нашел такую. Так же в статье было предложено использовать светодиод, но эта идея не пройдет, поскольку все светодиоды при 1-1.5В не светят… Потому в качестве индикатора был применен амперметр…

Начальный ток разрядки свежезаряженной АКБ составляет 250мА, и постепенно падает. При остаточном напряжении в 1В, ток разряда снижается до 30-40мА, как раз примерно такой ток и нужен, что бы попытаться разбить кристаллы «шлака» в аккумуляторе…
Провел небольшое тестирования «убитого» радиотелефоном Ni-Mh аккумулятора формата ААА, всего было проведено 4 цикла заряда-разряда. Тестирование проводилось таким образом: Аккумулятор был разряжен до рекомендуемого производителем напряжения в 1В и был полностью заряжен при помощи автоматического Зарядного устройства Soshine (спасибо китайцам)

Зарядное устройство считает количество «закаченного» в АКБ заряда, конечно это неправильный способ оценки емкости, т.к нужно измерять емкость АКБ при разряде, а не заряде (в дальнейшем будем измерять емкость правильно), но косвенно можно судить, изменяется или нет емкость «убитого» аккумулятора…

Лирическое отступление

Кстати, на Муське, многие авторы этим «грешат», измеряя емкость аккумуляторов при помощи всеми любимого, «белого доктора»… Измерив «вдуваемый» в аккумулятор заряд, с важным видом рассуждают о емкости батареи, не учитывая, что не всё «вдутое» можно «выдуть» назад, а так же многочисленные потери энергии на саморазряд, нагрев батареи и т.п. Любой обзор девайса имеющего USB порт, считается не полным, если в нем нет фотографии «белого доктора». Китайцы вероятно обогатились на продажах этих супер-устройств для тестирования...))))

Полностью заряженный аккумулятор взял 480мА/ч «заряда» и был поставлен на разрядку в изготовленное разрядное устройство… Отсечка разрядки произошла при остаточном напряжении АКБ при 0.5В… Это значение зависит от параметров транзисторов, использованных в разрядном устройстве… Цикл Заряда-Разряда повторяли 4 раза… Результаты предварительного тестирования привожу ниже:

1- заряд - 680мА/ч

2- заряд - 726мА/ч

3- заряд - 737мА/ч

4- заряд - 814мА/ч

Что ж мы видим положительную динамику… По крайней мере, в аккумулятор входит все больше «заряда», но к сожалению это только косвенная оценка емкости, а что бы оценить точно, нужно разряжать аккумулятор измеряя емкость…
Чем мы и займемся далее))))
Для правильной оценки емкости аккумуляторов было заказано новое Зарядно-разрядное устройство ВМ200 в у китайцев… Оно способно разряжать АКБ и измерять емкость, это будет намного точнее…

Поскольку можно сразу же тестировать 4 АКБ, было решено переделать разряжалку, и сделать её тоже 4-х канальной. Зарядно-разрядное устройство ВМ200 конечно способно самостоятельно разряжать АКБ, но делает она это до остаточного напряжения 0.9В, а это мало, мне необходимо разрядить каждый элемент до 0.4В, потому была найдена схема другого разряжающего устройства в интернете

Я перевел эту схему на современные элементы и размножил до 4-х каналов…
Получилось вот такое разрядное устройство:




Поскольку во всех 4-х каналах, я выставляю одинаковое напряжение отсечки компараторов, то обошелся одним стабилитроном и одним построечным резистором на все четыре канала…
Для желающих повторить, даю ссылку на печатную плату, на ней все элементы подписаны

Вот тут-то мы и дошли до наших держателей для АКБ или батареек… Мне нужно было 4 шт, остальные уйдут «про запас»… Как обычно ссылка уже идет в «никуда», потому я поставил в заголовке аналогичный товар у другого продавца. Под спойлером прикладываю скриншот заказа, а то не поверят, что я заказываю запчасти у китайцев…))))

Скрин заказа

Пока ко мне на всех парáх, на рикшах китайцы, в поте лица, везут мои 2 посылки, позволю себе короткое лирическое отступление… Обязательно найдутся пару читателей «муськи», которые скажут, что я занимаюсь фигней, тем более изготавливая печатные платы, и вообще надо не париться, а просто выкидывать отслужившие аккумуляторы… Возможно, это и правильно, но у каждого свой путь, кто-то водку пьет, кто-то в баню ходит, ну а мне нравится что-то созидать, пусть даже это кажется кому-то бессмысленным… Главное, что мне это нравится, ну а вам я желаю просто хорошо отдохнуть, читая мой обзор, может быть узнать что-то новое и обсудить это в комментариях, только не доводите споры до «холивара»…)))
Пока ждал посылку, сделал модуль индикации, вместо вольтметра для первого варианта платы, что на двух транзисторах…

развлекаюсь под спойлером

Это все сделано на микросхеме LM3914, практически по типовой схеме с даташита. Питание 5В от какой-то зарядки сотового телефона… На плате есть перемычка, которой можно переключать микросхему из режима «Точка», в режим «Столбик» и обратно…

обратная сторона


Когда горит один красный светодиод, напряжение на АКБ, равно 0.2В, когда горит весь столбик - значит на АКБ 1.2В. Каждый потухший светодиод сообщает, что напряжение на АКБ упало еще на 0.1В… Удобно использовать эту плату в виде вольтметра индикатора с довольно высокой точностью...

Наконец то обе посылки пришли, я не буду описывать распаковку, взвешивание, измерение размеров, ибо и так понятно, что держатели батареек формата АА, чуть больше самих батареек… Вот общий вид держателя.


Пластмасса упругая, держит аккумулятор хорошо, более того, довольно сложно пальцами вытащить батарейку, приходится поддевать каким-либо тонким предметом, отверткой, например.
Проверим сопротивление пружинного контакта. 2 миллиОма…


Длина проводов (красного и черного) около 15 см.

Настроим теперь напряжение отсечки компараторов, это можно сделать на любом канале из четырех. И проверим ток которым будут разряжаться наши аккумуляторы… Подаем на разрядное устройство 5В с какого то источника питания от сотового телефона. Видим что все светодиоды горят. Зеленый сигнализирует, что подключено питание, а красные 4 светодиода нам сообщают, что все компараторы находятся в закрытом состоянии, и разряд не происходит.

Описание процесса настройки и фотографии под спойлером

Присоединяем к первому каналу лабораторный блок питания и даем 1.2В - это напряжение полностью заряженного аккумулятора… Видим, что началась разрядка током 70мА (справа точный амперметр имеющий 4 разряда после запятой)


Обратите внимание, что светодиод первого канала потух, сигнализируя, что началась разрядка в этом канале…


При напряжении на аккумуляторе в 0.5В ток разряда составляет 40мА, в принципе как раз примерно такой ток нам и нужен для успешного разбиения образовавшихся кристаллов…


При напряжении 0.4В компаратор закрывается и разрядка на этом окончена. Обратите внимание, что ток на амперметре стал нулевой

При помощи кримпера (не дешевый, профессиональный, куплен на Али), обжимаем провода в специальные наконечники для разъемов


Получается вот такой обжатый наконечник… Приятно работать профессиональным инструментом, хотя он и не дешев, но удобство и результат стоят того.

Ну что же… все готово, отбираем кандидатов на восстановление емкости. Под номерами 1 и 2 идут NiMh аккумуляторы от электробритвы «Panasonic» изначальная емкость не известна. После 3 лет работы в электробритве полностью заряженных аккумуляторов не стало хватать на один сеанс бритья. Под номерами 3 и 4 NiCd аккумуляторы, изначальная емкость 600мА, отработали свое в электрокардиографе…
Поскольку аккумуляторы долго лежали без использования, сначало необходимо их «взбодрить», это можно сделать на Зарядном устройстве ВМ200 выбрав режим Gharge-Refresh - зарядное устройство проведет 3 цикла разрядки до 0.9В, а затем полная зарядка и так 3 раза. При этом емкость незначительно повышается. Таким образом мы исключим погрешность, незначительного повышения емкости, которая добавится после нескольких циклов «тренировки» долго лежащих без работы аккумуляторов. Тренировка была проведена, по времени заняло примерно 36 часов

Теперь можно приступить к процессу восстановления…


Вставляем все аккумуляторы в зарядное устройство, выбираем режим «Зарядка-Тест»… и ждем… После полной зарядки током 200мА, ЗУ разрядит аккумуляторы до 0.9В током 100мА и посчитает отданную емкость. Будем оперировать ей, как начальной емкостью до восстановления.


Вот под утро зарядное устройство выдало посчитанную емкость аккумуляторов, её будем использовать как начальные значения, Никель-Кадмиевые аккумуляторы потеряли половину своей начальной емкости, Никель-металлогидридные, не известно сколько имели емкости изначально, подозреваю, где-то 1200мАч, но это не важно, нам главное динамика и восстановление емкости.


Ставим все аккумуляторы в разрядное устройство, видим, что все красные светодиоды потухли, во всех четырех каналах началась разрядка аккумуляторов. При постижении остаточного напряжения 0.4В на каждом аккумуляторе, компараторы закроются, и красные светодиоды зажгутся, сигнализируя об окончании разрядки. Это может занять много времени…


Пришел с работы, на разрядном устройстве горят все 4 красных светодиода. На всякий случай замерил вольтметром остаточное напряжение на всех аккумуляторах. Примерно 0.4В на каждом…

Ну что же, начинаем повторять цикл разрядки-зарядки. Долго-нудно, день-ночь. Все тестирование заняло 4 суток. На дисплее ЗУ ВМ200 видна положительная динамика, все больше и больше заряда «входит» в аккумуляторы… Видно что метод работает...)))))


Но точки над i расставит заключительное тестирование емкости аккумуляторов при разряде.
5 циклов зарядки-разрядки прошли… Ставим аккумуляторы на определение емкости, это режим «Gharge-Test»… Ну и вот окончательный результат - вердикт…


Как мы видим, емкость какой была, такой и осталась… Чуда не произошло, хотя все говорило, что аккумуляторы восстанавливаются, т.к. растет «закачиваемая» емкость… Но увы…
На этом месте Муськовчане, имеющие гуманитарное образование, опечалено закрыли обзор и поставили мне жирный минус… Муськовчане, имеющие инженерное образование, похихикали и подумали, что законы физики, химии, старость и старуху с косой никто еще не обманул… И они об этом заранее знали… Но… Есть одно небольшое НО…
Как вы помните, я ранее писал про восстановление аккумуляторов формата ААА от радио телефона, в начале статьи… Аккумуляторы отработали 2 года, и перестали держать заряд. Если снять телефон с зарядки, через 10-15 минут на экране мигал значок разряженной батарейки, и требовал поставить телефон на зарядку. Если его требование игнорировалось, то телефон просто отключался. Это было примерно год назад. После 4-х циклов разряда-заряда, я опять поставил аккумуляторы в телефон, и они уже год как работают в нем, пусть ставить на зарядку телефон приходится немного чаще, чем с новыми аккумуляторами, НО!!! Телефон нормально работает год с восстановленными аккумуляторами!!! Почему и как, я не знаю… Но факт остается фактом…
Теперь вернем заряженные аккумуляторы в бритву «Panasonic»… До восстановления аккумуляторов хватало примерно на 4-5 минут после полной зарядки… Потом бритва неизбежно «умирала»… Ну что же, проверим, поставил аккумуляторы на место… Я побрился… потом еще 25 минут держал бритву включенной… Жужжит, как имеющая новые аккумуляторы… Дальше не стал мучить двигатель… выключил… Чувствую, что мне еще хватит этих аккумуляторов на некоторое время…
Выводы я делать не буду, каждый может сделать их самостоятельно… Спасибо всем, кто дочитал мой обзор до конца…
В завершение обзора, по традиции животное… Животному понравилась пластмасса и сопротивление пружинного контакта, но крайне не понравилась длина проводков… Длинее надо… и шуршун должен быть на конце проводков…

Традиционная ("безопасная") зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов током, значение которого в десять раз меньше емкости аккумулятора, удовлетворяет далеко не всех пользователей, поскольку в этом случае для гарантированной полной его зарядки требуется затратить более десяти часов.

Между тем аккумуляторы можно безопасно заряжать и большими токами, соответственно сокращая время зарядки. При этом, однако, необходим постоянный контроль за состоянием заряжаемого аккумулятора, чтобы избежать его выхода из строя.

Момент, когда никель-кадмиевый аккумулятор полностью заряжен, можно надежно установить, измеряя зависимость его напряжения от времени зарядки. В общем виде она показана на рис. 1.

Полностью заряженному аккумулятору соответствует момент, когда напряжение на нем достигает максимума. Поскольку для различных экземпляров абсолютное значение максимума может различаться, этот параметр нельзя использовать для однозначного определения окончания зарядки.

"Интeллeктyaпьныe," зарядные устройства, периодически измеряя напряжение на заряжаемом аккумуляторе определяют момент когда изменение напряжения сменит знак (напряжение начнет уменьшаться), и прекращают зарядку.

Точнее, обычно переводят зарядное устройство в безопасный режим зарядки малым током. Следует отметить, что уменьшение напряжения по отношению к максимуму после его прохождения невелико-около 10 мВ на один элемент, и для его регистрации нужна измерительная аппаратура с соответствующим разрешением

Второй параметр, который принято контролировать при быстрой зарядке, - время. Его рассчитывают исходя из тока быстрой зарядки, и даже если за это время напряжение на аккумуляторе не достигло максимума, зарядку прекращают.

Это позволяет в какой-то мере уменьшитъ опасность выхода из строя зарядного устройства если в него установлен дефектный аккумулятор, у которого может и не произойти смены знака изменения напряжения в процессе зарядки.

Есть еще один параметр который наряду со сменой знака изменения напряжения на аккумуляторе объективно отражает завершение процесса зарядки, - температура корпуса аккумулятора.

Однако этот параметр относится к числу наиболее трудно контролируемых, поскольку требует установления надежного теплового контакта датчика температуры с корпусом заряжаемого аккумулятора.

Более того, в герметичных аккумуляторных батареях которые в основном используются в современной носимой аппаратуре, это в принципе невозможно. Поэтому на практике зарядку аккумуляторов с контролем температуры не применяют.

Но при этом приходится также отказываться и от предельных - очень быстрых режимов зарядки.

Микросхема МАХ713

Для реализации описанных алгоритмов зарядки выпускают специализированные микросхемы которые выполняют все перечисленные выше функции контроля и управления. К их числу относится например микросхема МАХ713 . Она позволяет заряжать как единичный элемент, так и батарею, состоящую из нескольких аккумуляторов.

Контрольное время для быстрой зарядки может быть в пределах от 22 до 264 минут (восемь дискретных значений), а ток - в пределах от 4С до 0,ЗЗС (С - емкость аккумулятора) Все эти параметры устанавливают программно. Предусмотрена в микросхеме МАХ713 и функция контроля температуры заряжаемого аккумулятора.

При расчете режима быстрой зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов сначала выбирают зарядный ток I, ориентируясь на требуемое время зарядки. Следует заметить, что при отсутствии надежного контроля температуры заряжаемого аккумулятора выбирать его более 2С не рекомендуется.

По окончании режима быстрой зарядки ток снижают до значений, безопасных в течение длительного периода ("дозарядка"). В микросхеме МАХ713 это значение например выбрано около 30 мА и не зависит от тока быстрой зарядки.

Принципиальная схема зарядного устройства

Схема "интеллектуального" зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, выполненного на микросхеме МАХ713, приведена на рис 2, Источник питания напряжением 12 В подключают к разъему X1.

Он должен обеспечивать ток нагрузки, по крайней мере на 50 мА больше максимального зарядного тока. При напряжении питания 12В можно заряжать батареи содержащие до девяти аккумуляторов .

В авторском варианте для питания устройства использовался обычный сетевой адаптер, обеспечивающий ток нагрузки до 300 мА при напряжении 12 В Светодиод HL1 индицирует работу устройства в целом, а светодиод HL2 - режим быстрой зарядки.

Рис 2. Принципиальная схема умного зарядного устройства.

Если он не светится, то это означает, что зарядка закончена Аккумулятор (батарею) подключают к разъему Х2 Зарядный ток регулирует транзистор VТ1. Если после включения устройства с подключенным аккумулятором светодиод HL2 не светится, значит, аккумулятор заряжен.

Программирование микросхемы производят подключением выводов 3 (PGM0), 4 (PGM1). 9 (PGM2) и 10 (PGM3) к выводам микросхемы 15 (+), 12 (ВАТТ-) 16 (REF). Они могут быть также и не подключены к чему-либо (OPEN). Через выводы PGM0 и PGM1 программируют число аккумуляторов в батарее (табл 1). а через выводы PGM2 и PGM3-таймер окончания быстрой зарядки (табл. 2).

Перед выбором окончательной версии устройства задают число элементов N в аккумуляторной батарее, подлежащей зарядке, и зарядный ток.

Исходя из первого параметра, определяют подключение выводов 3 и 4 микросхемы (в соответствии с табл 1), а по второму параметру - ориентировочное время зарядки Т (в часах) по формуле Т=С/0,8І. Здесь С подставляют в мАч, а I - в мА. В табл. 2 находят ближайшее большее значение программируемого интервала времени зарядки и определяют соответствующее ему подключение выводов 9 и 10 микросхемы.

На следующем этапе рассчитывают мощность Р (в ваттах), которая будет рассеиваться на транзисторе?Т1, по формуле P=(Umax - Umin)*1. Здесь Umax - максимальное напряжение на выходе источника питания, В; Umin, - минимальное напряжение на батарее аккумуляторов, В: I - ток зарядки A.

Umin рассчитывают исходя из числа элементов и минимального напряжения на одном аккумуляторе обычно полагают 1В. На основе этого расчета выбирают транзистор и выясняют, нужен ли для него теплоотвод.

Сопротивление резистора R2 (в кило-омах) рассчитывают по формуле R2=U/5 1, где U - минимальное напряжение источни ка питания в вольтах Сопротивление резистора R5 (в омах) рассчитывают по формуле R5=0 25/I, где I - ток зарядки в амперах.

Приведенные на схеме номиналы соответствуют минимальному напряжению источника питания 12В и току зарядки 0,25 А. При напряжении питания 12 В можно заряжетъ батареи не более чем из семи аккумуляторов.

Steven Avritch. A Smart Charger For Nickel-Cadmium Batteries - QST 1994 September p.40-42. Р2001, 1.

Данное зарядное устройство можно применить как для заряда никель-кадмиевых, так и для никель-металлгидридных аккумуляторов. Если у вас li-ion аккумулятор, то вам скорее нужна .

Описание работы зарядного для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов

Схема обеспечивает не быструю но эффективную зарядку поскольку заряд осуществляется стандартным током — одной десятой емкости батареи в комбинации с временем зарядки от 10 до 14 часов, без риска чрезмерной зарядки. Если вы уверены, что батарея разряжена только на половину, то зарядить ее полностью можно примерно за 6…7 часов.

Аккумуляторы размера AA имеют емкость от 1500 до 1800 мАч (миллиампер-час), так что ток зарядки должно быть от 150 до 180 мА. Если вы хотите зарядить несколько никель-кадмиевых аккумуляторов сразу, достаточно просто подключить их последовательно, для того же ток зарядки, который будет протекать через всю батарею аккумуляторов, заряжая их одновременно.

Вопрос теперь в том, как получить нам постоянный ток 180 мА. Самым элегантным и точным решение будет использование источника тока. В этой роли может выступить включенный по схеме источника тока. Микросхема LM317 достаточно известная и регулировки осуществляется путем подбора сопротивления резистора, который подключается к выводам OUT и ADJ.

В нашем случае (для 0,18 А), сопротивление будет равно 6,94 Ом (1,25/0,18) = 6,94 Ом. Данный номинал можно набрать из несколько последовательно-параллельно соединенных резисторов, но проще взять близкое стандартное значение 6,8 Ом.

Чтобы получить ток 180 мА нужно некоторое напряжение. Максимальное напряжение во время зарядки никель-кадмиевого аккумулятора составляет 1,5 В, а источник тока требуется около 3 В. Если заряжать только один аккумулятор, напряжение питания составит 4,5 В.

Если заряжается несколько никель-кадмиевых аккумуляторов сразу, нужно 1,5 В умножить на число аккумуляторов плюс 3 В. Для четырех аккумуляторов это будет напряжение питания 9 В. Если напряжение слишком низкое, ток заряда будет слабым.

В связи с быстрым развитием портативных устройств современной бытовой техники, в настоящее время большое распространение получили Ni-Cd и Ni-NiMh аккумуляторные батареи, срок службы которых сильно зависит от правильной эксплуатации. В связи с этим возникает необходимость в устройстве, которое имеет возможность измерять основные технические характеристики эксплуатируемых аккумуляторов, такие как емкость и внутреннее сопротивление, а так же обеспечивать аккумуляторам оптимальный режим заряда.

Автором статьи был приобретен фотоаппарат Canon А710IS, использующий в качестве источника питания две батарейки формата АА. Практически сразу выяснилось, что фотоаппарат может нормально функционировать только с дорогими алкалиновыми батарейками стоимостью от 5грн.(0,7$) С более дешевыми батарейками он или отказывался включаться, или делал всего несколько снимков, после чего выключался. В связи с этим, практически сразу, были приобретены два аккумулятора GP емкостью 2700мА/ч. С этими аккумуляторами GP фотоаппарат мог нормально функционировать на протяжении около месяца, при этом можно было сделать снимков и видео приблизительно на 2Гб.

Через год эксплуатации количество снимков, которое мог сделать фотоаппарат после полной зарядки аккумуляторов, начало катастрофически уменьшатся. Кроме этого было замечено, что увеличился саморазряд аккумуляторов.

Через полтора года эксплуатации фотоаппаратом стало практически невозможно пользоваться – после полного заряда аккумуляторов, можно было сделать не более 20-30 снимков (или 6-7 мин. видео), при этом, если фотоаппаратом не пользовались больше недели, он, как правило, даже не включался. И это при том, что реальных циклов заряда было не более 30, при указываемом ресурсе производителя до 1000…

Так как аккумуляторы заряжались зарядным устройством китайского происхождения, и циклы заряда-разряда для предотвращения сульфатации не производились, был сделан вывод о том, что возможной виной преждевременного выхода из строя аккумуляторов был неправильный зарядный режим и отсутствие разрядно-зарядных тренировочных циклов.

При попытках восстановления аккумуляторов методом разрядно-зарядных циклов выяснилось, что емкость аккумуляторов составляет немногим более 1000мА/ч и восстановлению они не поддаются (проверка емкости проводилась при помощи разряда полностью заряженных аккумуляторов на лампочку накаливания, при этом по времени свечения лампочки и току потребления ориентировочно определялась емкость). При этом проверка емкости 5-и летних аккумуляторов Energizer 2300мА/ч показала емкость около 1400мА/ч, однако в фотоаппарате они показывали результаты приблизительно аналогичные аккумуляторам GP, с одним лишь положительным отличием - саморазряд был меньшим – фотоаппарат включался и через две недели, однако мог сделать не более 10 снимков.

После всех экспериментов было решено приобрести новые аккумуляторы, и собрать зарядное устройство, которое отвечало бы следующим требованиям:
- было схемотехнически очень простым и не содержало дорогостоящих компонентов;
- имело возможность ускоренной зарядки аккумуляторов и проведения тренировочных разрядно-зарядных циклов;
- при проведении зарядки и разрядки подсчитывалась потребленная/отданная емкость в мА/ч. с непосредственным измерением тока и в конце заряда определялось внутреннее сопротивление аккумулятора;
- окончание зарядки определялось по методу ∆U и имелся контроль температуры аккумулятора;
- имелась возможность контроля зарядного процесса на компьютере для его визуализации, а так же оценки принятия решения об окончании заряда;

Довольно долго проводился поиск в интернете и различных журналах подходящей схемы, однако они были или слишком неинформативными , или слишком сложными , или не обеспечивали требуемых технических характеристик.

В конце концов, за основу зарядного устройства (в дальнейшем ЗУ) была взята схема с , приспособленная под зарядку двух однотипных Ni-Cd или Ni-Mg аккумуляторов. Кроме этого был добавлен трехзначный светодиодный индикатор и написано новое программное обеспечение. Схема зарядного устройства приведена на рис.1.

Рис. 1

Особенность схемы – постоянное измерение тока в процессе заряда-разряда, что снизило требование к его стабильности и позволило делать более точный подсчет емкости.

Для питания устройства требуются два источника питания. Первый из них, подключенный к Х2-Х4 должен иметь характеристику близкую к источнику тока, с напряжением холостого хода около 4..6В, и током, соответствующему желаемому току заряда.

Второй, подключенный к Х3-Х4, должен быть источником напряжения, с напряжением 6…11В и током не менее 50мА для питания непосредственно схемы управления и индикации. Если напряжение этого источника будет не менее 8В, тогда вместо дорогого стабилизатора с малым падением напряжения LM2940-5 (DA2) можно использовать распространенный стабилизатор L7805 (КРЕН5А).

На практике было взято зарядное устройство от неизвестного телефона, на котором было написано DC 5.0V/740mA. В действительности на холостом ходу оно выдавало 7В, а ток заряда, при подключении его к двум последовательно включенным аккумуляторам, составил 580мА. Это зарядное устройство (на схеме показано как ZU) было переделано следующим образом. Конденсатор 4,7uF 400V заменен на 10uF 400V, для безопасности добавлен предохранитель 0,25А вместо используемого для этих целей резистора, на высоковольтный транзистор 13003 в корпусе ТО-126 (как у отечественного КТ815) прикреплен небольшой радиатор, и, самое главное, на трансформаторе была домотана дополнительная обмотка из 15 витков провода диаметром 0,18мм (на схеме W2) последовательно с существующей, после чего был допаян навесным монтажом диод VD10 типа 1N5819 и конденсатор С2 220 uF 25V. Необходимо, чтобы при намотке дополнительной обмотки W2 направление намотки было таким же, как в уже существующей W1 - напряжение на обмотках должно суммироваться. Диод VD10 и конденсатор С2 были приклеены термоклеем прямо к трансформатору.

Вся переделка заняла около полутора часов. В результате даже в начале заряда полностью разряженных новых аккумуляторов напряжение на контакте Х3 не опускалось ниже 7В, при этом ток заряда составлял 640мА. В конце заряда ток снижался до 560мА. Это позволило заряжать полностью разряженные аккумуляторы 2700мА/ч за 5часов. При необходимости увеличить ток заряда, следует применить более мощный обратноходовый импульсный блок питания, переделанный аналогичным образом, или в качестве источника тока (Х2-Х4) применить отдельный блок питания (более предпочтительно).

Схема управления построена на распространенном микроконтроллере фирмы Atmel – Atmega 8A. Контроллер настроен на внутренний генератор с частотой 1МГц. Выводы PC0 и PC1 контроллера настроены как входа АЦП. Резисторы R8,R6 и R7,R5 образуют делители для согласования напряжения на аккумуляторах с внутренним опорным источником напряжения АЦП контроллера– 2,56В. Благодаря делителям, максимальное измеряемое напряжение составило 2,56/3*(3+1,5)=3,84В. Стабилитроны VD5,VD6 служат для ограничения напряжения на входах на уровне 4,5В, конденсаторы С11,С12 – для фильтрации измеряемого напряжения.

Благодаря измерению напряжения до и после резистора R13, появилась возможность измерять ток заряда, и снизилось требование к стабильности тока заряда. При подсчете емкости устройство каждую секунду измеряет ток заряда в мА и суммирует его. На дисплее отражается значение суммы, разделенное на 3600, т.е. потребленная (отданная) емкость в мА/ч. Резистор R13 состоит из трех резисторов 1Ом 0.25Вт соединенных параллельно.

В устройстве HL2 применен трехзначный светодиодный индикатор с общим катодом KOOHI E30361LC8W. При проверке оказалось, что даже при токе 2 мА на сегмент, яркость свечения была достаточно интенсивной. Это позволило обойтись без дополнительных транзисторов, подключив катоды непосредственно к портам контроллера, так как суммарный ток не превышал разрешенные даташитом 40мА на порт. Как оказалось позже, без диодов VD7,8,9 индикатор тоже нормально работает. Возможно применение любого аналогичного индикатора. При недостаточной интенсивности свечения возможно уменьшение гасящих резисторов до 560Ом.

L1,C3,C4 служат для дополнительной фильтрации питания контроллера. Разъем Х1 предназначен для подключения зарядного устройства к компьютеру. Детали R1,R2,R25,R26,VD1,VD2 служат для защиты контроллера от неправильного подключения к внешнему устройству (компьютеру). Если такое подключение не планируется, их использование не обязательно.

Кнопка SA1 служит для выбора режима работы ЗУ при его включении. Светодиод VD4 служит для дополнительной индикации о текущем режиме работы ЗУ. Его наличие позволяет пользоваться ЗУ без индикатора HL2 (если нет необходимости в дополнительной информации о процессе заряда). Порт РВ6 используется программно и как вход, для опроса кнопки (когда светодиод погашен), и как выход – для индикации режима работы.

Датчик DS18B20 служит для измерения температуры аккумуляторов. Его необходимо располагать как можно ближе к аккумуляторам. В авторском варианте датчик был закреплен между аккумуляторами непосредственно в держателе, полусферой к аккумуляторам. При его отсутствии устройство тоже работает, но соответственно, температура не отображается.

Элементы VT1,VT2,VT3,R11,R12,R9,R10 образуют ключ зарядного тока. В качестве транзистора VT1 возможно применение любого маломощного n-p-n транзистора (например, КТ315Б), при этом необходимо увеличить резистор R9 до 4,7кОм. VT2 может быть любым аналогичным с коэффициентом передачи тока не менее 50.

VT4,R14,R15,R16 образуют разрядный ключ. При включении транзистора VT4 ток разряда аккумулятора протекает через резисторы R13,R16 и ограничивается ими на уровне около 410мА. Так как ток разряда протекает через резистор R13, имеется возможность измерять разрядный ток и подсчитывать отданную аккумулятором емкость, отпадает необходимость в разрядных источниках тока. В качестве транзистора VT4 возможно применение составного n-p-n транзистора, например КТ972, КТ827, при этом необходимо увеличить сопротивление R14 до 1,5кОм.

Разъем ХS1 предназначен для внутрисхемного программирования контроллера.

При частичном использовании SMD элементов размер платы составил 69х50мм. Светодиодный индикатор был закреплен непосредственно в корпусе ЗУ термоклеем, и соединялся с платой с помощью проводов МГТФ. Корпус для всего устройства был взят от блока питания приставки SEGA размером 80х55х50мм. В корпусе был выпилен паз под держатель аккумуляторов, который был вклеен термоклеем с внутренней стороны. Внешний вид платы показан на фото 1, компоновка компонентов внутри корпуса на фото 2, внешний вид всего ЗУ на фото3.

Фото 1

Фото 2

Фото 3

Для подключения схемы к компьютеру необходим адаптер (дата-кабель) собранный на MAX232 или ее аналоге. У автора схема была собрана согласно рис.2. Вывод Тх адаптера необходимо соединить с выводом Rx устройства, а Rx адаптера соответственно с Тх устройства.

Рис. 2

При разработке программы для устройства был использован алгоритм, описанный в .

Алгоритм работы зарядного устройства состоит из нескольких фаз:
1. Определение наличия аккумулятора.
2. Выбор режима работы.
3. Разряд (если был выбран)
4. Пред-зарядка (pre-charge).
5. Быстрая зарядка (fast charge).
6. Дозарядка (top-off charge).
7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).

В фазе определения наличия аккумулятора включается ключ подачи зарядного тока VT2, при этом измеряется напряжение на зажимах держателя. Если напряжение выше 3,3В, значит аккумуляторы отсутствуют. На индикаторе при этом высвечиваются прочерки "---". Снижение напряжения ниже 3,3В, расценивается как появление аккумуляторов, при этом индикатор HL2 гаснет, а светодиод VD4 начинает мигать с частотой пять раз в секунду.

Если в течение 25сек. кнопка SA1 не будет нажата, устройство «вспоминает» последний свой режим, хранящийся в ЕЕПРОМ, и начинает его отрабатывать. Т.е. если был сбой в питании, устройство продолжит заряжать аккумуляторы, если последний режим был зарядка, или перейдет в капельный режим подзарядки, если зарядка была окончена. Единственное «но» - информация о емкости заряда (разряда) будет утеряна, ЗУ начнет подсчет сначала. Это предотвращает повторный заряд полностью заряженных аккумуляторов при пропадании напряжения в сети.

Если же кнопка SA1 в течение первых 25сек. будет все же нажата, на индикаторе HL2 сначала высвечивается напряжение аккумуляторов (общее напряжение делится на два, т.е. высвечивается усредненное напряжение на один аккумулятор), затем начнет мигать «ЗР1» - режим заряда без разрядного импульса. Если повторно нажать кнопку высветится режим «ЗР2» - режим заряда с разрядным импульсом. При следующем нажатии высветится «РАЗ» - режим разряда с последующим зарядом в режиме «ЗР2». Дальше - по кругу, при этом светодиод VD4 мигает в соответствии с выбранным режимом (см. далее). На выбор режима дается 10сек. с момента последнего нажатия кнопки.

Если был выбран режим разряда, аккумуляторы сначала разряжаются, до напряжения менее 0,8В на один аккумулятор. При этом на индикаторе в цикле выводится следующая информация: «РАЗ» (режим), « U », «напряжение на один аккумулятор» (в вольтах), « А », «ток разряда» (в амперах), «АcH», «емкость разряда» (в ампер-часах). Светодиод VD4 при этом мигает с частотой два раза в секунду. Если разряд длится более девяти часов, высвечивается «ErH» - ошибка по времени. После разряда, ЗУ всегда переходит в режим быстрого заряда «ЗР2».

Режиму быстрого заряда (и ЗР1 и ЗР2) всегда предшествует фаза предзарядки. При этом ток заряда подается на 300мс., далее следует пауза 700мс. Т.е. средний ток составляет 30% от измеренного в момент подачи тока. При этом на индикаторе выводится следующая информация: «НЗР» (режим начального заряда), « U », «напряжение на один аккумулятор», « А », «ток в амперах» (средний ток), « t », «температура» (в град. Цельсия). Последние два значения не выводятся, если датчик не подключен, или измеренная температура менее 1°С. Светодиод VD4 при этом мигает с частотой раз в две секунды с короткими вспышками. Фаза предзарядки длится не менее 1мин. Основное условие перехода к основному режиму заряда – повышение напряжения на аккумуляторах более 1В на один аккумулятор. Если в течение 30 мин. не удается «раскачать» аккумуляторы, высвечивается ошибка «ErU» - ошибка по напряжению.

Режимы быстрой зарядки ЗР1 и ЗР2 происходят следующим образом. Включается зарядный ток. Раз в секунду зарядный ток выключается и делается небольшая пауза 5мс. для стабилизации. Далее на протяжении 16мс. делается подряд шесть замеров напряжения на аккумуляторах, после чего напряжение усредняется. Если выбран режим ЗР1, то после замеров снова включается зарядный ток. Если выбран режим ЗР2, тогда после замеров включается транзистор VT4, и через аккумуляторы протекает разрядный ток на протяжении 5мс., после чего VT4 отключается, и снова включаются VT1,VT2,VT3 – снова начинает протекать зарядный ток.

Как преимущество метода ЗР1 называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему, меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации. Дополнительным преимуществом этого метода является то, что измерение напряжения происходит без протекания зарядного тока, практически исключается влияние сопротивления контактов и внутреннего сопротивления аккумуляторов на точность измерения. Режим с разрядным импульсом (ЗР2) называют FLEX negative pulse charging или Reflex Charging. Преимуществом такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах (вызывающих эффект «памяти»).

В процессе заряда на индикатор HL2 выводится в цикле следующая информация: «ЗР1» (или «ЗР2», если режим ЗР2), « U », «напряжение на один аккумулятор», « А », «ток в амперах», «АcH», «емкость заряда», « t », «температура», « dt », «приращение температуры». Последние четыре значения не индицируются, если температурный датчик DS18B20 отсутствует. В режиме ЗР1 светодиод VD4 моргает раз в секунду с равными интервалами паузы и засветки. В режиме ЗР2 – тоже раз в секунду но с длинной паузой и короткой засветкой.

Через 15 мин. после начала процесса быстрого заряда ЗУ запоминает начальную температуру аккумуляторов. В дальнейшем, устройство показывает параметр dt – увеличение температуры с начала заряда. Начальная температура запоминается через 15 мин. для того, чтобы уменьшить влияние нагрева от блока питания, после включения его на полный ток заряда. Увеличение параметра dt до 15°С является одним из условий окончания заряда. Дело в том, что в конце заряда энергия, передаваемая ЗУ перестает поглощаться аккумуляторами, и практически полностью переходит в тепловую. Это вызывает нарушение теплового баланса, и температура начинает расти до некоторого нового значения, при которой энергия принятая аккумуляторами от ЗУ не станет равной отданной аккумуляторами в окружающую среду. Энергия, отданная аккумуляторами в окружающую среду, в первом приближении зависит от геометрии аккумуляторов (которая не менялась с начала заряда), и разности температур аккумуляторов и окружающей среды. Таким образом, для каждого тока заряда, будет свое, достаточно постоянное значение приращения температуры в конце заряда. Именно приращение, а не какое-либо конкретное значение температуры. Экспериментально было определено, что для тока заряда 600мА и формата аккумуляторов АА приращение температуры в конце заряда составляет 11…13°С. Так как этот метод использовался автором как дополнительный, значение приращения было выбрано с запасом - 15°С. На практике окончание заряда по dt происходит достаточно редко, как правило, у старых аккумуляторов большой емкости.

Основным критерием определения окончания зарядки является снижение или постоянство напряжения на 10-и минутном интервале, т.е. dV£0. В памяти ЗУ организован массив из десяти ячеек. ЗУ проводит каждую секунду замер напряжения и суммирует его с предыдущими значениями. Раз в 60 сек. проводится усреднение, т.е. полученная сумма делится на 60, затем массив сдвигается, и в освободившуюся ячейку записывается полученное значение, при этом счетчик суммы обнуляется. Таким образом, всегда доступны значения напряжений в течение последних десяти минут, с минутным интервалом. После этого проводится проверка на dV£0, т.е. все предыдущие значения напряжений должны быть больше или равны последнему U i ³U 10 . Однако после испытаний устройства пришлось несколько дополнить условие. Дело в том, что АЦП дискретное, и в данном устройстве имеет 1024 ступеньки, относительно опорного напряжения, 2,56В. С учетом резистивных делителей шаг ступеньки составляет около 3,7мВ. Таким образом, если даже напряжение на аккумуляторе не растет, но находится на середине ступеньки, АЦП выдает «плавающее» напряжение на величину ступеньки. За счет многократных усреднений (за минуту усредняется 360 измерений) реальное колебание напряжения в массиве при постоянном напряжении аккумуляторов составляло 2мВ. Это затягивало момент определения окончания зарядки, что часто приводило к окончанию зарядки по условию превышения температуры dt. В связи с этим, условие было несколько смягчено – из девяти проверок условий, 5 должны были точно соблюдать условие U i ³U 10 , а четыре могли отклоняться от него не более чем на 2мВ, т.е. если U i 10, то (U 10 - U i) £2мВ. После этого изменения многократный анализ зарядных кривых показал стабильность срабатывания ЗУ.

В процессе быстрой зарядки ЗР1 и ЗР2 возможны следующие аварии: при времени зарядки более 9ч. – ошибка по времени «ErH», при отдаче в аккумулятор более 3800мА/ч – ошибка по емкости – ErA, если после детектирования окончания заряда напряжение на двух аккумуляторах менее 2,5В – ошибка по напряжению «ErU». В режиме ошибки светодиод VD4 мигает пять раз в секунду.

После детектирования окончания зарядки (dV или dt), или если в процессе зарядки аккумуляторы нагрелись до критической температуры 50°С, ЗУ переходит в режим дозарядки. Этот режим длится 20мин. и служит для выравнивания заряда аккумуляторов в батарее. Если температура аккумуляторов более 40°С, ток дозарядки составляет 5%, если менее 40°С – 20% от тока зарядного источника. Величина тока дозарядки регулируется импульсным методом, так же как и в режиме предзарядки.

В процессе дозаряда на индикатор HL2 выводится в цикле информация аналогичная режиму основного заряда, только режим индицируется как «dЗР», и не выводится информация превышения температуры « dt ». Светодиод VD4 при этом мигает с частотой раз в две секунды с длинными засветками.

После окончания режима дозаряда, ЗУ переходит в режим поддерживающего капельного заряда 0,5% током. При этом один раз, непосредственно после окончания дозаряда, производится ориентировочный расчет внутреннего сопротивления аккумуляторов, на основании замера напряжения аккумуляторов без нагрузки, а так же под нагрузкой разрядным сопротивлением, по формуле R вн =(Е эдс *5,97)/U наг –5,97, где 5,97 – сопротивление нагрузки (0,33+5,1+0,54(сопротивление транзистора)). На индикатор выводится следующая информация: « ОК»; « dU» - если было срабатывание по методу dV£0, или « dt» - если было срабатывание по условию превышения температуры dt; « U »; «напряжение на один аккумулятор в конце заряда»; «Е-З»; «емкость заряда»; «Е-Р» (если был режим разряда); «емкость разряда» (если был режим разряда) ; «rВН»; «внутреннее сопротивление в конце заряда» (в Омах). Светодиод VD4 при этом постоянно светится. Процесс заряда окончен.

Для визуализации процесса было создано приложение в бесплатной графической среде программирования Hi-Asm (http://hiasm.com). На сайте автора среды Hi-Asm и в интернете находится достаточное количество примеров, автору этой статьи понадобилось всего четыре вечера для создания приложения ЗУ без каких либо навыков программирования на языках подобного уровня. Для запуска всего комплекса необходимо сначала подсоединить кабель адаптера к ЗУ и COM1 порту компьютера, запустить приложение СHARGER.exe, после чего установить аккумуляторы в ЗУ и подать питание. После индикации на дисплее напряжения, выбрать необходимый режим зарядки: ЗР1, ЗР2 или РАЗ с помощью кнопки SA1. После начала соответствующего режима необходимо нажать кнопку «ЦИКЛ» в приложении CHARGER, в результате начнут строиться графики изменения температуры и напряжения аккумуляторов в процессе заряда. После нажатия кнопки «ЦИКЛ» приложение раз в минуту отправляет запрос на ЗУ в виде кода 0x0F. В ответ ЗУ отсылает пакет из восьми байт: четыре байта напряжения аккумуляторов в мВ (без запятой), затем три байта температуры (первые два целые, затем десятые без запятой), в конце код CR (13). Все данные отправляются в коде ACS||. Когда процесс заряда окончен, ЗУ передает во всех данных нули, в результате появится окно с надписью «Заряд окончен».

Для примера приведены графики заряда аккумуляторов GP 2700мА/ч (возраст 1,5лет) - Рис. 3, DURACEL 2650мА/ч (новые) - Рис. 4., неизвестного происхождения с надписью 700мА/ч от радиоуправляемой машинки (возраст полгода) - Рис. 5.

На рис.3 приведены графики заряда аккумуляторов от фотоаппарата, описанных в начале статьи. Как видим аккумуляторы смогли отдать сразу после зарядки всего 1210мА/ч, КПД зарядного процесса составило всего около 67%, у аккумуляторов достаточно высокое внутреннее сопротивление – 0,52Ом (на два последовательно включенных аккумулятора). Снижения напряжения в конце быстрого заряда не было. Так как КПД процесса был низким, температура росла достаточно интенсивно на протяжении всего времени, хотя увеличение температуры в конце заряда все равно достаточно очевидно.

Рис. 3. GP 2700мА/ч (возраст 1,5лет) R вн =0,52 Ом, Е зар =1,79А/ч, Е раз =1,21А/ч

На рис. 4 приведены графики заряда аккумуляторов DURACEL приобретенных взамен GP. Здесь графики как из учебника – явный пик напряжения со спадом в 5мВ. Температура в процессе заряда практически не увеличивается, и имеет очень выраженный резкий рост в конце заряда, со скоростью роста 0,3°С/мин. КПД процесса около 90%, а сопротивление аккумуляторов 0,21Ом. Фотоаппарат на одном заряде этих аккумуляторов смог отснять 7Гб фото и видео на протяжении двух месяцев интенсивной эксплуатации!

Рис. 4 DURACEL 2650мА/ч (новые) R вн =0,21Ом, Е зар =2,95А/ч, Е раз =2,66А/ч

Ну и последние графики на рис. 5 показывают процесс заряда аккумуляторов неизвестного китайского производителя. Радиоуправляемая машинка, которая комплектовалась этими аккумуляторами, через полгода практически перестала функционировать – заряда аккумуляторов хватало на 1-2мин. Как видим, их реальная емкость всего 110мА/ч, вместо обещанных 700мА/ч. По графику напряжения видно, что аккумуляторами их уже назвать трудно...

Рис. 5 Неизвестные 700мА/ч (возраст вн =0,27Ом, Е зар =0,23А/ч, Ераз=0,11А/ч

Зарядное устройство практически не требует наладки. Возможно, будет необходимо подстроить делители напряжений, так как возможна довольно большая погрешность в связи с разбросом номиналов. Для этого необходимо в ЗУ установить заранее заряженные аккумуляторы, и включить его в режим разряда. В этом режиме подбором R6 или R8 откалибровать индицируемое напряжение аккумуляторов, отображаемое на индикаторе HL2 по эталонному вольтметру, подключенному непосредственно к аккумуляторам. После этого включить последовательно с аккумуляторами эталонный амперметр, и подбором R5 или R7 (тоже в режиме разряда) откалибровать индицируемый ток. Второй способ – откалибровать поправочным коэффициентом внутри программы, как и где менять – есть в примечаниях исходника.

Прошивка микроконтроллера производилась с помощью обычного LPT программатора, состоящего из 4-х резисторов (в интернете находится без особого труда). Запрограммированные фьюзы: CKSEL3=CKSEL2=CKSEL1=SUT0=0 – галочки. Вместо Atmega 8A можно применить Atmega 8.

При планировании компоновки элементов ЗУ внутри корпуса, необходимо максимально уменьшить влияние нагрева аккумуляторов от компонентов блока питания и платы!

При эксплуатации ЗУ вместе с аккумуляторами DURACEL выяснился интересный факт: если аккумуляторами практически не пользоваться более полутора месяцев, их емкость после разряда-заряда оказывается всего 1700…1800мАч, однако после одного-двух циклов разряда-заряда емкость восстанавливается до 2600мАч. А вот старым аккумуляторам GP и Energizer уже ничего не помогало – со временем их емкость неукоснительно снижалась. Вывод напрашивается сам – если не пользуетесь аккумуляторами, то хотя бы раз в месяц делайте им тренировочные циклы.

Hex-коды прошивки контроллера, исходный проект на Си (для ), схема и разводка платы (), приложение СHARGER.exe, его исходник на Hi-Asm (v.4.03) прилагаются к статье.

Литература

1. Дмитрий Мосин. Умная зарядка NiMh AA аккумуляторов // www.radiokot.ru/circuit/power/charger/10/
2. Абрамов С.М. Зарядное устройство для пальчиковых батареек //Радиоаматор. – 2010. - №9. – С.36.
3. Ридико Л.И. Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов // http://caxapa.ru/lib/charge_nimh.pdf

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Рисунок 1.
DA1	МК AVR 8-бит	ATmega8	1			В блокнот
DA2	Линейный регулятор	LM2940-N	1			В блокнот
	Датчик температуры	DS18B20	1			В блокнот
VT1, VT4	MOSFET-транзистор	IRLL110	2			В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ814А	1			В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ3107А	1			В блокнот
VD1, VD2, VD5, VD6	Стабилитрон	4.5 В	4			В блокнот
VD3, VD10	Диод Шоттки	1N5819	2			В блокнот
VD4	Светодиод	Любой красный	1			В блокнот
VD7-VD9	Диод	КД522А	3			В блокнот
С1, С6		1000 мкФ 16 В	2			В блокнот
С2, С7	Электролитический конденсатор	220 мкФ 25 В	2	С7 можно на 16 В		В блокнот
С3	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1			В блокнот
С4, С5, С8-С12	Конденсатор	0.1 мкФ	7			В блокнот
R1, R2, R9, R14, R25, R26	Резистор	100 Ом	6			В блокнот
R3, R10, R15	Резистор	10 кОм	3			В блокнот
R4	Резистор	560 Ом	1			В блокнот
R5, R6	Резистор	3 кОм	2			В блокнот
R7, R8	Резистор

Зачастую нет необходимости конструировать сложные устройства, которые учитывают много параметров разрядно-зарядного цикла аккумуляторов. Достаточно учесть пару-тройку таких параметров как напряжение окончания разрядки, напряжение окончания зарядки и зарядный ток. Выбранные параметры цикла предотвращают избыточную или недостаточную зарядку аккумуляторов, что в последствии увеличивает их срок службы.

Устройство питается от нестабилизированного источника с выходным током не менее 100 мА, напряжение которого с учётом пульсаций должно находиться в пределах 11,5...30 В.

Схема:

Микросхема DA1 стабилизирует напряжение питания 9 В для остальных узлов устройства. Основой устройства является триггер Шмитта на транзисторах VT1 и VT2, последний из которых включён как эмиттерный повторитель. Петля гистерезиса стабильна во времени и достаточно просто регулируется. Конденсатор СЗ защищает триггер Шмитта от ложных переключений при воздействии помех.
Состояние триггера Шмитта зависит от напряжения заряжаемой батареи, подключённой к выходу устройства. При напряжении 4 В и менее на эмиттере транзистора VT2 устанавливается высокий уровень напряжения, а при 5,92 В и более - низкий. Низкий уровень выходного напряжения на эмиттере VT2 не равен нулю и составляет 0,3 В, поэтому для исключения влияния нагрузки на нижний порог переключения триггера Шмитта применены развязывающие диоды VD1 и VD2, которые при таком напряжении не открываются.
Транзистор VT3, работает в ключевом режиме и управляет стабилизатором зарядного тока на транзисторе VT4, светодиоде HL1 и резисторе R11. Светодиод HL1 использован как стабистор и индикатор режима зарядки. Ток зарядки устанавливают путём подбора резистора R11 . Благодаря двойной стабилизации напряжения (микросхемой DA1 и светодиодом HL1) стабильность коллекторного тока транзистора VT4 достаточно высока(он не изменялся при подключении к выходу батареи, состоящей от двух до пяти элементов различной разряженности во время испытаний). Диод VD4 предотвращает разрядку батареи через стабилизатор тока после отключения питания устройства.
Через транзистор VT5, тоже работающий в режиме ключа, и резистор R13 осуществляется разрядка батареи до тех пор, пока тринистор VS1 закрыт. После открывания тринистора VS1 разрядка прекращается и светодиод HL2 - индикатор режима разрядки гаснет.

Работа устройства:
Сначала к ЗУ подключают батарею из четырёх аккумуляторов и затем подают напряжение питания. Пока напряжение батареи превышает 4 В (в среднем 1 В на элемент) транзистор VT1 открыт, транзисторы VT2-VT4, диоды VD1-VD4 и тринистор VS1 закрыты. Транзистор VT5 открыт и насыщен, через него и резистор R13 батарея разряжается. Светодиод HL2 включён. Ток разрядки не следует устанавливать больше 1/10 ёмкости батареи.

Когда напряжение батареи в процессе разрядки станет менее 4 В, триггер Шмитта переключится, транзистор VT1 закроется, a VT2 откроется. На выходе триггера Шмитта установится напряжение высокого уровня (около 8 В). Диод VD1 и тринистор VS1 открываются, в результате чего откроется и диод VD3, закроется транзистор VT5, светодиод HL2 погаснет, режим разрядки прекратится. Одновременно напряжение высокого уровня с выхода триггера Шмитта откроет диод VD2 и транзистор VT3, в результате чего загорится светодиод HL1, откроются транзистор VT4 и диод VD4, через которые начнётся зарядка батареи стабильным током.
Нажатием на кнопку SB1, устройство принудительно переключается из режима разрядки в режим зарядки. Это необходимо, если используются Ni-MH аккумуляторы, которые не подвержены "эффекту памяти" и, соответственно, не нуждаются в предварительной разрядке.

В процессе зарядки, когда напряжение батареи достигнет 5,92 В (в среднем 1,48 В на элемент), триггер Шмитта переключится: транзистор VT1 откроется, a VT2 закроется. Закроются диод VD2 и транзистор VT3, светодиод HL1 погаснет, в результате чего закроются транзистор VT4 и диод VD4, а процесс зарядки прекратится. Но тринистор VS1 остаётся открытым, поэтому транзистор VT5 не откроется и режим разрядки не включится. После выключения питания устройства необходимо отключить от него батарею, в противном случае она будет разряжаться.

Монтаж и комплектующие:
Транзисторы КТ315Б (VT1-VT3) можно заменить транзисторами КТ315Г или КТ315Е. Можно применить и другие кремниевые маломощные транзисторы структуры n-p-n с максимальным током коллектора не менее 100 мА, но для триггера Шмитта желательно подобрать транзисторы с коэффициентом передачи тока базы не менее 50. Транзисторы VT4 и VT5 - любые из серий КТ814, КТ816. Они установлены на теплоотводах из полосок мягкого алюминия размерами 28x8 мм и толщиной 1 мм, согнутых в виде буквы "П". Диоды - любые кремниевые маломощные, кроме VD4, который должен выдерживать ток зарядки. Подстроечные резисторы R2 и R5 - многооборотные СП5-2. Светодиоды HL1 и HL2 желательно применить разного цвета свечения для однозначной индикации режима работы устройства.

Настройка:
Для налаживания устройства необходима вспомогательная батарея 9... 12 В, к которой подключён потенциометром переменный резистор сопротивлением несколько кОм. Для облегчения точной установки необходимого напряжения в разрыв цепи одного из крайних выводов этого резистора желательно включить как реостат другой переменный резистор в десять раз меньшего сопротивления.

Движки подстроечных резисторов R2 и R5 устанавливают в нижнее по схеме положение. Временно разрывают соединение левого по схеме вывода резистора R1 с плюсовым выходом устройства. На время налаживания этот вывод становится входом устройства, который соединяют с движком переменного резистора. Минусовый вывод вспомогательной батареи соединяют с общим проводом устройства. Заряжаемую батарею к выходу не подключают. После включения питания необходимо убедиться в наличии стабильного напряжения 9 В на выходе микросхемы DA1.

Затем устанавливают пороги переключения. Вольтметр подключают к эмиттеру транзистора VT2. Вначале движком подстроечного резистора R2 устанавливают нижний порог переключения 4 В. При снижении входного напряжения ниже этого порога на 0,05...0,1 В должен закрываться транзистор VT1 и устанавливаться высокий уровень напряжения на эмиттере транзистора VT2. Затем движком подстроечного резистора R5 устанавливают верхний порог переключения 5,92 В. При увеличении входного напряжения выше этого порога на 0,05...0,1 В транзистор VT2 должен открываться и устанавливаться низкий уровень напряжения на эмиттере транзистора VT2. Проверяют оба порога переключения.

Далее проверяют, что после открывания транзистора VT2 тринистор VS1 также открывается. Если это не так, уменьшают сопротивление резистора R6, добиваясь чёткого открывания тринистора. Для выключения тринистора кратковременно отключают напряжение питания.

Наконец, к выходу устройства подключают последовательно соединённые миллиамперметр и заряжаемую батарею. В режиме зарядки подборкой резистора R9 устанавливают желаемую яркость свечения светодиода HL1, а подборкой резистора R11 - требуемый ток зарядки. Далее отключают вспомогательную батарею и восстанавливают соединение левого по схеме вывода резистора R1 с плюсовым выходом устройства. Тринистор VS1 отключают. Мультиметр подключают к выходу устройства в режиме измерения напряжения. Наблюдают процесс зарядки батареи и автоматическое переключение устройства в режим разрядки после достижения выходного напряжения 5,92 В. Далее в режиме разрядки резистором R12 устанавливают яркость свечения светодиода HL2 и начальный ток разрядки подборкой резистора R13. Затем подключают тринистор VS1 и переключают устройство в режим зарядки. По его окончании необходимо убедиться, что тринистор VS1 открылся и предотвратил включение режима разрядки.

Сильный нагрев аккумуляторов в конце зарядки, говорит о том, что слишком велик зарядный ток, его необходимо уменьшить, но при этом увеличится время зарядки.

Г. ВОРОНОВ, г. Ставрополь "Радио" №1 2012г.