9V鎳氫充電電池智能充電器開源分享

第一個(gè)版本我打算保持簡(jiǎn)單，所以它允許基本的事情，比如恒流充電、電池充滿電后自動(dòng)終止充電、涓流充電、測(cè)量轉(zhuǎn)移到電池的電荷。

在下一個(gè)版本中，我將添加一些額外的有用功能，例如放電、容量測(cè)量和循環(huán)。

警告：用大電流給電池充電可能會(huì)導(dǎo)致電池爆炸或起火。請(qǐng)不要讓充電器無人看管。另外請(qǐng)不要嘗試為不打算作為堿性電池充電的電池充電。此充電器僅使用鎳氫電池進(jìn)行了測(cè)試（您仍需自擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)使用它，如果由于設(shè)計(jì)或代碼中的錯(cuò)誤造成任何損壞，我絕對(duì)不承擔(dān)任何責(zé)任）。其他類型電池的懊惱將需要修改代碼。

理論

記住一些有用的事實(shí)將有助于了解充電器所需的參數(shù)。

C - 等于電池標(biāo)稱容量的電流

當(dāng)以 C 倍率充電時(shí)，單節(jié)電池電壓可能達(dá)到 1.6V。對(duì)于舊電池，此電壓可能更高。

單節(jié)電池的標(biāo)稱電壓為1.2V，但充滿電的電池的開路電壓高達(dá)1.5伏。

電池充滿后，建議涓流充電率低于 0.025 C (C/40)。

給鎳氫電池充電一般有兩種選擇：

1.快速充電。充電電流0.5C-1C。充電狀態(tài)必須通過 dV/dt（電壓變化率）或 dT/dt（溫度變化率）監(jiān)控和終止

2、充電慢。充電電流0.1C。充電時(shí)間 14-16 小時(shí)。通過定時(shí)器終止充電。dT/dt 充電終止對(duì)于低電流是不可能的。根據(jù)文獻(xiàn)，dV/dt 終端對(duì)于低于 0.5C 的電流可能不可靠。

?

充電電路基本參數(shù)

9V 電池通常有 7 節(jié)串聯(lián)銷售，但在某些情況下可能有 6 節(jié)或 8 節(jié)電池。穩(wěn)壓器應(yīng)能提供至少高達(dá) 8*1.6=12.8V 的充電電壓。LM317 穩(wěn)壓器的壓差高達(dá) 2V，因此電源電壓需要為 ~15V（這不考慮電流感應(yīng)電阻上的壓降）。

對(duì)于 200mA 的最大充電電流和 10 歐姆的電流感應(yīng)電阻器，電流感應(yīng)電阻器上的額外壓降為 2V，因此需要 17V 的電源電壓。

完全放電的電池可能具有非常低的甚至是負(fù)電壓。理想情況下穩(wěn)壓器的最小電壓應(yīng)為0，但使用LM317可能低至1.2V。

電路

木板

?

?

電路說明

基本思想是測(cè)量充電電流并調(diào)整穩(wěn)壓器的電壓，直到達(dá)到所需的電流。通過測(cè)量電流感應(yīng)電阻器 R5 上的電壓降來測(cè)量電流。I=V/R。

SparkFun I2C DAC Breakout - MCP4725 - 用于控制電壓的 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。輸出電壓可通過 I2C 在 0 到 5V 之間進(jìn)行配置。因?yàn)槲覀冃枰軌蛟诟鼘挼姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電壓，所以使用 0 到 15V 的運(yùn)放 LM358 來放大 DAC 的輸出電壓。運(yùn)算放大器的放大由電阻R4和R3設(shè)置。增益=1+R4/R3=1+6800/3300=3.06 所以運(yùn)算放大器的輸出電壓約為0到15V。

LM358的最大輸出電流為50mA，所以LM317可調(diào)穩(wěn)壓器用來控制更高的電流。運(yùn)算放大器的輸出連接到LM317的ADJ端。LM317 將在 ADJ 和 OUT 端子之間保持 1.2V，因此電池上的實(shí)際電壓可以配置在 1.2 和 16.2V 之間。LM317 需要最小 3.5mA 電流來維持穩(wěn)壓。因此，如果未連接電池，則使用 1kOhm 電阻器 R6 來確保調(diào)節(jié)。電容C1用于濾波輸出電壓，提高LM317的穩(wěn)定性。

在兩個(gè)不同點(diǎn)測(cè)量的電壓。

1. 電阻 R5 連接到 Arduino 的引腳 A2。測(cè)量電阻上的電壓，然后計(jì)算充電電流 Icharging=V/R

2. 電池上的電壓最高可達(dá) 16.2V，因此電阻分壓器 R1、R2 用于將電壓降至 5V 以下，這是 Arduino 允許的。分壓器的輸出連接到 Arduino 的引腳 A0。對(duì)于 R1=5.1k Ohm 和 R2=20kOhm Vout=Vin/(20000+5100)*5100=0.2 所以電池電壓除以 5。

繼電器用于斷開電池與充電電路的連接。您可以在我使用的照片繼電器上看到，但通常可以使用任何具有 5V 控制的繼電器。將電池連接到繼電器的常開觸點(diǎn)更安全。

我使用 YwRobot I2C SERIAL LCD 1602 MODULE 來顯示充電器的狀態(tài)，但可以使用任何其他 I2C 控制的 LCD 模塊。似乎標(biāo)準(zhǔn) LiquidCrystal_I2C 庫(kù)不支持 YwRobot LCD 模塊，所以我使用了 New LiquidCrystal 庫(kù)如果您使用不同的 LCD 模塊，則需要更改此行：

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);  // set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display

為了給數(shù)模轉(zhuǎn)換器和 LCD 供電，我使用了 SparkFun 面包板電源 5V/3.3V。使用 Arduino 板上的 5V 電壓可能是可以的。

您還需要為充電電路提供 17V 電壓。如果你沒有電源，你可以像這樣使用可調(diào) DC/DC 轉(zhuǎn)換器

?

?

?

?

1 / 3

?

功能性

我不想要很多電線，所以沒有按鈕來配置充電。懊惱電流僅在代碼中配置。您需要在Charger.ino中設(shè)置所需的充電電流

//*************************** Charging parameters *****************************************
//*****************************************************************************************
float target_current_mA=30;				//Charging current mA
float battery_nominal_capacity_mA=170;	//Nominal capacity of battery mA
float max_time_for_trickle_charge=6;  //Maximum trickle charge time in minutes
//*****************************************************************************************
//*****************************************************************************************

target_current_mA - 恒定充電電流

max_time_for_trickle_charge - 涓流充電的最大分鐘數(shù)，可設(shè)置為 600 (10h)

battery_nominal_capacity_mA - 用于計(jì)算涓流電流的電池容量

一般充電電流可以達(dá)到標(biāo)稱容量。對(duì)于標(biāo)稱容量為 170mAh 的電池，最大充電電流為 170mA。170mAh 電池的最小充電電流通常為 C/10 - 17mA。

上電后充電器會(huì)檢查電池是否連接。如果電池連接，電池將以配置的恒定電流充電，直到充滿電。通過在 5 分鐘內(nèi)檢測(cè)到負(fù) dV/dt 終止充電。充電完成后，充電器將切換到電流 C/40 的涓流充電。最長(zhǎng)涓流充電時(shí)間過后，充電器將自行斷開與電池的連接。

屏幕一

?

1 - dV/dt

2 - 充電時(shí)間（分鐘）

屏幕 2

?

屏幕 3

1 - 充電時(shí)間

2 - 電荷轉(zhuǎn)移到電池