基于Arduino UNO的9V鎳氫充電電池智能充電器

我尋找智能充電器聊天可以在幾個小時內為 9V 鎳氫電池充電，但沒有找到。此外，我發(fā)現(xiàn)的所有充電器都非?！坝薮馈薄３潆?a href='http://ttokpm.com/tags/電流/' target='_blank' class='arckwlink_none'>電流未知，電池充滿后無終止充電功能。此類充電器的問題是它們會使電池過度充電并顯著縮短使用壽命。所以我決定創(chuàng)造“智能”充電器。

第一個版本我打算保持簡單，所以它允許基本的事情，比如恒流充電，電池充滿電后自動終止充電，涓流充電，測量轉移到電池的電量。

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

警告：用大電流給電池充電可能會導致電池爆炸或起火。請不要讓充電器無人看管。此外，請不要嘗試為不打算作為堿性電池充電的電池充電。該充電器僅使用鎳氫電池進行了測試（并且您仍然需要自行承擔風險使用它，如果由于設計或代碼中的錯誤造成的任何損壞，我絕對不承擔任何責任）。其他類型電池的懊惱將需要修改代碼。

理論
需要記住的一些有用事實將有助于了解充電器所需的參數(shù)。

C——電流等于電池標稱容量

以C倍率充電時單體電池電壓可能達到1.6V。對于舊電池，此電壓可能更高。

單體電池標稱電壓為1.2V，但充滿電的電池開路電壓高達1.5V。

電池充滿電后，建議使用小于 0.025 C (C/40) 的涓流充電率。

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)必須由 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。充電時間14-16小時。通過定時器終止充電。dT/dt 充電終止不可能用于低電流。根據(jù)文獻，dV/dt 端接對于低于 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)，但在某些情況下可能有 6 節(jié)或 8 節(jié)。穩(wěn)壓器應能提供至少高達8*1.6=12.8V的充電電壓。LM317 穩(wěn)壓器的壓降高達 2V，因此電源電壓需要為 ~15V（這不考慮電流感應電阻上的壓降）。

對于 200mA 的最大充電電流和 10 歐姆的電流感應電阻器，電流感應電阻器上的附加壓降為 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負電壓。理想情況下穩(wěn)壓器的最小電壓應為 0，但使用 LM317 可能低至 1.2V。

電路

電路說明
基本思想是測量充電電流并調整穩(wěn)壓器的電壓，直到達到所需的電流。通過測量電流檢測電阻器 R5 上的電壓降來測量電流。I=V/R。

SparkFun I2C DAC Breakout - MCP4725 - 用于控制電壓的 12 位數(shù)模轉換器。輸出電壓可以通過 I2C 配置在 0 到 5V 之間。因為我們需要能夠在更寬的范圍內調節(jié)電壓，所以使用0到15V的運算放大器LM358來放大DAC的輸出電壓。由電阻 R4 和 R3 設置的運算放大器的放大。Gain=1+R4/R3=1+6800/3300=3.06 所以運算放大器的輸出電壓大約為0到15V。

LM358 的最大輸出電流為 50mA，因此 LM317 使用可調穩(wěn)壓器來控制更高的電流。運放輸出接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 電流來維持調節(jié)。因此，如果電池未連接，則使用 1kOhm 電阻器 R6 來確保調節(jié)。電容C1用于過濾輸出電壓，提高LM317的穩(wěn)定性。

在兩個不同點測得的電壓。

1. 電阻 R5 連接到 Arduino 的引腳 A2。測量電阻上的電壓，然后按 Icharge=V/R 計算充電電流

2. 電池電壓最高可達16.2V，因此使用電阻分壓器R1、R2將電壓降至5V以下，Arduino允許。連接到 Arduino 引腳 A0 的分頻器輸出。對于 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?？梢允褂萌魏尉哂?5V 控制的繼電器。將電池連接到繼電器的常開觸點更安全。

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。似乎標準 LiquidCrystal_I2C 庫不支持 YwRobot LCD 模塊，所以我使用了New LiquidCrystal 庫如果您使用不同的 LCD 模塊，則需要更改此行：

為數(shù)模轉換器和 LCD 供電，我使用了 SparkFun 面包板電源 5V/3.3V。使用 Arduino 板的 5V 電壓可能沒問題。

您還需要為充電電路提供 17V 電壓。如果你沒有電源，你可以使用這樣的可調DC/DC轉換器

功能
我不想要很多電線，所以沒有配置充電的按鈕。懊惱電流僅在代碼中配置。您需要在charger.ino 中設置所需的充電電流

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)，最多可設置為 600 (10h)

Battery_nominal_capacity_mA - 用于計算涓流電流的電池容量

一般充電電流可達標稱容量。對于標稱容量為 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。

通電后充電器會檢查電池是否連接。如果電池連接電池，電池將以配置的恒流充電，直到充滿電。通過在 5 分鐘內檢測到負 dV/dt 來終止充電。充電完成后，充電器將切換到電流 C/40 的涓流充電。最大涓流充電時間過后，充電器將斷開與電池的連接。

1 - dV/dt

2 - 以分鐘為單位的充電時間

1 - 充電時間

2 - 電荷轉移到電池