为镍氢电池建造一个太阳能电池充电器

你可以买一个太阳能电池充电器，但自己做一个更便宜更有趣。

如果你像我一样，喜欢在穷乡僻壤生活，这意味着你没有任何方法为你的设备充电。你可以去看看商业太阳能电池充电器，但对于流行的品牌，这些很容易花费100美元或更多。所以为什么不自己建一个呢?

电池充电器最简单的形式是向电池的正极施加电压或电流。这将导致电池充电，它的电压将增加。据我所知，用这种简单的系统给电池充电的人只有一次，那就是发动汽车。只要给电池加一个电压就可以给它充电，但是它没有保护电池的系统。每个电池的化学成分都有独特的特性，包括但不限于;标称电压、最大电压、能量密度、自放电率、内阻、寿命周期。由于每种电池化学成分的独特要求，重要的是首先指定我们想使用哪种电池化学成分。

为一节AAA电池充电

电池选择

目前，有3种常见的可充电电池化学品用于消费设备。我们有锂离子，镍氢(Ni-MH)和镍镉(NiCd)。让我们从锂离子的标称电压开始。从3.2 V到3.7 V, Ni-MH为1.2 V, NiCd也是1.2 V。因为大多数消费设备使用的要么是内部电池，要么是AA或AAA电池。让我们去掉锂离子，因为它的标称电压是AA或AAA电池电压的两倍以上。对比Ni-MH和NiCd的能量密度，我们发现Ni-MH的能量密度为140- 1000 Wh/L, NiCd的能量密度为50 - 150 Wh/L。所以我要用Ni-MH来得到更好的能量密度。

电池充电方法

所有电池化学物质的充电方法有细节，我建议您选择与您选择的化学品的良好信息来源。对于Ni-MH，松下和激励器均配有优质的材料。

为了快速充电(在几个小时内)，一个微控制器通常用来监测电池电压和温度。如果电压开始下降，那么电池已经达到过充状态，充电器关闭。如果温度开始迅速上升，这可能意味着电池损坏，或已达到过充状态，充电器关闭。

如果时间不是问题，则另一种方法是用计时器慢慢向电池充电，以便在12到14小时后关闭。为避免过充电，电池充电器要求电池具有最小容量。但如果电池的容量比充电器所设计的最低限度更大，它们将不会被充满电。一个简单的解决方案，但几乎需要用充电器指定电池容量。

另一种选择是对电池进行滴流充电。按照劲量公司的建议给一个空电池充满电需要60个小时。对电池进行充分充电并不实用，而是经常用作二次充电的方法。一旦电池充满，就会开始涓滴充电，以保持电池“充满”。

让我们来考虑一下我们的太阳能充电器最好的方法。滴流充电需要的时间太长了，所以我们贴现一下。基于时间的充电器也很快出现问题;如果太阳能充电器断电，定时器会重置，导致过度充电。这可以通过为计时器增加一个电池来解决。然而，如果断电，那么计时器仍然在运行，但没有给电池充电，导致电池没有充电。由于定时器法充电时间长，几乎总是会掉电。所以timer方法失效了。使用微控制器似乎是一个不错的选择，但它是一个更复杂的系统。每个电池槽都必须有一个热敏电阻，一个用来测量环境温度。 We also then have to measure voltage on every battery, and it may not be able to do the fast charging because of power limitations from the solar panel.

提出的每一种方法似乎都有令人担忧的局限性。而不是仅仅使用这些方法之一，我提出了一个方法，采取组件的定时器和微控制器的方法。我们使用比较器来监测电压，防止过充，但使用定时器的低充电率来保护电池。这确实存在一些限制，但提供了易于伸缩的更简单的设计;一个不需要持续供电且安全的系统。

设计

因为该设备不会处于温度控制的环境中，所以我建议所有组件的最高工作温度至少为70C，最低工作温度至少为-25C。虽然70摄氏度比任何预期的空气温度都高，但充电器会被置于阳光下，推高设备温度，很容易达到50摄氏度以上的温度。

首先，我们需要选择一块太阳能电池板。我选择了一个5w的面板，它的开路电压(Voc)为22 V，短路电流(Isc)为300 mA。这个面板的高电压允许它被用来充电12v汽车电池，这是我认为可取的。它也很实惠。300毫安的电流确实限制了我们可以同时为一对小电池或一个大电池充电的电池数量。

我们之前讨论过电池的化学性质，但我们没有讨论容量或形状因素。你可能会想到一个外形因素(AA, AAA等)，因为你可能有一个特别的设备，你想要为它充电。我将为1100毫安时AAA Ni-MH设计我的，但化学和容量真正定义了电气特性。一般来说，电池越大，容量越大。然而，包装和技术上的细微差别意味着一个AAA可能与另一个AAA拥有不同的容量。

我们有电源和充电电池，所以让我们开始剩下的设计工作。我之前提到过我会使用一个比较器这意味着我们需要一个参考电压。通常，这可以做一个分压器，但因为我们的电源是高度可变的，我选择使用一个电压调节器。LM317是一种常见的稳压器，使用方便，价格便宜，工作温度高。输出电压由2个电阻控制。我将使用第二个第二LM317做一个12v线，我将使用作为VCC剩下的电路。

LM317配置为1.47V的输出

Lm317配置12V输出

对于LED的晶体管，我使用了2N3904，发射器连接到一个电流限制电阻和LED串联。这可以显示出什么时候电池正在充电，什么时候我们的电池充满。

对于控制电池电流的晶体管，我使用了IRF840功率晶体管。它超出了规格，而且价格不贵，但可以用你选择的功率晶体管代替。晶体管与限流电阻和电池串联。

现在这个可以给你的电池充电，但是我决定再加一个系统来限制电流。我又加了一个功率晶体管，把栅极连接到一个555定时器上。555定时器配置为80%占空比，频率为1KHz。这限制了平均电流，但也保证了LED指示灯将有足够的电流运行足够亮，在明亮的太阳下看。

555定时器配置为80%占空比在1KHz

我在带有空间的面包板上构建了电路的原型，以为单个AAA电池充电。在阳光明媚的冬日，在90 mA下测量电池的时间平均电流。我用太阳能充电器放电，然后用太阳能充电器充电，然后用Duracell制造的商业充电器充电。在每个电池上测量电压以进行有限的比较。

电池电压

太阳能充电器电池的平均电压为1274mV，金霸王充电器电池的平均电压为1295mV。较低的电压并不奇怪，因为太阳能充电器的设计是在最大电压下结束30mV的充电周期。你现在有了自己的太阳能充电器的完整设计。

太阳能充电器原理图单电池

对下一步的建议

添加更多的电池
为充电器添加电源的指示灯
主充电后添加涓流充电器

为自己提供这个项目！BOM。