Ladegerät für Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus auf dem TEA1101-Chip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen

 Kommentare zum Artikel

Der Artikel beschreibt ein im Ausland hergestelltes „intelligentes“ Ladegerät zum beschleunigten Laden von Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien, das auf dem TEA1101-Chip (Phillips) hergestellt wird, und seine Modifikation zur Erweiterung seiner Fähigkeiten.

Seit vielen Jahren findet man in Geschäften und Märkten Ni-Cd-Akkus (Nickel-Cadmium) und Akkus, die bei entsprechenden Betriebsbedingungen bis zu 1000 Lade-Entlade-Zyklen überstehen. Zu den Nachteilen dieser Batterien gehört der sogenannte „Memory-Effekt“. Es besteht darin, dass der verbrauchte Akku vollständig entladen werden muss (ca. 1 V pro Akku) und erst dann ein neuer Ladezyklus begonnen werden muss.

Neben den weit verbreiteten Nickel-Cadmium-Akkus sind auch relativ neue Akkus aufgetaucht, die ebenfalls weit verbreitet sind – Ni-MH (Nickel-Metallhydrid). Bei gleichen Abmessungen wie Ni-Cd haben diese Akkus fast die doppelte Kapazität. Natürlich sind sie auch teuer und nicht ohne Nachteile. Ni-MH-Akkus haben einen hohen Innenwiderstand und einen niedrigen Spitzenentladestrom und sind daher nicht für den Betrieb von stromverbrauchenden Geräten wie Bohrmaschinen, Elektroschraubern, Kompressoren, Staubsaugern usw. geeignet.

Durch falsche Lademethoden verkürzt sich die Lebensdauer von Akkus um bis zu 30 %. Beschädigte Batterien wiederum verursachen bei der Entsorgung irreparable Schäden in der Umwelt. Das richtige und fachgerechte Laden von Batterien bringt somit nicht nur erhebliche finanzielle Einsparungen mit sich, sondern wirkt sich auch positiv auf die Umwelt aus.

Die günstigsten und einfachsten Batterieladegeräte bestehen aus einem Transformator, einer Gleichrichterdiode, einem Strombegrenzungswiderstand und einer LED. Der Transformator reduziert die 220-V-Netzspannung auf 4...12 V, die dann von einem Einweggleichrichter gleichgerichtet wird. Der Widerstand begrenzt den Ladestrom und die LED signalisiert, dass der Akku mit dem Ladegerät verbunden ist. Im Handel sind häufig Geräte zu finden, die hauptsächlich in asiatischen Ländern hergestellt werden und ähnliche oder identische Schaltungen aufweisen. Bei der Herstellung solcher Geräte entsteht kein Mehraufwand, es sollte jedoch beachtet werden, dass sie die Batterien nicht vor Überladung schützen. Bereits nach wenigen Zyklen können irreversible Veränderungen an den Batterien auftreten, die ihre Lebensdauer verkürzen.

Während des Ladevorgangs muss der Strom ständig überwacht und auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Um die Zeit zu verkürzen, wird der Ladestrom erhöht; er kann einen numerischen Wert erreichen, der 100 % der Batteriekapazität entspricht. Wenn unter solchen Bedingungen der Zeitpunkt der vollständigen Aufladung nicht überwacht wird, können sich Gase im Inneren der Batterie ansammeln und der Druck ansteigen, was zu mechanischen Schäden und Ausfällen führen kann.

Der Ladezustand kann durch ständige Messung der Temperatur des Batteriegehäuses überwacht werden. Diese Methode basiert auf dem sogenannten negativen Temperaturkoeffizienten (ca. -1 mV/°C) von Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus. Der Ladevorgang wird bei dem entsprechenden Temperaturwert gestoppt, der für jeden Einzelfall berechnet wird. Aufgrund der Schwierigkeiten, die bei der genauen Messung der Temperatur auftreten, und der Notwendigkeit, genaue Berechnungen durchzuführen, ist diese Methode jedoch nicht weit verbreitet.

Es gibt eine andere Möglichkeit, die volle Ladung der Batterie zu überwachen, die auf der Erkennung eines Spannungsabfalls basiert; in der Literatur wird sie häufig als ΔV-Methode bezeichnet [1-6]. Es besteht darin, Spannungsänderungen an den Batterieklemmen im Laufe der Zeit zu überwachen und den Ladevorgang zu stoppen, wenn die maximale Leistung erreicht ist. Es ist diese Methode – die Messung des Vorzeichens von ΔУ – die dem Funktionsprinzip des Geräts zugrunde liegt, auf das weiter unten eingegangen wird.

Die Maximumerkennungsmethode ist heute die genaueste Methode, um das Ende des Ladevorgangs von Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus zu bestimmen. Die Spannung an den Batterieklemmen ist bei konstantem Ladestrom eine monoton steigende Funktion. Wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist, speichert sie keine Energie mehr und es beginnt sich Gas in der Nähe der positiven Elektrode anzusammeln. Dies führt zu einem schnellen Temperaturanstieg und einem Spannungsabfall an den Batteriepolen. Eine spezielle Mikroschaltung (im beschriebenen Ladegerät TEA1101) misst in bestimmten Abständen die aktuelle Spannung des zu ladenden Akkus und vergleicht sie mit der vorherigen Messung. Wenn das Vergleichsergebnis einen negativen Wert annimmt, d. h. die aktuelle Spannung kleiner als die vorherige ist und ein ähnliches Phänomen mehrere Dutzend Messungen lang wiederholt wird, wechselt das Ladegerät in den konservativen Lademodus mit einem Strom im Bereich von 1/20...1/ 80 % der Nennkapazität der Batterie. Konservatives Laden verursacht keine weitere Gasbildung in der Batterie und schadet ihr nicht.

Der ΔV-Wert, den das Ladegerät messen kann, hängt vom verwendeten Chip ab, genauer gesagt von der Kapazität des darin eingebauten Analog-Digital-Wandlers, der die Spannung in einen digitalen Code umwandelt. Im TEA1101-Chip beträgt die Anzahl der Bits 12, was eine Diskretion von 0,025 % des absoluten Spannungswerts bietet. Dies reicht für beide Batterietypen, während beispielsweise der TEA1100-Chip nur über einen 10-Bit-ADC verfügt, dessen Genauigkeit nur für die Arbeit mit Ni-Cd-Batterien ausreicht.

Die Schaltung des „intelligenten“ Ladegeräts ist in Abb. dargestellt. 1. Positionsbezeichnungen aller Elemente entsprechen der Herstellerzeichnung.

Die Basis des Geräts ist ein spezialisierter Chip TEA1101 (DA1). Die Versorgungsspannung der Mikroschaltung stabilisiert den Stabilisator VT3VD4R6R7 auf 8 V, bleibt jedoch bis zu einer Spannung von 11,5 V betriebsbereit. Der IB-Eingang (Pin 5) der Mikroschaltung erhält vom Stromsensor eine Spannung proportional zum Batterieladestrom - Widerstand R4, der mit den angegebenen Werten des beschleunigten und konservativen Ladestroms verglichen wird, die jeweils durch die Widerstände R13 und R12 bestimmt werden. Weicht der Ladestrom vom eingestellten Wert ab, erscheint am Ausgang der analogen Steuerung AO (Pin 2) eine Steuerspannung. Wird im Ladegerät ein Linearregler verwendet, so wird diese Spannung dem Steuertransistor zugeführt, der ihn ausführt die Korrektur. Allerdings verfügt der TEA1101-Chip über einen eingebauten Pulsweitenmodulator und dementsprechend über einen PWM-Pulsweiten-Steuerausgang (Pin 1).

Die Impulsregelung des Ladestroms bietet alle Vorteile von PHI-Reglern gegenüber linearen – höhere Effizienz, geringe Verlustleistung am Steuerelement usw. Das beschriebene Ladegerät ist genau nach dem Prinzip der PHI-Steuerung aufgebaut und wird mit einem analogen Signal versorgt Das Steuergerät VT4R16 - R18 in zwei Farben LED HL2, anhand derer Farbe und Helligkeit Sie den Ladestrom ungefähr beurteilen können. Das hellste Leuchten der roten LED bedeutet, dass der Akku schnell aufgeladen wird (Transistor VT4 ist möglichst offen). Ein sanfter Übergang von Rot über Orange nach Grün weist auf eine Abnahme der Regelspannung und eine Bedeckung des Regelelements hin. Sobald der Akku in den konservativen Lademodus wechselt, erscheint ein hellgrünes Leuchten.

Leider ermöglicht eine solche Anzeige keine genaue Bestimmung des Zeitpunkts, an dem die volle Ladung erreicht ist. Allerdings verfügt der TEA1101-Chip über einen speziellen LED-Ausgang (Pin 15) zur Ansteuerung der LED. Diese LED (HL1) verhält sich in verschiedenen Ladephasen unterschiedlich und gibt somit vollständigen Aufschluss über die im Ladegerät ablaufenden Vorgänge. Wenn die LED nicht leuchtet oder nur sehr schwach leuchtet, möglicherweise pulsierend mit geringer Helligkeit, ist der Akku nicht mit dem Ladegerät verbunden Ladegerät. Leuchtet konstant und hell – der Akku wird schnell aufgeladen. Blinkt hell – der Akku ist vollständig geladen. Wenn beim ersten Einschalten der Alarm derselbe ist wie bei Abschluss des Ladevorgangs, ist der Akku höchstwahrscheinlich beschädigt und kann nicht wiederhergestellt werden. Selbstverständlich sollten Sie in all diesen Situationen auch auf die zweifarbige LED achten, deren Leuchten anzeigt, ob tatsächlich geladen wird oder nicht.

Ursprünglich war das Industriegerät zum Laden von Akkus oder Akkus bestehend aus zwei oder drei Akkus mit einer Kapazität von 600...700 mAh konzipiert. Dieses Gerät kann jedoch einfachen Modifikationen unterzogen werden, wodurch seine Fähigkeiten erheblich erweitert werden. Tatsache ist, dass alle Parameter des Ladegeräts durch Auswahl der entsprechenden Elemente und Versorgungsspannung eingestellt werden können.

Der Strom des Schnelllademodus wird nach der Formel berechnet

lschnell = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 · 10³ 1,25/ /(0,27 27 10³) = 0,669 A,

wobei Uref = 1,25 V die Referenzspannung am Ausgang Rref (Pin 10) ist.

Konservativer Ladestrom

lnorm \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX³ 1,25/(0,27 6,2 10³ 4) = 0,073 A,

wobei P ein Multiplikator ist, dessen Wert durch die Verbindung von Pin 8 (PR) des TEA1101-Chips bestimmt wird. Wenn dieser Pin mit Pin 6 (Us) der Mikroschaltung verbunden ist, ist P = 1, wenn er mit Pin 16 (GND) verbunden ist, ist P = 4 und wenn der Pin nicht verbunden ist, ist P = 2.

Aus den obigen Beziehungen geht also klar hervor, dass Sie Batterien und Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten C laden können, wenn Sie Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten anstelle von R8 anschließen. In Abb. 1 zeigt die berechneten Werte des Widerstands R8 und des Stroms für schnelle und konservative Lademodi.

Um Batterien mit einer großen Anzahl von Batterien aufzuladen, sollten Sie außerdem den Übertragungskoeffizienten des Widerstandsteilers R14R15 am UAC-Eingang der Mikroschaltung (Pin 7) ändern. In der Tabelle 2 zeigt sechs Batterieoptionen mit einer bis sechs Batterien. Wenn man bedenkt, dass der maximale Schnellladestrom für Akkus mit einer Kapazität von 1000...1200 mAh etwa 1 A betragen sollte und der Spannungsabfall am Regelelement und zwei Dioden etwa 2,5 V beträgt, ist die erforderliche Stromquellenspannung beim Laden von Akkus bestehend aus vier oder mehr Batterien, wählen Sie gleich 18 V.

Das Schema der modifizierten Version des Geräts ist in Abb. 2.

Die Abschätzung der minimal erforderlichen Versorgungsspannung zur Bereitstellung des einen oder anderen Ladestroms erfolgte sehr grob, spätere Experimente zeigten jedoch die Richtigkeit der Berechnungen.

Literatur

1. Nachrüstung von Ladestationen für NC-Akkuwerke mit dem Ladecontroller TEA1101. - Funk Amateur, 2000, Nr. 2, S. 164-167.
2. „Intelligentes“ Ladegerät für Ni-Cd-Akkus. - Radio, 2001. Nr. 1. S. 72.
3. Grigoriev B. Algorithmus zum schnellen Laden von Batterien. - Radio, 2001, Nr. 8, p. 38.
4. Boshboom W. Ladeeigenschaften der Batterien unter TEA1101-Lademanagement. Berichtsnummer: NPO/AN9301.
5. Batteriemonitor für Ni-Cd- und Ni-MH-Ladegeräte. Philips Semiconductors – vorläufige Spezifikation. Dez. 1992.
6. Intelligente Ladekapazität für Ni-MH- und Ni-Cd-Akkus. - Radioelectronic Audio Hi-Fi-Video, 1998, Nr. 7-8. S. 21-26.

Autor: V. Golutvin, Lemberg, Ukraine

Siehe andere Artikel Abschnitt Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen.

Lesen und Schreiben nützlich Kommentare zu diesem Artikel.

<< Zurück

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten 02.05.2024

In der modernen Landwirtschaft entwickelt sich der technologische Fortschritt mit dem Ziel, die Effizienz der Pflanzenpflegeprozesse zu steigern. In Italien wurde die innovative Blumenausdünnungsmaschine Florix vorgestellt, die die Erntephase optimieren soll. Dieses Gerät ist mit beweglichen Armen ausgestattet, wodurch es leicht an die Bedürfnisse des Gartens angepasst werden kann. Der Bediener kann die Geschwindigkeit der dünnen Drähte anpassen, indem er sie von der Traktorkabine aus mit einem Joystick steuert. Dieser Ansatz erhöht die Effizienz des Blütenausdünnungsprozesses erheblich und bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Gartens sowie die Vielfalt und Art der darin angebauten Früchte. Nachdem wir die Florix-Maschine zwei Jahre lang an verschiedenen Obstsorten getestet hatten, waren die Ergebnisse sehr ermutigend. Landwirte wie Filiberto Montanari, der seit mehreren Jahren eine Florix-Maschine verwendet, haben von einer erheblichen Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für das Ausdünnen von Blumen berichtet. ... >>

Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

Mikroskope spielen eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und ermöglichen es Wissenschaftlern, in für das Auge unsichtbare Strukturen und Prozesse einzutauchen. Allerdings haben verschiedene Mikroskopiemethoden ihre Grenzen, darunter auch die begrenzte Auflösung bei der Nutzung des Infrarotbereichs. Doch die neuesten Errungenschaften japanischer Forscher der Universität Tokio eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung der Mikrowelt. Wissenschaftler der Universität Tokio haben ein neues Mikroskop vorgestellt, das die Möglichkeiten der Infrarotmikroskopie revolutionieren wird. Dieses fortschrittliche Instrument ermöglicht es Ihnen, die inneren Strukturen lebender Bakterien mit erstaunlicher Klarheit im Nanometerbereich zu sehen. Typischerweise sind Mikroskope im mittleren Infrarotbereich durch eine geringe Auflösung eingeschränkt, aber die neueste Entwicklung japanischer Forscher überwindet diese Einschränkungen. Laut Wissenschaftlern ermöglicht das entwickelte Mikroskop die Erstellung von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 120 Nanometern, was 30-mal höher ist als die Auflösung herkömmlicher Mikroskope. ... >>

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv Graphen-Chip 20.05.2006 Wissenschaftler aus Frankreich und den USA haben einen Mikroschaltkreis aus einlagigem Graphit geschaffen. Vor etwa zwei Jahren erhielten amerikanische Wissenschaftler eine weitere (wenn wir in der Reihe Graphit-Diamant-Karabiner-Fulleren-Nanoröhre zählen, dann die sechste) Form von Kohlenstoff, nämlich eine ein Atom dicke Graphitschicht. Diese Form wurde Graphen genannt. Wie sich herausstellte, könnte eine solche Substanz in zukünftigen Geräten der Mikro- (genauer Nano-) Elektronik durchaus mit Nanoröhren konkurrieren. Nanoröhren gelten als sehr vielversprechend, weil sie elektrischen Strom gut leiten, während das darin enthaltene Elektron interessante Quanteneigenschaften aufweist. Aber es ist schwierig, Mikroschaltkreise aus Nanoröhren zusammenzusetzen. Dies erfordert eine nicht standardmäßige Ausrüstung, die auf der Basis von Sondenmikroskopen hergestellt wird. Und das Löten von Nanoröhren an andere Schaltungselemente ist nicht einfach. „Wir kamen auf die Idee, dass ein Nanoröhrchen eigentlich nichts anderes ist als ein zu einer Rolle gerolltes Graphenblatt“, sagt Professor Walt de Heer von der Georgia Tech University, „durch die Verwendung dünner Graphenstreifen bewahren wir alle einzigartigen Eigenschaften von Nanoröhren, denn sie hängen genau mit der Struktur des Netzwerks aus Kohlenstoffatomen zusammen und nicht mit dessen Verdrehung. Wissenschaftler erhitzten eine Siliziumkarbidplatte im Vakuum und sorgten dafür, dass alle Siliziumatome von ihrer Oberfläche flogen. Es stellte sich natürlich nicht ganz Graphen heraus, sondern ein dünner, zehn Atomabstände dicker Graphitfilm. Ferner wurden unter Verwendung von Standardverfahren der Photolithographie, d. h. durch Aufbringen von Masken und anschließendes Ätzen, Standard-Mikroschaltkreiselemente aus einem Graphitfilm erhalten.

Weitere interessante Neuigkeiten:

▪ Die Erde kann Wolken verlieren

▪ HEVC-Hardware-Encoder

▪ Nahtlose 3D-Hauttransplantationen

▪ Huaweis erster kommerzieller 5G 3GPP-Chipsatz

▪ Raubbakterien als lebendes Antibiotikum

News-Feed von Wissenschaft und Technologie, neue Elektronik

Interessante Materialien der Freien Technischen Bibliothek:

▪ Abschnitt der Website Elektrotechnische Materialien. Auswahl an Artikeln

▪ Artikel Grausam, mein Herr, Manieren in unserer Stadt. Populärer Ausdruck

▪ Artikel Wie weit bis zu den Sternen? Ausführliche Antwort

▪ Artikel Digitale integrierte Schaltung. Radio – für Einsteiger

▪ Artikel Ringkernschweißtransformator aus verfügbaren Teilen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

▪ Artikel Lineare Ausgabe im Radio. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Hinterlasse deinen Kommentar zu diesem Artikel:

Alle Sprachen dieser Seite

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen

www.diagramm.com.ua
2000-2024