Kako su uređeni i rade punjači za baterije?

Akumulatorji se u elektrotehnici obično nazivaju kemijskim izvorima struje, koji se mogu nadopuniti, obnoviti potrošenu energiju zbog primjene vanjskog električnog polja.

Uređaji koji na ploče dobavljaju električnu energiju nazivaju se punjači: dovode trenutni izvor u radno stanje, pune ga. Za pravilno upravljanje baterijom potrebno je predstaviti načela njihovog rada i punjača.

Kako radi baterija

Kemijski reciklirani izvor struje tijekom rada može:

1. napajati priključeno opterećenje, na primjer, žaruljom, motorom, mobilnim telefonom i drugim uređajima, trošeći opskrbu električnom energijom;

2. troše vanjsku električnu energiju koja je na njega povezana trošeći je na vraćanje rezerve svog kapaciteta.

U prvom slučaju baterija se prazni, a u drugom prima napunjenost. Postoji mnogo dizajna baterija, ali principi rada su zajednički. Ispitajmo ovo pitanje na primjeru nikl-kadmijevih ploča postavljenih u otopinu elektrolita.

Slaba baterija

Dva električna kruga djeluju istovremeno:

1. vanjski, primijenjen na izlazne stezaljke;

2. unutarnji.

Prilikom pražnjenja žarulje u vanjskom primijenjenom krugu struja teče od žica i filamenta nastalog kretanjem elektrona u metalima, a anioni i kationi kreću se kroz elektrolit u unutarnjem dijelu.

Nikalni oksidi dodani grafitom čine ploču pozitivno nabijene ploče, a na negativnoj elektrodi koristi se spužvasti kadmij.

Kada se baterija isprazni, dio aktivnog kisika nikl-oksida prenosi se u elektrolit i prelazi na kadmij ploču, gdje ga oksidira, smanjujući ukupni kapacitet.

Punjenje baterije

Opterećenje s izlaznih terminala za punjenje najčešće se uklanja, iako se u praksi metoda koristi kada je teret spojen, primjerice na bateriju vozila u kretanju ili na napunjeni mobilni telefon o kojem se govori.

Stezaljke akumulatora opskrbljuju se naponom iz vanjskog izvora veće snage. Ima oblik stalnog ili zaglađenog, pulsirajućeg oblika, prelazi potencijalnu razliku između elektroda, usmjeren je istopolno s njima.

Ta energija uzrokuje da struja teče u unutarnjem krugu akumulatora u suprotnom smjeru od pražnjenja, kada se čestice aktivnog kisika "istisnu" iz kadmija spužve i kroz elektrolit stignu na svoje prvobitno mjesto. Zbog toga se vraća potrošeni kapacitet.

Tijekom naboja i pražnjenja mijenja se kemijski sastav ploča, a elektrolit služi kao prijenosni medij za prolazak aniona i kationa. Intenzitet prolaska električne struje u unutarnjem krugu utječe na brzinu obnavljanja svojstava ploča tijekom punjenja i brzinu pražnjenja.

Ubrzani tijek procesa dovodi do brzog oslobađanja plinova, prekomjernog zagrijavanja, što može deformirati dizajn ploča, narušiti njihovo mehaničko stanje.

Premalo struje tijekom punjenja značajno će produljiti vrijeme oporavka potrošenog kapaciteta. Uz učestalu uporabu odgođenog naboja, sulfatiranje ploča se povećava, a kapacitet smanjuje. Stoga se opterećenje na bateriju i snaga punjača uvijek uzimaju u obzir za stvaranje optimalnog načina rada.

Ovdje su pregledani principi rada litij-ionskih baterija:Kemijski izvori struje

Kako radi punjač

Trenutni raspon baterija je opsežan.Za svaki model odabrane su optimalne tehnologije koje možda nisu prikladne, štetne za druge. Proizvođači elektroničke i električne opreme eksperimentalno proučavaju radne uvjete kemijskih izvora struje i pod njima stvaraju vlastite proizvode, koji se razlikuju po izgledu, dizajnu i karakteristikama električne snage.

Konstrukcije za punjenje mobilnih elektroničkih uređaja

Dimenzije punjača za mobilne proizvode različitih kapaciteta značajno se razlikuju jedna od druge. Stvaraju posebne radne uvjete za svaki model.

Čak i za iste vrste AA ili AAA baterija različitog kapaciteta, preporučuje se korištenje vlastitog vremena punjenja, ovisno o kapacitetu i karakteristikama trenutnog izvora. Njene vrijednosti navedene su u priloženoj tehničkoj dokumentaciji.

Određeni dio punjača i baterija za mobilne telefone opremljeni su automatskom zaštitom koja na kraju postupka isključuje napajanje. Ali, nadzor nad njihovim radom i dalje treba provoditi vizualno.

Konstrukcije za punjenje automobilskih akumulatora

Tehnologija punjenja mora se promatrati s posebnom preciznošću pri radu s automobilskim baterijama dizajniranim za rad u teškim uvjetima. Na primjer, zimi, na hladnom vremenu, uz njihovu pomoć, potrebno je odmotati hladni rotor motora s unutarnjim sagorijevanjem zadebljanom mašću kroz srednji električni motor - starter.

Ispraznjene ili nepravilno pripremljene baterije obično se ne nose s tim zadatkom.

Empirijske metode otkrile su odnos struje punjenja olovnih kiselina i alkalnih baterija. Smatra se da je optimalna vrijednost naboja (ampera) 0,1 vrijednosti kapaciteta (sati ampera) za prvi tip i 0,25 za drugi.

Na primjer, baterija ima kapacitet od 25 ampera. Ako je kisela, tada se mora napuniti strujom 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, a za alkalnu - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Da biste stvorili takve uvjete, morat ćete koristiti različite uređaje ili koristiti jedan univerzalni s velikom količinom funkcije.

Suvremeni akumulator za kiselo olovne baterije trebao bi podržati niz zadataka:

• kontrolirati i stabilizirati struju punjenja;

• uzeti u obzir temperaturu elektrolita i spriječiti ga da zagrije više od 45 stupnjeva prekidom napajanja.

Mogućnost provođenja ciklusa kontrole i osposobljavanja za kiselu bateriju automobila pomoću punjača je neophodna funkcija koja uključuje tri stupnja:

1. puni bateriju do maksimalnog kapaciteta;

2. desetočasovno pražnjenje sa strujom od 9 ÷ 10% nazivnog kapaciteta (empirijska ovisnost);

3. Napunite ispraznjenu bateriju.

Prilikom provođenja CTC-a prati se promjena gustoće elektrolita i vrijeme završetka drugog stupnja. Po svojoj vrijednosti prosuđuju stupanj istrošenosti ploča, trajanje preostalog resursa.

Punjači za alkalne baterije mogu se koristiti u manje složenim izvedbama, jer takvi izvori struje nisu toliko osjetljivi na načine podnižavanja i prepunjenosti.

Grafikon optimalnog naboja kiselo-alkalnih baterija za automobile pokazuje ovisnost skupa kapaciteta o obliku trenutnih promjena u unutarnjem krugu.

Na početku postupka punjenja preporučuje se održavanje struje na najvećoj dopuštenoj vrijednosti, a zatim njezina vrijednost smanjena na minimum za konačni završetak fizikalno-kemijskih reakcija koje vraćaju kapacitet.

Čak je i u ovom slučaju potrebno kontrolirati temperaturu elektrolita i unositi izmjene i dopune okoline.

Kompletan završetak ciklusa punjenja olovnih kiselina kontrolira:

• obnavljanje napona na svakoj banci 2,5 ÷ 2,6 volta;

• postizanje maksimalne gustoće elektrolita, koja se prestaje mijenjati;

• stvaranje nasilne evolucije plina kada elektrolit počne "ključati";

• postizanje kapaciteta baterije, veće od 15 ÷ 20% od vrijednosti date tijekom pražnjenja.

Oblici struje punjača baterije

Uvjet za punjenje baterije je da napon treba primijeniti na njegove ploče, što stvara struju u unutarnjem krugu određenog smjera. Može:

1. imati konstantnu vrijednost;

2. ili se razlikuju u vremenu prema određenom zakonu.

U prvom se slučaju fizikalno-kemijski procesi unutarnjeg lanca odvijaju nepromijenjeni, a u drugom, prema predloženim algoritmima s cikličkim povećanjem i prigušivanjem, koji stvaraju oscilatorne učinke na anione i katione. Za borbu protiv sultacije ploča koristi se najnovija tehnološka opcija.

Dio vremenske ovisnosti struje naboja prikazan je grafovima.

Donja desna slika pokazuje jasnu razliku u obliku izlazne struje punjača pomoću tiristorske kontrole za ograničavanje trenutka otvaranja polu-vala sinusoida. Zbog toga se regulira opterećenje u električnom krugu.

Naravno, brojni moderni punjači mogu stvarati druge oblike struja koji nisu prikazani na ovom dijagramu.

Načela stvaranja sklopova za punjače

Jednofazna 220-voltna mreža obično se koristi za napajanje opreme punjačima. Taj se napon pretvara u siguran podnapon, koji se pomoću različitih elektroničkih i poluvodičkih komponenata primjenjuje na ulazne stezaljke akumulatora.

Postoje tri sheme za pretvaranje industrijskog sinusoidnog napona u punjače zbog:

1. upotreba elektromehaničkih naponskih transformatora koji rade na principu elektromagnetske indukcije;

2. primjena elektronskih transformatora;

3. bez upotrebe transformatorskih uređaja temeljenih na razdjelnicima napona.

Tehnički je moguće pretvoriti naponski pretvarač, za koji se široko koristi inverterski strojevi za zavarivanjefrekvencijski pretvarači koji upravljaju motorima. No, za punjenje baterija ovo je prilično skupa oprema.

Krugovi punjača s odvajanjem transformatora

Elektromagnetski princip prijenosa električne energije iz primarnog namota od 220 volti u sekundarni u potpunosti odvaja potencijale opskrbnog kruga od potrošenog, uklanja njegov kontakt s baterijom i oštećenja u slučaju kvara izolacije. Ova metoda je najsigurnija.

Dijagrami kruga napajanja uređaja s transformatorom imaju mnogo različitih dizajna. Donja slika prikazuje tri principa za stvaranje različitih struja odjeljka za napajanje iz punjača pomoću:

1. diodni most s glatkim kondenzatorom za zaglađivanje;

2. diodni most bez zaglađivanja puzanje;

3. Jedna dioda koja prekida negativni pola vala.

Svaka od ovih shema može se koristiti neovisno, ali obično je jedna od njih osnova, osnova za stvaranje drugog, prikladnijeg za rad i upravljanje s obzirom na veličinu izlazne struje.

Upotreba skupova tranzistora snage s upravljačkim lancima u gornjem dijelu slike na dijagramu omogućuje smanjenje izlaznog napona na stezaljkama izlaznog kruga punjača, što omogućuje podešavanje vrijednosti istosmjernih struja koje prolaze kroz spojene baterije.

Jedna od opcija za ovaj dizajn punjača s trenutnom kontrolom prikazana je na donjoj slici.

Isti priključci u drugom krugu omogućuju vam podešavanje amplitude valjka, kako biste ga ograničili u različitim fazama punjenja.

Isti prosječni krug djeluje učinkovito kada zamjenjuju dvije suprotne diode u diodnom mostu tiristorima koji jednako reguliraju jačinu struje u svakom izmjeničnom polukrugu. A uklanjanje negativnih polu-harmonika dodijeljeno je preostalim diodama snage.

Zamjena jedne diode na donjoj slici poluvodičkim tiristorom s zasebnim elektroničkim krugom za upravljačku elektrodu omogućuje smanjenje impulsa struje zbog njihovog kasnijeg otvaranja, što se također koristi za razne metode punjenja baterija.

Jedna od opcija za takvu implementaciju kruga prikazana je na donjoj slici.

Sastaviti ga vlastitim rukama nije teško. Može se izraditi neovisno o dostupnim dijelovima, omogućava vam punjenje baterija strujom do 10 ampera.

Industrijska inačica sklopa transformatora Electron-6 temelji se na dva KU-202N tiristora. Za regulaciju ciklusa otvaranja polu-harmonike, svaka upravljačka elektroda ima svoj krug od nekoliko tranzistora.

Među ljubiteljima automobila popularni su uređaji koji omogućuju ne samo punjenje baterija, već i energiju 220 voltnih mreža za paralelno povezivanje s pokretanjem motora automobila. Nazivaju se bacačima ili bacačima. Imaju još složeniji elektronski i strujni krug.

Elektronički sklopovi transformatora

Takve uređaje proizvode proizvođači za opskrbu halogenim svjetiljkama s naponom od 24 ili 12 volti. Oni su relativno jeftini. Neki entuzijasti pokušavaju ih povezati kako bi napunili baterije slabe potrošnje. Međutim, ova tehnologija nije široko razvijena, ima značajne nedostatke.

Krugovi punjača bez odvajanja transformatora

Kad se nekoliko opterećenja serijski priključi na izvor struje, ukupni ulazni napon se dijeli na komponente. Zbog ove metode, razdjelnici djeluju, stvarajući smanjenje napona na određenu vrijednost na radnom elementu.

Na ovom su principu stvoreni brojni punjači s otporno-kapacitivnim otporima za baterije male snage. Zbog malih dimenzija sastavnih dijelova ugrađuju se izravno u svjetiljku.

Unutarnji električni krug potpuno je zatvoren u tvornički izoliranom kućištu, što isključuje kontakt čovjeka s potencijalom mreže tijekom punjenja.

Brojni eksperimentatori pokušavaju primijeniti isti princip za punjenje automobilskih akumulatora, nudeći shemu povezivanja iz kućanske mreže putem sklopa kondenzatora ili žarulje sa žarnom niti snage 150 W i dioda snageodašiljujući trenutne impulse iste polarnosti.

Slični dizajni mogu se naći na web stranicama samih sebe koji hvale jednostavnost kruga, nisku cijenu dijelova i sposobnost vraćanja kapaciteta pražnjene baterije.

Ali, oni šute o činjenici da:

• otvoreno ožičenje 220 predstavlja opasnost za ljudski život;

• žarulja žarulje pod naponom se zagrijava, mijenja svoj otpor prema zakonu nepovoljnom za prolazak optimalnih struja kroz akumulator.

Kad se uključi pod opterećenjem, vrlo velike struje prolaze kroz hladni navoj i cijeli serijski povezani lanac. Osim toga, punjenje treba dovršiti malim strujama, što također ne radi. Stoga baterija koja je prošla nekoliko serija takvih ciklusa brzo gubi kapacitet i performanse.

Naš savjet: ne koristite ovu metodu!

Punjači su dizajnirani za rad s određenim tipovima baterija, uzimajući u obzir njihove karakteristike i uvjete za obnavljanje kapaciteta. Kad koristite univerzalne, multifunkcionalne uređaje, trebali biste odabrati način punjenja koji je optimalan za pojedinu bateriju.