معرفة متى تتوقف: إيجاد ذروة الشحن الكامل

**US 5,196,780**، ديفيد ر. باكولوك، قُدّم في **10 سبتمبر 1991**، ومُنح في **23 مارس 1993**، وانتهت صلاحيته. الشكل الموجود في هذه الصفحة هو الورقة الخاصة به 1: FIG. الشكل 1 هو منحنى الجهد مقابل الزمن مع تحديد الذروة، وFIG. الشكل 2 هو المخطط الكتلي — FAST CHARGE وSLOW CHARGE كتل، وشبكة RC إلى مقارن، وعلى طول الأسفل **TH** و**TIMER**. اكتب الإنهاءات الثلاثة قبل بناء أي شيء، لأن الترتيب هو الاختراع، وليس أي واحد منها بمفرده: 1. **−ΔV**، يُكتشف بواسطة مكثف يُشحن عبر مقاومة من طرف البطارية. المكثف يتأخر. عندما *يتجاوز* جهد البطارية، يجب أن تكون البطارية قد انعكس تيارها. لا يوجد مفاضل، ولا مشكلة ضوضاء. 2. **مؤقت**، حوالي ثمانية عشر دقيقة في الشحن السريع. إذا لم تصل إشارة الجهد أبدًا، فإن الشحن ينتهي على أي حال. 3. **منظم حرارة**، مضبوط بين **40 °C و60 °C**، على الخلايا نفسها. إذا سخنت لأي سبب كان، ينتهي الشحن. ثم لاحظ ما يحدث بعد الإنهاء: الدائرة لا تُغلق، بل تنتقل إلى **شحن بطيء** يعوض التفريغ الذاتي دون شحن زائد. الشاحن الذي يتوقف ببساطة يتركك بحزمة فارغة مرة أخرى بحلول يوم الخميس. المصادر الخاصة بهذا الموضوع واضحة والرقم موثّق. وحيثما تقول مرحلة لاحقة إنه لم يمكن تحديد رقم، فهذا بيان عن تلك المرحلة، وليس عادة.

لا يمكنك بناء كاشف بشكل معقول لإشارة لم تراها من قبل. سجّل الإشارة أولاً. ضع خلية NiMH مفرغة واحدة في حامل. اضبط مزود الطاقة على التيار الثابت عند **1C** — أي 2 أمبير لخلية سعتها 2000 mAh — مع حد جهد عند 1.8 V حتى لا يُنتج اتصال سيئ مفاجأة. الصق المزدوج الحراري على علبة الخلية بشريط لاصق. سجّل جهد الطرفين بدقة **أربع خانات عشرية** ودرجة حرارة العلبة كل دقيقة. دقة الخانات الأربع ليست تدقيقًا زائدًا: الإشارة الكاملة التي تبحث عنها تبلغ نحو 10 mV فقط، لذا فإن جهازًا بثلاث خانات يقرأ 1.48 V لا يستطيع رؤيتها أبدًا. توقع، خلال نحو ساعة: - ارتفاعًا سريعًا في الدقائق الأولى مع استقطاب الخلية؛ - مرحلة وسطى طويلة ترتفع ببطء؛ - **قمة**، ثم انخفاض بمقدار نحو 5–15 mV لخلية واحدة؛ - **ارتفاع حاد في درجة الحرارة** من تقريبًا اللحظة نفسها. توقف عند القمة، أو عند 45 °C، أيهما يحدث أولاً. ضع علامة في سجلك على موضع القمة وعلى مقدار الانخفاض بالملِّي فولت. هذا هو الرقم الذي يجب أن تميّزه دائرتك، وفي حزمة من اثنتي عشرة خلية يكون أكبر باثني عشر ضعفًا، ولهذا يعمل إنهاء الشحن بـ −ΔV أفضل بكثير على حزمة مما يعمل على خلية واحدة.

الآن ابنِ كاشف باتشولوك على اللوح التجريبي. يتكون من أربعة أجزاء. 1. **دائرة RC.** مقاومة من طرف البطارية إلى مكثف موصول بالأرض. اختر R وC بحيث يكون R×C هو ثابت الزمن الذي اخترته في الخطوة 4 — 470 كيلو أوم مع 470 ميكروفاراد يعطي حوالي 220 ثانية، أي قرابة أربع دقائق. استخدم مكثفًا فيلميًا أو إلكتروليتيًا منخفض التسرب؛ فالمكثف المتسرب مقاومة ثانية لم تخطط لها، وسيُبقي النسخة منخفضة إلى الأبد. 2. **المقارن.** LM393، جهد البطارية على مدخل والمكثف على الآخر. يتبدل خرجه لحظة يتغلب المكثف. 3. **قليل من التباطؤ (الهستيريسيس).** مقاومة عالية القيمة من الخرج عودةً إلى المدخل غير العاكس، بحدود ميغا أوم، حتى ينقلب الخرج بسرعة بدلًا من الارتجاف عند نقطة التقاطع. من دونها ستنطلق الدائرة مرارًا بسبب ضوضاء بمقدار الملي فولت. 4. **المفتاح.** يقود خرج المقارن بوابة MOSFET من نوع مستوى المنطق، الذي يحمل تيار الشحن. مستوى المنطق مهم: فـMOSFET العادي لن يفتح بالكامل من بوابة 5 فولت وسيبدد الفرق على شكل حرارة. اختبرها أولًا بدون بطارية. ضع مولد الوظائف على المدخل بمثلث بطيء جدًا — بضع دقائق لكل دورة، وجهد من فولت أو فولتين من ذروة إلى ذروة — وتحقق من أن الخرج ينقلب بعد الذروة بقليل وليس قبلها. مولد الإشارة الذي يمكنك عكسه متى شئت اختبار أفضل بكثير من خلية لا تنقلب إلا مرة كل ساعة. ثم ضع منحنى الخلية المسجل أمامها فعليًا. راقب جهد المكثف على قناة الراسم وجهد الخلية على القناة الأخرى؛ تقاطعهما مرئي وهو جوهر الدائرة كلها.

كاشف −ΔV وحده دائرة قد تفشل بصمت، وأسلوب فشلها هو شحنة لا تنتهي أبدًا. أضف الاثنين الآخرين. **منظم الحرارة.** استخدم مقاوم الحرارة الخاص بالحزمة إذا كان لديك الطرف TH من الدرجة الثالثة، أو مقاومًا حراريًا بقيمة 10 kΩ NTC مثبتًا بشريط على الخلية. ضعه في مقسم جهد مع مقاوم ثابت، ومرر نقطة الاتصال إلى النصف الثاني من LM393؛ اضبط المرجع بالمقاومة المتغيرة بحيث ينقلب المقارن عند نحو **45 °C**. عايره ولا تفترض قيمته: سخّن مقاوم الحرارة بمسدس الهواء الساخن على أدنى إعداد مع مراقبة مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، واضبط حتى تقع نقطة القطع حيث تريد. وصّل خرج هذا المقارن بحيث يستطيع قطع بوابة MOSFET **بغض النظر** عما يقوله نصف −ΔV. **المؤقت.** يمنحك المؤقت 555 في وضع أحادي الاستقرار مع دائرة RC طويلة مدة ثماني عشرة دقيقة لدى Pacholok. احسب قيم R وC وفق معدل الشحن الخاص بك بدلًا من نسخ قيمه: ثماني عشرة دقيقة صحيحة لمعدل الشحن الذي استخدمه شاحنه، والمؤقت المضبوط على معدل خاطئ أسوأ من عدم وجوده لأنه سيقطع كل شحنة جيدة قبل أوانها. الآن اختبر كلًا منهما **وحده**. افصل نصف −ΔV وأثبت أن منظم الحرارة يوقف الشحن. افصل منظم الحرارة وأثبت أن المؤقت يفعل ذلك. الاحتياطية التي لم تختبرها أبدًا بشكل منفرد ليست احتياطية، بل ثلاث دوائر وأمل. أخيرًا، أضف مسار الشحن البطيء: مقاومًا يُبقي تيارًا ضئيلًا متدفقًا بعد الإنهاء، بقيمة نحو C/40. قِسه بالجهاز المتعدد وتحقق منه مقابل معدل التفريغ الذاتي للخلية نفسها.

**النسب.** US 5,196,780، David R. Pacholok، قُدّم في 10 سبتمبر 1991، ومُنح في 23 مارس 1993، وانتهت صلاحيته. الرسم في هذه الصفحة من إعداد صاحب براءة الاختراع نفسه. **لماذا 1991 وليس 1961.** كان تأثير −ΔV مفهومًا قبل هذه البراءة بوقت طويل؛ فقد كان مصنّعو الخلايا يصفونه في نشرات التطبيقات منذ سنوات. ما كان مفقودًا هو طريقة لرصد انخفاض بضعة ملي فولت في إشارة فوق فولت واحد، بتكلفة منخفضة تكفي لوضعها في شاحن استهلاكي، دون الحاجة إلى متحكم دقيق. حيلة تأخير RC هي الجواب عن جزء 'التكلفة المنخفضة'، وهي حيلة أنيقة حقًا: فهي تستبدل مفاضِلًا، يضخّم الضوضاء، بتأخير، يقمعها. **ما غيّره للمصنّعين.** قبل الإنهاء الموثوق، كان معدل الشحن الآمن هو C/10 طوال الليل، لأن دورة إعادة التركيب كانت قادرة على امتصاصه إلى أجل غير مسمى. بعد ذلك أصبح الشحن السريع أمرًا عاديًا، والشاحن السريع هو ما يجعل سير العمل ببطاريتين ممكنًا: واحدة في الأداة، وواحدة في الشاحن، دون انتظار. بطارية الدرجة 3 وشاحن هذه الدرجة لا يكتسبان معنى إلا معًا. **حدود صريحة.** −ΔV إشارة خاصة بكيمياء النيكل، ولا وجود لها في أيونات الليثيوم، إذ لا يرتفع جهدها إلا باستمرار؛ تنتهي خلايا الليثيوم بالتحول من تيار ثابت إلى جهد ثابت ثم بالتيار المتناقص، وهي طريقة مختلفة تمامًا. كما يصبح −ΔV أصعب مع تقادم البطارية، لأن القمة تتسطح، ويكاد يكون غير قابل للاستخدام على خلية واحدة للسبب الذي تذكره الخطوة 2. والمخطط كله مبني على افتراض أن الخلايا في البطارية تبلغ الامتلاء معًا، وهو ما لا يحدث، كما تُظهر الدرجة 7.