Pengisi Baterai Otomatis (Auto Battery Charger) NiCad/NiMH/Li-Ion

Metode Dan Cara Kerja Rangkaian Pengisi Baterai (Baterai Charger)

Metode kerja rangkaian pengisi baterai ini adalah mendeteksi tegangan puncak baterai ketika penuh, tegangan puncak baterai ini biasanya antara 1,5V – 1,7V / Cell (untuk baterai NiCad & NiMH) dan 4,2V (untuk Li-Ion), untuk lebih jelas-nya mengenai tegangan puncak ini, bisa dilihat pada datasheet / product manual / handbook dari baterai yang bersangkutan.
Otak dari rangkaian ini adalah IC Pewaktu 555 (555 Timer IC). IC Pewaktu 555 ini akan membandingkan tegangan puncak baterai dengan tegangan referensi yang telah diset / atur oleh kita. Pada posisi mengisi baterai (charging), tegangan pada pin2 IC 555 (trigger) di bawah 1/3Vcc (Vcc = tegangan sumber) ini akan mengakibatkan keluaran pada pin3 IC 555 menjadi tinggi (HIGH) dan menghidupkan Transistor T1 sehingga arus listrik dapat mengalir.
Ketika baterai penuh (mencapai tegangan puncak), tegangan pada PIN2 menjadi lebih tinggi dari pada tegangan pada Pin6 (Threshold) IC 555. Ini mengakibatkan keluaran pin3 IC 555 menjadi rendah (LOW) dan menyebabkan Transistor T1 tidak aktif sehingga arus tidak dapat mengalir.

Penentuan Besar Arus Pengisian

Pada rangkaian original, arus listrik dibatasi melalui Resistor R7 dan R3, arus ini diatur untuk mengisi baterai dengan kisaran 180 – 200mA. Kisaran besar arus listrik ini diambil dari 0,1C baterai dimana “C” adalah kapasitas baterai dalam mAh (mili ampere hours). Misal suatu baterai NiMH dengan kapasitas 2000mAh, maka besar arus pengisian :

• Arus pengisian = 0,1C
• Arus pengisian = 0,1 x 2000
• Arus pengisian = 200mA

Nilai 0,1C dipilih karena ini merupakan nilai arus pengisian yang aman untuk mengisi suatu baterai rechargeable. Nilai yang lebih besar dari 0,1C bisa juga digunakan (misal 0,2C atau 0,5C), tetapi ini tidak dianjurkan karena dibutuhkan rangkaian yang lebih kompleks (rumit) untuk mencegah Pengisian Berlebih (Over Charging) yang dapat merusak baterai.

Modifikasi Rangkaian Pengisi Baterai

Modifikasi dilakukan pada bagian pengatur arus pengisian baterai dimana pada rangkaian original, arus dibatasi melalui resistor R7 dan R3. Modifikasi dilakukan dengan menambahkan IC Regulator LM317 yang difungsikan sebagai regulator arus.
Selain itu ditambahkan juga resistor (R8) yang menghubungkan pin Vcc IC 555 ( Pin8) dengan sumber tegangan. Resistor sebesar 100 Ohm ini digunakan untuk membatasi arus yang masuk ke IC 555. Karena pada saat saya mencoba rangkaian original (tanpa resistor), IC 555 sangat panas.
Untuk rangkaian pengisi baterai otomatis versi modifikasi bisa dilihat pada gambar berikut ini.

Penentuan Besar Arus Pengisian Pada Regulator Arus LM317

Seperti dijelaskan sebelumnya, pada rangkaian modifikasi ditambahkan IC LM317 yang difungsikan sebagai pengatur / regulator arus. Hal ini dilakukan karena pengisi baterai ini nanti-nya akan lebih banyak digunakan untuk mengisi baterai NiMH/NiCad dimana metode pengisian dengan Arus Konstan (Constant Current) dianjurkan untuk mengisi baterai jenis ini.

Untuk menentukan nilai R7 pada rangkaian regulator arus, digunakan persamaan berikut.

R7 = 1,25 / Arus Pengisian (A)

Misal, arus pengisian yang ingin digunakan adalah 200mA, maka:

• R7 = 1,25 / Arus Pengisian
• R7 = 1,25 / 200*10-3
• R7 = 1,25 / 0,2
• R7 = 6,25 Ω ≈ digunakan 6,8 Ω

Printed Circuit Board (PCB) Pengisi Baterai Otomatis

PCB rangkaian dibuat menggunakan Eagle, PCB ini sudah mengalami berbagai macam revisi untuk memperoleh desain yang minimalis dan kompak.

Kalibrasi Pengisi Baterai

Sebelum digunakan, pengisi baterai ini harus di kalibrasi. Cara-nya terminal keluaran (BAT+ & BAT-) dihubungkan dengan sumber tegangan variabel. Sumber tegangan variabel diset / atur pada posisi tegangan puncak baterai. Misal, kita akan mengisi baterai Li-Ion (baterai Handphone), baterai ini memiliki tegangan nominal sebesar 3,7V, jika dilihat dari datasheet, baterai Li-Ion memiliki tegangan puncak sebesar 4,2V. Maka set sumber tegangan variabel sebesar 4,2V, kemudian hubung-kan kutub positif ke terminal BAT+ dan kutub negatif ke terminal BAT-.
Atur trimmer resistor VR1 pada posisi tengah, dan kemudian atur trimmer resistor VR2 hingga lampu LED1 mati. Ini mengindikasikan bahwa rangkaian akan berhenti mengisi ketika baterai mencapai tegangan puncak baterai yakni 4,2V. jika telah selesai rangkaian pengisi baterai siap digunakan.

Fitur Pengisi Baterai Otomatis

• Pengisi baterai akan berhenti secara otomatis ketika baterai mencapai tegangan puncak (penuh).
• Lampu LED akan menyala pada saat mengisi, dan akan padam pada saat baterai telah penuh.
• Bisa digunakan untuk mengisi minimal 3 sel baterai NiCd/NiMH dan 1 sel baterai Li-Ion. 

courtesy: http://pcb.hol.es/index.php?option=com_content&view=article&id=48:pengisi-baterai-otomatis-auto-battery-charger-nicad-nimh-li-ion&catid=15&Itemid=157