Mengetahui Kapan Harus Berhenti: Menemukan Puncak yang Menandakan Penuh

**US 5,196,780**, David R. Pacholok, diajukan pada **10 September 1991**, diberikan pada **23 Maret 1993**, telah kedaluwarsa. Gambar pada halaman ini adalah lembar tersendiri 1: FIG. 1 adalah kurva tegangan terhadap waktu dengan puncak yang ditandai, dan FIG. 2 adalah diagram blok — FAST CHARGE dan SLOW CHARGE blok, jaringan RC menuju komparator, dan, di sepanjang bagian bawah, **TH** dan **TIMER**. Tuliskan ketiga cara penghentian sebelum membangun apa pun, karena susunannya adalah inti penemuan, bukan salah satu dari mereka saja: 1. **−ΔV**, dideteksi oleh kapasitor yang diisi melalui resistor dari terminal baterai. Kapasitor tertinggal. Ketika kapasitor *melampaui* tegangan baterai, baterai pasti sudah mencapai titik balik. Tanpa diferensiator, tanpa masalah derau. 2. **Pewaktu**, sekitar delapan belas menit saat pengisian cepat. Jika sinyal tegangan tidak pernah datang, pengisian tetap berakhir. 3. **Termostat**, diatur antara **40 °C dan 60 °C**, pada sel itu sendiri. Jika sel menjadi panas karena alasan apa pun, pengisian berakhir. Lalu catat apa yang terjadi setelah penghentian: sirkuit tidak mati, melainkan turun ke **pengisian lambat** yang menggantikan pelepasan mandiri tanpa pengisian berlebih. Pengisi daya yang hanya berhenti begitu saja akan membuat baterai kembali kosong pada hari Kamis. Sumber untuk ini sudah jelas dan angkanya telah diverifikasi. Jika tingkat berikutnya menyatakan bahwa suatu angka tidak dapat ditentukan, itu adalah pernyataan tentang tingkat tersebut, bukan kebiasaan.

Anda tidak dapat secara masuk akal membangun detektor untuk sinyal yang belum pernah Anda lihat. Catat sinyal tersebut terlebih dahulu. Letakkan satu sel NiMH yang sudah habis dayanya di dalam dudukan. Atur catu daya bench ke arus konstan pada **1C** — 2 A untuk sel 2.000 mAh — dengan batas tegangan 1,8 V agar koneksi yang buruk tidak menimbulkan kejutan. Tempelkan termokopel ke kaleng sel dengan selotip. Catat tegangan terminal hingga **empat digit** dan suhu kaleng setiap menit. Empat digit bukan soal kerewelan: seluruh sinyal yang Anda cari sekitar 10 mV, sehingga meteran tiga digit yang menunjukkan 1,48 V sama sekali tidak dapat melihatnya. Perkirakan, selama sekitar satu jam: - kenaikan cepat dalam beberapa menit pertama saat sel terpolarisasi; - bagian tengah yang panjang dan naik perlahan; - sebuah **puncak**, lalu penurunan sekitar 5–15 mV untuk satu sel; - **suhu naik tajam** mulai dari sekitar saat yang sama. Hentikan pada puncak, atau pada 45 °C, mana yang lebih dulu. Tandai pada log Anda di mana puncak terjadi dan berapa millivolt penurunannya. Itulah angka yang harus dapat diselesaikan oleh rangkaian Anda, dan pada paket dua belas sel angka itu dua belas kali lebih besar, itulah sebabnya terminasi −ΔV bekerja jauh lebih baik pada paket daripada pada sel tunggal.

Sekarang buat detektor Pacholok di atas breadboard. Terdiri dari empat bagian. 1. **RC.** Sebuah resistor dari terminal baterai ke kapasitor yang terhubung ke ground. Pilih R dan C sehingga R×C sama dengan konstanta waktu yang Anda pilih pada langkah 4 — 470 kΩ dengan 470 µF menghasilkan sekitar 220 detik, hampir empat menit. Gunakan film atau elektrolitik dengan kebocoran rendah; kapasitor yang bocor adalah resistor kedua yang tidak Anda rencanakan dan akan menahan salinan tetap rendah selamanya. 2. **Komparator.** Sebuah LM393, tegangan baterai pada satu input dan kapasitor pada input lainnya. Outputnya berbalik seketika saat kapasitor melampaui. 3. **Sedikit histeresis.** Resistor bernilai tinggi dari output kembali ke input non-inverting, sekitar satu megaohm, sehingga output berpindah dengan cepat alih-alih berosilasi di sekitar titik persilangan. Tanpa itu Anda akan terpicu berulang kali oleh noise milivolt. 4. **Saklar.** Output komparator menggerakkan gerbang MOSFET logic-level, yang mengalirkan arus pengisian. Logic-level itu penting: MOSFET biasa tidak akan menyala penuh dari gerbang 5 V dan akan membuang selisihnya sebagai panas. Uji tanpa baterai terlebih dahulu. Pasang function generator pada input dengan segitiga yang sangat lambat — beberapa menit per siklus, satu atau dua volt puncak ke puncak — dan periksa apakah output berbalik sesaat setelah setiap puncak dan tidak sebelumnya. Signal generator yang dapat Anda balik kapan saja adalah uji yang jauh lebih baik daripada sel yang berbalik sekali per jam. Lalu letakkan kurva sel yang telah Anda catat di depannya untuk pengujian sungguhan. Amati tegangan kapasitor pada satu kanal osiloskop dan sel pada kanal lainnya; persilangan itu terlihat dan itulah inti dari rangkaian ini.

Detektor −ΔV saja adalah rangkaian yang dapat gagal secara diam-diam, dan mode kegagalannya adalah pengisian yang tidak pernah berhenti. Tambahkan dua lainnya. **Termostat.** Gunakan termistor bawaan pack jika Anda memiliki pin TH dari tangga 3, atau termistor 10 kΩ NTC yang direkatkan pada sel. Pasang dalam pembagi tegangan dengan resistor tetap dan masukkan titik sambungannya ke bagian kedua LM393; atur referensi dengan potensiometer agar komparator aktif pada sekitar **45 °C**. Kalibrasi, jangan berasumsi: panaskan termistor dengan heat gun pada pengaturan terendah sambil mengamati termometer inframerah, dan sesuaikan hingga pemicuan jatuh pada titik yang Anda inginkan. Hubungkan keluaran komparator ini agar dapat memutus gerbang MOSFET **apa pun** yang dikatakan bagian −ΔV. **Pengatur waktu.** 555 dalam mode monostabil dengan RC yang panjang memberi Anda delapan belas menit milik Pacholok. Hitung R dan C untuk laju pengisian Anda sendiri, bukan menyalin miliknya: delapan belas menit tepat untuk laju yang digunakan charger-nya, dan pengatur waktu yang diatur untuk laju yang salah lebih buruk daripada tidak ada, karena akan memotong setiap pengisian yang baik. Sekarang uji masing-masing **sendiri**. Lepaskan bagian −ΔV dan buktikan termostat menghentikan pengisian. Lepaskan termostat dan buktikan pengatur waktu melakukannya. Redundansi yang tidak pernah Anda uji secara individual bukanlah redundansi, melainkan tiga rangkaian dan sebuah harapan. Terakhir, tambahkan jalur pengisian lambat: resistor yang menjaga arus kecil tetap mengalir setelah terminasi, sekitar C/40. Ukur dengan multimeter dan periksa terhadap laju self-discharge sel.

**Atribusi.** US 5,196,780, David R. Pacholok, diajukan 10 September 1991, diberikan 23 Maret 1993, telah kedaluwarsa. Gambar di halaman ini adalah milik paten itu sendiri. **Mengapa 1991 dan bukan 1961.** Efek −ΔV sudah dipahami jauh sebelum paten ini; produsen sel telah menjelaskannya dalam catatan aplikasi selama bertahun-tahun. Yang belum ada adalah cara untuk mendeteksi penurunan *fall* beberapa milivolt pada sinyal yang berada di atas satu volt, cukup murah untuk dipasang di pengisi daya konsumen, tanpa mikrokontroler. Trik RC-lag adalah jawaban untuk bagian 'cukup murah', dan memang elegan — ia menggantikan diferensiator, yang memperkuat derau, dengan penundaan, yang menekannya. **Apa yang diubahnya bagi pembuat.** Sebelum terminasi yang andal, laju pengisian aman adalah C/10 semalaman, karena siklus rekombinasi dapat menyerapnya tanpa batas. Setelah itu, pengisian cepat menjadi lazim, dan pengisi daya cepat membuat alur kerja dua-baterai berfungsi: satu di alat, satu di pengisi daya, dan tanpa menunggu. Baterai pada tingkat 3 dan pengisi daya pada tingkat ini hanya masuk akal jika digunakan bersama. **Batasan jujur.** −ΔV adalah sinyal kimia nikel dan tidak ada pada lithium-ion, yang tegangannya hanya pernah naik; sel lithium berakhir dengan arus konstan ke tegangan konstan dan kemudian dengan arus yang menurun, metode yang sama sekali berbeda. −ΔV juga menjadi lebih sulit seiring usia baterai, karena puncaknya mendatar, dan hampir tidak dapat digunakan pada satu sel karena alasan yang diberikan langkah 2. Dan seluruh skema dibangun atas asumsi bahwa sel dalam satu baterai mencapai penuh bersamaan — yang, seperti ditunjukkan tingkat 7, tidak demikian.