CHARGEUR D`ACCUS UNIVERSEL Code 0130 136

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CHARGEUR D’ACCUS
UNIVERSEL
Code 0130 136
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Note de l’éditeur
Cette notice est une publication de la société Conrad, 59800 Lille/France.
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que soit le type (p.ex. photocopies, microfilms ou saisie dans des
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sans avis préalable.
© Copyright 2001 par Conrad. Imprimé en CEE.
XXX/03-01/SY
CHARGEUR D’ACCUS UNIVERSEL
Code 0130 136
REMARQUES SUR L’ENVIRONNEMENT D’UTILISATION DANS LE
CADRE DES DIRECTIVES EUROPEENNES
Les normes relatives à ce produit portent les valeurs limite à
l’utilisation dans les domaines domestique, commercial et industriel,
ainsi que les petites entreprises, l’utilisation de cet appareil est donc
prévue pour ces environnements d’utilisation. Par exemple, les lieux
d’utilisation typiques suivants :
les bâtiments et résidences, comme les maisons, chambres…
les surfaces commerciales, comme les magasins,
supermarchés…
les administrations et offices, les banques…
les lieux de loisirs, cinémas, auberges, clubs de danse…
en plein air, comme dans les stations service, parkings,
terrains de sport ou de jeux…
les petites entreprises, comme dans les ateliers, laboratoires,
services…
Tous les lieux d’utilisation sont caractérisés par le fait qu’ils sont reliés
à l’alimentation générale en basse tension. Lors de l’utilisation dans
un environnement fort en champs électromagnétiques, comme
l’industrie, certains problèmes peuvent apparaître sur ce produit pas
assez résistant aux perturbations
Un chargeur d’accus spécial permet indépendamment de leur état de
charge la charge rapide d’économie des accus NICD et NiMH sans
surcharge. Ceci empêche une possibilité de décharge de la mémoire.
REMARQUES GENERALES
A côté des anciens accus conservés, les piles NiMH non polluantes,
sans cadmium polluant, sont de plus en plus utilisées. Les piles
2
19
les entailles du boîtier concordent avec les symboles sur les
composants.
Les bobines de mémoire L1 sont fixées après la soudure avec les
relieurs de câble.
Ensuite, soudez le refroidisseur sur la platine avec suffisamment
d’étain.
Nous en arrivons au montage des deux transistors T3 et T4 sur le
refroidisseur. Comme les transistors ne sont en général pas utilisés en
même temps, le montage se fait avec une vis M3 x 10 mm et son
écrou sur le même refroidisseur. Pendant que le talon de suspension
du transistor T3 se trouve directement sur le refroidisseur, montez T4
isolé avec un disque micacé et un raccord fileté isolé.
Installez ensuite les deux LED, la touche TA1 et le commutateur 4
positions.
Avant la soudure du commutateur 2 x 6 positions, séparez les cosses
à braser avec une pince coupante.
La plaque de circuit imprimé du chargeur est construite de telle façon
que le montage est possible dans un boîtier plastique universel de
dimensions 131x69x46mm. Pour le montage du boîtier, prolongez les
pattes de connexion des diodes avec les découpes de fil d’argent, si
bien qu’une distance de 35mm entre la sortie des pattes de connexion
des LED et la surface de la platine se forme. Deux douilles de liaison
d’une longueur de 30 mm servent à la prolongation des raccords de
touche.
Si le commutateur 4 positions S2 doit aussi être accessible, placez
alors celui-ci directement à la place adaptée sur le boîtier avec deux
vis M2,5 x 5 mm. Procédez alors au câblage selon le schéma 4 avec 4
circuits isolés à 4 branches.
Pour réduire la radiation perturbatrice liée au circuit, passez 4 fois les
circuits de connexion menant à l’accu par la tore magnétique selon le
schéma 6. La distance de la tore magnétique aux cosses de soudure
de liaison de la platine doit être de 5 à 10 cm environ.
hybrides en nickel métal montrent pour la même taille une capacité de
charge plus importante, mais sont contrairement aux piles NC
inadaptées pour les utilisations nécessitant un puissant courant,
comme par exemple dans les outils électriques ou en modélisme.
C’est pourquoi ces accus sont particulièrement sensibles à la
surcharge.
Le but principal d’un système d’accus moderne est l’optimisation de la
durée de vie des accus ainsi que la meilleure utilisation possible.
Sous ces conditions optimales, plus de 1000 cycles de charge/
décharge d’accus modernes NC et NiMH sont possibles, alors que les
« charges économiques » ne peuvent charger de manière drastique la
durée de vie en moins de 100 cycles, et une mauvaise manipulation,
en particulier pour les accus NiMH, peut atteindre la surcharge en
même pas 10 cycles.
De ce fait, la création d’un système de charge le plus parfait possible
est particulièrement important et s’amortit dans des délais très courts.
De plus, un avantage important d’un système de charge moderne est
la disponibilité rapide d’un accu déchargé, c’est à dire la charge
rapide. La charge de 14 heures d’un accu avec C/ 10 est depuis
longtemps plus de la technique.
Lors de la conception d’un chargeur, il faut aussi penser que de plus
en plus d’appareils avec des packs d’accus, c’est à dire des piles
uniques réglées en série, sont utilisés. Les packs d’accus, composés
de 2 à 12 piles, sont en tant qu’unité complète rechargeable ; si bien
que la tension de charge du chargeur est à adapter à chaque nombre
de piles présentes.
Pour réduire les pertes de puissance lors de hauts courants de
charge, l’utilisation des chargeurs modernes avec régleur est utiles.
De plus, une large étendue de tension d’alimentation prolonge les
possibilités d’utilisation d’un chargeur.
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
Chargeur d’accus universel
-
18
Surveillance intelligente de l’accu grâce à une détection de la
tension sans courant avec résolution de 6,5 mV.
3
-
Reconnaissance de fin de charge par la mesure de gradient
de tension et surveillance de ÄU.
Surveillance automatique de court circuits et charge à vide
Possibilité de décharge avec réglage automatique sur charge
lors de la tension de fin de décharge atteinte
Rendement important et peu de pertes de puissance par le
régulateur PWM
Commande automatique :
activation de l’accu, charge
rapide, charge de transition, charge de maintien
Tension de charge et d’utilisation
9 V – 26 V
Courant de charge
réglable 500 mA, 1 A, 2 A, 3 A
Nombre de piles
1 à 12 piles réglées en série
Interrupteur à coulisse pour plaquette à circuits imprimés
1 refroidisseur,
Disque micacé pour TO220
1 raccord fileté isolé
1 tête de vis cylindrique, M3 x 10mm
1 écrou, M3
2 relieurs de câble, 90mm
4 plots de soudure avec cosse à braser
1 tore magnétique, Ø 21,2mm
2m de cordon de liaison, 2 x 0,4mm
6 cm de fil d’argent
S2
SK104
CONSTRUCTION
CONCEPT DE CHARGE
Toutes les exigences installées auparavant sont réalisables de façon
optimale avec un contrôleur de charge d’accus spécial de TEMIC.
Cette puce contient tous les groupes actifs nécessaires pour la
conception d’un chargeur intelligent et est adaptée pour la charge
rapide des accus NC et NiMH.
Le réglage sous la référence U2402B exclut une surcharge
destructrice de l’accu ou du pack d’accus, si bien qu’il est possible
d’atteindre jusqu’à 3000 cycles de charge avec un lot d’accus.
La structure interne, utilisable de la puce est de forme synoptique
modulaire, cf. schéma 1.
Schéma 1 : structure interne du contrôleur de charge d’accus
U2402B
Phase control : contrôle de la phase
Trigger output : sortie trigger
Power supply : alimentation
Power – on control : contrôle de fonctionnement
Status output : sortie status
Run control : contrôle de déroulement
10-bit A/D converter : convertisseur 10 bit A/N
Control unit : unité de control
4
Pour l’exécution pratique de ce chargeur innovateur, on dispose d’une
plaque imprimée 1 face aux dimensions 124 x 62 mm qui accueille
tous les composants, interrupteurs et refroidisseurs compris.
Tout d’abord, soudez 8 ponts selon le plan des composants.
Coupez les pattes de connexion de résistances, à l’exception des
deux résistances shunt R4 et R29, à environ 1 mm derrière la sortie
du boîtier et passez par les trous correspondants de la plaquette de
circuit imprimé.
Après avoir découpé les extrémités des fils qui débordent, équipez les
diodes de la même manière en respectant le montage (polarité).
Ensuite, pressez fermement les 4 plots de soudure à cosses en liaison
à la tension d’alimentation et à l’accu dans les trous correspondants
de la platine et fixez avec suffisamment d’étain à souder.
Puis, soudez les condensateurs céramique et à couche.
Il faut absolument respecter la polarité sur les condensateurs
électrolytiques. De plus, les condensateurs sont symbolisés par la
connexion moins.
Installez les 8 transistors de petits signaux. Avant la soudure, passez
les pattes de connexion aussi loin que possible dans les trous de la
platine.
Soudez R29 est à une distance minimum de 5mm sur la surface de la
platine.
S’ensuivent les deux boucles de montage intégrées à installer, et dont
17
100kΩ
330kΩ
680kΩ
560kΩ
R2, R6, R7, R23, R25, R28
R43
R44, R45
R22
Temperature control sensor T max. : capteur de contrôle de
température T max.
Status control : contrôle status
Scan path : piste
Batt. detection : détection accu
Vbatt monitor : moniteur V accu
Charge break output : sortie rupture de charge
Condensateurs
10pF/céramique
1nF
4,7nF
100nF/céramique
220nF
1µF/100V
4,7µF/63V
10µF/25V
10µF/40V
220µF/40V
C14, C15, C17, C18
C10
C11
C1, C2, C3, C16, C19
C12
C8
C6, C7
C5
C4
C9
Semi- conducteurs
LM358
U2405B-C
BC548C
BD249C
BD646
BC558
1N4148
1N5400
SB360
LED verte, 3mm
LED rouge, 3mm
IC1
IC2
T1, T2, T5, T6, T8-T10
T3
T4
T7
D2, D3, D7-D10
D11
D6
D4
D5
Autres
Commutateur rotatif Lorlin, 2 x 6 positions
Bobine à tore magnétique, 150µH
16
S1
L1
A côté d’un convertisseur 10 Bit AN (5 bit gros/ 5 bit fins) avec une
résolution de 6,5 mV, une source de tension de référence de 6,5 V
ainsi qu’une commande complète, un modulateur d’impulsion de
commande est aussi intégré à une alimentation de courant de charge
synchronisée.
La reconnaissance de fin de charge s’effectue par U2402B par
mesure de gradient de tension, où plusieurs critères pour la fin du
processus de charge sont appelés.
Observons le processus typique de tension de charge sur une pile NC
ou NiMH. Tout d’abord, la tension de l’accu augmente en continu lors
5
de la charge (voir schéma 2). Quand la charge maximale est atteinte,
l’accu ne peut plus accepter l’énergie amenée, si bien qu’une
formation de gaz acide se forme à l’électrode positive. A l’intérieur de
l’accu apparaît une surpression importante et la température de l’accu
augmente fortement. Avec cette température en hausse, la tension de
l’accu descend à nouveau (surcharge).
Schéma 2 : processus typique de tension de charge sur un accu
NC ou NiMH.
Spannung/ V : tension V
Ladestrom = 1C : courant de charge = 1C
Zellentemperatur : température de l’accu
Zellenspannung : tension de l’accu
Ladezeit/ Min. : temps de charge en min.
réglée, la sortie du comparateur conduit au niveau High et active la
baisse du courant installée avec T3, R 11 et D7 à D10.
Pour le temps où un niveau High se trouve à la sortie, T1 reste bloqué
par le transistor T2 travaillant comme commutateur. En même temps,
T10 commande la LED rouge (D5) si bien que celle-ci s’allume
toujours.
Sur D2 et R12, le contrôleur de charge est maintenu pour la durée de
la décharge en mode reset.
Pour maintenir dans les limites la perte de puissance sur T3 avec des
packs d’accus de plus de 8 piles réglées en série, la réduction du
courant de charge de 700 mA à environ 500 mA se fait avec T9 avec
9 et 10 piles. Une autre réduction du courant de charge de 350 mA
environ se fait avec le transistor T8 avec 11 et 12 piles réglées en
série.
Liste des pièces du chargeur universel
Résistances :
Comme critère principal de fin de processus de charge rapide, le point
de rebroussement de l’augmentation est déjà évalué sur le U2402B.
Dès que la vitesse d’augmentation de la tension de l’accu n’augmente
plus à la fin du processus de charge, la charge rapide est terminée et
l’accu est chargé par la charge de transition à 100% de sa capacité
mémorisable.
Si la deuxième déviation d’augmentation (+d2V/ dt2) sur un accu n’est
pas estimable, la fin du processus de charge rapide se termine alors
vers le rapport – ÄU-, c’est à dire quand la tension d’accus a
0,1Ω/2W
R29
3,3Ω/2W
R11
10Ω
R1
470Ω
R5
820Ω
R13
1kΩ
R10, R19, R21, R24, R42
2,7kΩ
R14, R35
3,3kΩ
R34, R48
3,9kΩ
R49, R50
4,7kΩ
R12, R33, R40
5,6kΩ
R15
6,8kΩ
R32
10kΩ R3, R4, R8, R9, R16, R20, R37-R39, R41, R46, R47, R51, R52
15kΩ
R31
18kΩ
R17
22kΩ
R36
33kΩ
R26, R27
47kΩ
R18
6
15
pas la fréquence synchronisée du commutateur avant.
C’est pourquoi, il y a possibilité avec le U2402B de surveiller la
température de l’accu par la Pin 8 liable au capteur de température
NTC. Mais comme le contact thermique de la plupart des accus est
difficile à fabriquer, cette possibilité n’est pas utilisée par notre
chargeur.
Les deux diodes D4 et D5 servent à l’affichage du status. Dans le
tableau 2, on peut voir les fonctions appartenant à chaque affichage.
Tableau 2 : écran status du chargeur
justement dépassé le maximum.
Comme fonctions de protection supplémentaires, le U2402B dispose
d’un timer de sécurité, ainsi qu’une surveillance contre les courtscircuits et les charges à vide.
La palpation de la tension de l’accu se fait hors tension. Les
résistances de transition sur les bornes d’accus, ou sur les circuits de
connexion, ou les chutes de tension à l’intérieur de l’accu,
n’influencent pas le résultat de mesure.
La tension de l’accu amenée dans l’appareil à la Pin 10 doit se situer
entre 0,1 V et 4V.
Le schéma 3 montre le déroulement de la charge, prise à partir d’un
courant de charge de 1C, c’est à dire que l’accu correspond à un
courant chargé à sa capacité nominale.
Déjà en une heure, l’accu relié à ce courant de charge atteint la plus
grande partie de sa capacité nominale.
Schéma 3 : processus de tension de charge sur Pin 10 de
U2402B, prise à partir d’un courant de charge de 1C.
Après l’explication détaillée de chaque fonction de charge, regardons
à présent la branche de décharge située en bas du schéma des
connexions.
Après le réglage de la tension d’utilisation, T1 est aussitôt commandé
par la résistance R8 et l’entrée non inversée du renfort d’opération IC
1 A est tiré vers le potentiel masse. Une tension de référence entre
0,49 V et 5,36 V réglable avec S 1 A, dépendante du nombre de piles
est conduite par l’entrée inversée de OP (Pin 2). La sortie de OP (Pin
1) conduit au niveau Low, et le transistor T3 est bloqué.
Dès que la touche TA 1 est actionnée, le transistor T1 se bloque. IC 1
travaille désormais comme comparateur et compare sur le répartiteur
de tension R6/ R7 la tension de l’accu avec la tension de référence
réglable, dépendante du nombre de piles sur Pin2. Aussi longtemps
que la tension de l’accu se situe au-dessus de la tension de référence
14
Spannung (Pin 10) : tension (Pin 10)
7
Start (Akku angeschlossen) : départ (accu relié)
Spannungsüberprüfung : vérification de la tension
Aktiv : actif
Kurzschlussüberwachung (Upin10< 0,1V = Kurzschluss) : surveillance
court-circuit (Upin10< 0,1V = court-circuit)
Akku Formierung : formation accu
Spannungsgradiatenmessung : mesure de gradient de tension
Schnellladung : charge rapide
Nominale Taktfrequenz = 800Hz : fréquence synchronisée nominale =
800 Hz
Übergangsladung : charge de transition
Erhaltungsladung : charge de maintien
L’oscillateur de puce interne de U2402B accessible sur Pin 13, qui
définit aussi la fréquence de mesure, le temps de charge rapide
maximale, le taux de répétitivité et la longueur de l’impulsion de
courant aussi bien lors de la charge de transition que lors de la charge
de maintien, doit être réglé lors du courant de charge 1C à l’aide d’un
élément R externe sur 800 Hz nominal. Ainsi, tous les temps du
système de la fréquence de l’oscillateur sont définis. Selon le tableau
1, la fréquence de l’oscillateur est à choisir directement en proportion
du courant de charge.
augmentation triple, la tension proportionnelle au courant atteint le
répartiteur de tension intégré, commutable avec R 20 et R 47 à R 50.
La tension à la poignée du répartiteur de tension ou à la Pin 6 de IC 2
est comparée avec une tension de référence interne à la puce de 160
mV. Sur un commutateur courant/ tension, qui du reste est aussi utile
pour commander une règle linéaire, est commandé un modulateur
d’impulsions en largeur(PWM) réalisé avec T5 à T7 et avec un réglage
interne ainsi que des composants internes à la puce.
La sortie PWM est à disposition sur Pin 1 de l’appareil et commande
le régulateur intégré synchronisé secondaire avec T4, D6 et L1
(commutateur step/ down).
Le transistor de puissance T4 est réglé périodiquement. Dans la
phase où le T4 est relié avec l’accu, le courant passe sur le
transducteur L1 et la résistance shunt R29. Si le transistor T4 est
désormais bloqué, la bobine mémoire contient le passage du courant,
puisque dans cette phase d’utilisation, la diode D6 est conductrice.
La durée de passage de courant du modulateur à impulsions de
largeur, avec lequel le transistor T4 est commandé, dépend du
courant de charge réglé et de la tension d’entrée du module du
chargeur.
L
LED rouge (D5)
Clignote
LED verte (D4
éteinte
Allumée
éteinte
mode décharge allumé
Eteinte
clignote
Eteinte
allumée
mode charge rapide
activé
charge de transition,
charge de maintien
Tableau 1
Courant de charge fréquence de l’oscillateur
0,5 C
400 Hz
1C
800 Hz
2C
1600 Hz
3C
2400 Hz
a
fonction
aucun accu relié, courtcircuit/ fin des piles
Comme mentionné précédemment, l’étendue de mesure d’entrée de
la puce (Pin 10) se situe entre 0,1 V et 4 V. Alors que jusque 2 piles
réglées en série sont joignables directement sur une pré-résistance ou
un passe bas pour atténuer les perturbations, un répartiteur de tension
fréquence synchronisée du régleur s’élève à environ 23 kHz et
dépend en première ligne des dimensions de la résistance R 36 et du
condensateur C10. La fréquence d’oscillateur de U2402B n’influence
8
13
Observons tout d’abord la branche de charge située en haut du
schéma.
La tension instable de charge et d’alimentation doit se situer entre 9 V
et 26 V et est reliée avec le pôle plus à ST 1 et le pôle moins à ST 2.
L’alimentation de la puce de charge (IC 2) se fait vers la résistance R
1, où le condensateur électrolytique C 9 sert de tampon.
L’accu ou le pack d’accus à charger est à relier avec le pôle plus à ST
3 et le pôle moins à ST 4.
Observons la mesure de la tension de l’accu. L’entrée de mesure du
convertisseur de la puce interne 10 bit AN est accessible à l’extérieur
sur la Pin 10. Sans accu relié, l’entrée de mesure du convertisseur AN
intégré se situe sur une résistance (R2, R31- R35) vers le potentiel de
masse (méthode reset Pull-down), où le contrôleur est remis à zéro.
Dès qu’un accu est relié, la tension de l’accu sur l’entrée de mesure
du U2402B se trouve sur le passe bas intégré avec R 3 et C 6 pour
atténuer les perturbations.
Avec des packs d’accus de plus de 2 piles réglées en série, R 3
travaille en liaison avec les résistances R 2, R 31 à R 35 comme
répartiteur de tension, où l’adaptation à chaque nombre de piles est
possible grâce au commutateur 6 compartiments S1B.
Chaque niveau d’interrupteur recouvre 2 nombres de piles, si bien que
12 piles réglées en série au maximum sont rechargeables. La tension
d’entrée du commutateur AD se situe ensuite toujours dans un
domaine optimal. Le courant de charge passant actuellement est
mesuré sur la résistance R 29 dans la branche plus. Sur le renfort
d’opération IC 1 B travaillant comme renfort de différence avec une
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correspondant avec un pack d’accus plus grand est à prérégler.
Au sujet du schéma 3 : sans accu relié, une tension de plus de 0,1V
(méthode Pull-down) ou de moins de 5V (méthode Pull-up) est
nécessaire pour remettre le contrôleur sur l’entrée de mesure.
La tension menée par la méthode Pull-up sur une pré-résistance est
limitée par une diode Z interne à la puce à 7V.
Après avoir relié l’accu ou le pack d’accus, la tension de mesure sur la
Pin 10 baisse ou augmente (selon la méthode de reset) vers la valeur
de la tension de l’accu ou une valeur de tension proportionnelle au
pack d’accus. Dès que la valeur de mesure se situe dans les limites
permises, le processus de charge rapide démarre automatiquement.
Comme les tensions < 0,1 V et > 5 V entraînent la remise à zéro, une
surveillance contre les courts-circuits et les charges à vide est réalisée
en même temps sur le U2402B.
Au début du processus de charge rapide apparaît également un retour
d’augmentation à l’intérieur de la courbe de charge. Pour les 5
premières minutes de charge rapide, la deuxième déviation
d’augmentation est alors désactivée. Pendant ce temps, l’évaluation
s’effectue selon la méthode de la différence de tension négative
(rapport - ÄU-) pour reconnaître de manière sûre un accu déjà chargé
pendant ces 5 premières minutes.
5 minutes après le début de charge, pendant chaque phase de
mesure, c’est à dire lors de la fréquence synchronisée nominale en
20,48 secondes, la deuxième déviation de l’augmentation prend
distance. Dès que le point de rebroussement de l’augmentation est
détecté (la vitesse de tension de la tension de l’accu baisse), ceci
symbolise un accu presque totalement chargé. Le U2402B commute à
présent pour environ 20 minutes vers la charge de transition (schéma
4).
A chaque période de 20,48 secondes (lors de fréquence d’oscillateur
nominale), la charge ne s’effectue alors que pour 5,12 secondes
chacune, correspondant à 0,25°C.
Schéma 4 : comportement de pause et d’impulsion du courant de
charge lors de la charge rapide, de transition et de maintien.
Ladepause : pause de charge
9
(stromlose Spannungsfassung) : (tension sans courant)
Schnellladung : charge rapide
Ladezeit : temps de charge
Ladepause : pause de charge
Sek : sec.
Übergangsladung : charge de transition
du cinquième au dixième jusqu’à la tension de fin de décharge.
Schéma 5 : schéma des connexions du chargeur universel avec
le U2402B
Stromregler : régulateur de courant
Ladestrom : courant de charge
Zellenzahl : nombre de piles
Lade- controller : contrôleur de charge
Referenzspannung : tension de référence
Komparator : comparateur
Entladen : décharge
Stromsenke : baisse du courant
Akku : accu
Impuls Erhaltungsladung mit I/ 256 Stromimpulse : impulsion de
charge de maintien avec I/ 256 impulsions de courant
Après la fin de la phase « charge Top-Off », la charge de maintien est
prise avec I/256 impulsions de courant.
REGLAGE
Le schéma total des connexions du chargeur d’accus universel est
représenté sur le schéma 5. La branche de charge, située en haut du
schéma, basée sur une application téléradio, permet la charge
d’accus rapide avec des courants de charge jusque 3 A.
Le réglage de décharge situé en bas du schéma sert à la pré
décharge d’un accu relié. Pour empêcher l’effet de mémoire, il est
pertinent de décharger les accus avant chaque processus de charge
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