12.10.2016 V současné elektronice se používají
převážně Li-Ion /
Li-Pol akumulátory.
Postupně se mi jich tu pár nashromáždilo a používám je i v některých svých bastlech. Vyvstala tak potřeba
je něčím nabíjet. K tomu lze použít i laboratorní zdroj s omezením proudu (klasická CC-CV charakteristika),
ale už delší dobu jsem si chtěl postavit nějakou malou přenosnou nabíječku. Čínan sice nabízí
levné modulky,
ale bez nastavení proudu. Jednou z možností je zneužít klasický stabilizátor napětí
LM317, avšak dnes se k tomuto účelu
nabízí obrovské množství specializovaných integrovaných obvodů. Vybral jsem si obvod Torex
XC6802 za 1,7 $ pro své
jednoduché zapojení a vcelku rozumně pájitelné SMD pouzdro SOT23-5, které pro menší proudy postačí. IO má
koncové nabíjecí napětí pevně nastavené na 4,20 V s přesností ±0,7 %. Vstupní napětí musí
být v rozsahu 4,25 - 6 V, což vyhoví pro připojení k USB portu nebo micro USB adaptéru na telefon.
Pomocí odporu mezi pinem Isen a zemí lze nastavit max. nabíjecí proud do 800 mA. Já jsem si
tam dal 3 odpory, z nichž 2 lze připínat pomocí 2-pólového DIP spínače a vybrat tak 1 ze 4 kombinací
(100, 313, 550 a 770 mA). IO má i funkci trickle charge, kdy zcela vybitý článek začne nabíjet menším
proudem (asi 1/10 nastaveného), dokud napětí nestoupne nad 2,9 V. Indikace stavu nabíjení článku je
přes LEDku připojenou na pin CHG#, který má vnitřní proudové omezení na 20 mA.
Plošný spoj jsem si vyrobil doma fotocestou.
Layout vystačí s jednostrannou deskou, ale pro lepší chlazení IO jsem zvolil oboustrannou desku a obě
strany propojil pomocí 3 "prokovů" z tlustého Cu drátu. Při osvitu
fotocitlivé desky s modrou fólii z GM
jsem narazil na problém s nedostatečnou expozicí. Nejprve jsem svítil 125W UV výbojkou asi 1/2 hodiny
ze vzdálenosti 25 cm, ale motiv se nějak nedařilo vyvolat, i když jsem měl NaOH vývojku čerstvě
namíchanou. Zkusil jsem vyměnit 3mm krycí sklo ze scanneru za horní část plastového obalu na CD, sesadit
předlohu a znovu osvítit další 1/2 hodiny. Jelikož ale prve osvícený motiv nebyl na vrstvě fotorezistu
prakticky vidět (u dříve používané fotocitlivé desky byl motiv po osvitu celkem dobře rozeznatelný),
nepovedlo se mi správně sesadit film a vyvolaly se jaksi 2 motivy přes sebe. Na druhý pokus jsem
nechal desku osvicovat přes 3mm sklo asi 3/4 hodiny ze vzdálenosti 14 cm a pak už se konečně
vyvolání podařilo, ale trvalo to pár minut, zatímco dříve stará deska reagovala na vývojku během pár
vteřin. Uživatel Jenys
na ebastlírně popisoval podobnou zkušenost, že jeho desce stačil ze začátku kratší čas a po nějaké
době skladování jej musel skoro 3x prodloužit, jako by fotorezist nějak stárnul. Mě ta deska ležela
v šuplíku možná 2 roky. Prostě je dobré si to u neznámé desky na malém kousku předem vyzkoušet.
Vyleptání 2 destiček v chloridu už proběhlo bez problémů. S osazením SMD
IO a pasiv velikosti 0805 mikropájkou jsem neměl žádný problém. Akorát ten micro USB konektor má malou
rozteč pinů a navíc byly trochu schované pod krycím plechem. Na to se dobře hodil pájecí hrot s tenkou
ostrou špičkou. DIP spínač a 2-pinový konektor jsem osadil také z horní strany. Se spodní stranou jsem
se moc nemazal, leptání by bylo zbytečně zdlouhavé a tak jsem potřebné izolační čáry kolem pinů THD
součástek projel frézkou. Nakonec jsem destičky přestříknul ochranným lakem. Nabíječka funguje podle
očekávání, nastavené proudy sedí docela přesně. Ze začátku nabíjení, když teče největší proud 770 mA,
tak IO docela topí (má samozřejmě tepelnou ochranu), ale prst se na něm chvíli udržet dá. Ohřeje se i
okolní měď, která odvádí teplo do okolí. Na nabíjení baterek z mobilů a pod. to bohatě postačí.
23.4.2017 Abych mohl nabíjet a testovat
různé Li-Ion akumulátory z mobilů a PDAček, zbastlil jsem si jednoduchou univerzální fixturu. Základem
je prkénko a pár profilů vyřezaných z plexiskla ze starého LCD monitoru. Jako kontakty slouží 2 páry
pružných pogo pinů
připájených na oboustranná pájecí očka. Ty se zafixují pomocí vrutů do měkkého dřeva na míru daného
akumulátoru.
Repase akupacku do vrtačky Black & Decker
11.7.2017 Už asi 6 let spokojeně používám
akuvrtačku/šroubovák Black & Decker EPC14,
zejména při budování na chatě dost intenzivně. Akorát mě v poslední době začala zlobit výdrž akumulátoru.
Podle měření na tom ještě není s kapacitou tak špatně - 868 mAh,
ale už není schopen dodat dostatečný proud a trpí rychlým samovybíjením (po týdnu od nabití je už nepoužitelný).
Když jsem si na Heuréce vyhledal náhradní nový akupack A14E,
tak mi docela spadla čelist, nejlevnější jsem našel za 1437,80 Kč, tedy dražší než celá vrtačka.
Akupack obsahuje 12 standardních NiCd článků 23 x 34 mm, které by se
daly sehnat na eBay kolem 600 Kč. Pak mě ale napadlo zaměřit se na modelářské Li-Pol akumulátory,
které bývají dimenzované na docela extrémní proudy a vzhledem k rostoucí popularitě RC modelů je jich
všude plno. Nakonec jsem podle max. rozměrů vybral 4-článkový Li-Pol akumulátor
ZOP Power 14,8 V / 1800 mAh 65C 4S XT60 Plug
z eBay za 427 Kč. Reálná změřená kapacita je 1598 mAh
(o 11,2% nižší) a energie 24,59 Wh, takže to není vyloženě šméčko. Výhody Li-Pol jsou jasné: mnohem
větší energetická hustota (na váhu i objem), téměř žádné samovybíjení a paměťový efekt. Naopak životnost
lze očekávat asi nižší než 6 let. Další nevýhoda je nutnost použít speciální nabíječku s napěťovým balancérem,
která zabrání přebíjení jednotlivých článků v sériovém zapojení. Také je nutno hlídat, aby se články hluboce
nevybíjely cca pod 3 V, protože stejně jako přebíjení přes 4,2 V je to dost ničí. Při manipulaci
je třeba dát pozor na to, že akumulátor nemá žádnou integrovanou ochranu proti zkratu a dá tak velký zkratový
proud (možná by i nastartoval menší auto :), že může snadno přepálit vnitřní páskové propojky mezi články.
Akuvrtačkou točí teda pořádně. Už mám objednanou univerzální nabíječku s balancérem, viz článek níže.
28.5.2022 Po 5 letech mi v akupacku odešel
1 článek. Baterie se normálně nabila, na prázdno dávala 16,4 V, ale akuvrtačku neroztočila, neboť
napětí ihned spadlo skoro na 0. Měřením na jednotlivých článcích jsem zjistil, že 3. článek má velký
vnitřní odpor, takže se při zatížení baterie přepóluje. Zkusil jsem ho samostatně vybít a nabít, ale
nepodařilo se (i při nejnižším nabíjecím proudu 0,1 A napětí hned vyskočilo a nabíječka hlásila nabito.
Baterku jsem rozkuchal, poškozený článek odpojil a dal místo něj propojku. Nechám ji tak dožít, na točení
vrtačkou to pořád stačí.
12.7.2023 V baterce odešel další článek a
kapánek se nafoukla. Sloužila tedy celkem 6 let, což není špatné. Jelikož se cena po letech
zvýšila na 556 Kč, zkusil jsem
najít nějakou levnější alternativu na AliExpressu a vybral Hobby Hub 14,8 V / 1500 mAh 40C 4S XT60 Plug
za 418 Kč. Baterku jsem změřil a reálná kapacita je o 19,4%
nižší.
Univerzální nabíječka akumulátorů iMAX B6
17.7.2017 Už kdysi dávno jsem si chtěl postavit
vlastní nabíječku řízenou MCUčkem, ale nebyl čas. Kamarád Michal, který též používá Li-Polky v různém
bateriovém nářadí, mi doporučil osvědčenou nabíječku iMAX B6,
kterou jsem koupil na eBay za 390 Kč. Umožňuje nabíjet akumulátory typu Li-Ion / Li-Pol / Li-Fe až
o 6 článcích, dále NiCd / NiMH až o 15 článcích a Pb až o 8 článcích. Nechybí funkce balancéru napětí pro
Lithiové baterie (nutno připojit odbočky z jednotlivých článků na druhý vícepinový konektor k tomu určený -
typu JST XHP-x)
a možnost nastavení nabíjecího proudu a limitní kapacity. Umožňuje též vybíjení baterií na definovanou úroveň.
Vstupní napětí 10 - 20 V DC si nabíječka upravuje vnitřním spínaným měničem podle potřeby. Lze ji
jednoduše napájet adaptérem k notebooku, z PC zdroje nebo z autobaterie. Ovládání je snadné pomocí 4 tlačítek
a 2-řádkového LCD. Různé stavy jsou indikovány opticky i akusticky (lze vypnout).
Podobné zapojení a design
nabíječky iMAX B6 využívá celá řada klonů. Původní verze byla postavená na MCU Atmel
ATmega32, novější verze pak využívá
Nuvoton ARM Cortex-M0
M0517LBN, který je patrně custom verzí M0516.
V mé nabíječce je MCU s vybroušeným značením, ale podle počtu pinů (44) odpovídá ATmeze (M0517LBN má 48 pinů)
s krystalem 12 MHz. Více informací o nabíječce najdete zde
a zde.
Za zmínku stojí, že pro ní vznikl alternativní opensource firmware,
který umožňuje individuální kalibraci, ale zas nepodporuje všechny původní funkce. Dá se snadno naprogramovat
přes LPT a
AVRDude nebo v případě
MCU Nuvoton
pomocí OpenOCD a
ST-LINKu či jeho levných
klonů. Zatím se ale do přeflashování
pouštět nebudu, nabíječka zdá se funguje dobře. Nabíjení 4-článkového Li-Pol packu ukončila (měřeno DMM) při
16,83 V a napětí na jednotlivých článcích byla: 4,21 V, 4,21 V, 4,20 V a 4,21 V.
Dále bych zmínil, že některé varianty nabíječek iMAX B6 je možné připojit k
PC a např. pomocí programu LogView
sledovat průběh nabíjení a grafy. K připojení se využívá konektor pro externí teploměr, jehož zapojení
je zde. TX výstup UARTu
má TTL úrovně, takže budete potřebovat nějaký převodník na RS232 nebo USB. Data chodí rychlostí 9600 baudů
proprietárním binárním protokolem.
V menu USER SET PROGRAM->|USB/Temp select je potřeba nejprve zapnout USB. Bohužel když jsem
to zkusil, tak mi ven žádná data nechodila (na výstupu TX nebylo žádné napětí). Po chvilce hledání jsem zjistil,
že u klonů iMAX B6 má tento problém
více uživatelů.
Otevřel jsem tedy znovu svoji nabíječku a propípal to multimetrem. Zjistil jsem, že TX pin konektoru vede
přes 2kΩ odpor na MCU pin 21 (PC2/TCK) a pin 10 (TX/PD1) MCUčka vede na D1 pin LCD, takže není divu...
23.7.2017 Dnes jsem měl na chatě s nabíječkou
zajímavou příhodu. Chtěl jsem nabít akupack, tak jsem ji připojil na autobaterku, kterou si dobíjím ze
solárního panelu a po pár vteřinách v nabíječce něco hlasitě bouchlo s mírným dýmovým a smradovým efektem.
Ještě překvapivější bylo, že displej zůstal normálně svítit, jako by se nic nestalo. Nabíječku jsem rychle
odpojil a následně rozebral. Zjistil jsem, že bouchnul elyt pod LCD panelem (viz foto vpravo dole), který
jsem podle zbytků seškvařené obalové fólie identifikoval jako 100 µF / 16 V.
Multimetrem jsem změřil, že tento kondenzátor na sobě vidí plné napájecí napětí (až 20 V), takže je
evidentně napěťově poddimenzovaný. Proč ale bouchnul už při nějakých 13,5 V z autobaterky, to opravdu
netuším, možná byl od výroby poškozený. Nabíječka nabíjela dál i bez tohoto elytu a zdá se být plně funkční.
Každopádně doporučuji preventivní výměnu alespoň za 25V elyt.
11.10.2017 Dále jsem zkoušel nabíječkou nabíjet
NiMH baterii složenou z 5 článků AAA proudem 0,2 A (i 0,3 A) a zjistil jsem, že nefunguje ukončení
nabíjení podle delta peaku. Napětí dosáhlo maxima 7,54 V a dále klesalo na 7,44 V (tj. pokles
20 mV na článek), přičemž už byly články na dotek pěkně teplé, takže jsem radši nabíjení přerušil.
I když jsem na nabíječce nastavil nejvyšší citlivost delta peaku 5 mV na článek, tak se to nevyplo.
Naštěstí lze ještě nastavit omezení na dobu nabíjení a prošlý náboj. Tak by mě zajímala zkušenost dalších
uživatelů, jestli na jejich verzích iMAX B6 detekce delta peaku funguje správně.
Pokus o oživení vybité autobaterie
12.3.2019 Přes zimu autem moc nejezdím a tak
se mi stalo, že když jsem za lepšího počasí zašel auto projet, tak startér ani neškytnul a chudák baterka
měla napětí pouhých 9,5 V. Ve vybitém stavu je v akumulátoru nízká koncentrace kyseliny sírové a hrozí
jeho zamrznutí (naštěstí letos moc mrazů nebylo) a také dochází k sulfataci.
Na téma sulfatace a desulfatace bylo napsáno mnoho příspěvků
a vyrobeno mnoho různých více či méně úspěšných elektronických desulfátorů. V podstatě se lze setkat se 3
různými postupy: nabíjení krátkými či
delšími
proudovými pulsy, vybíjení krátkými proudovými pulsy
(str. 24) a pomalé nabíjení malým proudem za stavu plynování článků.
Jelikož mám autobaterku BOSCH Silver Plus S5
teprve 4,5 roku, rozhodl jsem se ji pokusit oživit. První nabíjecí-vybíjecí cyklus jsem provedl menším SS
proudem kolem 2 A, avšak stavu plynování článků bylo dosaženo předčasně, už asi po 20 Ah. Nechtěl
jsem zbytečně vyvařit elektrolyt a tak jsem baterku odpojil a provedl měření vybíjecí charakteristiky
pomocí dataloggeru. Celkem nepřekvapivě jsem se dostal na pouhých 19,41 Ah, protože to jeden z článků
zabalil moc brzo a nechtěl jsem ho dál trápit. Dále jsem zkoušel baterku nabíjet pulsně podle jednoduchého
zapojení výše
z 12VAC trafa. Střední hodnota proudu byla kolem 1,6 A a něco přes 8 A špičkově. Nabíjení trvalo
déle, ale mnoho náboje baterka nepobrala, když začla plynovat. Druhý cyklus dopadl jen chlup lépe:
19,86 Ah.
|
|
|
provrtaná baterka |
proud při pulsním nabíjení |
měření vnitřního odporu, Rl=0,2 Ω |
Pak jsem dal na radu kolegy a úžasně bezúdržbovou baterku shora provrtal,
abych mohl dolít postižené články destilovanou vodou (během nabíjení jsem jim ještě přidal trochu
koncentrované H2SO4). Zejména krajní
článek naproti motoru vykazoval úbytek elektrolytu, byť ještě vršky desek nekoukaly nad hladinu. Také jsem
si půjčil hustoměr, abych mohl sledovat hustotu, resp. koncentraci kyseliny v průběhu nabíjení, viz tabulka.
Nejprve jsem nabíjel menším SS proudem kolem 2 A, po dosažení plynování článků jsem proud stáhnul na
0,5 A a nechal dál nabíjet, dokud se za víkend baterkou neprotlačilo asi 70 Ah. Baterka si pěkně
bublala, ale díky otvorům mám přehled, že nebudou desky na suchu.
Hustota elektrolytu článků (číslováno od + k -) během nabíjení a po vybití
[g/cm3]:
čl./Q: |
25Ah |
40Ah |
60Ah |
0Ah |
#1 |
1,11* |
1,20 |
1,22 |
1,07 |
#2 |
1,19 |
1,24 |
1,26 |
1,09 |
#3 |
1,21 |
1,24 |
1,26 |
1,10 |
#4 |
1,20 |
1,24 |
1,26 |
1,10 |
#5 |
1,20 |
1,25 |
1,25 |
1,10 |
#6 |
1,10* |
1,20 |
1,23 |
1,07 |
date: |
8.3. |
9.3. |
10.3. |
11.3. |
* dolito konc. H2SO4
na 1,15 g/cm3
Třetí cyklus konečně přinesl výrazné zvýšení kapacity
na 49,90 Ah, tj. 82% jmenovité hodnoty. Nakonec jsem ještě změřil vnitřní odpor při pulsní zátěži
0,2 Ω, kdy napětí baterie pokleslo o 0,41 V při proudovém zatížení 62 A, z toho vychází
vnitřní odpor 6,6 mΩ. Vyvrtané otvory jsem shora přelepil černou lepicí páskou 3M. Startování
je zatím bez problémů jako dříve, tak snad baterka ještě pár let vydrží. Na obrázku níže je oscilogram
poklesu napětí baterky při startu. Na další zimu jsem dal do auta za okno malý solární panel, který přes
cigareťák baterku jemně dokrmoval, takže k hlubokému vybití už znovu nedošlo.
30.6.2023 autobaterka definitivně chcípla
a už nebyla schopná nastartovat. Vzhledem ke stáří 9 let jsem ji už dál neoživoval a zajel koupit
novou Vartu Blue Dynamic D59 60 Ah.