Зарядное устройство предназначено для заряда и проверки никель — кадмиевых (Ni-Cd) и никель-металлогидридных (Ni-Mh) аккумуляторов и аккумуляторных батарей в автоматическом режиме.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ДАННЫЕ

Зарядное устройство защищено от короткого замыкания на выходе, от неправильного подключения полярности аккумуляторов (плавким предохранителем), от подключения вместо аккумуляторов другой нагрузки.

МЕТОД ЗАРЯДА

Заряд осуществляется импульсным током. При этом чередуются импульс тока заряда, импульс тока разряда, затем пауза, в течение которой производится измерение напряжения. При такой форме тока происходит разукрупнение кристаллических структур, увеличивая рабочую поверхность электродов и как результат снижение внутреннего сопротивления аккумуляторов, снижение «эффекта памяти» при заряде. Аккумуляторы при реверсивной форме тока значительно меньше нагреваются в процессе заряда, снижается газовыделение, повышается эффективность заряда. Происходит частичное восстановление параметров деградировавших аккумуляторов. Увеличивается срок жизни аккумуляторов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКОНЧАНИЯ ЗАРЯДА

За основу алгоритма определения окончания заряда взят критерий прекращения заряда после того, как напряжение аккумулятора снизится на dU после достижения максимума. В дополнение к контролю dU микропроцессор вычисляет производную напряжения по времени dU/dt и по ее значению, а также на основе данных о времени заряда и напряжения на аккумуляторе производит прекращение заряда. Кроме того, имеется прекращение заряда по таймеру максимального времени, по достижении максимально допустимой температуры, по достижении максимального напряжения.

ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ АБ

Измерение емкости АБ происходит в цикле ее разряда. Разряд осуществляется на управляемый источник тока. Ток разряда в процессе разряда стабилизируется на заданном уровне не зависимо от напряжения на АБ. Емкость вычисляется как произведение тока разряда на время разряда. В процессе заряда измеряется емкость, вкачиваемая в АБ. По соотношению вкаченной и отданной емкостей можно оценить качество батареи. Для исправных батарей это соотношение обычно находится в пределах 1,1 — 1,3. При большем различии батарея, как правило, деградировавшая.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ, ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИНДИКАЦИИ

На лицевой панели ЗУ находятся: выключатель «Сеть», кнопка «Выбор режима», индикаторы «Режим», «Максимум», жидкокристаллический дисплей и контакты подключения батареи. На задней поверхности корпуса находятся: шнур подключения к сети 220 В и сетевой предохранитель.

РАБОТА С ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ

1. Подключите ЗУ к сети 220В.

2. Переведите переключатель «Сеть» в положение «ВКЛ». Индикатор «РЕЖИМ» светится оранжевым цветом. Оранжевый цвет индикатора означает отсутствие аккумулятора или аккумуляторной батареи. На дисплее:

• сначала высвечивается символ Cd (зарядное устройство предназначено для NiCd и NiMh аккумуляторов)
• затем значение емкости, по умолчанию равное 600 мАч.
• затем режим работы А.сс.1

По умолчанию А – автоматическое определение числа элементов в батарее.

сс – начать с заряда и закончить заряженным состоянием

1 – один цикл.

Т.е. при подключении любого аккумулятора или батареи с номинальным напряжением от 8.4 В до 14.4 В произойдет один цикл заряда током 600 мА и останов.

Для изменения режима работы ЗУ, необходимо до подключения аккумуляторов выставить требуемые параметры. Для этого длительным (более 1 сек.) удержанием кнопки «Выбор режима» необходимо войти в «Меню».

Параметры «Меню»:

• А — задание числа элементов
• Р — начало и окончание циклов заряд-разряд
• L- число циклов заряд-разряд
• Е- емкость (паспортная емкость аккумулятора)
• I- скорость заряда

Переход между пунктами меню осуществляется коротким (менее 1 сек.) нажатием кнопки «Выбор режима».

Вход в выбранный пункт меню – длительное (более 1сек.) удержание кнопки «Выбор режима».

После входа в выбранный пункт меню — конкретное значение выбирается коротким нажатием кнопки «Выбор режима».

а) «А» может принимать значения:

• А — автоматический режим определения числа элементов (при этом невозможно начинать с цикла разряда!). Использование автоматического режима – см. Приложение п.1
• 7-7элементов (Uном=8,4В)
• 8-8элементов (Uном=9,6В)
• 9-9элементов (Uном=10,8В)
• 10-10элементов (Uном=12В)
• 11-11элементов (Uном=13,2В)
• 12-12элементов (Uном=14,4В)

б) Р — может принимать значения:

• сс — начало с заряда и окончание заряженным состоянием аккумулятора
• сd — начало с заряда и окончание разряженным состоянием аккумулятора (используется для постановки аккумулятора на хранение)

• dc — начало с разряда и окончание заряженным состоянием аккумулятора (рекомендуемый режим заряда для исключения появления «эффекта памяти»).
  
• dd-начало с разряда и окончание разряженным состоянием

в) L — число циклов от 1 до 6 и орt. орt — установка оптимального числа циклов означает, что ЗУ будет проводить контрольно- тренировочные циклы до тех пор (но не более 6 циклов), пока емкость не перестанет увеличиваться (критерий окончания — емкость текущего цикла возросла менее чем на 6% по сравнению с предыдущим циклом). При установке конкретного числа циклов будет проведено именно такое число циклов, не зависимо от поведения измеренной емкости аккумуляторов. Например,

• сс1- один цикл заряда — поддерживающий заряд
• dd1 — один цикл разряда
• сс2- заряд — затем разряд – заряд – поддерживающий заряд
• dс1 – разряд – заряд — поддерживающий заряд

Для проверки новых аккумуляторов рекомендуется устанавливать 2–3 цикла. Для восстановления — 3–6 циклов или opt.

г) Е- емкость аккумулятора может принимать значение 150, 200, 250, 300,350, 450, 600, 900, 1200, 2400, 3500, 5000, 7000 мАч.
Если паспортная емкость вашего аккумулятора имеет другое значение, необходимо выбрать из этого ряда наиболее близкое значение, не превышающее паспортную емкость.

д) «I» -скорость заряда может принимать 2 значения: Hi и Lo.
Hi – высокая скорость заряда. Ток заряда при этом будет соответствовать установленной в параметре «Е» емкости, но не более 600 мА.
Например: емкость аккумулятора 300 мАч — ток заряда 300 мА.
Lo – низкая скорость заряда. Ток заряда при этом будет составлять примерно одну десятую долю установленной емкости, но не более 600 мА.
Например: емкость аккумулятора 2400 мАч — ток заряда около 300 мА.
Ток разряда может принимать четыре значения: 75мА, 150 мА, 225мА или 300мА. При установленной емкости 150мАч, 200мА/ч или 250 мА/ч разряд ведется током 75 мА. При установленной емкости 300мА/ч и 350мА/ч – ток разряда 150мА, при емкости 450мА/ч – ток разряда 225 мА. При всех остальных значениях установленной емкости ток разряда равен 300мА.
Фиксация выбранного параметра осуществляется длительным удержанием кнопки «Выбор режима».

3. Подключите батарею в соответствии с указанной полярностью. Внимание! При изменении полярности подключения батареи возможно перегорание внутреннего предохранителя. При неисправности предохранителя на индикаторе в режиме заряда будет надпись FUSE. Данный предохранитель находится на плате контроллера под крышкой корпуса (предохранитель – автомобильный 5А).
Если перед подключением АБ было задано число элементов, то ЗУ сначала проверяет ее по напряжению, пропуская через батарею, маленький «капельный» ток. Если напряжение менее 1В/эл.— т. е. имеются замкнутые или переразряженные элементы, то высвечивается надпись Sh (Short). При этом ЗУ «капельным» током пытается зарядить аккумуляторы до напряжения 1В/эл. По достижении этого порога ЗУ автоматически переходит в установленный режим. Если напряжение превышает 1.5 В/эл., то это говорит о наличии разомкнутых элементов — надпись br (Brak).
Если напряжение батареи соответствует заданным пределам, то включается заряд или разряд в зависимости от установленного параметра Р. Цвет индикатора «Режим» меняется. Красный или красный мигающий цвет соответствует заряду, зеленый мигающий – соответствует разряду. На дисплее индикация режима работы меняется на значение текущей емкости. При заряде это емкость, вкаченная в АБ на данный момент, при разряде – емкость, отданная на текущий момент. По окончании каждого цикла заряда или разряда показания фиксируются в памяти ЗУ. По окончании цикла заряда так же фиксируется признак, по которому произошло прекращение заряда. Это признаки:

• dU – по отрицательному dU
• dt – первая производная напряжения равна 0
• co – по таймеру
• U – по абсолютному напряжению

В любой момент можно кратковременным нажатием кнопки «Режим» посмотреть "историю " тренировки аккумулятора. При этом:

• СI 1- зарядная емкость в первом цикле заряда
• F — признак прекращения заряда в первом цикле
• Со 1 — емкость аккумулятора в первом цикле разряда
• СI 2 — зарядная емкость во втором цикле заряда и т. д. до текущего цикла.

О состоянии, в котором находится в данный момент ЗУ можно судить по цвету светодиода и частоте его мигания.

• Желтый — аккумулятор — не подключен или неисправен.
• Красный — последний цикл заряда.
• Красный мигает — предпоследний цикл заряда.
• Красный мигает часто – до окончания остается минимум 2 цикла заряда.
• Зеленый мигает часто – не последний цикл разряда.
• Зеленый мигает — последний цикл разряда.
• Зеленый — окончание работы.

По окончании работы на индикаторе поочередно высвечивается «история» тренировки аккумулятора. В дополнение к вышеперечисленным параметрам добавлена индикация UA — напряжение на аккумуляторе при прохождении через максимум (только для последнего цикла). Обратите внимание на параметр UA. По опыту эксплуатации зарядного устройства выяснено, что если это напряжение превышает 1,6 В/элемент, то аккумулятор, как правило, имеет неудовлетворительные параметры или если, даже они на заданный момент приближаются к норме, все равно ресурс его истекает.) «История стирается при пропадании питающей сети 220В или при подключении новой батареи. По окончании заряда допускается оставить ЗУ во включенном состоянии, не отключая аккумулятора. При этом осуществляется „поддерживающий“ заряд, компенсирующий саморазряд аккумуляторов (если окончание работы было установлено заряженным состоянием).

Аккумулятор готов к эксплуатации.

РЕКОМЕНДАЦИИ

• Аккумуляторы в блоке должны быть одного производителя с одинаковой паспортной емкостью.
• Не желательно заряжать нагретые аккумуляторные батареи, располагать их вблизи нагревательных приборов, а также под принудительным охлаждением и вентиляцией.
• Не устанавливать значение емкости больше паспортной емкости батареи, т. к. в случае отсутствия признаков отключения dU, dU/dt=0 (встречается на некоторых, даже современных, NiMh АБ, особенно при повышенной до 35 — 40°С температуре) возможен перезаряд батареи и даже выход ее из строя.

Приложение

Режим автоматического определения числа элементов

Режим автоматического определения числа элементов служит только для случая, когда Вы не знаете номинальное напряжение батареи. Во всех остальных случаях устанавливайте конкретное число элементов, т. к. во время заряда при вычислении момента окончания заряда микропроцессор использует это значение. В автоматическом режиме число анализируемых параметров сокращено, что повышает вероятность появления ошибок.

Режим автоматического определения числа элементов можно использовать для „пробоя“ замкнутых элементов батареи. Если вы правильно задали число элементов, а при подключении батареи появилась надпись Sh (Short), это говорит о недопустимо низком для начала заряда напряжении на батарее. (Включать ускоренный заряд при напряжении на элементе менее 1В недопустимо).

Зарядное устройство, при подключении такой батареи, короткими импульсами пытается подзарядить ее до необходимого уровня.

Если батарея просто переразряжена, то через некоторое время автоматически включится установленный режим. Если через 10 минут надпись Sh не исчезнет, значит в батарее есть замкнутые элементы, которые маленьким током восстановить не удается.

Для таких случаев можно воспользоваться режимом автоматического определения числа элементов. В большинстве случаев замкнутые элементы „пробиваются“. Если при этом установить в параметре L несколько циклов, то часто удается добиться приемлемой емкости таких элементов. Однако, такие элементы имеют повышенные токи утечек. (Сепаратор проколот крупными кристаллами и восстановить его не возможно). Элементы, которые удалось „оживить“ таким методом долго не служат, лучше их заменить.

Как проверить годность батареи

1. Для того, чтобы проверить годность батареи, необходимо до ее подключения к зарядному устройству установить на нем соответствующие этой батарее обязательные параметры. Это число элементов в батарее, паспортная емкость батареи и число циклов заряд-разряд.

Число элементов устанавливается исходя из номинального напряжения батареи N=

Например: батарея 12В имеет в своем составе 10 элементов, батарея 9,6В −8 элементов.

Число элементов записывается в параметр „А“ меню зарядного устройства.

Следующий паспортный параметр – это паспортная емкость батареи (записывается в строку „Е“) Если емкость вашей батареи не соответствует предлагаемому ряду, то необходимо выбрать ближайшее наименьшее значение.

Например: паспортная емкость батареи 1,45Ач (1450мА/ч). Ближайшее значение, которое можно установить на зарядном устройстве это 1200мА/ч и 1800мА/ч. Необходимо выбрать меньшее −1200.

Т.к. для того, чтобы определить разрядную емкость аккумулятора необходимо его сначала зарядить, т. е. начинать работу программы с заряда (первый символ „С“ — charge). Закончить проверку можно разряженным состоянием батареи (второй символ параметра P устанавливается „d“ — DISCHARGE) или, если предполагается дальнейшее его использование, заряженным состоянием батареи (второй символ-»С"). Продолжительность второго варианта соответственно больше на время заряда.

Таким образом параметр Р должен быть установлен сd или сс.

Для второго варианта параметр L – число циклов необходимо установить равным 2 (для первого варианта L=1)

2. После подключения батареи к зарядному устройству включается заряд, индикатор «режим» мигает красным цветом. На индикаторе отображается зардная емкость на данный момент. По окончании заряда автоматически включается разряд батареи, индикатор «режим» мигает зеленым цветом. На индикаторе отображается разрядная емкость батареи на данный момент времени.

По окончании разряда, если значение параметра Р было установлено сd и L=1 работа программы прекращается, индикатор «режим» светится зеленым цветом («готов») Если значение Р было установлено СС и L=2, то осуществляется еще один цикл заряда и затем «готов».

По окончании работы на индикаторе по очереди высвечиваются параметры:

Сi 1-зарядная емкость в первом цикле заряда.

F — признак прекращения заряда

Cо 1 – разрядная емкость в первом цикле разряда

Сi 2 – зарядная емкость на последнем цикле заряда (если были установлены СС и L=2)

Основным параметром, по которому оценивается качество батареи, является ее разрядная емкость. В данном случае это Со 1.

Если значение Со1 превышает 90% от паспортного значения емкости батареи, то батарея считается годной к эксплуатации. Если измеренная емкость находится в диапазоне 80-90%, батарея еще удовлетворительная, но желательно провести восстановительные мероприятия. При емкости менее 80% батарея считается выработавшей свой ресурс. Для продления срока ее эксплуатации можно попробовать восстановление.

Еще одним параметром оценки качества батареи является соотношение вкачиваемой емкости при автоматическом прекращении заряда к отдаваемой емкости. Чем ближе это соотношение к 1, тем лучше. Реальные значения находятся в диапазоне от 1,1 до 1,4. При большем значении, даже если емкость батареи удовлетворительна, желательно провести лечебные мероприятия.

По окончании циклирования на индикаторе высвечивается параметр UA. Это максимальное напряжение на батарее, которое было достигнуто на ней в процессе заряда. Величина UA должна находится в диапазоне 1.1–1,4 В/элемент. При большем значении на батарею следует обратить внимание. Возможно она стареет или длительное время не эксплуатировалась. Встречаются новые батареи, на которых в процессе заряда напряжение возрастает выше 1,6В/элемент. Как правило такие батареи имеют повышенное внутреннее сопротивление, т. е. плохо работают при повышенных нагрузках (например в электроинструменте). Для таких батарей, желательно провести восстановительные мероприятия. (Для пересчета на один элемент необходимо значение параметра UA разделить на число элементов.)

По признаку прекращения заряда F можно судить о качестве зарядного процесса. Признаки могут быть:

• dU – прекращение заряда по отрицательному падению напряжения
• dt – прекращение заряда, если напряжение не возрастает и не снижается в течение заданного времени
• Co – прекращение заряда по таймеру максимального времени.

Признак dU – наилучший, заряд гарантированно прошел нормально.

Выключение по таймеру, и при этом батарея в конце заряда не сильно нагрелась, говорит о том, что емкость батареи больше, чем была установлена в параметре Е. Выключение по таймеру, сопровождающееся сильным разогревом батареи (50 — 60°С) говорит о нестандартном поведении батареи в процессе заряда. Причинами этого могут быть: установка на заряд сильно нагретой батареи, очень сильно различаются емкости элементов из которых состоит батарея (необходима переборка батареи), повышенное внутреннее сопротивление батареи приводящее к ее саморазогреву уже в начале заряда.

Выключение заряда по признаку dt для NiMh батарей считается нормальным, для NiCd – следует быть внимательным при работе с этими батареями в дальнейшем.

Возможна ситуация, когда при подключении батареи установленный режим не включается. При этом на индикаторе – надписи Br (Break – разомкнутый) или Sh (Short – замкнутый). Возможно, что неправильно установлено число элементов в параметре А.

Если ошибки нет, то надпись Short означает наличие в батарее короткозамкнутых или переразряженных элементов. При этом зарядное устройство пытается короткими импульсами восстановить их работоспособность. Как только напряжение достигнет величины 1В/элемент автоматически включится установленный режим. Если в течение 10–20 минут надпись не исчезла – батарея не восстановима (требуется замена замкнутых элементов).

При надписи Break батарея не подлежит дальнейшей эксплуатации. Пытаться восстановить такую батарею путем циклирования бесполезно.

Восстановление батарей

Не стоит возлагать больших надежд на то, что удастся восстановить полную работоспособность батареи. Восстанавливаются лучше NiCd батареи. Среди них процент восстановления около 50%, среди NiMh батарей процент восстановления значительно ниже – около 20%. Чем меньше загублена батарея, тем лучше она восстанавливается. Поэтому лучше своевременно проводить контрольно-восстановительные циклы, чем пытаться «поднять» уже безнадежную батарею.

Кроме того, восстановленные из тяжелого состояния батареи, как правило все равно не долго служат, особенно те, в которых было внутреннее замыкание.

Восстанавливают батареи путем их циклирования. Для этого устанавливается значение параметра L не менее 2-х. Зарядное устройство выполнит столько циклов заряд-разряд, сколько установлено в параметре L. При установке значения Opt – оптимальный зарядное устройство будет проводить контрольно-тренировочные циклы до тех пор, пока емкость не перестанет возрастать (но не более 6), т.е доведет ее до максимально возможного значения.

Эффективность восстановления можно посмотреть сравнив значение емкости батареи в первом цикле Со1 с значением емкости батареи Со в последнем цикле. Если значение емкости в последнем цикле все равно менее 80% от паспортного значения батарею лучше заменить.