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Carica Batterie ultrarapido termocontrollato

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Introduzione
Nel processo di ricarica delle batterie occorre stabilire il metodo di terminazione della ricarica. Esistono diverse tecniche, ciascuna con vantaggi e svantaggi. Questo circuito si basa sulla ricarica a corrente costante con controllo della temperatura. Funziona con batterie NICD e NIMH. Questo circuito funziona sul principio che la maggior parte delle batterie manifesta un incremento della temperatura quando le celle giungono in prossimitÓ della carica completa.

 

Temperature
La temperatura ambiente e la temperatura delle batterie sono misurate da due NTC (Negative Temperature Coefficient) identici. Sono dispositivi che diminuiscono la loro resistenza all'aumentare della temperatura. Il sensore della temperatura ambiente Ŕ posto in basso a destra del PCB, in una posizione tale da non lasciarsi influenzare dall'eventuale calore prodotto dagli altri componenti. Il sensore delle batterie Ŕ stato incollato al centro del porta batterie, in modo da essere il pi¨ vicino possibile alle celle da ricaricare. Il circuito provvede ala misura della differenza delle due temperature e su questa base determina se Ŕ necessario o meno disattivare il generatore di corrente costante. 

 

Funzionamento
Per iniziare il ciclo di carica Ŕ sufficiente premere il pulsante di start. Il LED rosso si accende e contestualmente si ha l'attivazione del generatore di corrente. Quando le batterie raggiungono lo stato di piena carica, il differenziale di temperatura con l'ambiente, provoca l'accensione del LED verde e viene disattivato il generatore di corrente.

 

Taratura
Tramite il trimmer Ŕ possibile fissare qual'Ŕ la differenza di temperatura tra le batterie e l'ambiente tale da interrompere la ricarica. Una differenza troppo piccola provoca l'interruzione prematura della ricarica con la conseguenza che non tutta la capacitÓ di immagazzinare energia Ŕ sfruttata a pieno. Per contro se si lascia aumentare troppo la temperatura delle batterie si ottiene il loro surriscaldamento che, alla lunga, porta ad una riduzione della loro vita intesa come numero massimo di cicli di ricarica ottenibili. I limiti sulla massima corrente di carica e sulla massima temperatura di funzionamento delle batterie dovrebbe essere indicata dal costruttore.

 

Utilizzo
Inserite le batterie ricaricabili nel porta batterie. Per iniziare la ricarica, le celle devono avere una temperatura inferiore a quella dell'ambiente. Fare attenzione che il sensore di temperatura delle batterie sia in prossimitÓ delle celle. 

Il sensore di temperatura ambiente non deve essere influenzato da nessuna sorgente di calore.

Premere il pulsante di start. Si accende il LED rosso per segnalare l'inizio del processo di ricarica. Nota: se le batterie sono calde perchŔ state utilizzate in un dispositivo ad alto assorbimento, oppure sono state rimosse da un luogo caldo, allora il circuito non inizia la ricarica. Occorre lasciare raffreddare le celle ricaricate sino alla temperatura ambiente.

Quando la temperatura delle celle supera la temperatura ambiente per il margine impostato, si accende il LED verde per segnalare la fine della ricarica.

 

Montaggio in scatola

Il layout del circuito per la terminazione della carica Ŕ pensato per essere montato "a castello", sopra al generatore di corrente costante. Quattro viti a colonna permettono l'unione dei due circuiti e il loro fissaggio al pannello superiore della scatola. I circuiti sono accoppiati da due collegamenti bifilari: uno per prelevare la tensione di alimentazione a 5V, un secondo per l'abilitazione della corrente di carica. Come contenitore del circuito ho utilizzato una scatola stagna per impianti elettrici esterni. Occorre in questo caso praticare dei fori per garantire una corretta ventilazione interna. 

 

Sopra il coperchio della scatola Ŕ possibile montare il porta batterie. Al centro di questo spunta la capocchia della sonda NTC, fissata nella parte sottostante con della colla a caldo. Il sensore dovrÓ stare il pi¨ vicino possibile al corpo delle batterie. In basso destra si nota uscire leggermente dalla scatola, il sensore di temperatura ambiente. Anche i LED e il tasto di start sporgono leggermente dalla superficie del coperchio. Si vedono poi i 4 dadi che terminano le viti a colonna per fissaggio della struttura a sandwich costituita da regolatore di corrente, circuito terminazione carica, coperchio scatola. 

 

Per eseguire una corretta foratura del coperchio consiglio di aprire, col programma EAGLE,  il file *.brd contenuto nell'archivio. Dal men¨ View > Display/Hide Layers... selezionate solo i livelli Dimension, tPlace, tOrigins. Fate una stampa in scala 1:1 su foglio lucido o trasparenza. Ritagliate la stampa e applicatela sul coperchio della scatola con del nastro adesivo. In questo modo identificate in modo preciso i punti in corrispondenza dei quali eseguire i fori di montaggio.

 

Attenzione all' Overcharging
La ricarica delle batterie con questo circuito Ŕ molto molto rapida. Non lasciate mai incustodito il circuito per pi¨ di 1 ora. L'overcharging ovvero la carica delle celle oltre il loro limite massimo pu˛ causare il surriscaldamento delle celle con la conseguente formazione di gas in pressione al loro interno.

 

Miglioramenti possibili
Un metodo di terminazione migliore Ŕ costituito dalla misura dell'incremento di temperatura ad intervalli costanti di tempo. Per fare questo Ŕ richiesto un circuito pi¨ complesso, ad esempio utilizzando un microcontrolllore provvisto di ADC.

 

Link
Sui siti dei principali produttori di batterie trovate preziose informazioni sulla tecnologia di costruzione e sui metodi di interruzione della ricarica comunemente utilizzati.

Panasonic http://www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_NiMH_ChargeMethods.pdf
Duracell http://www.duracell.com/OEM/Pdf/others/TECHBULL.pdf
Energizer http://data.energizer.com/PDFs/nickelmetalhydride_appman.pdf

 


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