작은 패키지에서 많은 전력을 전달하는 리튬 이온 배터리의 능력으로 인해 제조업체와 제조업체 모두가 선호하게 되었습니다. 이제 예를 들어 마이크로 컨트롤러 보드를 찾는 것은 드문 일이 아닙니다. 통합 리튬 이온 충전기. 리튬 이온은 너무 인기가 많아사실 다른 배터리 기술이 더 적합하더라도 존재한다는 사실을 잊어버리기 쉽습니다.
이러한 가치 있는 대안에는 탈착식 충전식이 포함됩니다. 니켈-금속 수소화물 배터리. NiMH 셀은 리튬 이온 셀만큼 여러 번 재충전할 수 없고 동일한 전력 밀도를 제공하지 않지만 더 저렴하고 안전합니다. 다음과 같은 문구가 새겨진 상자에 넣어 배송할 필요가 없습니다. 화재 경고 라벨. NiMH 셀이 리튬보다 낮은 전압을 제공한다는 사실은 집적 회로의 전압 요구가 감소함에 따라 문제가 덜해졌으며, 3.3V 및 1.8V 칩이 과거 유비쿼터스 5V 표준을 빠르게 대체하고 있습니다.
NiMH를 더욱 쉽게 관리하는 방법
소수의 3D 프린팅 부품 [bottom]서보 및 스크린 [middle] 단일 인쇄 회로 기판 [top] Spinc 충전기에 필요한 모든 것입니다. 제임스 프로보스트
그러나 이동식 배터리를 충전하는 것이 고통스러울 수 있다는 것도 사실입니다. 일반적으로 한 번에 4개 이하의 배터리를 수용할 수 있는 충전기에 배터리를 로드하고 올바른 방향으로 배치해야 합니다. 그렇지 않으면 기껏해야 충전이 불가능하고 셀에 돌이킬 수 없는 손상이 발생하며 최악의 경우 과열될 수도 있습니다.
이 문제를 완화하기 위해 저는 한 번에 최대 7개의 NiMH AA 배터리를 충전하고 충전하기 전에 각 셀의 극성을 자동으로 파악하는 DIY 장치인 Spinc를 만들었습니다. 완료되면 배터리를 호퍼에 떨어뜨립니다. 시계 역할도 하는 디스플레이를 통해 충전 상태를 확인할 수 있습니다.
저는 본업에서 독일 중견 기업의 EE로 산업용 차량 관련 업무를 담당하고 있습니다. 하지만 저는 저전력 전자 장치에 대한 개인적인 관심과 일부 비충전식 배터리에서 마지막 전력 찌꺼기를 수확하려는 성과 없는 시도 끝에 이 프로젝트에 참여하게 되었습니다. 그 실패, 즉 내 디자인에는 재충전이 필요한 완충 배터리가 필요했고, 이로 인해 프로젝트의 전체 목적이 무산되었기 때문에 충전식 셀에 대해 생각하게 되었습니다.
Spinc을 만들 때 가장 어려운 부분은 스스로 부과한 도전이었습니다. 나는 충전기가 작고 직관적으로 사용되기를 원했습니다. 이는 충전기 상단에서 배터리를 가져와 충전하는 동안 두 전극 사이에 놓고 고정한 다음 배터리를 바닥으로 떨어뜨리고 다음 셀을 재설정하고 잡는 메커니즘을 완성하는 데 많은 시간을 소비한다는 의미입니다. 나중에 많은 신중한 반복을 통해 Spinc의 케이스와 메커니즘을 형성하기 위해 조립되는 부품을 만들기 위한 7개의 3D 프린터 파일 세트를 갖게 되었습니다. 여기에 디스플레이, 서보 모터, 인쇄 회로 기판과 나머지 모든 구성 요소를 추가하기만 하면 됩니다. 적외선 근접 센서 배터리가 삽입되면 이를 감지하여 충전 전극 사이에 배치할 준비가 됩니다.
배터리를 충전기에 꽂는 방식에 관계없이 배터리를 충전할 수 있도록 클래식 배터리를 사용했습니다. H 브리지 회로이는 일반적으로 DC 모터를 어느 방향으로든 작동시키는 데 사용되며, 저전압에서 작동할 수 있도록 몇 가지 수정 사항이 있습니다.
나는 실제 충전을 관리하기 위해 전용 집적 회로를 사용하기로 결정했습니다. 서미스터 과열을 조심하기 위해. 마이크로 컨트롤러를 사용하고 배터리를 모니터링하기 위해 자체 소프트웨어를 작성할 수도 있었지만 NiMH 셀은 충전 곡선이 매우 평탄하여 충전 주기를 초과하기 쉽습니다. IC를 사용하면 많은 테스트를 피할 수 있었고 고속 충전 모드를 사용할 수도 있었습니다.
그러나 그것은 시행착오로부터 나를 구해주지 못했습니다. 제가 사용한 첫 번째 충전기 IC는 2 x 2mm 크기로 매우 컴팩트했습니다. 그러나 AA 배터리를 충전하려고 시도했을 때 제조업체에서는 최종 사용자가 한 번에 2~4개의 배터리를 모두 직렬로 연결하여 충전할 것이라고 가정했다는 사실을 발견했습니다. 배터리 하나만 충전하면 IC의 선형 전압 조정기가 의도한 것보다 더 많은 열을 발산해야 했고 이로 인해 칩이 빨리 소진되었습니다. 결국에는 좀 더 큰(5.15 x 4.4mm) 것을 발견했습니다. 충전기 IC 이는 스위치 모드 레귤레이터 그리고 일을 처리할 수 있었습니다. 그러나 리튬 배터리의 인기로 인해 NiMH 지원 구성 요소의 가용성이 감소함에 따라 IC를 찾는 데 시간이 걸렸습니다.
NiMH의 충전 곡선은 느린 곡선을 따르며, 완전히 충전되었을 때 배터리 전압은 단 2밀리볼트의 강하를 나타내며, 이는 쉽게 초과되어 셀이 손상될 수 있습니다.제임스 프로보스트
충전기 IC는 다음과 같이 연결됩니다. RP2040 LCD 디스플레이에 배터리 상태를 보고하는 마이크로컨트롤러. RP2040은 또한 근접 센서를 모니터링하고 내부 피드 메커니즘을 제어하는 서보를 구동할 뿐만 아니라 시계를 설정하고 배터리 충전을 시작할 수 있는 Spinc의 푸시 버튼 컨트롤에 응답하는 역할도 담당합니다. 전체 장치는 USB-C 소켓을 통해 전원이 공급됩니다.
대부분의 전자 장치는 배터리가 통과할 수 있도록 중앙에 커다란 컷아웃이 있는 PCB 표면에 장착됩니다. 나는 PCB를 디자인했다. 키캐드 그리고 그것을 조작한 사람은 JLCPCB. 보드를 올바르게 제작하기 쉽도록 중앙 컷아웃 모서리에 90도 각도를 지정하지 않았습니다. 대신 절단 툴링이 더 쉽게 따라갈 수 있도록 둥근 모서리를 사용했습니다.
그 결과, 최대한 사용하기 편리한 데스크탑 충전기가 탄생했습니다. PCB 회로도, BOM, 3D 프린터 파일 및 펌웨어 파일의 전체 세트는 다음에서 제공됩니다. GitHub의 프로젝트 페이지. 새로 충전된 NiMH 배터리가 필요할 때마다 바로 사용할 수 있도록 도움이 되기를 바랍니다!