Spannungseingang zum Laden von NiMH-Batterien

Ich habe 12 AAA NiMH-Batterien (1000 mAH und 1,2 V pro Batterie) und möchte wissen, welche Spannung zum Laden optimal ist. Ich verwende ein einfaches Konstantstromladegerät (LM317 und 68 Ohm Widerstand (R im Schaltplan). Ich bin mir jedoch nicht sicher, wie hoch die Eingangsspannung sein muss. Meine Schaltung hat keine Diode.

Eine Konstantstromquelle passt ihre Ausgangsspannung an die Last an, um einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten.

V = IR // holy s*#% it's Ohm's Law

NiMH-Akkus sind launische Feinde zum Aufladen und zeigen temperaturabhängige Änderungen der Lade- und Entladekurven. Sie haben auch keine Erhaltungsspannung , so dass das Laden mit konstanter Spannung nicht funktioniert, wie Sie wahrscheinlich festgestellt haben. Energizer hat einige Empfehlungen bezüglich der Ladezeiten:

Normalerweise wird für NiMH-Akkus ein Smart Charger mit mittlerer Geschwindigkeit (2 bis 3 Stunden) bevorzugt. Die Batterien werden durch die Smart Charger-Schaltung vor Überladung geschützt. Extrem schnelles Laden (weniger als 1 Stunde) kann die Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen und sollte nach Bedarf begrenzt werden. Langsame Ladegeräte auf Nachttimerbasis sind ebenfalls akzeptabel und können eine wirtschaftliche Alternative zu intelligenten Ladegeräten sein. Ein Ladegerät, das 12 bis 14 Stunden lang eine 0,1 C-Rate anwendet, ist gut für NiMH-Akkus geeignet. Schließlich wird eine Wartungsladungsrate (oder Erhaltungsladungsrate) von weniger als 0,025 ° C (C / 40) empfohlen. Die Verwendung sehr kleiner Erhaltungsladungen wird bevorzugt, um die negativen Auswirkungen einer Überladung zu verringern.

AAA NiMH-Akkus haben eine Kapazität von 850 mAh ^{_{[je nach Hersteller unterschiedlich]}} , sodass das Laden mit einer Rate von C / 2 bis C / 3 mit einem konstanten Strom von ...

850mAh / (2 to 3 hours) = 283mA to 425mA

Eine C / 12- Erhaltungsladung über Nacht kann mit einem konstanten Strom von 71 mA durchgeführt werden . Diese Seite erwähnt Folgendes:

Moderne Zellen verfügen über einen Sauerstoffrecyclingkatalysator, der eine Beschädigung der Batterie bei Überladung verhindert. Dieses Recycling kann jedoch nicht mithalten, wenn die Laderate über C / 10 liegt.

Die empfohlene Wartungsgebühr von C / 40 kann mit ...

850mAh / h / 40 = 21mA

Intelligente Ladegeräte

Aufgeführt sind Ladetechniken von Energizer , Duracell und Powerstream :

• ΔV-Ladung : Laden Sie mit dem empfohlenen konstanten Strom, bis die Zelle eine Spitzenspannung erreicht und abnimmt (z. B. -15 mV).
  
  Diese Technik ist genau genug, um sicher bei C / 2 bis C / 3 (283 mA bis 425 mA) zu laden.

• dT / dt-Aufladung : Überwachen Sie die Zelltemperatur, um sowohl die maximale Temperatur zu begrenzen als auch die charakteristische Heizrate zu ermitteln.
  
  Diese Technik kann in Verbindung mit der ΔV-Ladungsbeendigung verwendet werden, um den Prozess genauer zu überwachen und zu beenden, wodurch die Verwendung höherer Ströme (C / 1 bis C / 2 oder 425 mA bis 850 mA) ermöglicht wird.

• Sanftanlauf : Wenn die Temperatur über 40 ° C oder unter Null ° C liegt, beginnen Sie mit einer C / 10-Ladung. Wenn die entladene Batteriespannung weniger als 1,0 Volt / Zelle beträgt, beginnen Sie mit einer C / 10-Ladung. Wenn die entladene Batteriespannung über 1,29 V / Zelle liegt, beginnen Sie mit einer C / 10-Ladung.

• Maximal 1,78 V : Eine einzelne Zelle darf diesen Wert niemals überschreiten.

Aber was bedeutet das alles? Die Eingangsspannung Ihres Konstantstromkreises LM317 muss ausreichen, um den Spannungsabfall an Regler und Widerstand (1,47 Ω) zu unterstützen, den erforderlichen Strom anzutreiben und die maximale Zellenspannung zu überschreiten. Um C / 1 oder 850mA an eine AAA-NiMH-Batterie zu liefern, deren Innenwiderstand höchstens etwa 120mΩ beträgt, ist dies erforderlich (120mΩ + 1.47Ω) * 850mA + 1.2V + 1.78V = 4.3315V. Ich empfehle mindestens 2 V mehr, um die Auswirkungen von Quellenunregelmäßigkeiten wie Regelung und Rauschen zu verringern und andere Schaltungsverluste zu berücksichtigen (wie die Diode, die Sie noch nicht haben). Wenn Sie 4 Zellen in Reihe laden, wie in Ihrem Diagramm angegeben, benötigen Sie mindestens 9,978 V (dh 12 V + ). 25,034 V (27 V +) für 12 in Serie, obwohl ich mir Sorgen über ungleichmäßiges Laden machen würde.

Sind die Batterien wie in Ihrer Zeichnung gezeigt in Reihe angeordnet? In diesem Fall liegt Ihre entladene Spannung bei etwa 15 V und Ihre geladene Spannung bei etwa 16,8 V (1,25 V / entladene Zelle, 1,4 V / geladene Zelle). Die LM317-Referenz beträgt 1,25 V über dem 68-Ohm-Widerstand für einen Ladestrom von (1,25 / 68) 18 mA Ladestrom . Die Ausfallspannung am LM317 beträgt für diese Rate nie mehr als 2 V (Seite 6 aus dem Datenblatt tyblu, verbunden mit einer sehr konservativen Schätzung). Die minimale Eingangsspannung muss (konservativ) 2 V + 1,25 V + 16,8 V = 20,05 V betragen

Wie haben Sie den Wert für den Widerstand gewählt? Eine sichere Laderate (wenn Sie sie zum Ausschalten beobachten) beträgt C / 10 und sollte (100 mAh / 10) 100 mA Ladestrom betragen . Das ergibt einen Widerstandswert von (1,25V / .1A) 12,5 Ohm mit Nennleistung von (.1 ^ 2 * 12.5) .125W . Sind diese 12 Zellen in Reihe oder parallel?

Die Ladespezifikationen für eines der Ladegeräte eines der beiden beliebtesten Batteriehersteller entsprechen den Ladespezifikationen.

Batteriegröße / Nennkapazität (mAh) / Geschätzte Ladezeit

AA 1300-2000 8 - 12,5 Std. / AA 2100-2500 13 - 16 Std. / AAA 850 - 900 11 - 12 Std

Die Spezifikationen für den Ladestrom für diese drei Batterietypen betragen 200 mA, wobei 2 Batterien in Reihe mit einer Spannung von 2,8 V geschaltet sind. Die tatsächlich gemessene Spannung der Batterien der Serie 2 während des Ladevorgangs beträgt 2,885 Volt bei einem Strom von 240 mA. Wenn Sie 10 Batterien mit 1,2 V in Reihe genommen haben, entspricht die Gesamtbatteriespannung 12 V bei einer Erhaltungsladespannung von 13,8 V, was 15% über der Batteriespannung liegt. In diesem Sinne würde die Ladestromspezifikation von 200 mA bei einer Nennspannung pro Batterie von 1,2 V * 1,15 (Batteriespannung plus 15%) 1,4 Volt pro Batterie (Zelle) betragen, zwei in Reihe wären 2,8 V, 12 in Reihe wäre (1,4 V * 12 Batterien) bei einer Ladespannung von 16,8 Volt über die Reihenbatteriebank von 12 Batterien. Aus Erfahrung und Beratung mit einem Panasonic-Batterieingenieur, Ich habe immer die Batteriespannung plus 15% Ladespannung zum Erhaltungsladen von Batterien verwendet. In einem industriellen 24-VDC-Steuerungssystem würde ich die Stromversorgung mit 27 in Reihe geschalteten 12-V-AGM-Batterien zur Systemsicherung auf 27,6 V (24 V * 1,15) betreiben. Dies hat bei der Notstromversorgung von Bedienfeldern mit Netzstrom immer hervorragend funktioniert, und die meisten Instrumente, PlCs und Sensoren funktionieren bis zu ~ 30 VDC, sodass ich nie ein Problem für die Steuerungen festgestellt habe. In Übereinstimmung mit dem vorherigen Beitrag wären 16,8 V + 2 V + 1,25 Volt die optimale Eingangsspannung von 20,05 V. und Sensoren funktionieren bis zu ~ 30 VDC einwandfrei, daher habe ich nie festgestellt, dass dies ein Problem für die Steuerung darstellt. In Übereinstimmung mit dem vorherigen Beitrag wären 16,8 V + 2 V + 1,25 Volt die optimale Eingangsspannung von 20,05 V. und Sensoren funktionieren bis zu ~ 30 VDC einwandfrei, daher habe ich nie festgestellt, dass dies ein Problem für die Steuerung darstellt. In Übereinstimmung mit dem vorherigen Beitrag wären 16,8 V + 2 V + 1,25 Volt die optimale Eingangsspannung von 20,05 V.

Es ist relativ einfach. Ihr Akku hat eine maximale Leistung. bw.

Ihre Quelle oder Ihr Ladegerät müssen mindestens die doppelte Leistung erbringen.

2bw.

Die Schaltung lädt Ihr Pack mit einer Effizienzrate x in der Zeit t auf, wobei t die Zeit ist, die benötigt wird, um das Pack @ x vollständig aufzuladen.

Jetzt ist der Rest vage, es ist einige Jahre her, seit sie es in der Schule behandelt haben, aber Sie können in einem Lehrbuch nachsehen, wie Sie es richtig für Ihre aktuelle Rate einrichten können.

Bw = 2Bw-mal (Effizienz). Normalerweise ca. 67% mit einem linearen Spannungsregler. Oder x / t mal 100%. Sowas in der Art. Ihre Schaltung ist Standard und wird nicht sehr effizient sein, da Sie nicht mit der Batterieimpedanz übereinstimmen, die sich ständig ändert, sowie mit Konstantstrom-Ladegeräten, die bei modernen Hochleistungsbatterien nicht mehr vorhanden sind erzeugen einen geneigten Hochspannungsimpuls sowohl für die Ladungsadsorption als auch für die chemische Abklingzeit zusammen mit dem konstanten Strom.

Zum Beispiel. Sie laden mit einem konstanten Strom von C / 10 auf. Alle halbe Sekunde pulsieren Sie mit einem separaten Stromkreis einen 100-Volt-Positivpuls, der zweihundert Millampere in die positive Elektrode überträgt. Stören Sie jetzt nicht die konstante C / 10-Rate, während Sie dies tun.

Die Verwendung des Beispiels hilft beim Ausrichten der Dendriten in den Zellen und erzeugt eine viel bessere, schnellere, vollere Ladung, die länger anhält.

Viel Glück.

John.