Содержание
Содержание / Contents
Транзистор VT1 – маломощный, германиевый, стабилитрон VD1 на напряжение стабилизации 2 – 3,3 В, например КС130, КС133, КС433.
↑ Вариант низковольтный
Разряжать изготовленным устройством один – два никель-кадмиевых аккумулятора трудно, так как сложно найти стабилитрон на напряжение стабилизации 2 В, при этом индикация отсутствует, так как большинство типов светодиодов начинают светить с 2,5 – 3 В.
Для этого варианта было изготовлено устройство на основе повышающего преобразователя напряжения (Рис. 2), нагрузкой которого служат два ярких белых светодиода HL1 и HL2.
Преобразователь работает от 3 до 1,8 В, при этом потребляет 150 мА. Ниже 1,8 В (по 0,9 В на каждый аккумулятор) генерация срывается, ток снижается до 10 – 15 мА и зависит от сопротивления резистора R1, светодиоды HL1 и HL2 гаснут, ну вот и все, можно ставить аккумуляторы на зарядку.
Если нужно разряжать один аккумулятор, то диод VD1 следует применить германиевый, например Д9, Д18.
Транзистор VT1 – кремневый, с напряжением насыщения коллектор – эмиттер 0,5 – 0,8 В и с постоянным током коллектора не менее 1 А, например КТ815, КТ817, КТ630, КТ831.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм проницаемостью 1000 – 2000, содержит две обмотки – 30 витков в цепи базы и 50 витков в цепи коллектора, проводом диаметром 0,15 мм. Если при первом включении преобразователь не заработал – необходимо поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Т1.
↑ Внешний вид устройства
↑ Использованная литература:
1. Д.А. Хрусталев. Аккумуляторы. – М.: Изумруд, 2003. – 224 с.: ил.
UR5YW, Мельничук Василий, г. Черновцы, Украина.
Никель-металлогидридная аккумуляторная батарея шуруповерта с рабочим напряжением 14,4 вольта, набираются из 12 отдельных элементов с типовым напряжением 1,2 вольта, соединённых последовательно. Но разные элементы при производстве получают определённый разброс характеристик. У одних ёмкость больше, а у других меньше. В результате постоянной зарядки в связке, элементы с меньшей ёмкостью постоянно перезаряжаются. Из-за этого идёт их быстрая деградация. Батарейки с меньшей ёмкостью также будут деградировать и при разрядке. Они разряжаются раньше, чем остальные элементы, а дальнейшая разрядка приводит к их глубокому разряду. Из-за этого, при неисправности NiMH аккумулятора для шуруповёрта, обычно выходит из строя один или несколько элементов аккумуляторной батареи, а за ними следуют другие. Поэтому, основная задача при ремонте аккумулятора шуруповёрта, это определение вышедших из строя элементов. А в дальнейшем, восстановление аккумулятора шуруповёрта возможно выполнить простым набором исправных элементов из основной и запасной батареи или попыткой восстановления некоторых элементов для комплектации батареи.
В интернете высказывается мнения, часто противоречивые, по способам восстановления таких аккумуляторов. Многие считают это просто бесперспективным или малоэффективным из-за малого срока службы после реставрации. Но так как указанные выше аккумуляторы имели малое число циклов заряд-разряд , фактически эксплуатировались под нагрузкой лишь незначительное время, решил опробовать возможность их поэлементного анализа и по возможности восстановления. Возможно удастся собрать запасной аккумулятор для шуруповерта или использовать «выжившие» элементы в других самоделках, требующих отдачи высокого разрядного тока в короткое время.
Для определения ненадежных элементов батареи:
1. Разобрал корпус аккумулятора шуруповерта (4 винта) и извлек из него блок последовательно соединенных банок (12 штук) NiMH элементов аккумулятора.
2. Убрав верхнюю и нижнюю изолирующие прокладки, освободил для контакта пластины, соединяющие полюса элементов.
3. Осмотр элементов аккумулятора не выявил ни каких внешних дефектов (вмятины, вздутия, подтеки, коррозия) которые могли бы влиять на работу аккумулятора.
4. Для правильной эксплуатации NiMH аккумуляторов рекомендуется поддерживать рабочее напряжение на элементах в пределах 1,2─1,4 вольта, допускается снижение до 0,9 -1,0 вольта. Измерил напряжение на каждом элементе батареи с помощью мультиметра. Разброс напряжений на всех элементах батареи оказался в пределах 1,01. 1,24 вольта (т.е. в пределах нормы для разряженного аккумулятора), но аккумулятор в шуруповерте практически не работает.
5. Повторил пп. 1 – 4 на втором аккумуляторе для шуруповерта. Результат аналогичный.
6. Для выявления проблемы, провел сравнительные замеры отдаваемого каждым элементом тока, на внутреннем сопротивлении шунта мультиметра. Кратковременные замеры показали, что 4 элемента из 24 могут отдавать ток более 1 ампера, а остальные — менее 0,2 ампера. Другими словами, только 4 элемента из всех имели некоторую ёмкость и короткое время поддерживали работу шуруповерта.
7. Для работ по попытке восстановления малоемких элементов и зарядке работающих, разобрал блоки NiMH аккумуляторов. Для этого разрезал обычными ножницами перемычки, соединяющие элементы. При возможном применении в дальнейшем, соединение элементов пайкой остатков перемычек не будет проблемой.
8. Четыре отобранных элемента, имеющих некоторую ёмкость, маркированы и готовы к экспериментам.
9. Для восстановления или отбраковки отдельных элементов, необходимо зарядить элемент током 0,5. 1,0С (быстрый заряд) до номинальной емкости, ограничив заряд по расчетному времени. Но для расчета времени, требуется знать ёмкость и начальный заряд элемента батареи. Поэтому, для исключения в расчетах неизвестного начального заряда, нужно предварительно разрядить восстанавливаемую батарею.
Проверку емкости заряженного элемента также можно проверить его разрядом, контролируя ток и время разряда.
В связи с перечисленным, первым этапом для определения характеристики батареи будет разряд элемента на постоянной нагрузке, с контролем по минимальному остаточному напряжению 0,9. 1,0 вольта, для исключения глубокого разряда. С током всё просто — чем меньше ток разряда, тем полнее разряд и эффективнее процесс, но при этом растет время заряда. Никель-металлогидридные батареи могут отдавать большой ток, но не рекомендуется при разряде устанавливать значения, больше 0,5С. Это приводит к сокращению числа циклов заряд-разряд и уменьшению срока службы. В итоге, примем ток разряда 100 ма.
10. Для разряда элементов аккумулятора собираем простую схему, позволяющую контролировать процесс разряда по свечению светодиода.
Для обеспечения зажигания светодиода, в устройство устанавливаем одновременно два элемента соединенных последовательно. Каждый из них, разряжается на свою цепочку из сопротивления (определяющего ток разряда) и диодов (определяющих минимальное напряжение на элементе аккумулятора в пределах 0,9. 1,0 вольта). Это минимальное напряжение на элементе получается автоматически. Окончание цикла разряда при выключении светодиода.
11. Подбираем детали согласно схеме и собираем ее на кусочке текстолита вырезанного из универсальной монтажной платы.
12. Подключаем два элемента последовательно, в соответствие с полярностью, не забывая подключить среднюю точку (белый провод) и наблюдаем за свечением светодиода. По длительности разряда возможно ориентироваться о емкости элемента аккумулятора.
13. Ёмкость элемента можно измерить, разрядив полностью заряженный аккумулятор. Для этого нужно засечь время разрядки и умножить его на ток разряда. Это и будет ёмкость, которую нужно сравнить с номиналом. Некоторые устройства, например, iMAX-B6 проводят измерения в автоматическом режиме. Мы поступим более экономичным путём. Так как для оценки возможности применения элементов аккумулятора, нам достаточно приблизительных значений емкости, мы проведем периодические замеры на двух элементах с крайними характеристиками.
14. При периодическом измерении тока в контрольном процессе разряда на приведенном устройстве, предварительно разряженного и полностью заряженного элемента аккумулятора (пп. 9. 12), возможно увидеть разницу между элементами, что отражено в графике
График 1 (красная линия) отражает процесс разряда отобранных по замерам элементов (п.8), имеющих первоначально некоторую ёмкость. В соответствии с замерами и расчетами, ёмкость этого элемента аккумулятора около 95 мачасов, что составляет 44% от номинальной емкости. В связи с нестабильностью тока разряда, расчет выполнялся суммированием составляющих емкостей за небольшие периоды времени разряда (10-15 мин) следующих друг за другом. Ток разряда принимался средним, между началом и концом каждого из периодов.
График 2 (зеленая линия) показывает процесс разряда элемента с минимальной первоначальной ёмкостью. Замеры и расчет выполнены аналогично. Ёмкость этого элемента около 50 мачасов (23%). Характер падения разрядного тока резко отличается от предыдущего и указывает на малую ёмкость элемента.
Графики показывают, что потенциальную ёмкость элемента аккумулятора, с целью отбраковки, возможно определить в течении первых 20-30 минут контрольного разряда по величине падения разрядного тока. А также, несмотря на один полный цикл разрядки и расчетной зарядки элемента отслужившего аккумулятора, без дополнительных мер восстановления, его ёмкость практически не восстанавливается.
Причиной значительного падения емкости никель-металлогидридных элементов может быть эффект памяти. Он проявляется при циклах неполного разряда и последующего заряда. В результате такой эксплуатации аккумулятор «запоминает» всё меньшую нижнюю границу разряда, из-за чего уменьшается ёмкость. Часть активной массы аккумуляторной батареи выпадает из процесса.
Для устранения этого эффекта рекомендуется регулярно проводить восстановление или тренировку аккумуляторов. Для этого, по приведенной выше схеме, проводится разрядка и затем полный процесс зарядки. Рекомендуется сделать несколько таких циклов.
Другим способом восстановления NiMH аккумуляторов – пропускание через них тока короткими импульсами. Ток должен быть в десятки раз выше значения емкости элемента. При этом разрушаются дендриты и аккумулятор как бы «обновляется». Далее проводится его тренировка в виде нескольких циклов заряд-разряд.
Не секрет что, никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы имеют «память»: не они разряжены до напряж. 1 В, они не могут полностью повторно зарядится. В связи с этим перед тем как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор, его сперва необходимо разрядить до определенного напряжения.
Описание автомата разрядки аккумуляторов
На рисунке 1 приведена принципиальная электрическая схема разрядки аккумуляторов, который разряжает Ni-Cd аккумулятор имеющий емкость до 2…3 А/ч до напряж. UG1 = 1 В в авторежиме. Сквозь сопротивление R4 и цепь коллектор-эмиттер открытого транзистора VT2 аккумулятор разряжается током
Iразр = (UG1 — UK3 нас VT2)/R4
(при напряж. аккумулятора 1,1 В, Uнасл-2 = 0,3 В и величина сопротивления R4, равном 8,2 Ом — приблизительно 100 мА).
По желанию, поменяв R4 сопротивлением меньшей величины (и таким образом с лучшей рассеиваемой мощностью), ток разрядки возможно повысить. Как вытекает из схемы автомата разряда Ni-Cd аккумуляторов, напряжение аккумулятора UG1 идет к неинвертирующему входу компаратора DA1, а на его инвертирующий ввод идет образцовое напряжение 1 В с движка переменного сопротивления R6.
Если напряжение аккумулятора больше Uoбp более чем на 40 мкВ (40 мкВ — Uпит/нас — область линейного, «некомпараторного» режима функционирования К554САЗ), напряжение на выходе компаратора UBblx фактически равно напряжению питания (контакт 9 подсоединен к открытому коллектору его выходного транзистора, закрытого в данном режиме). Почти подобное напряжение находится на эмиттере транзистора VT1, которое образует в базе транзистора VT2 ток Iб VT2= (UвыX — 2UЭБ) / R2 = 4,8 мА, хватающий для удержания его в режиме полного насыщения.
При уменьшении напряж. аккумулятора до величины (UG1 + 40 мкВ) 50.Немного жестче требования к транзистору VT2: при h21э > 50…100 он должен обладать напряжением насыщения Uкэ нас не более 0,2…0,3 В. При повышении тока разрядки, возможно, понадобится немного снизить величину сопротивления R2.
Налаживание верно собранного автомата разрядки Ni-Cd аккумуляторов сводится к выбору требуемого образцового напряж. на контакте 4 DA1. Удобнее всего это произвести с помощью цифрового вольтметра (нужны и его точность, и высокое входное сопротивление): подключив вольтметр к движку подстроечного сопротивления R6, устанавливают Uобр = 1 В + UR10 если светодиод HL1 горит, или Uo6p = 1 В, если он не горит.
Возможно воспользоваться и стрелочным вольтметром, контролируя им напряжение на разряжаемом аккумуляторе: при UG1 = 1 В движок сопротивления R6 (установленный предварительно в верхнее — по схеме — положение) неторопливо крутят до загорания светодиода и оставляют его в этой позиции.
Разрядка Ni-Cd аккумулятора, в особенности в ускоренном режиме, совершается достаточно быстро. В связи с этим все элементы аккумуляторной батареи могут быть разряжены друг за другом в короткий срок.
Загрузка...
