Biết khi nào nên dừng: Tìm đỉnh điện áp cho thấy đã đầy

**US 5,196,780**, David R. Pacholok, nộp đơn **10 tháng 9 năm 1991**, được cấp **23 tháng 3 năm 1993**, đã hết hiệu lực. Hình trên trang này là tờ 1 riêng của nó: FIG. 1 là đường cong điện áp theo thời gian với đỉnh được đánh dấu, và FIG. 2 là sơ đồ khối — FAST CHARGE và SLOW CHARGE khối, mạng RC đi vào một bộ so sánh, và dọc theo phía dưới, **TH** và **TIMER**. Hãy viết ra ba điều kiện kết thúc trước khi xây dựng bất cứ thứ gì, vì cách sắp xếp chính là sáng chế, không phải riêng từng điều kiện nào: 1. **−ΔV**, được phát hiện bởi một tụ điện được nạp qua một điện trở từ cực pin. Tụ điện bị chậm pha. Khi nó *vượt qua* điện áp pin, pin hẳn đã đạt điểm đảo chiều. Không cần bộ vi phân, không có vấn đề nhiễu. 2. **Một bộ hẹn giờ**, khoảng mười tám phút khi sạc nhanh. Nếu tín hiệu điện áp không bao giờ đến, quá trình sạc vẫn kết thúc. 3. **Một bộ nhiệt**, đặt giữa **40 °C và 60 °C**, trực tiếp trên các cell. Nếu chúng nóng lên vì bất kỳ lý do gì, quá trình sạc sẽ kết thúc. Sau đó lưu ý điều gì xảy ra sau khi kết thúc: mạch không tắt hẳn, mà chuyển sang **sạc chậm** để bù lại sự tự phóng điện mà không gây quá nạp. Một bộ sạc chỉ đơn giản dừng lại sẽ khiến bộ pin hết điện trở lại vào thứ Năm. Các nguồn cho phần này rõ ràng và con số đã được xác minh. Trường hợp một nấc sau nói rằng không thể xác định được một con số, đó là nhận định về nấc đó, không phải là một thói quen.

Bạn không thể xây dựng bộ phát hiện một cách hợp lý cho một tín hiệu mà bạn chưa từng thấy. Hãy ghi lại tín hiệu trước. Đặt một cell NiMH đã xả hết vào giá đỡ. Cài nguồn bench ở chế độ dòng không đổi **1C** — 2 A đối với cell 2.000 mAh — với giới hạn điện áp 1,8 V để kết nối kém không thể gây ra bất ngờ. Dán cặp nhiệt điện lên vỏ cell. Ghi điện áp đầu cực với **bốn chữ số** và nhiệt độ vỏ cell mỗi phút. Bốn chữ số không phải là việc cầu kỳ: toàn bộ tín hiệu bạn đang tìm kiếm khoảng 10 mV, nên một đồng hồ ba chữ số hiển thị 1,48 V hoàn toàn không thể thấy nó. Trong khoảng một giờ, hãy kỳ vọng: - một đợt tăng nhanh trong vài phút đầu khi cell bị phân cực; - phần giữa dài, tăng chậm; - một **đỉnh**, sau đó giảm khoảng 5–15 mV đối với một cell đơn; - **nhiệt độ tăng mạnh** từ khoảng thời điểm tương tự. Dừng ở đỉnh, hoặc ở 45 °C, tùy điều kiện nào đến trước. Đánh dấu trên nhật ký vị trí đỉnh và độ giảm bao nhiêu millivolt. Đó là con số mạch của bạn phải phân giải được, và trong một pack mười hai cell, nó lớn gấp mười hai lần, đó là lý do vì sao việc kết thúc theo −ΔV hoạt động tốt hơn nhiều trên pack so với trên một cell đơn.

Bây giờ hãy xây dựng bộ dò của Pacholok trên breadboard. Gồm bốn phần. 1. **Mạch RC.** Một điện trở từ cực pin nối vào một tụ điện nối xuống đất. Chọn R và C sao cho R×C bằng hằng số thời gian bạn đã chọn ở bước 4 — 470 kΩ với 470 µF cho khoảng 220 giây, gần bốn phút. Dùng tụ màng hoặc tụ điện phân rò rỉ thấp; một tụ bị rò là một điện trở thứ hai mà bạn không dự tính, và nó sẽ giữ bản sao ở mức thấp vĩnh viễn. 2. **Bộ so sánh.** Một LM393, điện áp pin ở một đầu vào và tụ điện ở đầu vào còn lại. Đầu ra của nó lật trạng thái ngay khoảnh khắc tụ điện thắng thế. 3. **Một chút trễ (hysteresis).** Một điện trở giá trị cao từ đầu ra trở lại đầu vào không đảo, khoảng một megohm, để đầu ra chuyển trạng thái dứt khoát thay vì dao động qua lại tại điểm giao. Không có nó, bạn sẽ bị kích hoạt liên tục bởi nhiễu cỡ milivolt. 4. **Công tắc.** Đầu ra của bộ so sánh điều khiển cực cổng của MOSFET_ mức logic, thứ dẫn dòng sạc. Mức logic rất quan trọng: một MOSFET thông thường sẽ không dẫn hoàn toàn với tín hiệu cổng 5 V và sẽ tiêu tán phần chênh lệch thành nhiệt. Hãy kiểm tra không cần pin trước. Đặt máy phát hàm vào đầu vào với một sóng tam giác rất chậm — vài phút mỗi chu kỳ, một đến hai vôn đỉnh-đỉnh — và kiểm tra xem đầu ra có lật ngay sau mỗi đỉnh chứ không phải trước đó hay không. Một máy phát tín hiệu mà bạn có thể đảo chiều tùy ý là phép thử tốt hơn nhiều so với một pin chỉ đảo chiều mỗi giờ. Sau đó đưa đường cong điện áp pin đã ghi lại của bạn vào thử thật. Theo dõi điện áp tụ điện trên một kênh dao động ký và pin trên kênh còn lại; điểm giao nhau có thể quan sát được và đó chính là toàn bộ mục đích của mạch.

Một bộ phát hiện −ΔV đứng riêng là một mạch có thể hỏng âm thầm, và kiểu hỏng hóc là một quá trình sạc không bao giờ kết thúc. Hãy thêm hai cơ chế còn lại. **Bộ điều nhiệt.** Sử dụng nhiệt điện trở tích hợp của pin nếu bạn có chân TH từ bậc thang 3, hoặc một nhiệt điện trở 10 kΩ NTC dán vào cell. Đặt nó trong một bộ chia điện áp với một điện trở cố định và đưa điểm nối vào nửa thứ hai của LM393; đặt điện áp tham chiếu bằng biến trở để bộ so sánh ngắt ở khoảng **45 °C**. Hiệu chuẩn nó, đừng cho rằng nó đúng: làm nóng nhiệt điện trở bằng súng hơi nóng ở mức thấp nhất trong khi theo dõi nhiệt kế hồng ngoại, rồi điều chỉnh cho đến khi điểm ngắt nằm đúng vị trí bạn muốn. Nối đầu ra của bộ so sánh này sao cho nó có thể cắt cổng MOSFET **bất kể** nửa −ΔV đang báo gì. **Bộ hẹn giờ.** Chế độ đơn ổn của IC 555 với một mạch RC dài sẽ cho bạn mười tám phút của Pacholok. Hãy tự tính R và C theo tốc độ sạc của riêng bạn thay vì sao chép của ông ấy: mười tám phút đúng với tốc độ bộ sạc của ông ấy đã dùng, còn bộ hẹn giờ đặt sai tốc độ thì tệ hơn không có, vì nó sẽ cắt ngắn mọi lần sạc tốt. Bây giờ hãy kiểm tra từng cơ chế **riêng lẻ**. Ngắt nửa −ΔV và chứng minh bộ điều nhiệt dừng được quá trình sạc. Ngắt bộ điều nhiệt và chứng minh bộ hẹn giờ làm được điều đó. Một cơ chế dự phòng chưa từng được kiểm tra riêng lẻ thì không phải là dự phòng, mà là ba mạch và một hy vọng. Cuối cùng, thêm đường sạc chậm: một điện trở giữ dòng nhỏ chảy sau khi kết thúc, khoảng C/40. Đo bằng đồng hồ và so sánh với tốc độ tự xả của chính cell.

**Bằng sáng chế.** US 5,196,780, David R. Pacholok, nộp ngày 10 tháng 9 năm 1991, được cấp ngày 23 tháng 3 năm 1993, đã hết hạn. Hình vẽ trên trang này là của chính bằng sáng chế. **Vì sao là 1991 chứ không phải 1961.** Hiệu ứng −ΔV đã được hiểu từ rất lâu trước bằng sáng chế này; các nhà sản xuất pin đã mô tả nó trong các ghi chú ứng dụng suốt nhiều năm. Điều còn thiếu là một cách phát hiện mức *giảm* chỉ vài millivolt trên một tín hiệu nằm trên hơn 1 volt, đủ rẻ để đưa vào bộ sạc tiêu dùng mà không cần vi điều khiển. Mẹo trễ RC là lời giải cho phần 'đủ rẻ', và nó thực sự thanh lịch: nó thay thế một bộ vi phân, vốn khuếch đại nhiễu, bằng một bộ trễ, vốn triệt tiêu nhiễu. **Nó đã thay đổi gì đối với người làm mạch và người dùng.** Trước khi có cơ chế kết thúc sạc đáng tin cậy, tốc độ sạc an toàn là C/10 qua đêm, vì chu trình tái kết hợp có thể hấp thụ mức đó vô thời hạn. Sau đó, sạc nhanh trở nên phổ biến, và bộ sạc nhanh chính là thứ khiến quy trình hai bộ pin hoạt động: một bộ trong dụng cụ, một bộ trên bộ sạc, không phải chờ đợi. Bộ pin của bậc 3 và bộ sạc của bậc này chỉ thực sự có nghĩa khi đi cùng nhau. **Những giới hạn thực tế.** −ΔV là tín hiệu của hóa học niken và không tồn tại ở lithium-ion, vì điện áp của loại này chỉ tăng; pin lithium kết thúc sạc bằng phương pháp dòng không đổi sang áp không đổi và sau đó dựa vào dòng giảm, một phương pháp hoàn toàn khác. −ΔV cũng khó phát hiện hơn khi bộ pin già đi, vì đỉnh điện áp bị thoải, và gần như không dùng được trên một pin đơn lẻ vì lý do mà bước 2 đã nêu. Và toàn bộ cơ chế được xây dựng trên giả định rằng các pin trong một bộ đều đạt đầy cùng lúc, điều mà, như bậc 7 cho thấy, không hề xảy ra.