Зарядное устройство, сделанное своими руками, которое упрощает использование NiMH-аккумуляторов

Литий-ионный Способность аккумуляторов обеспечивать большую мощность в небольшом корпусе сделала их популярными среди производителей и производителей. Сейчас нередко можно найти, скажем, платы микроконтроллеров с встроенные зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионный такой популярныйНа самом деле, легко забыть о существовании других аккумуляторных технологий, даже если они подходят лучше.

К числу таких достойных альтернатив относятся съемные аккумуляторные батареи. никель-металлогидридный батарейки. В то время как NiMH-элементы не могут заряжаться столько раз, сколько литий-ионные элементы, они не обеспечивают такого же эффекта. плотность мощностиони дешевле и безопаснее. Не нужно отправлять их в коробках, украшенных таблички с предупреждением о пожаре. Тот факт, что NiMH-элементы выдают более низкое напряжение, чем литиевые, стал менее серьезной проблемой, поскольку напряжение требует интегральные схемы упали: чипы с напряжением 3,3 В и 1,8 В быстро вытеснили вездесущий стандарт 5 В прошлых лет.

Как упростить управление NiMH

Несколько деталей, напечатанных на 3D-принтере [bottom]сервопривод и экран [middle] и одна печатная плата [top] это все, что нужно для зарядного устройства Spinc. Джеймс Провост

Но верно также и то, что перезарядка съемных батарей может быть затруднительной: вам придется загрузить их в зарядное устройство, которое обычно вмещает не более четырех батарей одновременно, и позаботиться о том, чтобы установить их правильно. В противном случае вы получите в лучшем случае отсутствие зарядки, а в худшем – необратимую поломку аккумулятора, а в худшем – даже перегрев.

Чтобы облегчить эту проблему, я создал Spinc, Сделай сам устройство, которое заряжает до семи NiMH аккумуляторов типа АА одновременно и автоматически определяет полярность каждого элемента перед его зарядкой; по завершении он сбрасывает батареи в бункер. Вы можете проверить состояние зарядки через дисплей, который выполняет функцию часов.

На своей основной работе я занимаюсь электрооборудованием промышленных транспортных средств в немецкой компании среднего размера. Но я пришел в этот проект из-за личного интереса к маломощный электроника и после безуспешных попыток собрать последние остатки энергии из неперезаряжаемых батарей. Эта неудача (короче говоря, моей конструкции требовалась буферная батарея, которую нужно было перезаряжать, что сводило на нет всю цель проекта), заставила меня задуматься о перезаряжаемых элементах.

Самая сложная часть создания Spinc была добровольной задачей. Мне хотелось, чтобы зарядное устройство было компактным и интуитивно понятным в использовании. Это означало потратить много времени на совершенствование механизма, который берет батарею из верхней части зарядного устройства, помещает и удерживает ее между двумя электродами во время зарядки, а затем выбрасывает батарею снизу перед сбросом и захватом следующей ячейки. Спустя много тщательных итераций у меня был набор из семи файлов 3D-принтера для создания деталей, которые собираются в корпус и механизм Spinc. К этому вам просто нужно добавить дисплей, серводвигатель и печатную плату со всеми остальными компонентами, а также инфракрасный датчик приближения который определяет, когда аккумулятор вставлен и готов к размещению между зарядными электродами.

Чтобы аккумулятор мог заряжаться независимо от того, каким образом он вставлен в зарядное устройство, я использовал классический H-мостовая схемакоторый обычно используется, чтобы позволить DC моторы работать в любом направлении, с некоторыми модификациями, позволяющими работать при низком напряжении.

Я решил использовать специальную интегральную схему для управления фактической зарядкой. термисторы следить за перегревом. Хотя я мог бы использовать микроконтроллер и написать собственное программное обеспечение для мониторинга батареи, NiMH-элементы имеют очень пологую кривую зарядки, и цикл зарядки легко пропустить. Использование микросхемы избавило меня от множества испытаний, а также дало возможность использовать режим быстрой зарядки.

Однако это не спасло меня от проб и ошибок. Первая микросхема зарядного устройства, которую я использовал, была привлекательно компактной — 2 на 2 миллиметра. Однако, когда я попробовал зарядить батарею типа АА, я обнаружил, что производитель предполагал, что конечный пользователь будет заряжать от двух до четырех батарей одновременно, подключенных последовательно. Зарядка всего лишь одной батареи означала, что линейный стабилизатор напряжения микросхемы должен был рассеивать больше тепла, чем предполагалось, и это быстро сожгло микросхему. В итоге я нашел несколько больший (5,15 на 4,4 мм) зарядное устройство IC который использует импульсный регулятор и мог бы справиться с этой работой. Однако для того, чтобы обнаружить эту микросхему, потребовалось некоторое время, поскольку популярность литиевые батареи снизила доступность вспомогательных компонентов для NiMH.

Кривая зарядки NiMH имеет медленную кривую: напряжение аккумулятора при полной зарядке падает всего на 2 милливольта, что легко превысить и может привести к повреждению элемента.Джеймс Провост

Микросхема зарядного устройства подключена к РП2040 микроконтроллер, который сообщает о состоянии батареи на ЖК-дисплей отображать. RP2040 также отвечает за мониторинг датчика приближения и управление сервоприводом, который управляет внутренним механизмом подачи, а также за реакцию на кнопочные элементы управления Spinc, которые позволяют вам установить часы и начать зарядку батарей. Все устройство питается через разъем USB-C.

Большая часть электроники монтируется на печатной плате с большим вырезом в центре, через который проходят батареи. Я спроектировал печатную плату в Кикад и приказал изготовить его JLCPCB. Чтобы облегчить правильное изготовление плат, я не пытался задавать углы в 90 градусов для углов центрального выреза. Вместо этого я выбрал закругленные углы, за которыми режущему инструменту легче следовать.

В результате получилось настольное зарядное устройство, максимально удобное в использовании. Полный комплект схем печатных плат, спецификация, 3D-принтер файлы и прошивка файлы доступны из страница проекта на GitHub. Я надеюсь, что это поможет гарантировать, что всякий раз, когда вам понадобится свежезаряженный NiMH аккумулятор, он всегда будет под рукой!