Описание этого устройства было опубликовано в журнале "Радио" № 3 за 2014 г. на с. 21-24. Оно предназначено для зарядки одиночных аккумуляторных элементов с номинальным напряжением до 2 В. Позволяет менять режим зарядки в широких пределах, подбирая оптимальный для конкретного аккумулятора. За прошедшее время автор, не внося в прибор аппаратных изменений, разработал несколько версий программы его микроконтроллера. Последнюю из них (v. 9) он предлагает читателям.
Прибор хранит в EEPROM микроконтроллера восемь различных профилей зарядки аккумуляторов. Эти профили можно корректировать из меню настроек. В рабочем меню доступны три состояния прибора: "Стоп", "Разрядка" и "Зарядка", которые переключают по кругу нажатиями на кнопку SB1. Состояние "Зарядка" имеет четыре ступени, отличающиеся значениями зарядного тока, которые устанавливают в меню настроек для каждой ступени каждого профиля и запоминают в EEPROM микроконтроллера. Прибор завершает зарядку в следующих ситуациях:
- аккумулятор получил всё количество электричества (заряд), предусмотренное профилем;
- температура аккумулятора превысила установленный порог;
- температура аккумулятора за четыре минуты возросла на 2 °C;
- напряжение аккумулятора превысило установленный порог;
- напряжение аккумулятора перестало расти, а затем понизилось;
- была нажата кнопка SB1.
Если питание прибора включают при отпущенных кнопках, он начинает работать в состоянии "Стоп" рабочего меню. В нём нажатиями на кнопку SB2 выбирают из восьми возможных (номера от 0 до 7) профиль, подходящий для подлежащего зарядке аккумулятора. Пример изображения на ЖКИ в режиме "Стоп" показан на рис. 1.
Рис. 1. Изображения на ЖКИ в режиме "Стоп"
В верхней строке:
7 - номер профиля;
1,13 - напряжение на аккумуляторе без нагрузки, В;
U - признак включённого контроля завершения зарядки по достижении заданного напряжения (по умолчанию 1,52 В, изменить его можно только редактированием файла Asm_Ak.eep и загрузкой его в EEPROM).
В нижней строке:
38С - текущая температура аккумулятора, оС;
Us03 - название профиля (максимум четыре символа);
1000 - количество электричества, поступившее на аккумулятор, при котором зарядка будет прекращена (его можно изменить в меню настроек), мА·ч.
Если ни один профиль не подходит, можно, войдя в меню настроек, отредактировать должным образом любой из имеющихся.
Нажатием на кнопку SB1 переходят из состояния "Стоп" в состояние "Разрядка". На ЖКИ будет выведена информация, подобная показанной на рис. 2.
Рис. 2. Изображения на ЖКИ в режиме "Разрядка"
В верхней строке:
7 - номер профиля;
↓ - признак идущей разрядки;
0,83 - текущее напряжение на аккумуляторе, измеренное при выключенном токе разрядки, В;
327 - текущее значение тока разрядки, мА;
157- количество электричества, отданное аккумулятором за время, прошедшее с начала разрядки, мА·ч.
Нижняя строка:
38С - текущая температура аккумулятора, оС;
00:32 - время, прошедшее с начала разрядки, ЧЧ:ММ;
0,5 - приращение температуры аккумулятора за последние четыре минуты, оС;
1000 - предполагаемое исходное количество электричества в аккумуляторе, мА·ч.
В приборе предусмотрены три фиксированных значения разрядного тока. В процессе разрядки они сменяются по очереди от большего к меньшему. Фактическое число используемых значений (одно, два или три) устанавливают в меню настроек отдельно для каждого профиля. Переключение разрядного тока происходит, когда напряжение аккумулятора упало до заданного в меню настроек отдельно для каждого профиля значения (0,8...1,1 В). По достижении этого значения при минимальном токе разрядка прекращается, после чего выдерживается пауза для вычисления отданного аккумулятором количества электричества. После этого прибор переходит в состояние "Зарядка". Разрядку можно пропустить, нажав на кнопку SB1.
В состоянии "Зарядка" экран ЖКИ выглядит, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Изображения на ЖКИ в режиме "Зарядка"
В верхней строке:
7 - номер профиля;
1 - номер ступени зарядки;
↑ - признак идущей зарядки;
0,83 - текущее напряжение аккумулятора (при выключенном токе зарядки), В;
327 - вычисленное текущее значение тока зарядки, мА;
998 - текущее значение поступившего на аккумулятор количества электричества, мА·ч.
В нижней строке:
38С - текущая температура аккумулятора, оС;
14:32 - время, прошедшее с начала зарядки, ЧЧ:ММ;
1,5 - приращение температуры аккумулятора за последние четыре минуты, оС;
0,01 - приращение напряжения на аккумуляторе за последние четыре минуты, В.
При приращении температуры на 2оС и более или при отрицательном приращении напряжения зарядка прекращается. Если её прекращение произошло по одной из этих причин, на ЖКИ будет выведена соответствующая надпись (dU или dtC). О завершении разрядки, зарядки или аварийной ситуации прибор подаёт звуковой сигнал.
В рассматриваемом устройстве использован импульсный способ зарядки аккумулятора в двух вариантах - с коротким импульсом разрядки и без него. Зарядный импульс длится около 1 с, после чего программа закрывает зарядные ключи, выдерживает паузу 10 мс и измеряет напряжение на аккумуляторе. После этого прибор подаёт короткий (длительностью 5 мс) импульс разрядного тока (если он разрешён), а затем снова включает зарядный ток. Наличие или отсутствие импульса разрядки задают в каждом профиле.
Предусмотрены четыре ступени зарядки, для каждой из которых можно задать ток от 50 до 750 мА с шагом 50 мА. Первая ступень - тренировочно-разгонная. Ток каждую минуту возрастает на 50 мА, начиная со значения, указанного для первой ступени, и заканчивая значением, указанным для второй ступени. Поэтому первая ступень может длиться до 15 мин.
Вторая ступень - основная. Током, заданным для неё в профиле, аккумулятору сообщают 87 % указанного там количества электричества. Третья ступень заданным для неё током доводит заряженность аккумулятора до 93 %. Окончательная дозарядка происходит на четвёртой ступени, для которой обычно задают наименьший зарядный ток.
Если зарядка в четыре ступени не требуется, можно просто продублировать значения тока для нескольких ступеней. Меняя в профиле значения тока и сообщаемого количества электричества, удаётся настроить прибор в пределах его возможностей на работу с аккумулятором любой ёмкости. Сведения о восьми профилях разрядки-зарядки аккумуляторов микроконтроллер хранит в своей энергонезависимой памяти (EEPROM), содержимое которой не искажается при выключении и повторном включении питания.
По завершении зарядки прибор переходит в режим ожидания с индикацией последнего значения тока зарядки, сообщённого аккумулятору количества электричества и израсходованного на разрядку-зарядку времени. Если в этом состоянии прибора извлечь из него аккумулятор, то вместо тока зарядки на ЖКИ будет выведено количество электричества, отданного аккумулятором во время разрядки, предшествовавшей зарядке. При выключении питания эта информация не сохраняется. Подсчитывая время, израсходованное на разрядку и зарядку аккумулятора, прибор не учитывает паузы для остывания аккумулятора в случае его перегрева и при переходах к следующим ступеням зарядки.
Прибор предназначен, прежде всего, для экспериментов с аккумуляторами, восстановления ёмкости старых аккумуляторов и лишь в последнюю очередь для регулярной зарядки, для которой есть много других зарядных устройств. Он не имеет защиты от неправильно заданных параметров и ошибочных действий оператора. Возможность установить индивидуальный для данного аккумулятора режим зарядки может продлить срок его службы, однако этот срок может и сократиться при неправильно выбранном режиме. Поэтому, приступая к экспериментам, рекомендую внимательно изучить справочные данные и документацию производителя на конкретный аккумулятор.
Прибор реагирует одним коротким звуковым сигналом на нажатую кнопку, оповещает двумя такими сигналами о завершении разрядки аккумулятора, двумя и следом тремя сигналами - об остановке зарядки после превышения температуры, тремя сигналами - о сохранении в EEPROM изменений в профиле. Пять звуковых сигналов информируют, что зарядка завершена в связи с передачей аккумулятору заданного количества электричества либо с прекращением роста и понижением напряжения аккумулятора, либо с ростом температуры более чем на 2 °C за четыре последние минуты.
Меню контроля. Для входа в него прибор нужно включить при нажатой кнопке SB1. Это меню позволяет контролировать напряжение на аккумуляторе в процессе разрядки различным током. По результатам контроля можно оценить внутреннее сопротивление аккумулятора и выяснить его способность работать под нужной нагрузкой. В отличие от состояния "Разрядка", в меню контроля измерение напряжения аккумулятора происходит под нагрузкой, а не в её отсутствие. Пример информации, отображаемой на ЖКИ, показан на рис. 4.
Рис. 4. Изображения на ЖКИ по результатам контроля
Верхняя строка:
1 - номер значения тока разрядки (0-3);
0,83 - напряжение на аккумуляторе, В;
127- разрядный ток, мА;
** - индикаторы включённых резисторов разрядки.
Нижняя строка:
38С - температура аккумулятора, оС.
Нажатиями на кнопку SB1 четыре возможных значения разрядного тока (в том числе нулевое) переключают в сторону увеличения, а на кнопку SB2 - в сторону уменьшения. Внутреннее сопротивление аккумулятора прибор не вычисляет, это следует делать самостоятельно исходя из измеренных значений напряжения и тока. Выходят из меню контроля только выключением прибора.
Меню настроек. Для входа в него прибор нужно включить при нажатой кнопке SB2. На ЖКИ отобразится информация, аналогичная показанной на рис. 5.
Рис. 5. Изображения на ЖКИ после входа в меню настроек
Верхняя строка:
1800 - имя текущего профиля;
1 - импульс разрядки разрешён;
1,0 - предельное напряжение разрядки, В;
** - состояние двух резисторов разрядки (* - резистор включён, пробел - выключен);
3400 - количество электричества, по достижении которого будет завершена зарядка, мА·ч.
Нижняя строка:
1 - код первой ступени тока зарядки (50 мА);
F - код второй ступени тока зарядки (50x15=750 мА);
6 - код третьей ступени тока зарядки (50x6=300 мА);
2 - код четвёртой ступени тока зарядки (50x2=100 мА);
35С - температура остановки разрядки или перехода на следующую ступень зарядки, оС;
1,52 - напряжение остановки зарядки, В;
+ - остановка зарядки по превышению напряжения разрешена (пробел - запрещена);
N - не разрешено сохранение изменений в EEPROM при нажатии на кнопку SB1 (Y - разрешено);
Y - разрешено сохранение изменений в EEPROM при нажатии на кнопку SB2 (N - не разрешено).
Нажатиями на кнопку SB1 перебирают параметры в профилях. Значение выбранного для изменения параметра (в том числе и номера профиля) мигает. Нажатиями на кнопку SB2 изменяют значение этого параметра в заданных в программе пределах. Выходят из меню настроек выключением питания прибора.
Файл Asm_Ak.eep и его использование. Этот файл содержит образ содержимого EEPROM по умолчанию, которым программа микроконтроллера пользуется, пока в EEPROM не будут внесены изменения с помощью меню настройки. Однако в меню не предусмотрено изменение некоторых параметров, корректировать которые можно лишь прямым редактированием указанного файла с последующей загрузкой его в EEPROM.
Прежде всего, это имена восьми профилей, область которых в EEPROM начинается с нулевого адреса, а каждое занимает четыре байтовых ячейки. По адресу $A0 указано предельное напряжение завершения зарядки, по адресу $A1 - напряжение, ниже которого не действует алгоритм прекращения зарядки по отрицательному приращению напряжения, по адресу $A2 - приращение температуры аккумулятора за четыре минуты, превышение которой прекращает зарядку. По адресу $A3 - наибольший номер профиля. Напряжения указывают целыми числами в десятках милливольт, а приращение температуры - в целых градусах Цельсия.
Новая версия программы микроконтроллера прибора находится здесь.
Автор: С. Каминский, г. Киев, Украина