تحقیق شارژ باطری های نیکل و کروم

بخشی از مقاله

شارژ باطري هاي نيكل و كروم

استفاده از باطری های شارژی امروزه در دوربین های عکس بردای و فیلم برداری و هم چنین مدارات الکترونیکی کاربرد فراوانی دارد اما همیشه مشکل اصلی خرابی باطری ها و یک بار مصرف بودن ان ها میباشد ، البته با وجود باطری های شارژی این مشکل تا حدی حل شده است و نیاز نیست تا مدام برای مدار و یا دوربین خود باطری معمولی بخرید ، میتوانید با خرید باطری های شارژی از شر خرید مداوم باطری های یک بار مصرف رها شوید اما مسئله ای که این جاپیش میاد این است که باطری ها شارژی همانطور که از نامشان پیداشت نیاز به شارژ کردن دارند.

مدار امروز یک شارژر برای باطری های نیکل کادمیوم هست که با آن میتوانید تا۴ باطری را همزمان شارژ کنید و هم چنین ساخت این مدار ساده میباشد.البته یک نکته ای را باید بگم و این که در نقشه از یک ترانس ۳ سر استفاده کرد که ولتاژ هرکدام ۹ ولت میباشد و سرهای آن را با دیود یک سو کرده و به هم وصل کرده است اما شما میتوانید از یک ترانس ۲ سر معمولی ۹ ولت ۳۰۰ میلی آمپر نیز استفاده کنید.

میتوانید خروجی ترانس دو سر را بتدا توسط دیود یکسو کرده و سپس به دو سر خازن ۲۲۰ میکرو فاراد بدهید به صورتی که طرف مثبت خروجی ترانس به سر مثبت خازن و سیم منفی به سر منفی خازن وصل شود.

اما در مدار از ۲ ترانزیستور به نام های Q1,Q2 استفاده شده است که شماره ان ها و نام پایه های آن در عکس نیز نشان داده شده است و شماره آن ۲sc458 میباشد البته اگر خود ترانزسیتور را نتوانستید تهیه کنید میتوانید از انواع مشابه آن استفاده کنید و در مدار از یک آی سی lm317 نیز استفاده شده است که با توجه به میزان شارژ شدن باطری ، ولتاژ و جریان را از خود عبور میدهد و به کمک یه مقاومت که در خروجی ان قرار دارد از میزان جریان عبوری نمونه میگیرد و در صورتی که باطری شارژ شده باشد دیگر جریانی از مدار عبور نخواهد کرد و عمر باطری شما نیز افزایش خواهد یافت.

اما نکته دیگر در ۲ قسمت از مدار از کلید sw1 استفاده کرده است که یک کلید ۳ حالته۸ پایه میباشد و با قطع و وصل کلید پایه های سمت چپ و راست کلید جداگانه به کنتاکت های اصلی قطع و یا وصل میشوند بدین صورت که اگر شما در ترمینال خروجی ۲ عدد باطری برای شارژ کردن گذاشته باشد باید کلید را در حالت ۱ قرار داد در این صورت کنتاکت کلید که در قسمت بالا در وسط شکل نشان داده شده است بر روی ۳.۱ ولت و کنتاکت کلید در قسمت پایین سمت راست مدار بر روی ۲.۴ ولت قرار خواهد گرفت .جهت راهنمایی عکس زیر را گذاشتم تا ابهامی پیش نیاد

اگر خواسته باشید ۳ باطری را با هم شارژ کنید باید کلید را در حالت ۲ قرار داده تا کنتاک بالای بر روی ۵.۵ ولت و کنتاکت پایین بر روی ۴.۸ ولت قرار گیرد و اگر خواسته باشید ۴ باطری را با هم شارژ کنید باید کلید را در حالت ۳ قرار داده تا کنتاکت بالای بر روی ۱۰.۳ ولت و کنتاکت پایینی بر روی ۹.۶ ولت قرار گیرد.
هم چنین در این مدار ترانزستور های Q1,Q2 مدار رگولاتور فیدبک با مقایسه کننده ترانزیستوری رامیسازند که با توجه به جریان مدار از سوختن دیود زنر و هم چنین اسیب رسیدن به باطری ها جلوگیری میکند
شارژر خودكار باتري هاي نيكل كادميوم

اين مدار براي شارژ دو عدد باتري سايز قلمي با جريان 350ma مناسبه.يه ورودي 12 ولت هم احتياج داره كه با يه آداپتور ميتونيد تامين كنييد.طرز كارش هم همينجوري كه ميبينيد از يه آي سي lm311 تشكيل شده كه كار مقايسه ولتاژ باتري را با ولتاژ مرجع كه توسط مولتي تريمر 20k تامين ميشه را انجام ميده .و شما بايد مولتي تريمر را طوري تنظيم كنيد كه روي پايه سوم lm311 ولتاژ 2.78V را داشته باشيد .وقتي ولتاژ باتري به 2.78v رسيد خروجي lm311 افزايش خواهد يافت و ترانزيستور q1 خاموش خواهد شد .led مدار هم وقتي روشن هست نشانه در حال شارژ بودن باتري هاست و وقتي خاموش شارژ تكميل شده باشه.همين ديگه، . اگه خواستين تغييري ايجاد كنيد فايل pcb كه با پروتل dxp طراحي شده را هم قرار دادم.موفق باشيد.

لازم هست كه من توضيحي در مورد نحوه كار شارژر اين نوع باطري هاي نيكل كادميوم بدهم. معمولاً جهت شارژ اينگونه باطري ها ما يك جريان ثابت را به باطري اعمال ميكنيم و سپس با اندازه گيري مقدار ولتاژ باطري از روند شارژ مطلع ميشويم زمانيكه ولتاژ باطري به حد مطلوب برسد جريان شارژ بايد قطع شود.

اما نكته مهم اينجاست كه ميزان جريان شارژ به چه عواملي بستگي دارد؟ و بايد چگونه آنرا انتخاب نمود؟

اگر شما به باطري هاي قابل شارژ توجه كنيد مي‌بينيد كه در كنار ذكر ولتاژ هر باطري ميزان ظرفيت آنرا بصورت mAh ميلي‌آمپرساعت ذكر ميكنند. در صورتي كه بر روي يك باطري مقدار ظرفيت آنرا 1000mAh مشخص كرده باشند و مدار شما جريان 100mA مصرف كند. اين باطري تا 10 ساعت ميتواند جريان مدارتان را تامين كند. در واقع جهت محاسبه اين زمان كافيست مقدار ظرفيت هر باطري بر مقدار جريان مصرفي تقسيم شود.

مقدار جريان شارژ هر باطري نيز بر اساس ميزان همين ظرفيت تعيين و مشخص ميشود. در هنگام شارژ باطري دو روش جهت شارژ وجود دارد. در روش اول سرعت شارژ باطري كم است و دليل آن جريان شارژ است كه به اندازه يكدهم ظرفيت باطري است. بطور مثال اگر يك باطري 1800mAh داشته باشيم جريان شارژ آن برابر با 180mA انتخاب ميشود. در اين حالت ده ساعت جهت شارژ كامل نياز خواهد بود. با وجود اينكه اين زمان نسبتاً طولاني است.ولي داراي

مزايايي هم هست. منجمله اينكه در صورتيكه پس از شارژ كامل باطري، جريان آن قطع نشود و حتي باطري تا مدت چندين روز زير شارژ باشد مشكلي براي آن بوجود نمي‌آيد. از طرفي مشكل حافظه دار شدن باطري در صورت دفعات شارژ زياد و قبل از دشارژ كامل وجود نخواهد داشت. اين حالت بخصوص براي مدارتي كه در آن باطري بصورت مداوم زير جريان شارژ است مناسب خواهد بود.

در حالت دوم كه حالت شارژ سريع ناميده ميشود. جريان شارژ به ميزان يك سوم ظرفيت باطري انتخاب ميشود. يعني براي يك باطري 1800mAh جريان شارژي برابر با 600mA انتخاب ميشود. در اين حالت زمان شارژ به سه ساعت كاهش مي‌يابد. البته در حالت اخير زمان شارژ در حد قابل قبولي كاهش يافته ولي در صورتي كه به هر دليلي پس از شارژ جريان قطع نگردد و باطري زير شارژ بماند لطمه خوردن باطري حتمي است! از طرفي در صورت استفاده شارژر بطور مكرر در حاليكه هنوز شارژ دارد باعث صدمه ديدن باطري و حافظه دار شدن آن ميگردد.

حال كه با مباني اوليه شارژرها آشنا شديد به بررسي مدار ساخته شده ميپردازيم. در اين مدار من از آي‌سي LM317 جهت تهيه جريان ثابت استفاده كردم. همانطور كه مي‌دانيد. اين آي‌سي يك رگولاتور خطي است كه ولتاژ خروجي آن 1.25 ولت است. در اين مدار ولتاژ 1.25 ولت در دو سر مقاومت R1 قرار داده ميشود. و با توجه به اينكه مقدار اين مقاومت 12 اهم انتخاب شده لذا جريان 104.16mA از آن عبور خواهد كرد. اين جريان بدليل ثابت بودن ولتاژ خروجي رگولاتور و مقدار مقاومت، هميشه ثابت است و لذا ميتوان از آن براي شارژ باطري استفاده نمود. از طرفي چون مقدار ظرفيت باطري كه من شارژر را براي آن طراحي كردم 1050mAh بود و جريان شارژ آن بايد در حدود 105mA باشد. كه جريان مدار مناسب اين باطري است.

در صورتيكه شما باطري ديگري با جريان شارژ متفاوت با اين مدار استفاده ميكنيد. كافيست مقدار 1.25 را بر جريان شارژ باطري تقسيم كنيد، تا مقدار مقاومت R1 مورد نياز مدارتان بدست آيد. در اين مدار LED قرمز رنگ D1 هم در زمان شارژ باطري از طريق ترانزيستور Q1 روشن ميشود.

با اينكه اين مدار بواسطه جريان شارژ آن مشكلي براي باطري بوجود نمي‌آورد، ولي باز هم در آن من مداري طراحي كردم كه باطري را پس از شارژ كامل از مدار خارج ميكند. اين مدار از يك مقايسه كننده ولتاژ U2 تشكيل شده است كه ولتاژ دوسر خازن C1 را با 2.4 ولت مقايسه ميكند.در صورتيكه باطري شارژ كامل باشد. ولتاژ آن به 9.6 ولت ميرسد كه بدليل سري بودن آن با خازن C1 ولتاژ خازن به اندازه ولتاژ باطري از ولتاژ 12 ولت مدار كمتر خواهد شد.كه همان 2.4 ولت

ميشود. حال درصورتي كه باطري خالي باشد، ولتاژ C1 بيشتر از 2.4 ولت خواهد بود و در نتيجه خروجي U1 صفر ميشود و ترانزيستور Q2 خاموش است. در نتيجه رله RL1 هم خاموش خواهد بود. در اين وضعيت سر مثبت BAT+ باطري از طريق كنتاكت بسته رله به ولتاژ 12 ولت وصل خواهد بود و سر منفي BAT- باطري هم به خازن C1 متصل است و شارژ ميشود. پس از اينكه باطري شارژ شد ولتاژ خازن C1 كاهش مي‌يابد و در نتيجه خروجي آي‌سي LM111 مثبت

ميشود و ترانزيستور Q2 را فعال ميكند و باعث روشن شدن رله ميگردد. با روشن شدن رله باطري از مسير شارژ خارج ميشود و LED1 خاموش ميشود و از طريق كنتاكت ديگر رله LED2 سبز رنگ به معناي شارژ كامل باطري روشن ميشود.

باتري هاي قابل شارژ ديگر دارند جاي بقيه باتري ها رو ميگيرند ولي يك مشكل بزرگي كه دارند شرايط نگهداري و شارژ اونهاست كه اگه بد نگهداري شوند عمرشون به شدت كم مي شود

خوب اين باتري ها انواع مختلفي دارند و كاربردهاي بيشتري ، در زير چند تا از آنها كه بيشتر استفاده مي شوند فهرست شده است:
۱ - باتري هاي سربي اسيدي :

بي كلاس ترين نوع باتري هاست ولي قيمت تقريبا خوبي دارند البته نسب به ظرفيتي كه دارند راستي ظرفيت باتري ها را همون آمپر ساعتشون را در نظر بگيريد كه معمولا روي خود باتري ها هم مشخص شده و به اين معني كه اگه آن جريان را ازش بكشيد يك ساعت كار مي كند. براي مثال باتري هاي ماشين كه معمولا از نوع سربي اسيدي هستند معمولا ۶۰ آمپر ساعتند و اين يعني اينكه اگه ۶۰ آمپر از اون جريان بكشين يك ساعت طول مي كشه تا باتري خالي بشه
۲ - باتري هاي نيكل كادميوم :

تقريبا معروف ترين نوع باتري هاست كه در اندازه هاي AA و AAA ساخته مي شن (همون قلمي و نيمه قلمي) كه معمولا براي يك باتري سايز AA داراي آمپر ساعت 800mAh مي باشند. البته اين اعداد رو فقط براي مقايسه مي دم وگرنه در مدلهاي متنوعي توليد مي شن براي شارژشون در حالت استاندارد نياز به 15 ساعت زمان با جريان .1 c (اين گوشه بگم كه C همون آمپر ساعت باتريه (ظرفيت) مثلا 800mA) براي شارژ سريع هم ميتونين 5 ساعت زمان رو در نظر بگيرين ولي چيزي كه بايد يادتون باشه باتري رو بيش از حد شارژ نكنين ولي چه جوري يكي از نكاتي كه بايد رعايت كنين زمان شارژ كه مثلا براي يه باتري خالي از تقسيم آمپر ساعت باتري به جريان شارژ ضرب در 1.5 (البته اين رو مي تونين 1.2 هم در نظر بگيرين بستگي به نوع باتري داره و در واقع راندمان باتري رو مي رسونه يعني 1.5 برابر جرياني رو كه ازش در زمان معيني مي گيرين بايد براي شارژ بهش بدين رياضي تون كه خوبه با يكي دوتا تناسب مي فهمين چه چوري به دست مي ياد )

و اما تعريف باتري خالي (ديگه داره مي شه كلاس رياضي ) باتري را خالي گويند كه به ازاي هر سلول 1 ولت برق داشته باشه.(سلول؟ )
و اما سلول : اين نوع باتري ها از سلول هايي تشكيل مي شن كه هر كدوم 1.2 ولت در حالت معمولي برق دارن بنابراين باتري هايي رو كه م يبينين همگي ضريبي از 1.2 هستند مثل باتري هاي 3.6 ولتي كه در تلفن ها استفاده مي شن كه اگه نگاه كنين از سه قسمت تشكيل شدن به هر كدوم از اينها يه سلول مي گن

اين سلول ها در حالت پر 1.4 و در حالت خالي 1 ولت برق دارن كه اگه از اين كمتر يا بيشترشون كنين پدرشون رو در آوردين
3 - باتري هاي نيكل متال :

اين باتري ها داراي ظرفيت بيشتري هستند ولي خيلي شبيه به باتري هاي نيكل كادميوم تمام اون محاسبات رو براشون مي تونين انجام بدين (تقريبا محاسباتي كه گفتم كلي هستند) فقط ظرفيت بيشتري دارن و معمولا زمان شارژ كمتري رو هم نياز دارن
4 - باتري هاي ليتيوم يون:

اين باتري ها ظرفيت بيشتري رو نسبت به وزن و حجمشون در مقايسه با مدل هاي قبلي دارن و معمولا هم توي موبايل ها استفاده مي شن و براي كار هاي رباتيكي نيز خوب هستند. ولي ايراد اصلي شون منفجر شدنشونه . هر سلول اين باتري ها 3.7 ولتي است و زمان شارژ خيلي كمي دارن مي تونين توي يك ساعت هم شارژشون كنين ولي اگه يكم زياد شارژشون كنين منفجر مي شن . براي شارژشون بايد جر يان و ولتاژ شارژ رو كنترل كنين يعني هيچ كدوم نبايد از مقدار ذكر شده تو كاتالوگش بيشتر بشه وگرنه بووووووووم اگه دارين باسرعت خيلي بالا شارژ مي كنين مثلا يك ساعت دما هم پارامتر مهميه بهتر كه اون رو هم اندازه بگبرين و اگه از دماي توي كاتالوگ بيشتر بود شارژ رو قطع كنين

باتري هاي ديگري هم هستند ولي همين ها بيشتر كاربرد عمومي ندارن فقط نكاتي رو كه بايد يادتون باشه
1 - هيچ وقت باتري رو بيش از حد شارژ نكنين چون نتنها فايده اي نداره بلكه عمر باتري رو هم كم مي كنه.

2 - باتري نيمه پر رو هم ابتدا خالي كنين بعد شارژ كنين چون نمي دونين چقدر شارژ داره باعث مي شين كه بيش از حد شارژش كنين.
3 - ولتاژ باتري اصلا ملاك خوبي براي تشخيص مقدار شارژ باتري نيست اگه باتري نيمه پر باشه با كمي شارژ سريع ولتاژ به 1.4 (به اضاي هر سلول ) مي رسه كه به معني باتري كاملا شارژ است ولي در صورتي كه اصلا اين چوري نيست.

باتری های لیتیوم یون Li-ion امروزه به علت توان بیشتری که در مقایسه با باتری های Ni-cad یا Ni-mh قدیمی دارند به طور گسترده ای در دستگاههای برقی امروزی به کار می روند اما مهمترین کاربرد آنها در لپ تاپ ها و گوشی های موبایل است.

باتری های ni-cad یک خاصیت جالب دارند و اون اینه که عمرشون به دفعات شارژ و دشارژ شدن بستگی داره در حالی که این موضوع در باتری های لیتیوم وجود نداره. در واقع باتری های لیتیومی با گذشت زمان توان خروجیشون کم میشه، چه از اونها استفاده بشه و چه نشه. این باتری ها یه خاصیت جالب دیگه هم دارند و اون اینکه اگر زیر حد معینی دشارژ بشن دیگه قابل استفاده نخواهند بود به همین علت اونها رو شارژ شده تحویل مشتری می دن در حالیکه در باتری های ni-cad حتما باید تا آخرین قطره ی انرژی دشارژ بشن سپس برای استفاده ی مجدد اونها رو شارژ کرد ( به علت اثر حافظه) به همین خاطر برای اولین استفاده باید اونها رو شارژ کرد.

حالا چرا اینها رو گفتم؟ برای اینکه یک عقیده ی قدیمی ( از دوران باتری های ni-cad ) وجود داره که می گه اگر باتری لپ تاپ یا موبایل رو استفاده نکنی عمرش بیشتر میشه. برای همین خیلی ها رو دیدم که لپ تاپ می خرند و باتریشو خالی می کنند و کنار می گذارند به هوای اینکه باتری سالم بمونه. یا اینکه باتری گوشی یا لپ تاپ رو تا آخر دشارژ می کنند ( تا جاییکه بگه غلط کردم) و سپس به شارژر وصل می کنند به امید اینکه عمر باتریشون زیاد بشه غافل از اینکه دارن بیشترین ضربه رو بهش می زنن.

بهترین کار برای افزایش عمر این باتری ها معمولا اینه که محدوده ی شارژ و دشارژ شدنشون رو بین 10-90 درصد نگه دارید و از زیادی گرم شدنشون هم جلوگیری کنید. البته باتری های لپ تاپ معمولا مدارهای ویژه ای برای محافظت در خودشون دارند و لازم نیست شما کاری بکنید. اما باتری موبایل معمولا نیازمند توجه بیشتریه.

یک نکته ی دیگه هم هست و اون اینکه با این همه نوسان برق تو ایران در عقل آدمی که لپ تاپ می خره اما از باتریش استفاده نمی کنه باید شک کرد.