Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Szkolenia elektronika Udemy
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

Chroost 26 Paź 2007 17:56 43449 48
  • Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

    Chciałbym zaprezentować konstrukcję jednogodzinnej ładowarki przystosowanej do ładowania akumulatorków NiMH oraz NiCd 1,2V o rozmiarach HR6/AA i HR03/AAA. Ładowarka posiada dwa oddzielne kanały, dzięki którym możemy ładować jednocześnie dwa różne akumulatorki lub po niewielkich przeróbkach cztery parami w szeregu. Dla każdego kanału można niezależnie ustawić dowolną wartość prądu ładowania w zakresie od 300mA do 2,5A na kanał. Stan ładowania sygnalizują dwukolorowe diody LED. Konstrukcja oparta jest o mikrokontroler ATtiny26. Program sterujący używa algorytmów dT/dt oraz -dV do wykrycia momentu końca ładowania akumulatorków, dzięki czemu możliwe jest szybkie i jednocześnie bezpieczne ładowanie prądami w szerokim zakresie od C/3 do 1C. Ładowarka jest w pełni automatyczna i nie posiada żadnych przycisków. Zasilać możemy ją wydajnym zasilaczem wtyczkowym lub z akumulatora samochodowego. Poniżej przedstawiam również profile ładowania wykonane przy użyciu opisywanej ładowarki za pomocą zmodyfikowanej wersji programu w trakcie testów, jednak ostateczna wersja nie posiada takiej możliwości.

    Sposoby ładowania akumulatorków
    Zanim przejdę do bardziej szczegółowego opisu ładowarki i możliwości jej modyfikacji chciałbym przybliżyć osobom mniej zorientowanym w temacie, w jaki sposób w ogóle ładuje się akumulatorki oraz wyjaśnić używane w opisie oznaczenia. Popularne akumulatorki niklowo-wodorowe czy wychodzące z użycia akumulatorki niklowo-kadmowe o napięciu nominalnym 1,2V ładuje się prądem o stałej wartości. Jeśli mówimy, że akumulatorek o pojemności 1000mAh ładujemy prądem C/2 (lub 0,5C) to znaczy, że wartość tego prądu wyniesie 500mA, a akumulatorek zostanie naładowany do pełna teoretycznie w 2 godziny. Ładowanie tego samego akumulatorka prądem 1C oznacza ładowanie go prądem 1000mA przez 1 godzinę. Jak więc widać, czym większym prądem ładujemy akumulatorek tym szybciej naładujemy go do pełna. Dawniej producenci zalecali ładowanie małymi prądami rzędu C/10 przez kilkanaście godzin. Mało komu chce się czekać tak długi czas. Produkowane dziś niektóre akumulatorki przystosowane są do szybkiego ładowania (ang. Fast charge) prądem 1C w czasie godziny, większość pozostałych można ładować prądem C/3 (ang. Quick charge) przez trochę ponad trzy godziny. W trakcie ładowania bardzo istotne jest prawidłowe określenie momentu, w którym akumulatorek jest już w pełni naładowany, dalsze ładowanie skutkuje jego przeładowaniem, przez co często zostaje skrócona jego żywotność. Ryzyko przeładowania jest tym większe, im większym prądem ładujemy akumulatorek, ponieważ wszystko przebiega szybciej. Przy prądach sporo mniejszych niż C/3 koniec ładowania wyznacza najczęściej prosty timer ustawiony na odpowiedni czas stosowany w najprostszych i najtańszych ładowarkach. Ta metoda nie sprawdza się jednak przy prądach ładowania C/3 i większych. Powszechnie wykorzystywanym sposobem jest tak zwana ujemna delta napięcia (-dV) akumulatorka. Podczas ładowania akumulatorka jego napięcie rośnie i osiąga maksimum, gdy jest naładowany do pełna, a następnie nieznacznie spada. W przypadku akumulatorków NiMH ten spadek jest bardzo mały, trochę większy jest w akumulatorkach NiCd. Wykrywając te niewielkie zmniejszenie się napięcia określamy moment zakończenia ładowania, który dla akumulatorków NiMH jest ustalony jako spadek napięcia o 10mV. To bardzo mało i stawia bardzo duże wymagania układowi pomiaru napięcia w ładowarce. Ważne jest, aby możliwie jak najwcześniej wykryć ten moment, ponieważ akumulatorek zaczyna być już przeładowywany. Łatwiej jest to pokazać na rysunku. Nie chcę kopiować książkowych wykresów, dlatego też prezentuję rzeczywiste profile ładowania, które wykonałem opisywaną ładowarką ładując za każdym razem ten sam akumulatorek NiMH.





    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

    Górny wykres pokazuje jak zmienia się napięcie akumulatorka w trakcie ładowania go prądem C/3, a dolny obrazuje zmiany jego temperatury. Szczyt napięcia jest dobrze widoczny, a pionowa czarna linia -dV pokazuje moment, w którym ładowarka zakończyła ładowanie. Temperatura zaczyna rosnąć gwałtownie, gdy akumulatorek osiąga pełne naładowanie.
    Przy ładowaniu prądami 1C ta metoda jest również skuteczna, ale opracowano inną, lepszą metodę, która zapewnia nieco wcześniejsze zakończenie ładowania, nie narażając akumulatorka na przeładowanie. Tym razem działamy na zmianach temperatury akumulatorka, a dokładnie interesuje nas szybkość tych zmian w pewnym przedziale czasu, a nie przykładowo jej wartość absolutna, co pozwala w pewnym stopniu uniezależnić się od temperatury otoczenia. Jest to metoda oznaczana jako dT/dt. Proces ładowania należy zakończyć, gdy temperatura akumulatorka wzrosła o więcej niż jeden stopień Celsjusza w ciągu minuty. Poniższy profil ładowania pokazuje ten moment, gdy akumulatorek jest ładowany prądem 1C. W pierwszej chwili wykres może wydawać się bardzo podobny do poprzedniego, jednak należy zauważyć, że jest na nim inna skala czasu.

    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

    Pionowa linia dT/dt oznacza miejsce, w którym ładowanie zostałoby przerwane przez metodę dT/dt, ale aby pokazać pozostałą część wykresu było kontynuowane przez ładowarkę aż do zakończenia ładowania metodą -dV. Jak widać koniec nastąpił przed osiągnięciem pełnego naładowania przez akumulatorek. Konieczne jest więc dodatkowe doładowanie go do 100% pojemności (ang. Top-off, Top-up charge). Akumulatorek ładowany jest wówczas mniejszym prądem przez określony czas. Korzyści są oczywiste. Mimo bardzo szybkiego ładowania akumulatorka nie narażamy go na przeładowanie i nie dopuszczamy do nadmiernego wzrostu jego temperatury, co mogłoby się skończyć jego uszkodzeniem. Jednoczesne połączenie obydwu opisanych technik pozwala na bezpieczne ładowanie akumulatorków w szerokim zakresie prądów ładowania. Po zakończeniu ładowania akumulatorki doładowuje się niewielkim prądem konserwującym (ang. Maintenance, Trickle charge), aby nie ulegały samorozładowaniu i były w każdej chwili gotowe do użycia. Przedstawione sposoby określania końca ładowania akumulatorka zostały zaimplementowane w programie sterującym prezentowanej ładowarki. Powyższy opis powstał między innymi w oparciu o świetną moim zdaniem publikację na ten temat http://www.duracell.com/oem/Pdf/others/TECHBULL.pdf oraz własne doświadczenia.

    Opis ładowarki
    Konstrukcja ładowarki od strony elektrycznej nie jest specjalną nowością. Została oparta na istniejących już i co ważniejsze sprawdzonych rozwiązaniach, mimo tego problemów przy jej konstrukcji było sporo. Zastosowanie liniowych źródeł prądowych uniemożliwiłoby lub znacznie utrudniło uzyskanie dużej wydajności prądowej przy niedużych rozmiarach. Pozostała więc technika impulsowa. Ładowarka zawiera dwie identyczne przetwornice obniżające DC/DC (ang. buck converter) zaadaptowane do pracy w charakterze źródeł prądowych, sterowane dwoma kanałami PWM mikrokontrolera ATtiny26 o częstotliwości nieco ponad 30kHz. Mikrokontroler ten idealnie nadaje się do tego zadania, ponieważ dodatkowo posiada przetwornik A/C z wejściami różnicowymi, co pozwala na pomiary prądu ładowania bez stosowania zewnętrznych wzmacniaczy operacyjnych. Diody Zenera D10-D13 zabezpieczają wejścia mikrokontrolera przed napięciami wyższymi niż jego napięcie zasilania wynoszące 5V i ich montaż jest absolutnie konieczny. Jako źródło napięcia odniesienia pracuje układ TL431. Napięcie referencyjne należy ustawić potencjometrem P1 (Vref) na wartość 3072mV, co przy wbudowanym przetworniku A/C zapewni rozdzielczość 3mV przy pomiarach napięcia i 3mA przy pomiarach prądu ładowania. Pomiary temperatury dokonywane są za pomocą układów LM35DZ, co bardzo ułatwia uruchomienie ładowarki, ponieważ odpada konieczność kalibracji układów pomiaru temperatury, które są najczęściej realizowane przy pomocy termistorów, jednocześnie zyskujemy na dokładności. Stan każdego z kanałów sygnalizują dwukolorowe diody LED D4 i D5.

    Czerwona nie świeci, zielona nie świeci - brak akumulatorka lub napięcie na włożonym akumulatorku jest za wysokie.
    Czerwona świeci, zielona nie świeci - trwa ładowanie akumulatorka.
    Czerwona nie świeci, zielona pulsuje - trwa ładowanie uzupełniające.
    Czerwona nie świeci, zielona świeci - akumulatorek naładowany; ładowanie konserwujące.
    Czerwona i zielona pulsują naprzemiennie - temperatura poza dozwolonym zakresem; ładowanie przerwane.
    Czerwona błyska, zielona nie świeci - nieprawidłowa praca ładowarki; ustawiono zbyt duży prąd ładowania lub akumulatorek uszkodzony.

    Aby możliwe było wybranie dowolnego prądu ładowania, jego wartość ustawiamy regulując napięcie na potencjometrach wieloobrotowych P2-P5. Dla każdego kanału można zaprogramować dwie różne wartości, jedną dla akumulatorków o rozmiarze HR6/AA i drugą dla HR03/AAA. Wyboru dokonujemy za pomocą przełączników S1 i S2. Opisany sposób można oczywiście zmienić, o czym w dalszej części opisu. Możliwe do ustawienia wartości zostały ograniczone do zakresu od 300mA do 2,5A. Prąd ładowania można ustawić regulując potencjometrem i mierząc napięcie w punktach S1 (S2), a następnie stosując wzór:
    napięcie_na_potencjometrze [mV] = prąd_ładowania [mA] - 300, gdzie 0 [mV] <= napięcie_na_potencjometrze <= 2200 [mV]
    Możliwy jest również pomiar spadku napięcia na rezystorach pomiarowych, jednak ze względu na krótkie przerwy stosowane przez ładowarkę w trakcie ładowania wartości mogą się wahać, przez co należy uwzględnić tylko wartości największe, a następnie obliczyć wartość prądu ładowania z prawa Ohma.

    Sposób działania ładowarki
    Po włożeniu akumulatorka, na którym napięcie jest mniejsze niż 1,5V rozpoczyna się ładowanie z ustawioną wartością prądu ładowania. Co pewien czas sprawdzana jest temperatura akumulatorka, jego napięcie i zaprogramowana wartość prądu ładowania. Po 5 minutach od rozpoczęcia ładowania uaktywniany jest algorytm -dV oraz po 10 minutach algorytm dT/dt. Opóźnienia te są konieczne, ponieważ istnieje ryzyko przedwczesnego zakończenia ładowania. Algorytm -dV kończy ładowanie, gdy napięcie akumulatorka zmniejszy się o 9mV, a następnie ładowarka przechodzi do ładowania konserwującego prądem C/200 sygnalizując pełne naładowanie. Algorytm dT/dt kończy ładowanie, gdy przyrost temperatury w ciągu minuty wyniesie 0,9 stopnia Celsjusza, a następnie ładowarka przechodzi do ładowania uzupełniającego prądem C/10 przez 30 minut, po czym również przełącza się do ładowania konserwującego. Poniższy wykres pokazuje sposób, w jaki uzyskuje się różne wartości prądu ładowania w każdej z opisywanych faz ładowania. W trakcie przerw dokonywane są pomiary. Wykres ma charakter poglądowy i rzeczywiste proporcje nie zostały zachowane.

    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

    Dodatkowy timer bezpieczeństwa ogranicza czas ładowania do 4 godzin pozwalając na naładowanie akumulatorka do pełna prądem C/3. Maksymalna wartość napięcia akumulatorka podczas ładowania nie może przekroczyć 1,8V. Jeśli temperatura przekroczy 55 stopni, lub obniży się do 10 stopni ładowarka zasygnalizuje ten fakt i przerwie ładowanie. Po zmniejszeniu się temperatury do 40 stopni, lub wzroście do 12 stopni ładowarka przejdzie do ładowania konserwującego. W przypadku odwrotnego włożenia akumulatorka lub włożenia uszkodzonego (np. zwartego), na którym napięcie jest mniejsze niż 0,3V ładowarka zasygnalizuje pełne naładowanie. Akumulatorki można ładować niezależnie w obydwu kanałach. Ze względu na sposób działania układu po wyjęciu naładowanego akumulatorka należy odczekać do kilku sekund, aż zgaśnie zielona dioda. Dopiero wtedy można włożyć następny akumulatorek. Nie należy również ponownie wkładać tego samego naładowanego już akumulatorka, ponieważ zostanie przeładowany ze względu na początkowe opóźnienia w działaniu algorytmów dT/dt i -dV. Mocowanie akumulatorka musi być pewne, ponieważ w przeciwnym wypadku proces ładowania może zostać zaburzony prowadząc do przeładowania.

    Program sterujący
    Napisanie programu sterującego na mikrokontroler okazało się dużo trudniejsze niż przypuszczałem. Program został napisany w języku C przy użyciu WinAvr'a. Pierwsza wersja powstała dość szybko, lecz kompletnie się nie sprawdziła. Następna była lepsza, ale pochłonęła znacznie więcej czasu, po czym okazało się, że pamięć mikrokontrolera jest dużo za mała, żeby pomieścić wynikowy program. Po rezygnacji z niektórych mniej potrzebnych funkcji, silnej optymalizacji kodu i wielu godzinach testów udało się osiągnąć zadowalające wyniki i jednocześnie zmieścić się w 2KB. Nie publikuję kodu źródłowego, jedynie w pełni funkcjonalny kod wynikowy w formacie IntelHEX, umożliwiający zbudowanie opisywanej ładowarki. Po zaprogramowaniu mikrokontrolera trzeba jeszcze następująco ustawić bity konfiguracyjne: RSTDISBL = 1, EESAVE = 0, BODLEVEL = 0, BODEN = 0, PLLCK = 1, CKOPT = 1, SUT1 = 0, SUT0 = 0, CKSEL3 = 0, CKSEL2 = 1, CKSEL1 = 0, CKSEL0 = 0.
    Mikrokontroler jest taktowany z wewnętrznego oscylatora RC pracującego z częstotliwością 8MHz. Ponieważ stabilność tego generatora jest dużo gorsza niż generatora kwarcowego istnieje możliwość dokładniejszej kalibracji częstotliwości jego pracy. Nie jest to absolutnie konieczne, ale zalecane. Aby każdorazowo przy uruchomieniu częstotliwość była kalibrowana należy odczytać programatorem jednobajtową wartość kalibrującą dla częstotliwości 8MHz zapisaną na stałe razem z sygnaturami mikrokontrolera podczas jego produkcji, a następnie zaprogramować ją w pierwszej komórce pamięci EEPROM mikrokontrolera pod adresem 0x00. Każda zapisana pod tym adresem wartość inna niż 0xFF będzie automatycznie ładowana przez program sterujący do rejestru kalibrującego przy uruchomieniu.

    Montaż ładowarki
    Wartości wszystkich elementów można odczytać ze schematu, a podczas montażu pomocne mogą być zamieszczone zdjęcia. Głównymi elementami przetwornic obniżających DC/DC są cewki L1 i L2 i od nich zależą w dużym stopniu uzyskane parametry ładowarki oraz stabilność jej pracy. Widoczne na zdjęciach cewki nawinąłem własnoręcznie wykorzystując toroidalne rdzenie cewek filtrów wyjściowych pochodzące z uszkodzonych zasilaczy AT i ATX. Rdzenie te mają średnicę zewnętrzną 23mm, wewnętrzną 13mm i wysokość 9mm. Po odwinięciu starych uzwojeń na każdy rdzeń nawinąłem po około 4,5m drutu o średnicy 0,7mm tworząc około 130 zwojów. Tak nawinięte cewki mają indukcyjność około 270uH, ale nie oznacza to, że każda cewka nawinięta tym samym drutem na takim rdzeniu będzie miała tą samą indukcyjność ze względu na mogącą znacznie różnić się przenikalność magnetyczną rdzeni. Dobór optymalnych indukcyjności nie jest łatwy. Występuje tutaj niekorzystne zjawisko polegające na tym, że zależność współczynnika wypełnienia impulsów w stosunku do uzyskiwanej wartości prądu ładowania nie jest liniowa. W konsekwencji trudniej jest uzyskać dokładne wartości prądu ładowania przy większej ich wartości, co więcej bez wpływu nie pozostaje zasilanie ładowarki różnymi wartościami napięcia. Jeśli indukcyjność będzie zbyt mała prąd będzie mocno pulsujący, co niekorzystnie przełoży się na stabilność pracy całego układu, jeśli będzie zbyt duża może nie być możliwe uzyskanie dużych wartości prądu ładowania. Kwestia samego zasilacza jest również ważna. Zastosowany zasilacz musi w każdej chwili być w stanie dostarczyć prądu o dostatecznie dużej wartości. Przy zastosowaniu słabego zasilacza napięcie zasilania może się tak obniżyć, że mikrokontroler zostanie zrestartowany, po czym znów rozpocznie ładowanie, a następnie z powodu nadmiernego obciążenia cykl się powtórzy. Ładowarka nie może pracować w takim stanie, ponieważ nie działa wówczas poprawnie kontrola ładowania i akumulatorki zostaną po jakimś czasie prawdopodobnie przeładowane. Tą sytuację można zaobserwować przez miganie czerwonej diody i lekkie przygasanie diody sygnalizującej obecność zasilania. Okazać się więc może, że konieczne będzie poeksperymentowanie z różnymi indukcyjnościami cewek i dobór optymalnej wartości dla konkretnego napięcia zasilania ładowarki.
    Płytka drukowana ma wymiary 106,2 x 74,7mm i została dopasowana tak, aby zmieściła się w obudowie KM-40. Czujniki temperatury należy umieścić tak, aby miały możliwie najlepszy kontakt z ładowanymi akumulatorkami. Od dokładności regulacji źródła napięcia odniesienia zależy dokładność wszystkich pomiarów, dlatego konieczne jest ustawienie jego wartości możliwie jak najdokładniej używając multimetru dobrej klasy. Przy elementach jak na schemacie teoretyczne jest uzyskanie 2,5A prądu na kanał, jednak ze względu na bardzo silne nagrzewanie się niektórych elementów praktyczne maksimum to 2A na kanał, chyba że zastosujemy bardzo dobre chłodzenie.

    Modyfikacje ładowarki
    Ładowarka została tak zaprojektowana, aby mogła być łatwo modyfikowana bez konieczności dokonywania zmian w programie sterującym. Dalej opisywane modyfikacje nie zostały sprawdzone w praktyce, dlatego należy liczyć się z możliwością wystąpienia potencjalnych problemów. Ładowarkę można teoretycznie dostosować do jednoczesnego ładowania 4 akumulatorków, parami w szeregu. Należy utworzyć dzielnik napięcia na pół przylutowując równolegle do diod Zenera D10-D13 rezystory 1kom, przynajmniej 1%, aby błąd był jak najmniejszy. Ponieważ obniżyliśmy napięcie o połowę, również została obniżona o połowę wartość spadku napięcia na rezystorze pomiarowym i aby to skompensować należy zwiększyć dwukrotnie jego wartość montując rezystor 0,1ohma. Postępując w ten sposób można teoretycznie dostosować ładowarkę do jeszcze większej ilości ogniw. Konieczne może być również zwiększenie napięcia zasilającego, należy pamiętać jednak, aby nie przekroczyć maksymalnego napięcia wejściowego stabilizatora U2 (7805) oraz elementów przetwornic DC/DC lub zastosować oddzielne zasilanie. Istnieje również teoretyczna możliwość zwiększenia maksymalnego prądu ładowarki z 2,5A do 5A przez zastosowanie rezystora pomiarowego 0,025ohma zamiast 0,05ohma w każdym z kanałów. Konieczne będzie wówczas dodatkowe przebudowanie przetwornic DC/DC przez zastosowanie elementów o większej dopuszczalnej obciążalności i umieszczenie ich na innej płytce z szerszymi ścieżkami. Zmodyfikować możemy także sposób programowania prądu ładowania stosując zamiast potencjometrów wieloobrotowych i przełączników zwykły potencjometr obrotowy zamontowany w obudowie. Odpowiednio wyskalowany pozwoli na łatwy wybór dowolnej wartości prądu. Również nic nie stoi na przeszkodzie, aby zastosować inne kolory diod sygnalizujących stan ładowarki.

    Model
    Na prezentowanym prototypie ładowarki przeprowadziłem łącznie kilkanaście ładowań ładując różne typy akumulatorków. Przy najmniejszych wartościach prądu ładowanie kończył algorytm -dV, przy prądach większych niż C/2 algorytm dT/dt ze względu na bardziej gwałtowny wzrost temperatury pod koniec ładowania co pokazują profile ładowania, choć końcowa temperatura była nieco niższa. Widoczny na zdjęciu zasilacz wtyczkowy pozwolił na jednoczesne ładowanie dwóch akumulatorków w obydwu kanałach prądem 1A każdy. Dla uzyskania większych prądów ładowania konieczne było zasilenie ładowarki zasilaczem większej mocy z transformatorem toroidalnym. Układ ładowarki zamknięty jest w plastikowej obudowie i jeśli chodzi o wygląd to uważam, że niestety nie jest najlepszy ze względu na to, że koszyki na baterie są bardzo niskiej jakości i konieczne było zastąpienie oryginalnych styków śrubami, aby zapewnić odpowiednio dobry kontakt przez co z kolei musiałem porozcinać je, aby mieściły się w nich akumulatorki. Odpowiednie umiejscowienie czujników temperatury (LM35DZ) jest bardzo istotne w przypadku gdy chcemy, aby ładowarka kończyła ładowanie metodą dT/dt. Początkowo czujniki te umieściłem pod koszykami, a pomiędzy nimi przykleiłem kawałek miedzianej blaszki tak, aby z jednej strony do blaszki dotykał akumulatorek, a z drugiej czujnik temperatury. Niestety to rozwiązanie nie sprawdziło się i musiałem wystawić czujniki na zewnątrz obudowy, aby bezpośrednio dotykały akumulatorka. Mimo tego, że model ładowarki posiada miejsca na cztery akumulatorki, jednocześnie ładować można tylko dwa, ponieważ dla każdego kanału jest jeden koszyk na akumulatorek HR6/AA i drugi na HR03/AAA połączone równolegle ze sobą. Stabilizator U2 (7805) nagrzewa się dość mocno podczas pracy, dlatego konieczne może być przykręcenie do niego niewielkiego radiatora z zagiętego kawałka miedzianej blachy.

    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd
    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

    Uwaga! Ponieważ w układzie przepływają prądy o dużych wartościach, niektóre elementy mogą się mocno nagrzewać lub ulec uszkodzeniu przy niewystarczającym chłodzeniu - należy zachować ostrożność.


    Fajne!
  • Szkolenia elektronika Udemy
  • #2 01 Lis 2007 13:01
    Uszol 1990
    Poziom 29  

    No projekt ciekawy :)
    może dorzucić tak jeszcze jakiś mały LCD :)?
    pozdrawiam

  • #3 01 Lis 2007 16:26
    mojomax
    Poziom 15  

    Na prawdę fajny projekt.
    Miło byłoby zaimplementować metodę Burp Charge... niektórzy twierdzą, że zwiększa żywotność akumulatorów...

  • #4 01 Lis 2007 17:47
    arek59
    Poziom 29  

    Projekt fajny. Z czego zasilasz? Ja słyszałem coś takiego że ładowanie akumlatorów prądem impulsowym z rzędu od 3 - do50 hz przegłuża trwałość akumlatorów ale są wolniejsze w ładowaniu, a za to można dłużej prądu czerpać bo takie ładowanie zwiększa pojemność niż ładowanie prądem stałym. Jak żle piszę to mnie poprawcie.

  • #5 01 Lis 2007 18:54
    Chroost
    Poziom 13  

    W projekcie wykorzystane zostały wszystkie piny mikrokontrolera, więc LCD nie da się już podłączyć. Ponadto wyświetlacz podniósłby koszty wykonania, a bez niego można się spokojnie obyć. Osobiście uważam, że LCD wydaje się być ciekawym dodatkiem na początku użytkowania. Później i tak się na niego nie spogląda. Ładowanie metodą burp prawdopodobnie byłoby jeszcze lepsze, ale nie było już wolnych wyprowadzeń na realizację tej funkcji. Ładowarka ładuje impulsami i stosuje krótkie przerwy, co jest i tak znacznie lepsze niż klasyczne ładowanie ciągłe. Można o tym poczytać tutaj http://duoregen.com/images/PDFs/Nguyen_2003.pdf.

  • #6 02 Lis 2007 20:18
    timo66
    Poziom 22  

    Witam
    Gratuluję znakomitego projektu . Wykonanie jak i pomysł na 6 . Zastanawiam się nad powieleniem tego układu , ale mam takie pytanie , jak wpływa ta ładowarka na akumlatory nierozładowane do konca , czy jest lepsza od takich dostępnych w sklepie z funkcją rozładowywania ???

  • #7 02 Lis 2007 20:27
    Chroost
    Poziom 13  

    Ładowarka nie ma funkcji rozładowywania ze względu na mikrokontroler o małej ilości wyprowadzeń. Jeśli jednak włoży się naładowany na przykład do połowy akumulatorek czas jego ładowania będzie o połowę krótszy. Przy włożeniu akumulatorka naładowanego do pełna ładowarka kończy ładowanie po kilku minutach.

  • #8 03 Lis 2007 01:54
    master_pablo
    Poziom 16  

    Wyglada elegancko. Jesli planujesz rozbudowac program, to ATtiny261/461/861 sa nozkozgodne z ATtiny26, a wersje 461 i 861 maja odpowiednio 4 i 8kB Flash'u. Wersja 461 sa dostepne w Seguro w obudowach SOIC20.

  • #9 03 Lis 2007 16:20
    Chroost
    Poziom 13  

    Jeśli uda mi się kupić któregoś z następców tego mikrokontrolera w obudowie DIP to na pewno rozbuduję program, ale na chwilę obecną z tego co widzę ATtinyx61 są jeszcze nowością, więc trzeba poczekać aż sprowadzą je dystrybutorzy. Będzie można zrealizować jeszcze kilka funkcji, z których musiałem zrezygnować takich jak na przykład łagodny start z testowaniem akumulatorka i wykrywaniem baterii zwykłych i alkalicznych, dodatkowy rezerwowy algorytm ΔTCO i/lub Zero ΔV oraz sygnalizację błędów i programowe zabezpieczenie przeciążeniowe.

  • Szkolenia elektronika Udemy
  • #10 08 Gru 2007 04:13
    ufolek
    Poziom 12  

    Świetny projekt. Szczegółowy i klarowny opis + wyniki pomiarów = duża wartość edukacyjna. Gratulacje !!!

  • #11 06 Sty 2008 00:49
    rozmaity
    Poziom 1  

    Witam wszystkich

    Mam pytanie do kolegi konstruktora Chroosta .
    Ale najpierw gratulacje za udany projekt :D - działa , ładuje więc jak dla mnie jest OK

    Pytanie dotyczy momentu w którym następuje pomiar napięcia ogniwa dla właściwego ustalenia stanu naładowania .
    W przypadku gdy jest ładowane ciągle nie ma problemu , ale w przypadku ładowania impulsowego według załącznika Nguyen_2003.pdf gdzie jeżeli dobrze zrozumiałem (angielski nie jest moją mocną stroną) 98% impulsu to ładowanie , 1% rozładowanie , 1% przerwy ?
    W którym momencie dokonać pomiaru ?

    I czy można pominąć ten 1% rozładowujący ?

    dzięki i pozdrawiam

  • #12 22 Sty 2008 17:10
    Chroost
    Poziom 13  

    Nieco spóźniona odpowiedź, ale zawsze... :)
    Prezentowana ładowarka nie stosuje impulsów rozładowujących, a jedynie robi krótkie przerwy - to właśnie wtedy dokonywany jest pomiar napięcia na akumulatorku i brany pod uwagę przez algorytm -dV. W trakcie impulsu ładującego ładowarka również mierzy napięcie, ale po to aby sprawdzić, czy akumulatorek nie został wyjęty.

  • #13 20 Kwi 2008 13:44
    gobo2003
    Poziom 11  

    Witam,
    Pracuje akurat też nad ładowarką i mam kilka pytań :
    - czy taki dość nieliniowy przebieg napięcia ładującego (mam na myśli przebieg na końcówce mocy sterowanej PWMem) nie jest szkodliwy dla ładowanego akumulatora ?
    - jaka jest minimalna zalecana częstotliwość pracy PWMki ?
    - czy brałeś pod uwagę pomiar napięcia na akumulatorze bez robienia przerw ? teoretycznie mając mierzony prąd na shuncie i napięcie na baterii podczas ładowania możnaby obliczyć rzeczywiste napięcie na aku , czy może się mylę ?
    Vaku = Vmierz - Ishunt*Rshunt

    Btw: świetny projekt.
    Z góry dzięki za odpowiedzi,
    Pozdrawiam.

  • #14 20 Kwi 2008 15:48
    Chroost
    Poziom 13  

    Odp. 1
    Nie wydaje mi się, żeby to miało wpływ na trwałość akumulatorków. Schemat regulatora PWM zaczerpnąłem z kilku innych sprawdzonych i opublikowanych w sieci podobnych ładowarek, poza tym na wyjściu każdego kanału są kondensatory ('C6' i 'C8') filtrujące napięcie, więc jest ono tylko trochę pulsujące. Akumulatorki, które używałem do testów mam do tej pory i nadal ładuję je w tej ładowarce i nie zauważyłem, aby wpływało to na nie negatywnie w jakikolwiek sposób.

    Odp. 2
    Trudno powiedzieć, bo będzie zależało to od warunków w jakich ma pracować regulator PWM. Przy małych częstotliwościach cewki muszą mieć dużą indukcyjność, a co za tym idzie duży rozmiar - tego raczej nie chcemy, ponadto przy częstotliwościach poniżej powiedzmy 16-18 kHz będziemy słyszeli denerwujące piszczenie rdzeni cewek (sprawdzałem, słychać ;-) ). W górę też nie można przesadzać, bo przy zbyt dużej częstotliwości przebieg prostokątny na mosfecie będzie zniekształcony przez pojemność jego bramki, co zaowocuje nadmiernym nagrzewaniem się tranzystora. Można oczywiście przeprowadzać obliczenia ale uważam, że najłatwiej jest doświadczalnie popróbować z różnymi częstotliwościami i obserwować jak zachowuje się ładowarka.

    Odp. 3
    Owszem, ale tylko teoretycznie. Ponieważ do akumulatorka jest dostarczany prąd pulsujący (pierwsza odpowiedź wyżej) to w różnych chwilach otrzymamy różne wartości napięcia - nie da się zmierzyć w tej samej chwili napięcia i prądu mając do dyspozycji jeden przetwornik ADC. Ze względu na możliwość pracy przetwornika w trybie różnicowym i zwykłym można bezpośrednio zmierzyć napięcie na akumulatorku podczas ładowania odpowiednio przełączając multiplekser przetwornika ADC. Ale nawet jeśli zmierzymy te napięcie to na wiele nam się jego wartość nie przyda, bo rozrzut kolejnych pomiarów będzie dość znaczny, przez co niemożliwe będzie zrealizowanie algorytmu -dV, gdzie czułość wynosi zaledwie kilkanaście mV. Moja ładowarka mierzy to napięcie, ale wynik pomiaru wykorzystuje jedynie do stwierdzenia czy akumulatorek jest włożony czy wyjęty. Do dokładnego pomiaru trzeba wyłączyć na chwilę ładowanie w tym kanale, co więcej dotyczy to też drugiego kanału.

    Pzdr

  • #15 20 Kwi 2008 15:53
    gobo2003
    Poziom 11  

    Dzięki za informacje.
    Jaką osiągasz rozdzielczość PWMki na tym procku ?

  • #16 20 Kwi 2008 16:02
    Chroost
    Poziom 13  

    Rozdzielczość jest taka jak timera, który steruje PWMem czyli 8 bitów, a maksymalna częstotliwość PWM jaką da się uzyskać na wyjściu przy włączonej wewnętrznej pętli PLL to 250 kHz jeśli się nie mylę.

  • #17 20 Kwi 2008 18:01
    gobo2003
    Poziom 11  

    i z jaką dokładnością udaje Ci się sterować napięciem/prądem ładowania ?

  • #18 21 Kwi 2008 17:32
    Chroost
    Poziom 13  

    Trudno powiedzieć, bo rozdzielczość regulacji prądu nie jest liniowa w stosunku do współczynnika wypełnienia impulsów PWM. Pisałem o tym zjawisku wcześniej w artykule.

  • #19 21 Kwi 2008 19:10
    olo-mod
    Poziom 1  

    swietny wynalazek, gratuluje!
    jestem modelarzem i poszukuje wlasnie takiego ukladu, mozliwie najbardziej uniwersalnego i taniego.
    moje pytania:
    1. w praktyce korzystam z pakietow ogniw od 4 do max 12 i w zwiazku z tym w jaki sposob nalezalo by zmodyfikowac opisany powyżej układ by mozlowy byl manualny wybor ilosci ogniw jaki aktualnie chce naladowac w danym kanale. (wygodny by byl przycisk i 10 diodek ... kazde klikniecie przelacza ilosc ogniw, albo dwa przyciski +/- to juz byl by wogole wypasik)
    2. w zaleznosci od miejsca gdzie korzystal bym z tej ladowarki tzn dom gdzie moge pozwolic sobie na dlugie cykle ladowania albo lotnisko gdzie chcial bym naladowac akku mozliwie najszybciej fajne by bylo tak jak przy wyborze ilosci ogniw mozliwy byl wybor pradu ladowania ze skokiem powiedzmy co 50mA rowniez na przycisk ...
    3. fajne by bylo dodanie do ukladu modulu rozladowywarki z mozliwoscia wyboru czy po podlaczeniu chce rozladowywac i automatycznie po rozlad. zacza ladowanie czy od razu ladowac bez rozl.
    z odpowiednim zrodlem zasilania i chlodzeniem powinienem sobie poradzic.
    jestem troche laikiem w sprawach elektroniki ... mimo ze studiuje elektrotechnike .. nie wiem na ile komplikowalo by caly uklad te przyciski i dodatkowe diodki w kazdym razie uklad byl by wtedy bardzo wygodny no i trzeba przyznac z mega bajerkiem.
    jescze raz gratuluje swietnej roboty!

  • #20 22 Kwi 2008 16:33
    Chroost
    Poziom 13  

    Łatwiej byłoby zaprojektować i zbudować nową ładowarkę niż rozszerzać tą konstrukcję o opisywane funkcje. Moim celem było zbudowanie możliwie prostej, ale za to wydajnej ładowarki do popularnych akumulatorków, a przy okazji zmierzenie się z techniką impulsową. Ładowarka uniwersalna i wyposażona w wiele funkcji siłą rzeczy będzie skomplikowana.

    Do zastosowań modelarskich sugerowałbym zakupić profesjonalną ładowarkę. Poszukiwania można rozpocząć na przykład od http://www.elprog.com.pl/polski/?strona=1_firma&pstrona=02/01 lub gdy zakup gotowego urządzenia nie wchodzi w grę zainteresować się przykładowo tą konstrukcją http://www.rchobby.freehost.pl/Ladowarka/Ladowarka.html czy http://www.diodak.com/elektronika/charbox/charbox.html.

  • #21 24 Kwi 2008 07:59
    grzeniu_pl
    Poziom 14  

    Dziękuję Chroost ! Fajny ładowarka i do tego bardzo ładnie udokumentowana. Na pewno sobię taką zrobię !

  • #22 30 Lip 2008 15:36
    joozwa
    Poziom 31  

    Witam
    Zamierzam wykonać taką ładowarkę :D
    Mam jednak oczywiście pytanie odnośnie dławików. Mam dławiki przeciwzakłóceniowe toroidalne 330µH/3A o oporności 190 mΩ (0,19Ω).
    http://www.tme.eu/dlawik-przeciwzakloceniowy-330uh-3a-190-mohm/arts/pl/a10/dpt150a0_5.html
    Są one dużo mniejsze, niż wykonane przez autora: średnica ok. 15mm, wysokość ok. 8mm Nawinięte cienkim drutem (0,5mm), ale jest go mało (jakieś dobre rdzenie?)
    Oczywiście z zejściem do ok. 270µH nie byłoby problemu (odwijanie-pomiar), ale czy one w ogóle się nadadzą? Poniżej zdjęcie.
    I jeszcze pytanie, czy w stosunku do kondensatorów C6, C8 przy tych 30kHz są jakieś specjalne wymagania (LOW ESR/ LOW IMPEDANCE)?
    Z góry dziękuję
    Pozdrawiam


    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

  • #23 14 Sie 2008 20:27
    Chroost
    Poziom 13  

    Trudno powiedzieć, ponieważ dławiki nawinałem na rdzeniach o takiej średnicy, bo akurat do takich miałem dostęp, a dobór ilości uzwojeń był czysto eksperymentalny. Możliwe, że takie też się sprawdzą i będą działać poprawnie. Myślę, że na tym etapie warto zaryzykować zaczynając od małych wartości prądu ładowania na początek i kontrolowaniu ich temperatury. Bardzo możliwe, że wartość 330uH będzie odpowiednia i nie będzie konieczne odwijanie uzwojeń. Co do kondensatorów to jak wiadomo w takich układach najlepiej stosować kondensatory dobrej jakości, choć ja zastosowałem najzwyklejsze elektrolity - działają poprawnie i nie nagrzewają się zbytnio.

  • #24 14 Sie 2008 20:29
    joozwa
    Poziom 31  

    dzięki :D A co z tymi kondensatorkami 1000uF na wyjściu? Mogą być zwykłe w stylu TEAPO SEK na 105 st. ?
    -----------------------------
    EDIT:
    Wielkie dzięki :D Te elektrolity co mam są chyba niezłe. Jak odpalę ładowarkę to napiszę :D
    Pozdrawiam

    Szybka mikroprocesorowa ładowarka akumulatorków NiMH i NiCd

  • #25 26 Sie 2008 17:19
    przemcio.18
    Poziom 14  

    czym ta ładowarka jest zasilana?? 12V?? ile A?

  • #26 27 Sie 2008 07:21
    Chroost
    Poziom 13  

    Ładowarkę można zasilać z zasilacza niestabilizowanego około 14V lub z akumulatora, choć tej opcji nie sprawdzałem w praktyce. Wydajność musi być większa niż maksymalny prąd w obydwu kanałach jakim zamierzamy ładować akumulatorki, ze względu na straty i dodatkową rezerwę, aby nie przeciążyć zasilacza. Szczegóły w artykule.

  • #27 20 Wrz 2008 20:47
    rafii
    Poziom 12  

    Witam czy mógłby mi ktoś powiedzieć o co chodzi w tym wzorze, albo podać jakiś przykład jak go zastosować bo nie bardzo to kumam

    napięcie_na_potencjometrze [mV] = prąd_ładowania [mA] - 300, gdzie 0 [mV] <= napięcie_na_potencjometrze <= 2200 [mV]

    Z góry dziękuje

    Pozdrawiam.

  • #28 21 Wrz 2008 10:49
    Chroost
    Poziom 13  

    Wzór faktycznie może wydawać się niejasny, ale sprawa jest bardzo prosta. Prąd ładowania dla każdego z kanałów jest programowany przez ustawienie odpowiedniej wartości napięcia potencjometrami wieloobrotowymi. Program w ładowarce mierzy te napięcie i według jego wartości ustawia prąd ładowania, więc ustawione napięcie bezpośrednio przekłada się na wartość prądu. Do ustawionej wartości napięcia program dodaje 300, co powoduje, że do ustawienia możliwe są tylko wartości prądu ładowania z zakresu od 300mA do 2,5A.

    Przykłady: Chcemy, aby ładowarka ładowała akumulatorek prądem o wartości 1A. Podstawiamy pod wzór: 1000mA - 300 = 700. Należy więc tak wyregulować potencjometr, aby w punkcie S1 lub S2 względem masy było napięcie 700mV. Gdy chcemy ładować najniższą możliwą wartością prądu czyli 300mA liczymy: 300mA - 300 = 0. Ustawiamy 0mV. Dla wartości 2,5A byłoby to 2500mA - 300 = 2200. Ustawiamy 2200mV.

    Ponieważ napięcie w punktach S1 i S2 możemy regulować w zakresie od 0mV do 3072mV, ustawienie wartości w zakresie od 2200mV do 3072mV będzie miało taki sam skutek jak ustawienie wartości 2200mV, ponieważ program wewnętrznie ogranicza maksymalną wartość prądu ładowania do 2,5A.

    Przy okazji, jeśli ktoś zbudował już tą ładowarkę będzie miło jak da znać, ewentualne uwagi będą dla mnie cenne.

  • #29 29 Wrz 2008 11:25
    joozwa
    Poziom 31  

    U mnie to urządzenie jest prawie gotowe (zlutowane wszystko na płytce), ale nie mam czasu teraz dokończyć i uruchomić :( Postaram się zrobić to jak najszybciej i napiszę o problemach, bo jestem niemal pewien, że takowe się pojawią ;)
    Pzdr.

  • #30 16 Paź 2008 18:31
    rafii
    Poziom 12  

    Witam. Mam małe pytano Dotyczące konfiguracji mikrokontrolera, a będzie to 2 uC który zaprogramuje (nie chodzi mi tu o sam programator bo to wszystko mam i co nieco wiem) Używam PonyProg I programator pod Lpt

    Chciałbym się dowiedzieć o co chodzi z:

    "Aby każdorazowo przy uruchomieniu częstotliwość była kalibrowana należy odczytać programatorem jednobajtową wartość kalibrującą dla częstotliwości 8MHz zapisaną na stałe razem z sygnaturami mikrokontrolera podczas jego produkcji, a następnie zaprogramować ją w pierwszej komórce pamięci EEPROM mikrokontrolera pod adresem 0x00. Każda zapisana pod tym adresem wartość inna niż 0xFF będzie automatycznie ładowana przez program sterujący do rejestru kalibrującego przy uruchomieniu. "

    Trochę tego nie pojmuje więc Prosił bym o wytłumaczenie:

    Pozdrawiam: