Cum sunt aranjate și funcționate încărcătoarele cu baterii?

Acumulatoarele din inginerie electrică sunt de obicei numite surse chimice de curent, care pot reface, reface energia consumată datorită aplicării unui câmp electric extern.

Dispozitivele care furnizează energie electrică la plăcile bateriei se numesc încărcătoare: aduc sursa curentă în stare de funcționare, o încarcă. Pentru a funcționa corect bateria, este necesar să prezentați principiile de lucru și încărcătorul.

Cum funcționează bateria

O sursă de curent reciclat chimic în timpul funcționării poate:

1. alimentează sarcina conectată, de exemplu, un bec, un motor, un telefon mobil și alte dispozitive, cheltuindu-și furnizarea de energie electrică;

2. consumă energia electrică externă conectată la aceasta, cheltuind-o pentru refacerea rezervei capacității sale.

În primul caz, bateria este descărcată, iar în al doilea primește o încărcare. Există multe modele de baterii, dar principiile lor de lucru sunt comune. Să examinăm această întrebare prin exemplul plăcilor de nichel-cadmiu plasate într-o soluție de electrolit.

Baterie slabă

Două circuite electrice funcționează simultan:

1. extern, aplicat terminalelor de ieșire;

2. intern.

Atunci când sunt descărcate la un bec într-un circuit extern aplicat, curentul curge din fire și un filament format din mișcarea electronilor în metale, iar anioni și cationi se deplasează prin electrolit în partea interioară.

Oxizii de nichel adăugați de grafit formează baza unei plăci încărcate pozitiv, iar cadranul din burete este utilizat pe electrodul negativ.

Când bateria este descărcată, o parte din oxigenul activ al oxizilor de nichel este transferat în electrolit și se deplasează pe placa de cadmiu, unde o oxidează, reducând capacitatea totală.

Încărcarea bateriei

Sarcina de la terminalele de ieșire pentru încărcare este de cele mai multe ori eliminată, deși în practică se folosește metoda atunci când este conectată sarcina, cum ar fi pe bateria unei mașini în mișcare sau pe un telefon mobil încărcat.

Terminalele bateriei sunt furnizate cu tensiune de la o sursă externă de putere mai mare. Are forma unei forme pulsante constante sau netezite, depășește diferența de potențial dintre electrozi, este direcționat unipolar cu aceștia.

Această energie face ca curentul să curgă în circuitul intern al bateriei în direcția opusă descărcării, când particulele de oxigen activ sunt „stoarse” din cadmiul buretelui și prin electrolit ajung la locul lor inițial. Datorită acestui fapt, capacitatea consumată este restabilită.

În timpul încărcării și descărcării, compoziția chimică a plăcilor se schimbă, iar electrolitul servește ca mediu de transmisie pentru trecerea anionilor și cationilor. Intensitatea curentului electric care trece în circuitul intern afectează rata de restaurare a proprietăților plăcilor în timpul încărcării și viteza de descărcare.

Fluxul accelerat al proceselor duce la eliberarea rapidă a gazelor, încălzirea excesivă, care poate deforma designul plăcilor, perturbă starea lor mecanică.

Curenții prea mici în timpul încărcării vor prelungi semnificativ timpul de recuperare a capacității consumate. Odată cu utilizarea frecventă a unei încărcări întârziate, sulfarea plăcilor crește, iar capacitatea scade. Prin urmare, sarcina aplicată bateriei și puterea încărcătorului sunt luate în considerare întotdeauna pentru a crea modul optim.

Principiile de funcționare ale bateriilor cu ioni de litiu sunt analizate aici:Surse de curent chimic

Cum funcționează încărcătorul

Gama actuală de baterii este extinsă.Pentru fiecare model, sunt selectate tehnologii optime care pot să nu fie adecvate, care să fie dăunătoare altora. Producătorii de echipamente electronice și electrice investighează experimental condițiile de lucru ale surselor de curent chimic și creează propriile lor produse, care diferă prin aspect, design și caracteristicile de ieșire electrică.

Structuri de încărcare pentru dispozitive electronice mobile

Dimensiunile încărcătoarelor pentru produsele mobile de diferite capacități sunt semnificativ diferite unele de altele. Acestea creează condiții speciale de lucru pentru fiecare model.

Chiar și pentru aceleași tip de baterii AA sau AAA de capacități diferite, se recomandă utilizarea propriului timp de încărcare, în funcție de capacitatea și caracteristicile sursei curente. Valorile sale sunt indicate în documentația tehnică însoțitoare.

O anumită parte din încărcătoare și baterii pentru telefoanele mobile sunt echipate cu o protecție automată care oprește alimentarea la sfârșitul procesului. Dar, controlul asupra muncii lor ar trebui să fie încă efectuat vizual.

Structuri de încărcare pentru baterii auto

Tehnologia de încărcare trebuie respectată cu o precizie deosebită la exploatarea bateriilor auto concepute să funcționeze în condiții dificile. De exemplu, în timpul iernii, pe vreme rece, cu ajutorul lor, este necesar să dezgropați rotorul rece al motorului cu ardere internă cu unsoare îngroșată printr-un motor electric de pornire.

Bateriile descărcate sau pregătite în mod necorespunzător nu fac față acestei sarcini.

Metodele empirice au relevat relația curentului de încărcare pentru bateriile cu acid plumb și alcaline. Se consideră a fi valoarea optimă de încărcare (amperi) de 0,1 valoare a capacității (amperi ore) pentru primul tip și 0,25 pentru al doilea.

De exemplu, o baterie are o capacitate de 25 amp ore. Dacă este acid, atunci trebuie încărcat cu un curent de 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, iar pentru alcalin - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Pentru a crea astfel de condiții, va trebui să utilizați diferite dispozitive sau să folosiți unul universal cu o cantitate mare. funcții.

Un încărcător modern pentru baterii cu plumb acid ar trebui să suporte o serie de sarcini:

• controlează și stabilizează curentul de încărcare;

• ia în considerare temperatura electrolitului și împiedică încălzirea acestuia mai mult de 45 de grade prin încetarea puterii.

Posibilitatea de a efectua un ciclu de control și de formare pentru o baterie acidă a unei mașini cu ajutorul unui încărcător este o funcție necesară, care include trei etape:

1. O încărcare completă a bateriei până la capacitatea maximă;

2. descărcare de zece ore cu un curent de 9 ÷ 10% din capacitatea nominală (dependență empirică);

3. Încărcați o baterie descărcată.

Când se efectuează CTC, se monitorizează modificarea densității electrolitului și timpul de finalizare a celei de-a doua etape. După valoarea sa, ei apreciază gradul de uzură al plăcilor, durata resursei rămase.

Încărcătoarele pentru baterii alcaline pot fi utilizate în modele mai puțin complexe, deoarece astfel de surse de curent nu sunt atât de sensibile la supraîncărcare și la supraîncărcare.

Graficul încărcării optime a bateriilor acid-alcaline pentru mașini arată dependența setului de capacitate de forma schimbărilor de curent în circuitul intern.

La începutul procesului de încărcare, se recomandă menținerea curentului la valoarea maximă admisă și apoi reducerea valorii sale la minim pentru finalizarea finală a reacțiilor fizico-chimice care restabilesc capacitatea.

Chiar și în acest caz, este necesară controlarea temperaturii electrolitului și introducerea modificărilor de mediu.

Finalizarea completă a ciclului de încărcare a bateriilor cu plumb este controlată de:

• restabilirea tensiunii pe fiecare bancă 2,5 ÷ 2,6 volți;

• obținerea unei densități maxime de electroliți, care nu mai modifică;

• formarea unei evoluții violente a gazelor când electrolitul începe să „fiarbă”;

• realizarea capacității bateriei, care depășește 15 ÷ 20% din valoarea dată în timpul descărcării.

Forme curente ale încărcătorului bateriei

Condiția de încărcare a bateriei este ca tensiunea să fie aplicată pe plăcile sale, ceea ce creează un curent în circuitul intern al unei anumite direcții. El poate:

1. au o valoare constantă;

2. sau variază în timp conform unei anumite legi.

În primul caz, procesele fizico-chimice ale lanțului intern se desfășoară neschimbate, iar în al doilea, conform algoritmilor propuși cu creștere și atenuare ciclică, care creează efecte oscilatorii asupra anionilor și cationilor. Cea mai recentă opțiune tehnologică este utilizată pentru combaterea sulfatării plăcilor.

O parte din dependențele de timp ale curentului de încărcare sunt ilustrate prin grafice.

Imaginea din dreapta jos arată o diferență clară în forma curentului de ieșire al încărcătorului, care folosește controlul tiristorului pentru a limita momentul de deschidere a jumătății de undă a unui sinusoid. Datorită acestui lucru, sarcina pe circuitul electric este reglată.

În mod firesc, numeroase încărcătoare moderne pot crea alte forme de curenți care nu sunt arătați în această diagramă.

Principii de creare de circuite pentru încărcătoare

O rețea monofazată de 220 volți este de obicei folosită pentru alimentarea echipamentelor de încărcătoare. Această tensiune este transformată în undervoltage sigură, care se aplică la bornele de intrare ale bateriei prin diferite componente electronice și semiconductoare.

Există trei scheme de conversie a tensiunii sinusoidale industriale în încărcătoare datorită:

1. utilizarea transformatoarelor de tensiune electromecanice care funcționează pe principiul inducției electromagnetice;

2. aplicarea transformatoarelor electronice;

3. fără utilizarea dispozitivelor transformatoare bazate pe divizoare de tensiune.

Este posibil din punct de vedere tehnic conversia tensiunii invertorului, la care s-a folosit pe scară largă mașini de sudat cu invertorconvertoare de frecvență care controlează motoarele. Dar, pentru încărcarea bateriilor, acesta este un echipament destul de scump.

Circuite de încărcare cu separare a transformatorului

Principiul electromagnetic de transfer al energiei electrice de la înfășurarea primară de 220 de volți la secundar separă complet potențialele circuitului de alimentare de cel consumat, elimină contactul cu bateria și deteriorează în cazul unor defecțiuni de izolare. Această metodă este cea mai sigură.

Schemele circuitului de putere ale dispozitivelor cu un transformator au multe modele diferite. Imaginea de mai jos prezintă trei principii pentru crearea unor curenți diferiți ai secțiunii de alimentare de la încărcătoare prin utilizarea de:

1. punte de diodă cu un condensator de netezire;

2. punte de diodă fără netezire a ondulării;

3. O singură diodă care taie jumătatea undei negative.

Fiecare dintre aceste scheme poate fi folosită independent, dar, de obicei, una dintre ele este baza, baza pentru crearea altuia, mai convenabilă pentru funcționare și control prin amploarea curentului de ieșire.

Utilizarea seturilor de tranzistoare de putere cu lanțuri de control în partea superioară a imaginii din diagramă permite reducerea tensiunii de ieșire la bornele circuitului de ieșire al încărcătorului, ceea ce asigură ajustarea valorilor curenților direcți trecuți prin bateriile conectate.

Una din opțiunile pentru acest design al încărcătorului cu control de curent este prezentată în figura de mai jos.

Aceleași conexiuni din al doilea circuit vă permit să reglați amplitudinea ondulării, pentru a o limita la diferite etape de încărcare.

Același circuit mediu funcționează eficient atunci când înlocuim două diode opuse într-o punte de diode cu tiristoare care reglează în mod egal puterea curentă în fiecare semiciclu alternativ. Și eliminarea semi-armonice negative este atribuită diodelor de putere rămase.

Înlocuirea unei singure diode din imaginea de jos cu un tiristor cu semiconductor cu un circuit electronic separat pentru electrodul de control permite reducerea impulsurilor de curent datorită deschiderii lor ulterioare, care este folosită și pentru diferite metode de încărcare a bateriilor.

Una din opțiunile pentru o astfel de implementare a circuitului este prezentată în figura de mai jos.

Asamblarea cu propriile mâini nu este dificilă. Poate fi făcut independent de piesele disponibile, vă permite să încărcați bateriile cu curenți de până la 10 amperi.

Versiunea industrială a circuitului încărcătorului de transformare Electron-6 se bazează pe două tiristoare KU-202N. Pentru a regla ciclurile de deschidere a semicononicelor, fiecare electrod de control are propriul său circuit al mai multor tranzistoare.

Printre pasionații de mașini, sunt populare dispozitivele care permit nu numai încărcarea bateriilor, dar și utilizarea energiei la rețeaua de 220 volți pentru a o conecta paralel la pornirea motorului mașinii. Se numesc lansatori sau lansatori. Au un circuit electronic și de putere și mai complex.

Circuite de transformatoare electronice

Astfel de dispozitive sunt fabricate de producători pentru a furniza lămpi cu halogen cu o tensiune de 24 sau 12 volți. Sunt relativ ieftine. Unii entuziaști încearcă să le conecteze pentru a încărca baterii cu consum redus. Cu toate acestea, această tehnologie nu este dezvoltată pe scară largă, are dezavantaje semnificative.

Circuite de încărcare fără separare a transformatorului

Când mai multe sarcini sunt conectate în serie la o sursă de curent, tensiunea totală de intrare este împărțită în secțiuni componente. Datorită acestei metode, divizoarele funcționează, creând o reducere a tensiunii la o anumită valoare pe elementul de lucru.

Pe acest principiu, sunt create numeroase încărcătoare cu rezistență capacitivă pentru baterii cu putere redusă. Datorită dimensiunilor mici ale pieselor componente, acestea sunt încorporate direct în lanternă.

Circuitul electric intern este complet închis într-o cutie izolată din fabrică, care exclude contactul uman cu potențialul rețelei la încărcare.

Numeroși experimentatori încearcă să pună în aplicare același principiu pentru încărcarea bateriilor auto, oferind o schemă de conectare dintr-o rețea de uz casnic printr-un ansamblu condensator sau o lampă incandescentă cu o putere de 150 de wați și dioda de puteretransmiterea impulsurilor de curent cu aceeași polaritate.

Modele similare pot fi găsite pe site-urile site-urilor de fani care laudă simplitatea circuitului, costul redus al pieselor și capacitatea de a restabili capacitatea unei baterii descărcate.

Cu toate acestea, ei tace cu privire la faptul că:

• cablare deschisă 220 reprezintă pericol pentru viața omului;

• Filamentul unei lămpi sub tensiune se încălzește, își schimbă rezistența conform unei legi nefavorabile pentru trecerea curenților optimi prin baterie.

Când este pornit sub sarcină, curenții foarte mari trec prin firul rece și întregul lanț conectat în serie. În plus, încărcarea ar trebui completată cu curenți mici, care, de asemenea, nu funcționează. Prin urmare, o baterie care a suferit mai multe serii de astfel de cicluri își pierde rapid capacitatea și performanța.

Sfatul nostru: nu folosiți această metodă!

Încărcătoarele sunt proiectate să funcționeze cu anumite tipuri de baterii, ținând cont de caracteristicile și condițiile acestora pentru restabilirea capacității. Când utilizați dispozitive universale, multifuncționale, ar trebui să alegeți modul de încărcare care este optim pentru o anumită baterie.