Um carregador DIY que torna as baterias NiMH fáceis de usar

Íon de lítio A capacidade das baterias de fornecer muita energia a partir de um pacote pequeno tornou-as a escolha certa para fabricantes e fabricantes. Não é incomum encontrar hoje, digamos, placas de microcontroladores com carregadores de íons de lítio integrados. O íon de lítio é tão fashionableNa verdade, é fácil esquecer que existem outras tecnologias de bateria, mesmo quando são mais adequadas.

Essas alternativas valiosas incluem baterias recarregáveis ​​removíveis hidreto metálico de níquel baterias. Embora as células NiMH não possam ser recarregadas tantas vezes quanto as células de íons de lítio e não ofereçam o mesmo densidade de potênciaeles são mais baratos e também mais seguros. Não há necessidade de enviá-los em caixas estampadas com etiquetas de aviso de incêndio. O fato de as células NiMH fornecerem tensões mais baixas do que as de lítio tornou-se um problema menor, à medida que as demandas de tensão das circuitos integrados caíram, com chips de 3,3 volts e 1,8 V substituindo rapidamente o onipresente padrão de 5 V do passado.

Como tornar o NiMH mais fácil de gerenciar

Um punhado de peças impressas em 3D (parte inferior), um servo e uma tela (meio) e uma única placa de circuito impresso (parte superior) são tudo o que é necessário para o carregador Spinc. James Reitor

Mas também é verdade que recarregar baterias removíveis pode ser uma dor: você precisa carregá-las em um carregador, que normalmente não comporta mais do que quatro baterias por vez, e ter o cuidado de colocá-las no lugar certo. Caso contrário, você não terá carga, na melhor das hipóteses, e causará danos irreversíveis à célula e, na pior das hipóteses, superaquecimento.

Para aliviar esse problema, criei o Spinc, um faça você mesmo dispositivo que carrega até sete baterias NiMH AA por vez e descobre automaticamente a polaridade de cada célula antes de carregá-la; quando terminar, ele coloca as baterias em um depósito. Você pode verificar o standing do carregamento por meio de um show que funciona como um relógio.

No meu trabalho diário, trabalho com veículos industriais como EE numa empresa alemã de médio porte. Mas vim para este projeto devido a um interesse pessoal em baixo consumo de energia eletrônicos e depois de uma tentativa infrutífera de colher os últimos restos de energia de algumas baterias não recarregáveis. Essa falha – em poucas palavras, meu projeto precisava de uma bateria intermediária que precisava ser recarregada, o que anulava todo o propósito do projeto – me fez pensar em células recarregáveis.

A parte mais difícil da criação do Spinc foi um desafio auto-imposto. Eu queria que o carregador fosse compacto e intuitivo de usar. Isso significou gastar muito tempo aperfeiçoando o mecanismo que tira a bateria da parte superior do carregador, coloca-a e segura-a entre dois eletrodos durante o carregamento e, em seguida, retira a bateria pela parte inferior antes de reinicializá-la e pegar a próxima célula. Depois de muitas iterações cuidadosas, eu tinha um conjunto de sete arquivos de impressora 3D para criar as peças que se montam para formar a caixa e o mecanismo do Spinc. Para isso, basta adicionar o show, servo motor e uma placa de circuito impresso com todos os componentes restantes, além de um sensor de proximidade infravermelho que detecta quando uma bateria foi inserida e está pronta para ser colocada entre os eletrodos de carga.

Para permitir que a bateria seja carregada independentemente da forma como ela é colocada no carregador, usei um clássico Circuito ponte Hque normalmente é usado para deixar DC motores funciona em qualquer direção, com algumas modificações que permitem trabalhar em baixas tensões.

Decidi usar um circuito integrado dedicado para gerenciar o carregamento actual, com termistores para tomar cuidado com o superaquecimento. Embora eu pudesse ter usado um microcontrolador e escrito meu próprio software program para monitorar a bateria, as células NiMH têm uma curva de carga muito plana e é fácil ultrapassar o ciclo de carga. Usar um IC me salvou de muitos testes e também me deu a capacidade de usar um modo de carregamento rápido.

No entanto, isso não me salvou de algumas tentativas e erros. O primeiro IC do carregador que usei period atraentemente compacto, medindo 2 por 2 milímetros. No entanto, quando tentei carregar uma bateria AA, descobri que o fabricante presumia que o usuário last carregaria de duas a quatro baterias por vez, todas conectadas em série. Carregar apenas uma bateria significava que o regulador de tensão linear do IC tinha que dissipar mais calor do que o pretendido e queimou rapidamente o chip. Acabei encontrando um um pouco maior (5,15 por 4,4 mm) CI do carregador que usa um regulador de modo comutado e poderia lidar com o trabalho. Descobrir que o IC demorou um pouco, pois a popularidade do baterias de lítio reduziu a disponibilidade de componentes de suporte para NiMH.

A curva de carga do NiMH segue uma curva lenta, com a voltagem da bateria apresentando uma queda de apenas 2 milivolts quando totalmente carregada, o que é facilmente ultrapassado e pode causar danos às células.James Reitor

O IC do carregador está conectado a um RP2040 microcontrolador, que informa o standing da bateria em um LCD mostrar. O RP2040 também é responsável por monitorar o sensor de proximidade e acionar o servo que controla o mecanismo de alimentação interno, além de responder aos botões de controle do Spinc, que permitem acertar o relógio e começar a carregar as baterias. Todo o dispositivo é alimentado por uma tomada USB-C.

A maioria dos componentes eletrônicos é montada na superfície de uma placa de circuito impresso que possui um grande recorte central para permitir a passagem das baterias. Eu projetei o PCB em KiCad e mandou fabricá-lo por JLCPCB. Para facilitar a fabricação correta das placas, não tentei especificar ângulos de 90 graus para os cantos do recorte central. Em vez disso, optei por cantos arredondados, que são mais fáceis de seguir pelas ferramentas de corte.

O resultado é um carregador de mesa tão conveniente de usar quanto possível. Um conjunto completo de esquemas de PCB, lista de materiais, Impressora 3D arquivos, e firmware os arquivos estão disponíveis no página do projeto no GitHub. Espero que ajude a garantir que sempre que você precisar de uma bateria NiMH recém-carregada, haja uma à mão!