Schema di un Caricatore per Pile Ni-Cd e Ni-MH in grado di Caricare con Corrente regolabile una o più Pile Contemporaneamente…
INTRO
Come descritto nell’articolo sulle celle con chimica Ni-Cd e Ni-MH questo tipo di pile vanno ricaricate con una corrente costate. Per rilevare la fine della carica servirebbe un algoritmo controllato da microcontrollore che trova il punto di massima carica. In questo schema però si utilizza un algoritmo che stoppa la carica quando la cella raggiunge una determinata tensione. Questo algoritmo non danneggia le pile, però non garantisce un livello di carica del 100% anche se ci si avvicina molto. Molti caricatori in commercio usano lo stesso sistema, solo quelli di fascia alta permettono una ricarica piena, quindi si può dire che questo schema è ottimo per la ricarica delle pile sia con chimica Ni-Cd che Ni-MH.
La corrente di carica può essere scelta tra 70mA e 200mA. Per quanto riguarda il tempo di carica esso dipende dalla dimensione della pila. Se si ricaricano pile da 1000mA/h bisogna usare una corrente di 70mA e il tempo impiegato è di circa 13 ore. Si potrebbe usare la corrente a 200mA ma si rischia di danneggiare la cella. La corrente di ricarica deve essere 1/10 della corrente della cella. Se invece ho una cella a 2200mA/h posso settare la corrente di 200mA e ricaricare le pile in circa 12 ore.
Il circuito dispone di un LED di fine carica per avvisare quando si è raggiunta la carica delle celle. Visto che si ricaricano le celle in serie è necessario un circuito di controllo, per evitare che una pila raggiunta la carica vada in inversione mentre l’altra rimane scarica.
SCHEMA
Lo schema è il seguente:
Per rilevare la fine della carica si utilizza un comparatore (LM311D) che riceve sul pin invertente una tensione di riferimento pari a 1.5V ovvero circa la tensione che si raggiunge a piena carica. Sul pin non invertente riceve la tensione ai capi della cella mentre in uscita restituisce un livello pari a GND quando la tensione di riferimento è maggiore di quella della cella, mentre rimane un nodo ad alta impedenza quando si raggiunge la carica , ovvero Vpila = 1.5V.
Quando in uscita dal comparatore vi è GND il LED2 è acceso e inoltre la corrente di base di Q1 può andare verso massa. Q1 è un generatore costante di corrente e in particolare il valore di corrente dipende da R1 e R7. Essendo un transistor Darlington ha una VBE pari a circa 1.7V, i tre diodi in serie generano una caduta di circa 2.1V, quindi la corrente in uscita sarà data da (2.1-1.7)/R1. Con 4.7 Ohm si raggiuge una corrente di 70mA, chiudendo lo switch R1 e R7 sono in parallelo con un valore totale di 1.5 Ohm e quindi l corrente diventa di circa 200mA.
Se si vogliono caricare due celle bisogna raddoppiare lo schema, lo stadio di alimentazione rimane uguale ma lo stadio in corrente costante e il controllo vanno raddoppiati. Si potrebbe pensare anche di caricare due celle in serie, utilizzando R5 con un valore di 220 Ohm in modo tale da avere una tensione di piena carica a 3.15V , la somma di due celle. Se si utilizza una soluzione serie però vi è la necessità di un BMS ovvero un battery managment system che scolleghi una delle due pile nel caso una fosse carica e l’altra no.
La tensione può andare da un minimo di 6V ad un massimo anche di 24V anche se questa tensione richiede un dissipatore su Q1 maggiore. Se si usano i 12V il valore della resistenza termica del dissipatore deve essere:
R_termica_dissipatore = ((Tjmax-Tamb)/Pd – Rjc – Rcs) = ((150-30)/1.8 – 3 – 1) = 60°C/W
Mentre se si usano i 24V deve essere da 20°C/W. Nel primo caso basta anche un lamierino di alluminio. Nel caso si varino i valori di R1 e R7 bisogna anche cambiare il valore del dissipatore.
Il circuito realizzato su breadboard è il seguente:
DOWNLOAD
Potete scaricare la simulazione del circuito con MULTISIM14 al seguente LINK!!!
bello schema, vorrei fare un carica batterie per pile stilo (ne uso molte) NIMH da 18 pile, e vorrei per ogni pila un led indicante in carica o carica ultimata, se possibile anche far mantenere la carica alle pile con una minima corrente per mantenerla, si può fare? basta forse duplicare questo schema per 16 volte? o una parte di esso? mi potete aiutare? grazie
Ciao,
potresti realizzare n-volte questo schema per ogni batteria, utilizzando la seguente accortezza:
“Lo schema può anche essere usato per una cella sola utilizzando al posto di D4 2 diodi 1N4007 in serie.”
Buongiorno, questo circuito può senz’altro essermi molto utile per le mie esigenze di ricaricare due AAA NiMH, e mi accingevo a realizzarlo ma ci sono alcune cose che, dati i miei limiti in materia, non mi sono chiare e le elenco di seguito per ordine:
1) Leggo che il circuito “può ANCHE essere usato per una cella sola utilizzando al posto di D4 2 diodi 1N4007 in serie” e subito sotto “Se si vogliono caricare due celle…”: ma lo schema proposto è per una o due celle?
2) La foto del circuito su breadboard mi sembra che mostri la versione destinata alla carica di due celle in serie, tuttavia osservandola attentamente mi sorgono alcune domande:
– Il circuito è stato comunque realizzato per due celle in serie senza tuttavia ricorrere all’ipotizzato sistema di scollegamento della eventuale unica batteria carica?
– La resistenza e quello che sembra un led sulla sinistra della breadboard servono solo per spia dell’alimentazione in ingresso?
– Il 2° diodo da sinistra, inn alto, sembra scollegato in uscita: dovrebbe forse essere spostato di una posizione a destra per connettersi in serie con l’altra coppia di diodi in orizzontale?
– La più a destra delle tre resistenze davanti all’interruttore non dovrebbe essere collegata con il positivo dell’alimentazione?
– Il condensatore elettrolitico accanto all’interruttore non è previsto nello schema: a cosa serve, che valore ha, e a cosa è collegato?
Vi sarei molto grato se poteste fornirmi chiarimenti e vi ringraio anticipatamente.
Alla fine mi ha richiesto più tempo per il controllo. Rispondo in sequenza:
1) è sbagliata quella frase, infatti l’ho cancellata. Lo schema di figura è per una cella.
2)….
-si lo schema è per la ricarica di due celle e queste due celle sono senza BSM perchè le ho usate solo per testare il circuito.
-si, è un led di presenza rete
– si quel diodo sembra staccato oppure cè un ponticello con filo sottile molto vicino all’atro diodo. se era staccato stavo per bruciare tutto 🙂
-si è collegata con un ponticello all’atra resistenza e poi sono collegate all’alimentazione, questa volta si vede a metà il ponticello, è coperto dal filo blu
-quel condensatore è collegato semplicemente tra + e – quindi è solo un condensatore di filtraggio, 100uF, 220uF, 470uF o 1000uF sono buoni valori per quel condensatore con tensione di 25V
Avevo mandato una richiesta di chiarimenti sul circuito… vedoNon solo non ho avuto risposta ma vedo che il mio post è stato eliminato. Perché?
Ciao, scusa, non so cosa ha combinato il plugin per i commenti spam, rispondo subito
Vorrei sapere se va bene anche per la ricarica di batterie AAA ni-mh di 1.5V.
Ho provato a ricaricarle con un caricabetterie commerciale, ma si caricano come fossero 1.2V e la duata dimiminuisce.
appena cariche dovrebbero essere 1.4V a vuoto, comunque si, va bene per le ni-mh
scusa , ma perche’ secondo te le pile ni-mh hanno una tensione nominale di 1,5 volts ??
Ciao, ho trovato un caricatore commerciale NiMH. Posso utilizzarlo per alimentare una striscia a LED?
Vorrei caricare un pacco batterie da trapano da 14,4V 1A, posso modificarlo?
Ciao, per cortesia non mi cancellare il messaggio.
Vorrei solo sapere se questo circuito non ha bisogno di isteresi. Quando la pila è stata caricata, se rimane sotto carica e scende di tensione, il circuito comincia a pendolare tra acceso e spento?
Grazie
Ciao Max,
non cancello messaggi, vanno solo approvati se è la prima volta che commenti.
ottima affermazione, se non vi è rumore, il circuit non dovrebbe oscillare
Ciao, grazie per la risposta. Allora integro la domanda: se inserendo la batteria scarica il circuito si attiva automaticamente, è pacifico che il comparatore rileva la differenza di tensione tra ref. e carico. Ora, quando si carica una batteria, la tensione di carica è sempre un po’ più alta del valore nominale della batteria ed è normale che a carica avvenuta tale tensione scenda. Qui credo sorga il problema. Se quel circuito non ha isteresi quando la tensione scende di uno zerovirgola la carica riparte ma siccome la tensione è scesa solo di uno zerovirgola, la carica s’interrompe subito, innescando un ciclo di start and stop perpetuo o fino a quando l’utente non scollega la batteria. Non sarebbe opportuno inserire un po’ di isteresi? Il circuito è buono ma andrebbe completato. Grazie e un saluto.