Kujua Wakati wa Kusimama: Kutafuta Kilele Kinachoonyesha Imejaa

**US 5,196,780**, David R. Pacholok, aliwasilishwa **10 September 1991**, akapewa **23 March 1993**, muda wake umeisha. Mchoro kwenye ukurasa huu ni karatasi yake yenyewe 1: FIG. 1 ni mkunjo wa volteji dhidi ya muda wenye kilele kimewekwa alama, na FIG. 2 ni mchoro wa vizuizi — FAST CHARGE na SLOW CHARGE vizuizi, mtandao wa RC unaoingia kwenye kilinganishi, na, chini kabisa, **TH** na **TIMER**. Andika mikomo mitatu kabla ya kujenga chochote, kwa sababu mpangilio ndio uvumbuzi, si mojawapo kati yao: 1. **−ΔV**, inayogunduliwa na kapasita iliyochajiwa kupitia kipinga kutoka kwenye kituo cha betri. Kapasita huchelewa. Inapo*pita* volteji ya betri, betri lazima iwe imegeuka. Hakuna kitofautishi, hakuna tatizo la kelele. 2. **Kipima muda**, takriban dakika kumi na nane kwenye chaji ya haraka. Ikiwa ishara ya volteji haifiki kamwe, chaji bado inaisha. 3. **Kipima joto**, kimewekwa kati ya **40 °C na 60 °C**, kwenye seli zenyewe. Zikipata joto kwa sababu yoyote ile, chaji inaisha. Kisha zingatia kinachotokea baada ya kukomesha: mzunguko haujizimi, unashuka hadi **chaji ndogo** inayobadilisha utokaji wa kujiyeyusha bila kuchaji kupita kiasi. Chaja inayosimama tu huacha pakiti ikiwa tupu tena kufikia Alhamisi. Vyanzo vya hili ni safi na nambari imethibitishwa. Pale ngazi ya baadaye inaposema nambari haikuweza kubainishwa, hiyo ni kauli kuhusu ngazi hiyo, si tabia.

Huwezi kujenga kigunduzi kwa busara cha ishara ambayo hujawahi kuiona. Rekodi ishara kwanza. Weka seli moja ya NiMH iliyotolewa chaji kwenye kishikilia. Weka usambazaji wa benchi kwenye mkondo thabiti kwa **1C** — 2 A kwa seli ya 2,000 mAh — na kikomo cha volteji cha 1.8 V ili muunganisho mbovu usilete mshangao. Bandika thermocouple kwenye kopo la seli. Rekodi volteji ya terminal kwa **tarakimu nne** na joto la kopo kila dakika. Tarakimu nne si kuwa mchaguzi: ishara yote unayoitafuta ni takriban 10 mV, kwa hiyo mita ya tarakimu tatu inayosoma 1.48 V haiwezi kuiona kabisa. Tarajia, katika takriban saa moja: - kupanda kwa haraka katika dakika za mwanzo seli inapopolarisha; - sehemu ya kati ndefu inayopanda polepole; - **kilele**, kisha kushuka kwa kiwango cha 5–15 mV kwa seli moja; - **joto kupanda kwa kasi** kuanzia takriban wakati huo huo. Simama kwenye kilele, au kwa 45 °C, lipi litakalotokea kwanza. Weka alama kwenye rekodi yako mahali kilele kilipokuwa na kiasi cha millivolti kushuka kulikokuwa. Hiyo ndiyo namba ambayo saketi yako lazima iweze kutofautisha, na katika pakiti ya seli kumi na mbili ni mara kumi na mbili zaidi, ndiyo sababu kukomesha kwa −ΔV hufanya kazi vizuri zaidi kwenye pakiti kuliko kwenye seli moja.

Sasa jenga kigunduzi cha Pacholok kwenye breadboard. Kina sehemu nne. 1. **RC.** Kipingamizi kutoka kwenye terminal ya betri hadi kwenye capacitor iliyounganishwa ardhini. Chagua R na C ili R×C iwe kipindi cha muda ulichochagua katika hatua ya 4 — 470 kΩ na 470 µF hutoa takriban sekunde 220, karibu dakika nne. Tumia capacitor ya filamu au electrolytic yenye uvujaji mdogo; capacitor inayovuja ni kipingamizi cha pili ambacho hukupanga, na itashikilia nakala chini kabisa. 2. **Comparator.** LM393, voltage ya betri kwenye ingizo moja na capacitor kwenye lingine. Output yake hubadilika mara moja capacitor inaposhinda. 3. **Hysteresis kidogo.** Kipingamizi chenye thamani kubwa kutoka output kurudi kwenye ingizo lisilogeuza, takriban megohm moja, ili output ibadilike kwa ghafla badala ya kutetemeka kwenye mstari wa kuvuka. Bila hiyo utasababisha kuchochea mara kwa mara kwa kelele za millivolt. 4. **Swichi.** Output ya comparator huendesha gate ya MOSFET ya kiwango cha mantiki, ambayo hubeba mkondo wa chaji. Kiwango cha mantiki ni muhimu: MOSFET ya kawaida haitawaka kikamilifu kutoka gate ya 5 V na itatoa tofauti hiyo kama joto. Jaribu bila betri kwanza. Weka function generator kwenye ingizo ukitumia pembetatu polepole sana — dakika chache kwa mzunguko, volti moja au mbili peak to peak — na hakikisha output inabadilika muda mfupi baada ya kilele kila mara na si kabla. Signal generator unayoweza kuigeuza wakati wowote ni jaribio bora zaidi kuliko seli inayogeuka mara moja kwa saa. Kisha weka mkunjo wako wa seli uliorekodiwa mbele yake kwa kweli. Angalia voltage ya capacitor kwenye chaneli moja ya scope na seli kwenye nyingine; kuvuka kunaonekana na ndicho kiini chote cha mzunguko.

Kigunduzi cha −ΔV peke yake ni saketi inayoweza kushindwa kimya kimya, na hali ya kushindwa ni chaji isiyoisha kamwe. Ongeza zingine mbili. **Kidhibiti cha joto.** Tumia thermistor ya pakti yenyewe ukiwa na pini ya TH kutoka rung 3, au kipinga joto cha 10 kΩ NTC kilichobandikwa kwenye seli. Iweke kwenye kigawanyaji pamoja na kipinga kisichobadilika na ulishe kiungo kwenye nusu ya pili ya LM393; weka marejeo kwa potentiometer ili kilinganishi kisimame karibu **45 °C**. Kiperushe, usidhani: pasha thermistor kwa bunduki ya joto kwenye mpangilio wake wa chini kabisa huku ukitazama kipimajoto cha infrared, na rekebisha hadi kisimamo kiwe mahali unapotaka. Unganisha pato la kilinganishi hiki ili liweze kukata lango la MOSFET **bila kujali** kile nusu ya −ΔV inachosema. **Kipima muda.** 555 katika hali ya monostable pamoja na RC ndefu inakupa dakika kumi na nane za Pacholok. Hesabu R na C kwa kiwango chako mwenyewe cha chaji badala ya kunakili cha kwake: dakika kumi na nane ni sahihi kwa kiwango ambacho chaja yake ilitumia, na kipima muda kilichowekwa kwa kiwango kisicho sahihi ni kibaya zaidi kuliko kisichokuwepo kwa sababu kitakatiza kila chaji nzuri mapema. Sasa jaribu kila moja **peke yake**. Tenganisha nusu ya −ΔV na uthibitishe kwamba kidhibiti cha joto kinasimamisha chaji. Tenganisha kidhibiti cha joto na uthibitishe kwamba kipima muda kinafanya hivyo. Upungufu usiojaribiwa mmoja mmoja si upungufu, ni saketi tatu na matumaini. Mwishowe, ongeza njia ya chaji polepole: kipinga kinachoruhusu mkondo mdogo kuendelea baada ya kumalizika, kwa takriban C/40. Pima kwa mita na ulinganishe na kiwango cha kujiondoa chenyewe cha seli.

**Hati miliki.** US 5,196,780, David R. Pacholok, iliwasilishwa tarehe 10 Septemba 1991, ilitolewa tarehe 23 Machi 1993, imeisha muda. Mchoro kwenye ukurasa huu ni wa hati miliki yenyewe. **Kwa nini 1991 na si 1961.** Athari ya −ΔV ilieleweka kwa muda mrefu kabla ya hati hii miliki; watengenezaji wa seli walikuwa wakiielezea katika vidokezo vya matumizi kwa miaka mingi. Kilichokosekana kilikuwa njia ya kugundua kushuka kwa millivolti chache kwenye ishara iliyo juu ya volti moja, kwa gharama nafuu kiasi cha kuwekwa kwenye chaja ya mtumiaji, bila microcontroller. Mbinu ya kuchelewesha kwa RC ndiyo jibu la sehemu ya 'gharama nafuu', na ni mbinu nzuri kweli — inachukua nafasi ya kitofautishi, ambacho hukuza kelele, kwa kuchelewesha, ambacho huipunguza. **Ilichobadilisha kwa watengenezaji.** Kabla ya kusitisha kwa uhakika, kiwango salama cha kuchaji kilikuwa C/10 usiku kucha, kwa sababu mzunguko wa kuunganisha tena ungeweza kunyonya hicho kwa muda usiojulikana. Baada ya hapo, kuchaji kwa haraka kukawa jambo la kawaida, na chaja ya haraka ndiyo inayofanya mtiririko wa betri mbili ufanye kazi: moja kwenye zana, nyingine kwenye chaja, na hakuna kusubiri. Betri ya hatua ya 3 na chaja ya hatua hii zina maana pamoja tu. **Mipaka ya ukweli.** −ΔV ni ishara ya kemia ya nikeli na haipo kwenye lithium-ion, ambayo volti yake hupanda tu; seli za lithiamu hukomeshwa kwa mkondo wa mara kwa mara hadi volti ya mara kwa mara kisha kwa mkondo unaoshuka, ni njia tofauti kabisa. −ΔV pia inakuwa ngumu zaidi betri inapozeeka, kwa sababu kilele hubapa, na karibu haitumiki kwenye seli moja kwa sababu iliyotolewa na hatua ya 2. Na mpango mzima umejengwa juu ya dhana kwamba seli zilizo kwenye betri hufikia ujazo kamili pamoja — jambo ambalo, kama hatua ya 7 inavyoonyesha, halifanyiki.