لقد قمت بتصميم ونشر مجموعة متنوعة من دوائر شاحن البطاريات في هذا الموقع ، ولكن غالبًا ما يشعر القراء بالارتباك أثناء اختيار دائرة شاحن البطارية المناسبة لتطبيقاتهم الفردية. ويجب أن أشرح صراحة لكل من القراء فيما يتعلق بكيفية تخصيص دائرة شاحن البطارية المعينة لاحتياجاتهم الخاصة.

يصبح هذا مضيعة للوقت ، لأنه نفس الشيء الذي يجب أن أوضحه لكل القراء من وقت لآخر.

أجبرني هذا على نشر هذا المنشور حيث حاولت شرح ملف شاحن بطارية قياسي التصميم وكيفية تخصيصه بعدة طرق ليناسب التفضيلات الفردية من حيث الجهد أو التيار أو القطع التلقائي أو العمليات شبه الآلية.

يعد شحن البطارية بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية

المعلمات الأساسية الثلاثة التي تتطلبها جميع البطاريات حتى يتم شحنها بالشكل الأمثل والأمان هي:

الجهد المستمر.
تيار مستمر.
قطع تلقائي.

إذن ، هذه هي الأشياء الأساسية الثلاثة التي يجب على المرء تطبيقها لشحن البطارية بنجاح والتأكد أيضًا من أن عمر البطارية لا يتأثر في هذه العملية.

بعض الشروط المحسنة والاختيارية هي:

الإدارة الحرارية.

و الشحن المرحلي .

يوصى بشكل خاص بالمعيارين المذكورين أعلاه بطاريات ليثيوم أيون ، في حين أن هذه قد لا تكون مهمة جدًا لبطاريات الرصاص الحمضية (على الرغم من عدم وجود ضرر في تنفيذها لنفس الشيء)

دعنا نكتشف الشروط المذكورة أعلاه خطوة حكيمة ونرى كيف يمكن للمرء أن يكون قادرًا على تخصيص المتطلبات وفقًا للإرشادات التالية:

أهمية الجهد الثابت:

يوصى بشحن جميع البطاريات بجهد قد يكون أعلى بنسبة 17 إلى 18٪ تقريبًا من جهد البطارية المطبوع ، ويجب عدم زيادة هذا المستوى أو تقلبه كثيرًا.

لذلك من أجل أ بطارية 12 فولت ، تأتي القيمة إلى حوالي 14.2 فولت والتي لا ينبغي زيادتها كثيرًا.

يشار إلى هذا المطلب بمتطلبات الجهد الثابت.

مع توفر عدد من الدوائر المتكاملة لمنظم الجهد الكهربي اليوم ، فإن صنع شاحن جهد ثابت يستغرق دقائق.

الأكثر شيوعًا بين هذه الدوائر المتكاملة هي LM317 (1.5 أمبير) ، LM338 (5 أمبير) ، LM396 (10 أمبير). كل هذه هي دوائر متكاملة لتنظيم الجهد المتغير ، وتسمح للمستخدم بضبط أي جهد ثابت مطلوب في أي مكان من 1.25 إلى 32 فولت (وليس لـ LM396).

يمكنك استخدام IC LM338 وهو مناسب لمعظم البطاريات لتحقيق جهد ثابت.

إليك مثال على دائرة يمكن استخدامها لشحن أي بطارية بين 1.25 و 32 فولت بجهد ثابت.

مخطط شاحن بطارية الجهد الثابت

يتيح تنوع وعاء 5 كيلو ضبط أي جهد ثابت مرغوب فيه عبر مكثف C2 (Vout) والذي يمكن استخدامه لشحن بطارية متصلة عبر هذه النقاط.

للجهد الثابت ، يمكنك استبدال R2 بمقاوم ثابت ، باستخدام هذه الصيغة:

الخامسأو= V.المرجع(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

حيث Vالمرجعهو = 1.25

منذ أن كنتADJصغير جدًا ويمكن تجاهله

على الرغم من أن الجهد الثابت قد يكون ضروريًا ، إلا أنه في الأماكن التي لا يختلف فيها الجهد من مصدر تيار متردد الإدخال كثيرًا (5 ٪ لأعلى / لأسفل مقبول تمامًا) يمكن للمرء أن يلغي الدائرة المذكورة أعلاه تمامًا وينسى عامل الجهد الثابت.

هذا يعني أنه يمكننا ببساطة استخدام محول مصنّف بشكل صحيح لشحن البطارية دون مراعاة حالة الجهد الثابت ، بشرط أن يكون مدخل التيار الكهربائي يمكن الاعتماد عليه إلى حد ما من حيث تقلباته.

اليوم مع ظهور أجهزة SMPS ، أصبحت المشكلة المذكورة أعلاه غير مهمة تمامًا نظرًا لأن SMPS كلها مصادر طاقة ذات جهد ثابت وموثوق بها للغاية مع مواصفاتها ، لذلك إذا كان SMPS متاحًا ، يمكن التخلص من دائرة LM338 أعلاه بالتأكيد.

ولكن عادةً ما يأتي SMPS بجهد ثابت ، لذلك في هذه الحالة ، قد يصبح تخصيصه لبطارية معينة مشكلة وقد تضطر إلى اختيار دائرة LM338 متعددة الاستخدامات كما هو موضح أعلاه ... أو إذا كنت لا تزال ترغب في تجنب ذلك ، يمكنك ببساطة تعديل SMPS الدائرة نفسها للحصول على جهد الشحن المطلوب.

سيشرح القسم التالي تصميم دائرة تحكم تيار مخصصة لوحدة شاحن بطارية محددة ومختارة.

إضافة تيار ثابت

مثل معلمة 'الجهد الثابت' ، لا ينبغي زيادة أو تقلب تيار الشحن الموصى به لبطارية معينة كثيرًا.

“كيفية توصيل محول تنحي ”

بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية ، يجب أن يكون معدل الشحن حوالي 1/10 أو 2/10 من قيمة البطارية المطبوعة آه (أمبير ساعة). بمعنى أنه إذا تم تصنيف البطارية على سبيل المثال 100Ah ، فمن المستحسن أن يكون معدل الشحن الحالي (أمبير) عند 100/10 = 10 أمبير كحد أدنى أو (100 × 2) / 10 = 200/10 = 20 أمبير كحد أقصى ، يجب أن يكون هذا الرقم يفضل عدم زيادتها للحفاظ على ظروف صحية للبطارية.

لكن بالنسبة لـ Li-ion أو بطاريات ليبو المعيار مختلف تمامًا ، بالنسبة لهذه البطاريات ، يمكن أن يكون معدل الشحن مرتفعًا مثل معدل آه ، مما يعني أنه إذا كانت مواصفات AH لبطارية Li-ion هي 2.2 آه ، فمن الممكن شحنها على نفس المستوى عند 2.2 أمبير. معدل هنا ليس عليك تقسيم أي شيء أو الانغماس في أي نوع من الحسابات.

لتنفيذ أ تيار مستمر ميزة ، مرة أخرى يصبح LM338 مفيدًا ويمكن تهيئته لتحقيق المعلمة بدرجة عالية من الدقة.

توضح الدوائر الموضحة أدناه كيف يمكن تكوين IC لتنفيذ شاحن بطارية يتم التحكم فيه حاليًا.

تاكد من تحقق من هذه المقالة والذي يوفر دائرة شاحن بطارية ممتازة وقابلة للتخصيص بدرجة عالية.

تخطيطي لشاحن البطارية المتحكم فيه CC و CV

كما تمت مناقشته في القسم السابق ، في حالة ثبات مصدر الإدخال لديك إلى حد ما ، يمكنك تجاهل قسم LM338 الموجود على الجانب الأيمن ، واستخدام دائرة محدد التيار الأيسر مع محول أو SMPS ، كما هو موضح أدناه:

في التصميم أعلاه ، يمكن تصنيف جهد المحول على مستوى جهد البطارية ، ولكن بعد التصحيح قد ينتج عنه أعلى قليلاً من جهد شحن البطارية المحدد.

يمكن إهمال هذه المشكلة لأن ميزة التحكم الحالية المرفقة ستجبر الجهد على خفض الجهد الزائد تلقائيًا إلى مستوى جهد شحن البطارية الآمن.

يمكن تخصيص R1 حسب الاحتياجات ، باتباع التعليمات المقدمة هنا

يجب تصنيف الثنائيات بشكل مناسب اعتمادًا على تيار الشحن ، ويفضل أن تكون أعلى بكثير من مستوى الشحن الحالي المحدد.

تخصيص التيار لشحن البطارية

في الدوائر المذكورة أعلاه ، تم تصنيف IC LM338 المشار إليه للتعامل مع 5 أمبير على الأكثر ، مما يجعله مناسبًا فقط للبطاريات حتى 50 أمبير في الساعة ، ومع ذلك قد يكون لديك بطاريات ذات تصنيف أعلى بكثير بترتيب 100 أمبير أو 200 أمبير أو حتى 500 أمبير. .

قد تتطلب هذه الشحنات بالمعدلات الحالية الأعلى ذات الصلة والتي قد لا تكون LM338 واحدة كافية.

لعلاج هذا ، يمكن للمرء ترقية أو تحسين IC مع المزيد من الدوائر المتكاملة بشكل متوازٍ كما هو موضح في مقالة المثال التالية:

دائرة شاحن 25 أمبير

في المثال أعلاه ، يبدو التكوين معقدًا بعض الشيء بسبب تضمين opamp ، ولكن القليل من الترقيع يظهر أنه في الواقع يمكن إضافة الدوائر المتكاملة بشكل متوازٍ لمضاعفة الناتج الحالي ، بشرط أن يتم تركيب جميع الدوائر المتكاملة على مبدد حرارة مشترك ، انظر الرسم البياني أدناه:

يمكن إضافة أي عدد من الدوائر المتكاملة بالتنسيق الموضح لتحقيق أي حد حالي مرغوب فيه ، ولكن يجب ضمان شيئين من أجل الحصول على استجابة مثالية من التصميم:

يجب تثبيت جميع الدوائر المتكاملة على مبدد حراري مشترك ، ويجب إصلاح جميع المقاومات المحددة الحالية (R1) بقيمة مطابقة بدقة ، وكلا المعلمتين مطلوبتان لتمكين مشاركة الحرارة المنتظمة بين الدوائر المتكاملة وبالتالي توزيع التيار المتساوي عبر الإخراج للبطارية المتصلة.

لقد تعلمنا حتى الآن كيفية تخصيص الجهد الثابت والتيار الثابت لتطبيق معين لشاحن البطاريات.

“جدول الحقيقة للبوابة ”

ومع ذلك ، بدون قطع تلقائي ، قد تكون دائرة شاحن البطارية غير كاملة وغير آمنة تمامًا.

حتى الآن في شحن بطاريتنا دروس تعلمنا كيفية تخصيص معلمة الجهد الثابت أثناء بناء شاحن بطارية ، في الأقسام التالية سنحاول فهم كيفية تنفيذ قطع تلقائي للشحن الكامل لضمان الشحن الآمن للبطارية المتصلة.

إضافة قطع تلقائي 0ff في شاحن البطارية

في هذا القسم سوف نكتشف كيف يمكن إضافة قطع تلقائي للبطارية الشاحن وهو أحد أهم الجوانب في مثل هذه الدوائر.

يمكن تضمين مرحلة القطع التلقائي البسيطة وتخصيصها في دائرة شاحن بطارية محددة من خلال دمج مقارن opamp.

قد يتم وضع opamp لاكتشاف ارتفاع جهد البطارية أثناء شحنه وقطع جهد الشحن بمجرد وصول الجهد إلى مستوى الشحن الكامل للبطارية.

ربما تكون قد شاهدت هذا التنفيذ بالفعل في معظم دوائر شاحن البطاريات الأوتوماتيكية المنشورة حتى الآن في هذه المدونة.

يمكن فهم المفهوم تمامًا بمساعدة الشرح التالي ومحاكاة الدائرة الموضحة بتنسيق GIF:

ملاحظة: يرجى استخدام جهة اتصال الترحيل N / O لإدخال الشحن ، بدلاً من N / C المبين. سيضمن هذا أن المرحل لا يثرثر في حالة عدم وجود بطارية. لكي يعمل هذا ، تأكد أيضًا من تبديل دبابيس الإدخال (2 و 3) مع بعضها البعض .

في تأثير المحاكاة أعلاه ، يمكننا أن نرى أنه تم تكوين opamp كمستشعر جهد بطارية للكشف عن عتبة الشحن الزائد ، وقطع الإمداد بالبطارية بمجرد اكتشاف ذلك.

يتم ضبط الإعداد المسبق عند دبوس (+) من IC بحيث عند جهد البطارية الكامل (14.2 فولت هنا) ، يكتسب الدبوس رقم 3 إمكانية ظل أعلى من دبوس (-) IC الذي تم إصلاحه بجهد مرجعي يبلغ 4.7V مع الصمام الثنائي زينر.

يتم توصيل 'الجهد الثابت' و 'التيار المستمر' الموضح مسبقًا بالدائرة ، والبطارية عبر اتصال N / C الخاص بالمرحل.

في البداية يتم فصل كل من جهد الإمداد والبطارية عن الدائرة.

أولاً ، يُسمح بتوصيل البطارية التي تم تفريغها بالدائرة ، بمجرد القيام بذلك ، يكتشف opamp إمكانية أقل (10.5 فولت كما هو مفترض هنا) من مستوى الشحن الكامل ، ونتيجة لذلك ، يأتي مصباح LED الأحمر في وضع التشغيل ، مما يشير إلى أن البطارية أقل من مستوى الشحن الكامل.

بعد ذلك ، يتم تشغيل مصدر شحن الإدخال 14.2 فولت.

بمجرد القيام بذلك ، ينخفض الإدخال على الفور إلى جهد البطارية ، ويصل إلى مستوى 10.5 فولت.

يبدأ الآن إجراء الشحن ويبدأ شحن البطارية.

مع زيادة جهد طرف البطارية أثناء الشحن ، يزداد جهد الدبوس (+) أيضًا.

وفي اللحظة التي يصل فيها جهد البطارية إلى مستوى الإدخال الكامل وهو مستوى 14.3 فولت ، يصل الدبوس (+) أيضًا بشكل متناسب إلى 4.8 فولت وهو أعلى بقليل من جهد الدبوس (-).

هذا يفرض على الفور إنتاج opamp للارتفاع.

يتم الآن إيقاف تشغيل مؤشر LED الأحمر ، ويضيء المصباح الأخضر ، مشيرًا إلى إجراء التحويل وأيضًا أن البطارية مشحونة بالكامل.

لكن ما قد يحدث بعد ذلك لم يظهر في المحاكاة أعلاه. سنتعلمها من خلال الشرح التالي:

بمجرد رحلات الترحيل ، سوف يميل جهد طرف البطارية بسرعة إلى الانخفاض والاستعادة إلى مستوى أقل نظرًا لأن بطارية 12 فولت لن تحافظ على مستوى 14 فولت بشكل ثابت وستحاول الوصول إلى علامة 12.8 فولت تقريبًا.

الآن ، بسبب هذه الحالة ، سيشهد جهد الدبوس (+) مرة أخرى انخفاضًا إلى ما دون المستوى المرجعي المحدد بواسطة دبوس (-) ، مما سيؤدي مرة أخرى إلى إيقاف تشغيل المرحل ، وستبدأ عملية الشحن مرة أخرى.

سيستمر تبديل تشغيل / إيقاف التتابع هذا في ركوب الدراجات مما يجعل صوت 'النقر' غير مرغوب فيه من الترحيل.

لتجنب ذلك يصبح من الضروري إضافة تباطؤ إلى الدائرة.

يتم ذلك عن طريق إدخال مقاوم عالي القيمة عبر الإخراج و (+) دبوس IC كما هو موضح أدناه:

مضيفا التباطؤ

إضافة ما سبق المشار إليه التخلفية يمنع المقاوم تذبذب التتابع ON / OFF عند مستويات العتبة ويثبّت التتابع حتى فترة زمنية معينة (حتى ينخفض جهد البطارية إلى ما دون الحد المستدام لقيمة المقاوم).

توفر المقاومات ذات القيمة الأعلى فترات إغلاق أقل بينما يوفر المقاوم المنخفض تباطؤًا أعلى أو فترة قفل أعلى.

وبالتالي من المناقشة أعلاه ، يمكننا أن نفهم كيف يمكن تصميم دائرة قطع البطارية الأوتوماتيكية المكونة بشكل صحيح وتخصيصها من قبل أي هاوٍ لمواصفات شحن البطارية المفضلة لديه.

لنرى الآن كيف قد يبدو تصميم شاحن البطارية بالكامل بما في ذلك الجهد الثابت / إعداد التيار جنبًا إلى جنب مع تكوين القطع أعلاه:

إذن ، إليك دائرة شاحن البطارية المخصصة المكتملة والتي يمكن استخدامها لشحن أي بطارية مرغوبة بعد إعدادها كما هو موضح في البرنامج التعليمي بأكمله:

يمكن أن يكون opamp IC 741
الإعداد المسبق = 10 كيلو إعداد مسبق
يمكن أن يكون كل من ثنائيات زينر = 4.7 فولت ، 1/2 واط
المقاوم زينر = 10 كيلو
يمكن أيضًا أن تكون مقاومات LED والترانزستور = 10 كيلو
الترانزستور = BC547
تتابع الصمام الثنائي = 1N4007
التتابع = حدد تطابق جهد البطارية.

كيفية شحن البطارية بدون أي من الوسائل المذكورة أعلاه

إذا كنت تتساءل عما إذا كان من الممكن شحن البطارية دون ربط أي من الدوائر والأجزاء المعقدة المذكورة أعلاه؟ الجواب نعم ، يمكنك شحن أي بطارية بأمان وعلى النحو الأمثل حتى لو لم يكن لديك أي من الدوائر والأجزاء المذكورة أعلاه.

قبل المتابعة ، من المهم معرفة بعض الأشياء الحاسمة التي تتطلبها البطارية لشحنها بأمان والأشياء التي تجعل معلمات 'القطع التلقائي' و 'الجهد الثابت' و 'التيار الثابت' مهمة للغاية.

تصبح هذه الميزات مهمة عندما تريد شحن بطاريتك بكفاءة عالية وبسرعة. في مثل هذه الحالات ، قد ترغب في أن يكون الشاحن الخاص بك مزودًا بالعديد من الميزات المتقدمة على النحو المقترح أعلاه.

ومع ذلك ، إذا كنت على استعداد لقبول مستوى الشحن الكامل لبطاريتك أقل قليلاً من المستوى الأمثل ، وإذا كنت على استعداد لتقديم بضع ساعات أخرى حتى ينتهي الشحن ، فمن المؤكد أنك لن تحتاج إلى أي من الميزات الموصى بها مثل ثابت التيار ، الجهد المستمر أو القطع التلقائي ، يمكنك نسيان كل هذه.

“مكونات نظام التشغيل لينكس ”

في الأساس لا ينبغي شحن البطارية بمستلزمات ذات تصنيف أعلى من التصنيف المطبوع للبطارية ، فالأمر بهذه البساطة.

بمعنى ، افترض أن بطاريتك مصنفة على 12 فولت / 7 أمبير ، من الناحية المثالية يجب ألا تتجاوز معدل الشحن الكامل أعلى من 14.4 فولت ، والتيار الذي يزيد عن 7/10 = 0.7 أمبير. إذا تم الحفاظ على هذين المعدلين بشكل صحيح ، فيمكنك أن تطمئن إلى أن بطاريتك في أيد أمينة ، ولن تتضرر أبدًا بغض النظر عن أي ظروف.

لذلك ، من أجل ضمان المعايير المذكورة أعلاه وشحن البطارية دون إشراك دوائر معقدة ، فقط تأكد من تصنيف مصدر الإدخال الذي تستخدمه وفقًا لذلك.

على سبيل المثال ، إذا كنت تقوم بشحن بطارية 12V / 7Ah ، فحدد محولًا ينتج حوالي 14 فولت بعد التصحيح والفلترة ، ويتم تصنيف تياره عند حوالي 0.7 أمبير. يمكن تطبيق نفس القاعدة على البطاريات الأخرى أيضًا بالتناسب.

الفكرة الأساسية هنا هي إبقاء معلمات الشحن أقل قليلاً من الحد الأقصى المسموح به. على سبيل المثال ، قد يوصى بشحن بطارية بجهد 12 فولت حتى 20٪ أعلى من قيمتها المطبوعة ، أي 12 × 20٪ = 2.4 فولت أعلى من 12 فولت = 12 + 2.4 = 14.4 فولت.

لذلك نتأكد من إبقاء هذا أقل قليلاً عند 14 فولت ، والذي قد لا يشحن البطارية إلى النقطة المثلى ، ولكنه سيكون مفيدًا لأي شيء ، في الواقع ، فإن الحفاظ على القيمة أقل قليلاً سيعزز عمر البطارية مما يسمح بالعديد من دورات الشحن / التفريغ على المدى البعيد.

وبالمثل ، فإن الحفاظ على تيار الشحن عند 1/10 من قيمة آه المطبوعة يضمن أن البطارية مشحونة بأقل ضغط وتبديد ، مما يجعل عمر البطارية أطول.

الإعداد النهائي

دائرة شاحن البطارية الأساسية باستخدام المحول والمعدل

يمكن استخدام الإعداد البسيط الموضح أعلاه عالميًا لشحن أي بطارية بأمان وبشكل مثالي تمامًا ، شريطة أن تسمح بوقت شحن كافٍ أو حتى تجد إبرة مقياس التيار الكهربائي تنخفض إلى الصفر تقريبًا.