¿Es posible y seguro cargar una batería de NiMH con este circuito?

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Estoy intentando diseñar un circuito para cargar baterías de NiMH de 2.4V a 9.6V y también celdas individuales. De lo que he leído sobre cómo cargar baterías de NiMH, parece que todo lo que necesita ser hecho es proporcionarles una corriente constante y monitorear el voltaje y posiblemente la temperatura para saber cuándo se están cargando.

Mi primer pensamiento fue utilizar una fuente de corriente de amplificador operacional para suministrar una corriente constante. Comencé con el siguiente esquema de un instructivo sobre la construcción de una fuente de corriente constante de GreatScott:

Aquíestámiesquema:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Mantuve la mayor parte del circuito intacto, excepto para cambiar el amplificador operacional a uno que pueda manejar una fuente de alimentación de 12 voltios. El potenciómetro será reemplazado por un divisor de voltaje de resistencias de precisión una vez que haya determinado los valores necesarios para la corriente de carga correcta. El único problema que tengo es elegir el valor de la resistencia sensorial. Estoy planeando cargar la celda o el paquete de baterías a una corriente de 1A, lo que debería estar bien para las celdas de tamaño AA de 2300mAH. ¿Cómo debo elegir el valor de la resistencia sensorial para esto?

    
pregunta 3871968

2 respuestas

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Sí, es posible cargar una batería de NiMH con ese circuito. Simplemente no es confiable, y no, no sería seguro.

La terminación de la carga de ∆V es complicada y no confiable en el mejor de los casos. Peor aún, no es un estado, sino un solo evento, y los eventos se pueden perder. Este es un evento que se pierde fácilmente, por lo que existe la posibilidad definitiva de una sobrecarga incontrolada, e incluso es bastante probable.

Y, por supuesto, las células a menudo exhibirán depresiones de voltaje falso en varios puntos durante una carga, especialmente las células de NiMH nuevas. Entonces, es muy probable que su microcontrolador termine la carga demasiado pronto.

dT / dt es el método más confiable, seguro y preferido para la terminación de carga de las células NiCd y NiMH cuando se está cargando a una tasa relativamente alta como 1A. Esto requiere un sensor de temperatura, que necesitará de todos modos si desea construir un cargador seguro. No se puede hacer un cargador que sea seguro sin que sea capaz de detectar la temperatura de la batería. Si un cargador no puede hacer eso, no puede ser seguro. Es tan simple como eso.

Sin embargo, los sensores de temperatura son una moneda de diez centavos y son baratos. Cualquier termistor funcionará siempre que conozca sus tablas de resistencia y las tenga programadas en su µC. Simplemente cargue a una corriente constante, con un límite de tensión fuerte también. Es decir, se cargará a 1A a menos que el voltaje necesario para mantener 1A aumente por encima de algún nivel establecido. Si lo hace, el cargador simplemente permanecerá a ese voltaje máximo y la corriente caerá. Esto se debe a que las reacciones químicas en la celda no son puramente impulsadas por la corriente, existen reacciones diferentes (y no deseadas) que normalmente no ocurren, pero pueden ocurrir si se aplica suficiente voltaje a la celda. La mayoría de los fabricantes parecen estar de acuerdo en que este límite es de aproximadamente 1,8 V por celda para las baterías de NiMH. Por lo tanto, desea cargar a 1A, pero solo si puede hacerlo usando menos de 1.8V.

Haces eso mientras haces un cálculo continuo de la velocidad de elevación de la temperatura de la batería. Tan pronto como empiece a aumentar más rápido que 1 ° C por minuto, finalice la carga.

Sin embargo, incluso esto solo no es suficiente, ya que una celda con una alta resistencia interna se cargará a una corriente más baja (debido al máximo de 1.8 V) y es posible que nunca se esté disipando suficiente energía para calentar tan rápidamente. En su lugar, simplemente se calentará hasta que salga (explota de manera controlada) de la presión. Un cargador seguro requiere una protección contra fallas, que es una terminación de carga de temperatura a prueba de fallas. Termine la carga debido al aumento de temperatura, pero también termínela si la batería alcanza una temperatura determinada. 50 ° C es realmente el máximo al que deberías aspirar, pero 45 ° C será un poco más seguro y probablemente ayudará con la longevidad de la célula.

Finalmente, aunque esto no es necesario para la efectividad o la seguridad, también es bueno tener una terminación de temporizador. Sí, un tercer sistema de terminación de carga. Esto es, literalmente, solo un temporizador, configurado para la cantidad máxima de tiempo razonable que se siente como si una celda pudiera tardar en cargarse (recordando que las celdas viejas con mayor resistencia interna podrían tardar bastante más en cargarse que las celdas nuevas) y siempre terminan la carga debida al temporizador si las otras condiciones de terminación no ocurren alguna vez primero. Esto evita que el cargador cocine una celda débil durante horas o días, manteniéndolo a 40 grados C o algo así, pero la celda está térmicamente en equilibrio, y simplemente se sienta así. A las células NiMH no les gusta el calor, lo que envejecerá artificialmente la batería muy rápidamente y tendrá un impacto muy negativo en su condición actual y en su vida útil a largo plazo.

    
respondido por el metacollin
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El TL081 no es bueno en este circuito porque sus entradas solo funcionan hasta aproximadamente 3V por encima del suministro negativo. Debe usar un amplificador operacional cuyo rango de entrada de modo común incluya el suministro negativo, por ejemplo. LM358.

Una batería de 9.6V NiMH subirá a aproximadamente 11.2V (1.4V / celda) a plena carga. Por lo tanto, su circuito de corriente constante debe caer menos de 0.8V a 1A si su fuente de alimentación es de 12V. Ya que también hay pérdidas en los FET, cables y conexiones a las celdas, usted quiere que la caída de voltaje en R3 sea lo más baja posible. Un valor de 0.1 & ohm; causaría una caída de 0.1V en 1A.

Vatios = voltios x amperios. A 0,1 V y 1 A, su resistencia disiparía 100 mW. Sin embargo, para mayor confiabilidad, debe usar una clasificación de vatiaje muy alta y una película metálica o bobinada para la estabilidad.

El voltaje del limpiador del potenciómetro R2 debe coincidir con el voltaje en R3, por lo que la mayor parte del rango del recipiente no se utilizará. Debe colocar una resistencia entre + 12V y el potenciómetro para que tenga el voltaje requerido para la corriente máxima (por ejemplo, 0.1V) en el extremo superior.

  

Estoy planeando cargar la celda o el paquete de baterías a una corriente de 1A,

Esto puede no ser seguro, porque si su MCU no detecta el cambio de voltaje con carga completa, entonces la batería se sobrecalentará. Si es posible, debe agregar un sensor de temperatura para terminar la carga si falla la detección del delta-pico.

Al cargar una sola celda a < 0.5C, el cambio de voltaje en el punto de inflexión será bastante pequeño. Su ADC debe tener una resolución efectiva de ~ 5 mV, pero también debe poder medir hasta 12V. Esto requiere al menos 11 bits. Para reducir el ruido de medición, puede "sobre-muestrear" sumando un gran número de lecturas y dividiendo por el número de muestras. Si solo tiene un ADC de 10 bits, divida por la mitad el número de muestras para obtener un resultado de 11 bits.

Para eliminar los errores causados por el contacto y las resistencias del cableado, debe apagar la corriente de carga al medir el voltaje de la batería. Esto solo debe hacerse durante unos segundos cada minuto.

    
respondido por el Bruce Abbott

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