Wie sind Batterieladegeräte angeordnet und funktionieren sie?

Akkumulatoren in der Elektrotechnik werden üblicherweise als chemische Stromquellen bezeichnet, die sich durch Anlegen eines externen elektrischen Feldes wieder auffüllen und die verbrauchte Energie wiederherstellen können.

Geräte, die die Platten der Batterie mit Strom versorgen, werden als Ladegeräte bezeichnet: Sie bringen die Stromquelle in einen funktionsfähigen Zustand und laden sie auf. Um den Akku ordnungsgemäß zu betreiben, müssen die Funktionsprinzipien und das Ladegerät vorgestellt werden.

Wie die Batterie funktioniert

Eine chemisch recycelte Stromquelle während des Betriebs kann:

1. die angeschlossene Last, zum Beispiel eine Glühbirne, einen Motor, ein Mobiltelefon und andere Geräte, mit Strom versorgen und ihre Energieversorgung verbrauchen;

2. den damit verbundenen externen Strom verbrauchen und für die Wiederherstellung der Kapazitätsreserve ausgeben.

Im ersten Fall wird der Akku entladen und im zweiten Fall wird er aufgeladen. Es gibt viele Designs von Batterien, aber ihre Funktionsprinzipien sind üblich. Untersuchen wir diese Frage am Beispiel von Nickel-Cadmium-Platten, die in einer Elektrolytlösung angeordnet sind.

Batterie schwach

Zwei Stromkreise arbeiten gleichzeitig:

1. extern, an die Ausgangsklemmen angelegt;

2. intern.

Bei der Entladung zu einer Glühbirne in einem extern angelegten Stromkreis fließt Strom aus Drähten und einem Filament, das durch die Bewegung von Elektronen in Metallen gebildet wird, und Anionen und Kationen bewegen sich durch den Elektrolyten im inneren Teil.

Nickeloxide mit Graphitzusatz bilden die Basis einer positiv geladenen Platte, und auf der negativen Elektrode wird Schwammcadmium verwendet.

Wenn die Batterie entladen ist, wird ein Teil des aktiven Sauerstoffs von Nickeloxiden auf den Elektrolyten übertragen und gelangt zur Cadmiumplatte, wo er oxidiert, wodurch die Gesamtkapazität verringert wird.

Batterieladung

Die Last von den Ausgangsanschlüssen zum Laden wird am häufigsten entfernt, obwohl die Methode in der Praxis verwendet wird, wenn die Last angeschlossen ist, z. B. an der Batterie eines fahrenden Autos oder an einem aufgeladenen Mobiltelefon, über das gesprochen wird.

Die Batterieklemmen werden von einer externen Quelle mit höherer Leistung mit Spannung versorgt. Es hat das Aussehen einer konstanten oder geglätteten, pulsierenden Form, überschreitet die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden, ist unipolar mit ihnen gerichtet.

Diese Energie bewirkt, dass der Strom im internen Kreislauf der Batterie entgegen der Entladungsrichtung fließt, wenn aktive Sauerstoffpartikel aus dem Schwamm Cadmium "herausgedrückt" werden und durch den Elektrolyten an ihren ursprünglichen Ort gelangen. Dadurch wird die verbrauchte Kapazität wiederhergestellt.

Während des Ladens und Entladens ändert sich die chemische Zusammensetzung der Platten und der Elektrolyt dient als Transmissionsmedium für den Durchgang von Anionen und Kationen. Die Intensität des im internen Stromkreis fließenden elektrischen Stroms beeinflusst die Wiederherstellungsrate der Eigenschaften der Platten während des Ladens und die Entladungsgeschwindigkeit.

Der beschleunigte Prozessfluss führt zu einer schnellen Freisetzung von Gasen, eine übermäßige Erwärmung, die das Design der Platten verformen und deren mechanischen Zustand stören kann.

Zu kleine Ströme während des Ladevorgangs verlängern die Erholungszeit der verbrauchten Kapazität erheblich. Mit der häufigen Verwendung einer verzögerten Ladung nimmt die Sulfatierung der Platten zu und die Kapazität ab. Daher werden die Belastung des Akkus und die Leistung des Ladegeräts immer berücksichtigt, um den optimalen Modus zu erzielen.

Die Funktionsprinzipien von Lithium-Ionen-Batterien werden hier beschrieben:Chemische Stromquellen

Wie funktioniert das Ladegerät?

Das aktuelle Angebot an Batterien ist umfangreich.Für jedes Modell werden optimale Technologien ausgewählt, die möglicherweise nicht geeignet und für andere schädlich sind. Hersteller von elektronischen und elektrischen Geräten untersuchen experimentell die Arbeitsbedingungen chemischer Stromquellen und stellen für sie eigene Produkte her, die sich in Aussehen, Design und elektrischen Leistungseigenschaften unterscheiden.

Ladestrukturen für mobile elektronische Geräte

Die Abmessungen der Ladegeräte für mobile Produkte mit unterschiedlichen Kapazitäten unterscheiden sich erheblich voneinander. Sie schaffen spezielle Arbeitsbedingungen für jedes Modell.

Selbst für den gleichen Batterietyp der Standardgrößen AA oder AAA mit unterschiedlichen Kapazitäten wird empfohlen, je nach Kapazität und Eigenschaften der Stromquelle eine eigene Ladezeit zu verwenden. Ihre Werte sind in der beigefügten technischen Dokumentation angegeben.

Ein bestimmter Teil der Ladegeräte und Akkus für Mobiltelefone ist mit einem automatischen Schutz ausgestattet, der die Stromversorgung am Ende des Vorgangs abschaltet. Die Kontrolle über ihre Arbeit sollte jedoch weiterhin visuell erfolgen.

Ladestrukturen für Autobatterien

Die Ladetechnologie muss besonders genau beobachtet werden, wenn Autobatterien betrieben werden, die für den Betrieb unter schwierigen Bedingungen ausgelegt sind. Zum Beispiel ist es im Winter, bei kaltem Wetter, mit ihrer Hilfe notwendig, den kalten Rotor des Verbrennungsmotors mit eingedicktem Fett durch einen zwischengeschalteten Elektromotor - Anlasser zu lösen.

Entladene oder nicht ordnungsgemäß vorbereitete Batterien erfüllen diese Aufgabe normalerweise nicht.

Empirische Methoden haben die Beziehung zwischen dem Ladestrom für Blei-Säure- und Alkalibatterien gezeigt. Es wird als optimaler Ladungswert (Ampere) von 0,1 Kapazitätswert (Amperestunden) für den ersten Typ und 0,25 für den zweiten angesehen.

Beispielsweise hat eine Batterie eine Kapazität von 25 Amperestunden. Wenn es sauer ist, muss es mit einem Strom von 0,1 ∙ 25 = 2,5 A und für Alkali - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A aufgeladen werden. Um solche Bedingungen zu schaffen, müssen Sie verschiedene Geräte oder ein Universalgerät mit einer großen Menge verwenden Funktionen.

Ein modernes Ladegerät für Säure-Blei-Batterien sollte eine Reihe von Aufgaben unterstützen:

• den Ladestrom steuern und stabilisieren;

• Berücksichtigen Sie die Temperatur des Elektrolyten und verhindern Sie, dass er sich durch Stromausfall um mehr als 45 Grad erwärmt.

Die Möglichkeit, mit einem Ladegerät einen Steuer- und Trainingszyklus für eine Säurebatterie eines Autos durchzuführen, ist eine notwendige Funktion, die drei Stufen umfasst:

1. Eine volle Akkuladung bis zur maximalen Kapazität;

2. zehnstündige Entladung mit einem Strom von 9 ÷ 10% der Nennkapazität (empirische Abhängigkeit);

3. Laden Sie einen entladenen Akku auf.

Bei der Durchführung der CTC werden die Änderung der Dichte des Elektrolyten und die Fertigstellungszeit der zweiten Stufe überwacht. Anhand ihres Wertes beurteilen sie den Verschleißgrad der Platten und die Dauer der verbleibenden Ressource.

Ladegeräte für Alkalibatterien können in weniger komplexen Ausführungen verwendet werden, da solche Stromquellen nicht so empfindlich auf Unter- und Überlademodi reagieren.

Das Diagramm der optimalen Ladung von Säure-Alkali-Batterien für Autos zeigt die Abhängigkeit des Kapazitätssatzes von der Form der Stromänderungen im internen Stromkreis.

Zu Beginn des Ladevorgangs wird empfohlen, den Strom auf dem maximal zulässigen Wert zu halten und dann seinen Wert auf das Minimum zu reduzieren, um die physikochemischen Reaktionen, die die Kapazität wiederherstellen, endgültig abzuschließen.

Auch in diesem Fall ist es erforderlich, die Temperatur des Elektrolyten zu regeln und Umweltänderungen vorzunehmen.

Der vollständige Abschluss des Ladezyklus von Blei-Säure-Batterien wird gesteuert durch:

• Wiederherstellung der Spannung an jeder Bank 2,5 ÷ 2,6 Volt;

• Erreichen der maximalen Elektrolytdichte, die sich nicht mehr ändert;

• die Bildung einer heftigen Gasentwicklung, wenn der Elektrolyt zu "kochen" beginnt;

• Erreichen einer Batteriekapazität von mehr als 15 ÷ 20% des während der Entladung angegebenen Wertes.

Stromformen des Ladegeräts

Die Bedingung zum Laden des Akkus ist, dass an seine Platten eine Spannung angelegt wird, die einen Strom im internen Stromkreis einer bestimmten Richtung erzeugt. Er kann:

1. einen konstanten Wert haben;

2. oder zeitlich nach einem bestimmten Gesetz variieren.

Im ersten Fall verlaufen die physikochemischen Prozesse der inneren Kette unverändert und im zweiten Fall gemäß den vorgeschlagenen Algorithmen mit zyklischem Wachstum und Abschwächung, die oszillierende Effekte auf Anionen und Kationen erzeugen. Die neueste Technologieoption wird zur Bekämpfung der Plattensulfatierung eingesetzt.

Ein Teil der Zeitabhängigkeiten des Ladestroms wird durch Diagramme dargestellt.

Das Bild unten rechts zeigt einen deutlichen Unterschied in der Form des Ausgangsstroms des Ladegeräts, das mithilfe der Thyristorsteuerung das Öffnungsmoment der Halbwelle einer Sinuskurve begrenzt. Dadurch wird die Belastung des Stromkreises geregelt.

Natürlich können zahlreiche moderne Ladegeräte andere Arten von Strömen erzeugen, die in diesem Diagramm nicht dargestellt sind.

Prinzipien zum Erstellen von Schaltkreisen für Ladegeräte

Ein einphasiges 220-Volt-Netzwerk wird normalerweise zur Stromversorgung der Geräte von Ladegeräten verwendet. Diese Spannung wird in eine sichere Unterspannung umgewandelt, die über verschiedene Elektronik- und Halbleiterkomponenten an die Eingangsanschlüsse der Batterie angelegt wird.

Es gibt drei Schemata zum Umwandeln der industriellen Sinusspannung in Ladegeräten aufgrund von:

1. die Verwendung von elektromechanischen Spannungswandlern, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeiten;

2. Anwendung elektronischer Transformatoren;

3. ohne die Verwendung von Transformatorgeräten auf der Basis von Spannungsteilern.

Technisch möglich ist die Wechselrichterspannungsumwandlung, für die weit verbreitet ist WechselrichterschweißmaschinenFrequenzumrichter, die Motoren steuern. Zum Laden von Batterien ist dies jedoch eine ziemlich teure Ausrüstung.

Ladekreise mit Transformatorabstand

Das elektromagnetische Prinzip der Übertragung elektrischer Energie von der Primärwicklung von 220 Volt auf die Sekundärwicklung trennt die Potentiale des Versorgungskreises vollständig vom verbrauchten, beseitigt den Kontakt mit der Batterie und Schäden bei Isolationsfehlern. Diese Methode ist die sicherste.

Die Leistungsschaltpläne von Geräten mit Transformator sind unterschiedlich aufgebaut. Das folgende Bild zeigt drei Prinzipien zum Erzeugen unterschiedlicher Ströme des Leistungsteils aus Ladegeräten mithilfe von:

1. Diodenbrücke mit einem Glättungswelligkeitskondensator;

2. Diodenbrücke ohne Glättungswelligkeit;

3. Eine einzelne Diode, die die negative Halbwelle abschneidet.

Jedes dieser Schemata kann unabhängig verwendet werden, aber normalerweise ist eines davon die Basis, die Basis für die Erzeugung eines anderen, das für den Betrieb und die Steuerung durch die Größe des Ausgangsstroms bequemer ist.

Die Verwendung von Sätzen von Leistungstransistoren mit Steuerketten im oberen Teil des Bildes im Diagramm ermöglicht es, die Ausgangsspannung an den Anschlüssen des Ausgangsstromkreises des Ladegeräts zu reduzieren, wodurch die Werte der Gleichströme angepasst werden können, die durch die angeschlossenen Batterien geleitet werden.

Eine der Optionen für dieses Design des Ladegeräts mit Stromregelung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Mit denselben Anschlüssen im zweiten Stromkreis können Sie die Amplitude der Welligkeit einstellen und in verschiedenen Ladestufen begrenzen.

Dieselbe durchschnittliche Schaltung arbeitet effizient, wenn zwei gegenüberliegende Dioden in einer Diodenbrücke durch Thyristoren ersetzt werden, die die Stromstärke in jeder alternierenden Halbwelle gleichmäßig regulieren. Und die Eliminierung negativer Halbharmonischer wird den verbleibenden Leistungsdioden zugeordnet.

Das Ersetzen einer einzelnen Diode im unteren Bild durch einen Halbleiterthyristor mit einer separaten elektronischen Schaltung für die Steuerelektrode ermöglicht das Reduzieren von Stromimpulsen aufgrund ihrer späteren Öffnung, die auch für verschiedene Methoden zum Laden von Batterien verwendet wird.

Eine der Optionen für eine solche Implementierung der Schaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Es ist nicht schwierig, es mit eigenen Händen zusammenzubauen. Es kann unabhängig von den verfügbaren Teilen hergestellt werden und ermöglicht das Laden von Batterien mit Strömen bis zu 10 Ampere.

Die industrielle Version der Schaltung des Electron-6-Transformatorladegeräts basiert auf zwei KU-202N-Thyristoren. Um die Öffnungszyklen der Halboberwellen zu regeln, hat jede Steuerelektrode eine eigene Schaltung mit mehreren Transistoren.

Unter Autoenthusiasten sind Geräte beliebt, mit denen nicht nur Batterien geladen, sondern auch die Energie des 220-Volt-Netzes genutzt werden kann, um es parallel zum Starten des Fahrzeugmotors zu verbinden. Sie werden Trägerraketen oder Trägerraketen genannt. Sie haben einen noch komplexeren Elektronik- und Stromkreis.

Elektronische Transformatorschaltungen

Solche Geräte werden von Herstellern hergestellt, um Halogenlampen mit einer Spannung von 24 oder 12 Volt zu versorgen. Sie sind relativ billig. Einige Enthusiasten versuchen, sie anzuschließen, um Batterien mit geringem Stromverbrauch aufzuladen. Diese Technologie ist jedoch nicht weit verbreitet, sie hat erhebliche Nachteile.

Ladekreise ohne Transformatorabtrennung

Wenn mehrere Lasten in Reihe an eine Stromquelle geschaltet werden, wird die gesamte Eingangsspannung in Komponentenabschnitte unterteilt. Aufgrund dieser Methode arbeiten Teiler und erzeugen eine Spannungsreduzierung auf einen bestimmten Wert am Arbeitselement.

Nach diesem Prinzip werden zahlreiche Ladegeräte mit resistiv-kapazitiven Widerständen für Batterien mit geringem Stromverbrauch erstellt. Aufgrund der geringen Abmessungen der Bauteile werden diese direkt in die Taschenlampe eingebaut.

Der interne Stromkreis ist vollständig in einem werkseitig isolierten Gehäuse eingeschlossen, das den menschlichen Kontakt mit dem Potenzial des Netzwerks beim Laden ausschließt.

Zahlreiche Experimentatoren versuchen, das gleiche Prinzip für das Laden von Autobatterien zu implementieren, indem sie ein Verbindungsschema von einem Haushaltsnetzwerk über eine Kondensatorbaugruppe oder eine Glühlampe mit einer Leistung von 150 Watt und anbieten LeistungsdiodeÜbertragung von Stromimpulsen gleicher Polarität.

Ähnliche Designs finden Sie auf den Websites von Heimwerkern, die die Einfachheit der Schaltung, die geringen Kosten für Teile und die Fähigkeit zur Wiederherstellung der Kapazität einer entladenen Batterie loben.

Aber sie schweigen über die Tatsache, dass:

• offene Verdrahtung 220 repräsentiert Gefahr für das menschliche Leben;

• Der Faden einer unter Spannung stehenden Lampe erwärmt sich und ändert ihren Widerstand gemäß einem Gesetz, das für den Durchgang optimaler Ströme durch die Batterie ungünstig ist.

Beim Einschalten unter Last fließen sehr große Ströme durch das kalte Gewinde und die gesamte in Reihe geschaltete Kette. Außerdem sollte der Ladevorgang mit kleinen Strömen abgeschlossen werden, was ebenfalls nicht funktioniert. Daher verliert eine Batterie, die mehrere Serien solcher Zyklen durchlaufen hat, schnell ihre Kapazität und Leistung.

Unser Tipp: Verwenden Sie diese Methode nicht!

Ladegeräte sind für die Verwendung mit bestimmten Batterietypen ausgelegt und berücksichtigen deren Eigenschaften und Bedingungen für die Wiederherstellung der Kapazität. Wenn Sie universelle, multifunktionale Geräte verwenden, sollten Sie den Lademodus wählen, der für einen bestimmten Akku optimal ist.