Pil ve Akü Şarj Teknikleri
 | Akım sınırlayıcı dirençle nikel kadminyum, nikel metal hidrit, kursun asit ve kuru jel akülerin şarjı |
Başlıkta adı geçen piller ve aküler, akım sınırlayıcı dirençle tam şarj edilebilir. Akım sınırlayıcı direnç şarj anında pil ve akünün akım kapasitesine ve kullanılan besleme voltajına göre artan derecede ısınır. Kullanılacak direncin ohm cinsinden değeri ve kaç watt olduğunu bulmanıza yarayan bir program yazdım. Program aynı zamanda size şarj edeceğiniz pil veya aküye göre kaç volt ve kaç watt besleme kullanacağınıza dair bilgi de sağlar. Bu değerleri kullanarak gereksinimleri karşılayacak trafo seçiminizi kolaylıkla yapabilirsiniz. Program standart şarj değeri olan 1/10 pil akım kapasitesi ile 12 saat şarj ve 1/5 pil akım kapasitesi ile 6 saat hızlı şarj metotları için hesap yapmaktadır. Adaptörünüz için programın hesapladığı watt değeri devreye lazım olan gücün iki katıdır. Bu sadece bir tavsiyedir. Siz isterseniz daha güçlü bir adaptör de kullanabilirsiniz.
Dikkat edilmesi gereken nokta direnç şarj edilen pil yada akünün kapasitesine bağlı olarak değişik ısı değerlerine ulaşır. Eğer çok aşırı ısındığını düşünüyorsanız metal kaplı soğutucuya bağlanabilir tipte direnç kullanıp alüminyum bir soğutucuya bağlayınız. Hesap programını alttaki linkden bilgisayarınıza kaydedip kullanabilirsiniz. Burada dikkat edilmesi gereken standart şarj kullanılıyorsa 12 saat sonra, hızlı şarj kullanılıyorsa 6 saat sonra akım kesilmelidir. Siz bunu süre sonunda elle veya yazının ilerleyen bölümlerinde anlatılacak mikro denetleyici kontrollü bir devre ile otomatik yapabilirsiniz.
Akım sınırlayıcı direnç hesabı programı
Lm317 entegresi ile sabit akım kullanarak şarj:
Yukarıda anlatılan pil ve akü ler için yine aynı metot dahilinde sabit akımı düzenlemek için lm317 entegresini kullanabilirsiniz. Eğer lm317 kullanırsanız çok daha stabil bir sabit akım elde etmiş olursunuz. Nikel pil ve kursun asit akü şarjlarında çoğunlukla piyasadaki şarj cihazlarında sadece akım sınırlayıcı direnç bulunuyor. Lm317 ve benzeri entegreler ile yapılan sabit akım devreleri pek bulunmuyor. Bunun üretim maliyetiyle ilgili olduğunu düşünüyorum.
Ben her iki tip sabit akım devreleriyle de şarj cihazı yaptım ve kullanıyorum. Açıkçası pek fark göremedim. Tabiki bu pillerin kaç defa şarj edildiğini not almadığımla ilgili olabilir.
LM317’nin 1 amper olanını kullanırsanız 1/10 akım 12 saatlik standart şarj için 10 ampere kadar 1/5 akim 6 saat lik hızlı şarj için 5 ampere kadar kapasitesi olan yukarıda anlatılan pil ve aküleri şarj edebilirsiniz. Devredeki direnç yine ısınacağı için yukarıda anlatılan tedbirleri alınız. Alttaki linkte LM317 kullanılarak yapılan sabit akım devresinin direnç hesabıyla ilgili bir program var. Programda direncin ohm değerini hesaplatabilirsiniz. Şarj esnasında LM317 de ısınır bunun için alüminyum bir soğutucuya bağlayınız.
Yine dikkat edilmesi gereken standart şarj kullanılıyorsa 12 saat sonra, hızlı şarj kullanılıyorsa 6 saat sonra akım kesilmelidir.
LM317 Sabit Akım Hesabı programı
LM358 opamp kullanarak yapılan ayarlı sabit akım devresi:
Yukarıda anlatılan pil ve aküler için yine aynı metot dahilinde sabit akımı elde etmek için LM358 opamp ile yapılan sabit akım devresini kullanabilirsiniz. Bu sabit akım devresini LM317’li ve dirençli akım sınırlaması sağlayan devrelerden ayıran özelliği; bir ayarlı dirençle istenilen sabit akımın ayarlanabilmesidir. Bu size çok değişik kapasitelerdeki pil veya aküleri tek bir devre ile şarj imkân sağlar. Diğer devrelerde sabit akım değerini değiştirmek için yüksek watt’lı direnci her seferinde değiştirmeniz gerekir. LM358’li bu devre nin akım ayarını yapabilmek için isterseniz devre nin + cikisi ile şase çıkışı arasına ampermetre bağlayın, yada ayarlı direncin orta ayağı ile şase arasındaki voltajı ölçüp akım = volt / direnç formülünü kullanabilirsiniz. Akım amper ,gerilim volt, direnç ohm cinsinden olmalıdır. Direnç olarak devrede 1 ohm 5 watt (taş) direnç kullanılmıştır. Alttaki hareketli resimde LM358 opamp’la yapılmış sabit akım devresinin çalışma şeklini görebilirsiniz.
Mikro denetleyici kontrollü başlat butonlu zaman kontrol devresi:
Yukarıda anlatılan sabit akım devreleriyle şarj ederken, şarj zamanının kontrol edilmesi gerektiğinden bahsetmiştim. Zaman kontrol devresini en basit, en az malzeme ve en ucuz maliyet ile yapmanın yolu mikro denetleyici kullanmaktır. Bu iş için kullanacağımız 12f675 mikro denetleyici 2 lira civarında ve dahili osilatoru olduğu için kristal ve 22pf kondansatörleri bağlamadan çok sade ve kolay bir devre yapabilirsiniz. Eğer mikro denetleyicilerle uğraşmıyorsanız bile bu tip devreleri yapmak için bir programlayıcı bulundurun bence. Seri porttan çalışanlar 15 lira civarında bulunabiliyor.
Bu devreyi yukarıda anlatılan sabit akım devrelerinden her hangi birine uygulayabilirsiniz. Devreye ilk elektrik verildiğinde sabit akim veren devreyi röle yardımıyla keser. Siz ilk önce şarj metoduna göre zaman devresi üzerindeki hızlı veya standart şarj zaman ayarını yapan kısmı ayarlayınız. Ayar şöyledir: Eğer şarj metot pinleri açık devre ise 12 saat sonra, şarj metot pinleri kısa devre ise 6 saat sonra şarjı keser. Daha sonra başlat butonuna 1 saniye basılı tutun devre çalışmaya baslar ve belirlediğiniz sure sonunda pil veya akünuze uygulanan sabit akımı keser. Yeniden şarjı başlatmak için devrenin elektriğini kapatıp açın. Açma kapatma anahtarı kondansatörden sonra olmalıdır. Bunun sebebi: Siz adaptörünüzün kapatma düğmesini kapatsanız bile kondansatördeki elektrik bitene kadar mikro denetleyici çalışmaya devam eder buda kısa sureli açma ve kapatmalarda yeniden başlama hatasına neden olur. Devrede ayrıca şarjın başladığını belirten bir LED ve bittiğini belirten LED çıkışı ve ayrıca şarj bittiğinde uyarı vermesi için 5 volt buzzer çıkışı vardır. Eğer sesten rahatsız olursanız buzzeri bağlamayın yada bir anahtar ile kapatılır hale getirin. Şeması , pcb dosyası, program hex dosyası ve proton basic’de yazılmış program dosyası alttaki linklerdedir.
Başlat butonlu PCB
Başlat Butonlu HEX
Başlat Butonlu BAS
Mikro denetleyici kontrollu otomatik zaman kontrol devresi
Yukarıda anlatılan devrenin otomatik çalışan şekli. Bu devreyi sabit akımı akım sınırlayıcı direnç ile oluşturuyorsanız kullanın. Akım sınırlayıcı direnci yukarıdaki program ile hesaplamasını yaptıktan sonra devre üzerine bağlayınız. Devreye elektrik verildikten sonra pil veya akü bağlantısını yapınız. Devre pil veya akü bağlantısını algıladıktan sonra 2 saniye bekler ve daha sonra tekrar kontrol eder. Şarj metot pini acik devre ise 12 saat sonra, şarj metot pini kısa devre ise 6 saat sonra pil veya akü ye uygulanan akımı keser. Ayrıca şarj başladı LED’i ,sarj bitti LED’i ve şarj bitince uyarı sesi çıkarması için 5 volt buzzer çıkışı vardır. Yeni bir şarj başlatmak için yukarıda anlatılan şekilde devrenin elektriğini kapatıp tekrar açın. Şeması , pcb dosyasi, program hex dosyası ve proton basic’de yazılmış program dosyası alttaki linklerdedir
Otomatik PCB
Otomatik Program HEX
Otomatik Program BAS
Pil veya pil grubunu tam şarj edip sürekli tam şarjlı olarak kullanıma hazır bekletmek:
Nikel kadmiyum ve nikel metal hidrit piller şarj edildikten sonra kullanılacağı zamana kadar tam şarjlı olarak hazır bekletilebilir. Bunun için pil akım kapasitesinin 1/100 oranında akım bir tam şarj dan sonra sürekli uygulanır. Alttaki devrede şarj akımı ve 1/100 bekletme akımı girişleri vardır buradaki sabit akımları sağlamak için akım sınırlayıcı direnç ile yapılmış sabit akım metodunu kullanabilirsiniz. 1/100 direnç hesabi yazıdaki direnç hesap programı ile hesaplattığınız şarj direnci / 10 dur. Devreye elektrik bağlantısını yaptıktan sonra pil bağlantısını yapın devrede şarj başladı, bekletme şarjı uygulanıyor LED çıkışları vardır. Yeni şarj başlatmak pili devreden ayırın ve devrenin elektriğini kapatın daha sonra devreye elektrik bağlayıp yeni pil bağlayın. Devre açma kapama anahtarı yine kondansatörden sonra olmalıdır
Pil hazırda bekletme PCB
Pil hazırda bekletme HEX
Pil hazırda bekletme BAS
Kesintisiz güç kaynaklarında kullanılan metotla 12 volt aküyü tam şarj edip sürekli kullanıma hazır bekletmek:
Kesintisiz güç kaynaklarında kurşun asit veya kuru jel akülere ilk önce akü voltajı 13.8 volt olana kadar akünün akım kapasitesinin 1/10 oranında sabit akım uygulanıyor. Akü voltaj değeri 13.8 olunca aküye sürekli 13.8 sabit voltaj uygulanıyor bu devrenin sabit akım girişi için akim sınırlayıcı direnç yada LM317 ile yapılan akım sınırlayıcıları kullanabilirsiniz. Sabit voltaj devresi olarak alttaki yine LM317 ile yapılmış devreyi kullanabilirsiniz. Voltaj ayarını devredeki ayarlı dirençle yapınız. Devre PIC 12f675 mikro denetleyici ile yapılmıştır. Devreyi aküye bağlayıp elektriğini açınız. İlk başladığında aküye sabit akim uygular ve akü voltaj değeri 13.8 volt olana kadar bekleyip daha sonra sabit akımı kapatıp 13.8 sabit voltaj uygular.
Akü hazırda bekletme PCB
Akü hazırda bekletme Program HEX
Akü hazırda bekletme Program BAS
Lityum ion ve lityum polimer serisi pillerin standart şarj metodu:
Lityum ion ve lityum polimer piller son derece tehlikeli piller. Bu yüzden yazının bu bölümünde sadece benim denediğim ve güvenli bir şekilde, sorun yasamadığım metodu yazıyorum. Bu tip seri piller 3 voltun altında ise bozuk kabul edilip şarj edilmiyor. Eğer değilse bir hücre için akım kapasitesi değerinde sabit akımla şarja başlanıp 4.2 volta ulaşması bekleniyor.
4.2 volt olunca 3 saat süreyle 4.2 volt sabit voltajda bekletilip sonra pil devreden ayırılıyor.
Şarj devresinde ısı kontrol ve aşırı akım koruma, aşırı voltaj koruma kesinlikle şart. Patlama riski yüksek olan bu piller yapısında son derece tehlikeli kimyasal maddeler bulunduruyor.
Pil şarj esnasında sabit akım ve sabit voltaj değerinin en fazla artı eksi yüzde bir oranında değişiklik göstermesi gerekiyor. Bu nedenle akım sınırlayıcı direnç yöntemi bu devrede kullanılmıyor. LM358 opamp veya LM317 entegresiyle yapılmış sabit akım ve sabit voltaj devrelerini kullanınız. Sabit akımdan sabit voltaja geçiş suresi 10 milisaniye tavsiye ediliyor.
Anlatılan metotla ilgili devre şeması yayınlamamamın sebebi yeterli bilgi olmadan devre yapıldığında yukarıdaki tehlikeli durumlarla karşılaşanabilineceği riski
Tarık KONCA
