Jak jsou nabíječky baterií uspořádány a fungují?

Akumulátory v elektrotechnice se běžně nazývají chemické zdroje proudu, které se mohou doplňovat, obnovují spotřebovanou energii díky aplikaci vnějšího elektrického pole.

Zařízení, která dodávají elektřinu do desek baterie, se nazývají nabíječky: přivádějí aktuální zdroj do funkčního stavu, nabíjejí ho. Pro správnou funkci baterie je nutné uvést zásady jejich práce a nabíječku.

Jak baterie funguje

Chemický recyklovaný proudový zdroj během provozu může:

1. napájet připojenou zátěž, například žárovku, motor, mobilní telefon a další zařízení, spotřebovávat elektrickou energii;

2. spotřebovávají externí elektřinu, která je k ní připojena, a utrácí ji za obnovení rezervy své kapacity.

V prvním případě je baterie vybitá a ve druhém nabíjí. Existuje mnoho návrhů baterií, ale jejich pracovní principy jsou běžné. Prozkoumejme tuto otázku na příkladu desek z niklu a kadmia umístěných v roztoku elektrolytu.

Slabá baterie

Dva elektrické obvody pracují současně:

1. externí, aplikované na výstupní svorky;

2. interní.

Při vypouštění do žárovky ve vnějším aplikovaném obvodu proudí proud z vodičů a filamentu tvořeného pohybem elektronů v kovech a anionty a kationty se pohybují elektrolytem ve vnitřní části.

Oxid nikelnatý s přidaným grafitem tvoří základ kladně nabité desky a kadmium houbičky se používá na zápornou elektrodu.

Když je baterie vybitá, část aktivního kyslíku oxidů niklu je přenesena do elektrolytu a přesune se na desku kadmia, kde ji oxiduje, čímž se sníží celková kapacita.

Nabití baterie

Zátěž se nejčastěji odstraní z výstupních terminálů pro nabíjení, i když v praxi se metoda používá, když je zátěž připojena, například na baterii jedoucího automobilu nebo na nabíjeném mobilním telefonu, o kterém se mluví.

Svorky baterie jsou napájeny z externího zdroje s vyšším výkonem. Má vzhled konstantní nebo vyhlazené pulzující formy, překračuje potenciální rozdíl mezi elektrodami, je s nimi veden unipolárně.

Tato energie způsobuje, že proud protéká ve vnitřním obvodu baterie v opačném směru, než je výboj, když se částice aktivního kyslíku „vytlačují“ z houbového kadmia a elektrolytem dorazí na své původní místo. Díky tomu se obnoví spotřebovaná kapacita.

Během nabíjení a vybíjení se mění chemické složení desek a elektrolyt slouží jako přenosové médium pro průchod aniontů a kationtů. Intenzita elektrického proudu procházejícího ve vnitřním obvodu ovlivňuje rychlost obnovení vlastností desek během nabíjení a rychlost vybíjení.

Zrychlený tok procesů vede k rychlému vývoji plynu, nadměrnému zahřívání, které může deformovat konstrukci desek, narušit jejich mechanický stav.

Příliš malé proudy během nabíjení významně prodlouží dobu zotavení spotřebované kapacity. Při častém používání zpožděného nabíjení se zvyšuje sulfatace desek a kapacita se snižuje. Při vytváření optimálního režimu je proto vždy bráno v úvahu zatížení baterie a výkon nabíječky.

Zde jsou uvedeny principy fungování lithium-iontových baterií:Zdroje chemického proudu

Jak funguje nabíječka

Současný sortiment baterií je rozsáhlý.Pro každý model jsou vybrány optimální technologie, které nemusí být vhodné, škodlivé pro ostatní. Výrobci elektronických a elektrických zařízení experimentálně studují pracovní podmínky chemických zdrojů proudu a pod nimi vytvářejí své vlastní výrobky, které se liší vzhledem, designem a charakteristikami elektrického výstupu.

Struktury nabíjení mobilních elektronických zařízení

Rozměry nabíječek pro mobilní produkty různých kapacit se od sebe výrazně liší. Vytvářejí zvláštní pracovní podmínky pro každý model.

I pro stejný typ baterií AA nebo AAA různých kapacit se doporučuje používat vlastní dobu nabíjení v závislosti na kapacitě a charakteristikách aktuálního zdroje. Její hodnoty jsou uvedeny v průvodní technické dokumentaci.

Určitá část nabíječek a baterií pro mobilní telefony je vybavena automatickou ochranou, která na konci procesu vypne napájení. Ovládání jejich práce by však mělo být stále prováděno vizuálně.

Nabíjecí struktury pro automobilové baterie

Při práci s automobilovými bateriemi navrženými pro provoz v obtížných podmínkách je nutné dodržovat technologii nabíjení se zvláštní přesností. Například v zimě, v chladném počasí, je s jejich pomocí nutné pomocí pomocného elektrického motoru - spouštěče rozmotat studený rotor spalovacího motoru se zahuštěným tukem.

Vybité nebo nesprávně připravené baterie obvykle tento úkol nevyřeší.

Empirické metody odhalily vztah nabíjecího proudu olověných kyselin a alkalických baterií. Považuje se za optimální hodnotu náboje (ampér) 0,1 hodnoty kapacity (ampérhodiny) pro první typ a 0,25 pro druhý typ.

Například baterie má kapacitu 25 amp hodin. Pokud je kyselý, musí být nabitý proudem 0,1 ∙ 25 = 2,5 A a pro alkalický - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. K vytvoření takových podmínek budete muset použít různá zařízení nebo použít jedno univerzální zařízení s velkým množstvím funkce.

Moderní nabíječka baterií pro kyselé olověné baterie by měla podporovat řadu úkolů:

• řídit a stabilizovat nabíjecí proud;

• brát v úvahu teplotu elektrolytu a zabránit jeho zahřívání o více než 45 stupňů ukončením napájení.

Nezbytnou funkcí, která zahrnuje tři fáze, je možnost provádění kontrolního a tréninkového cyklu pro kyselou baterii automobilu pomocí nabíječky.

1. plné nabití baterie na maximální kapacitu;

2. desethodinový výboj s proudem 9 ÷ 10% jmenovité kapacity (empirická závislost);

3. Nabijte vybitou baterii.

Při provádění CTC se sleduje změna hustoty elektrolytu a doba dokončení druhé fáze. Podle své hodnoty posuzují stupeň opotřebení desek, dobu trvání zbývajícího zdroje.

Nabíječky pro alkalické baterie lze použít v méně složitých provedeních, protože takové současné zdroje nejsou tak citlivé na režimy nedobíjení a přebíjení.

Graf optimálního nabíjení kyselých alkalických baterií pro automobily ukazuje závislost sady kapacit na formě změn proudu ve vnitřním obvodu.

Na začátku procesu nabíjení se doporučuje udržovat proud na maximální přípustné hodnotě a poté snížit jeho hodnotu na minimum pro konečné dokončení fyzikálně-chemických reakcí, které obnovují kapacitu.

I v tomto případě je nutné regulovat teplotu elektrolytu a zavádět změny prostředí.

Úplné dokončení cyklu nabíjení olověných baterií je řízeno:

• obnovení napětí na každé sérii 2,5 ÷ 2,6 V;

• dosažení maximální hustoty elektrolytu, která se přestává měnit;

• vznik násilného vývoje plynu, když se elektrolyt začne „vařit“;

• dosažení kapacity baterie přesahující 15 ÷ 20% hodnoty udané během vybíjení.

Aktuální formuláře nabíječky baterií

Podmínkou nabíjení baterie je to, že na její desky by mělo být připojeno napětí, které vytváří proud ve vnitřním obvodu určitého směru. Může:

1. mají konstantní hodnotu;

2. nebo se liší podle času podle určitého zákona.

V prvním případě probíhají fyzikálně-chemické procesy vnitřního řetězce nezměněné a ve druhém podle navrhovaných algoritmů s cyklickým nárůstem a tlumením, které vytvářejí oscilační účinky na anionty a kationty. V boji proti sulfataci desek se používá nejnovější technologie.

Část časových závislostí nabíjecího proudu je znázorněna grafy.

Dolní obrázek vpravo ukazuje jasný rozdíl ve tvaru výstupního proudu nabíječky, který pomocí ovládání tyristorů omezuje otevírací moment půlvlny sinusoidu. Z tohoto důvodu je zátěž elektrického obvodu regulována.

Řada moderních nabíječek může přirozeně vytvářet i jiné formy proudů, které nejsou na tomto schématu znázorněny.

Zásady vytváření obvodů pro nabíječky

K napájení zařízení nabíječek se obvykle používá jednofázová 220 voltová síť. Toto napětí je převedeno na bezpečné podpětí, které je přivedeno na vstupní svorky baterie prostřednictvím různých elektronických a polovodičových součástí.

Existují tři schémata pro převod průmyslového sinusového napětí v nabíječích kvůli:

1. používání elektromechanických transformátorů napětí pracujících na principu elektromagnetické indukce;

2. použití elektronických transformátorů;

3. bez použití transformátorových zařízení založených na děličích napětí.

Technicky možné je převádění napětí střídače, které se široce používá invertorové svařovací strojeměniče kmitočtu, které řídí motory. Ale pro nabíjení baterií je to docela drahé vybavení.

Nabíjecí obvody se separací transformátoru

Elektromagnetický princip přenosu elektrické energie z primárního vinutí 220 voltů na sekundární zcela odděluje potenciály napájecího obvodu od spotřebovaného, ​​eliminuje jeho kontakt s baterií a poškození v případě izolačních poruch. Tato metoda je nejbezpečnější.

Schémata výkonových obvodů zařízení s transformátorem mají mnoho různých provedení. Následující obrázek ukazuje tři principy pro vytváření různých proudů výkonové sekce od nabíječek pomocí použití:

1. diodový můstek s vyhlazovacím zvlňovacím kondenzátorem;

2. diodový můstek bez vyhlazení zvlnění;

3. Jediná dioda, která odřízne zápornou půlvlnu.

Každé z těchto schémat lze použít samostatně, ale obvykle je jedno z nich základem, základem pro vytvoření jiného, ​​pohodlnějšího pro ovládání a řízení podle velikosti výstupního proudu.

Použití sad výkonových tranzistorů s řídicími řetězci v horní části obrázku ve schématu umožňuje snížit výstupní napětí na svorkách výstupního obvodu nabíječky, což umožňuje nastavení hodnot stejnosměrných proudů procházejících připojenými bateriemi.

Jedna z možností pro tuto konstrukci nabíječky s proudovým ovládáním je uvedena na obrázku níže.

Stejná připojení ve druhém obvodu umožňují upravit amplitudu zvlnění a omezit jej v různých fázích nabíjení.

Stejný průměrný obvod pracuje efektivně, když nahradí dvě opačné diody v diodovém můstku tyristory, které rovnoměrně regulují proudovou sílu v každém střídavém půl cyklu. A eliminace negativních polovičních harmonických je přiřazena zbývajícím výkonovým diodám.

Nahrazení jedné diody ve spodním obrázku polovodičovým tyristorem se samostatným elektronickým obvodem pro řídicí elektrodu umožňuje snížit proudové impulzy v důsledku jejich pozdějšího otevření, které se také používá pro různé způsoby nabíjení baterií.

Jedna z možností takové implementace obvodu je znázorněna na obrázku níže.

Sestavení pomocí vlastních rukou není obtížné. Může být vyroben nezávisle na dostupných částech, umožňuje nabíjet baterie proudem až 10 ampér.

Průmyslová verze obvodu nabíječky transformátorů Electron-6 je založena na dvou tyristorech KU-202N. Pro regulaci otevíracích cyklů polovičních harmonických má každá řídicí elektroda vlastní obvod několika tranzistorů.

Mezi automobilovými nadšenci jsou oblíbená zařízení, která umožňují nejen dobíjení baterií, ale také využití energie 220 V síťového napětí k jeho paralelnímu připojení k nastartování motoru automobilu. Říká se jim launchers nebo launchers. Mají ještě složitější elektronický a výkonový obvod.

Obvody elektronických transformátorů

Taková zařízení vyrábějí výrobci pro napájení halogenových žárovek s napětím 24 nebo 12 voltů. Jsou relativně levné. Někteří nadšenci se snaží připojit je k nabíjení baterií s nízkou spotřebou. Tato technologie však není široce rozvinutá, má značné nevýhody.

Nabíjecí obvody bez oddělení transformátoru

Pokud je k proudovému zdroji připojeno několik zátěží, celkové vstupní napětí je rozděleno na součásti. Díky této metodě děliče fungují a vytvářejí na pracovním prvku redukci napětí na určitou hodnotu.

Na tomto principu vznikají četné nabíječky s odporově kapacitními odpory pro baterie s nízkou spotřebou. Díky malým rozměrům součástí jsou zabudovány přímo do svítilny.

Vnitřní elektrický obvod je plně uzavřen v továrně izolovaném pouzdře, které vylučuje kontakt člověka s potenciálem sítě při nabíjení.

Mnoho experimentátorů se snaží implementovat stejný princip nabíjení autobaterií, který nabízí schéma připojení z domácí sítě prostřednictvím sestavy kondenzátoru nebo žárovky o výkonu 150 wattů a výkonová diodavysílající proudové impulzy stejné polarity.

Podobné návrhy lze nalézt na webových stránkách do-it-yourselfers, kteří oceňují jednoduchost obvodu, nízké náklady na díly a schopnost obnovit kapacitu vybité baterie.

Ale mlčí o skutečnosti, že:

• otevřené zapojení 220 představuje ohrožení lidského života;

• Vlákno žárovky pod napětím se zahřívá, mění svůj odpor podle zákona nepříznivého pro průchod optimálních proudů baterií.

Při zapnutí pod zátěží prochází studený závit a celý řetězový řetěz velmi velké proudy. Kromě toho by nabíjení mělo být dokončeno malými proudy, což také nefunguje. Baterie, která prošla několika sériemi takových cyklů, proto rychle ztrácí svou kapacitu a výkon.

Náš tip: nepoužívejte tuto metodu!

Nabíječky jsou navrženy pro práci s určitými typy baterií, berou v úvahu jejich vlastnosti a podmínky pro obnovení kapacity. Při používání univerzálních multifunkčních zařízení byste měli zvolit režim nabíjení, který je pro konkrétní baterii optimální.