Как са подредени и работят зарядни устройства за батерии?

Акумулаторите в електротехниката обикновено се наричат ​​химически източници на ток, които могат да се попълнят, да възстановят консумираната енергия поради прилагането на външно електрическо поле.

Устройствата, които доставят електричество на плочите на батерията, се наричат ​​зарядни устройства: те привеждат текущия източник в работно състояние, зареждат го. За правилното използване на батерията е необходимо да се представят принципите на тяхната работа и зарядното устройство.

Как работи батерията

Химически рециклиран източник на ток по време на работа може:

1. захранвайте свързаното натоварване, например електрическа крушка, двигател, мобилен телефон и други устройства, изразходвайки снабдяването с електрическа енергия;

2. консумира външното електричество, свързано към него, изразходвайки го за възстановяване на резерва на неговата мощност.

В първия случай батерията се разрежда, а във втория получава заряд. Има много дизайни на батерии, но техните принципи на работа са общи. Нека да разгледаме този въпрос чрез примера на никел-кадмиевите плочи, поставени в електролитен разтвор.

Ниска батерия

Две електрически вериги работят едновременно:

1. външни, приложени към изходните клеми;

2. вътрешен.

Когато се изхвърлят към електрическа крушка във външна приложена верига, ток тече от проводници и нишка, образувана от движението на електроните в металите, а аниони и катиони се движат през електролита във вътрешната част.

Добавените графити никелови окиси формират основата на положително заредена плоча, а върху отрицателния електрод се използва гъба кадмий.

Когато акумулаторът се разреди, част от активния кислород от никеловите оксиди се прехвърля към електролита и се премества към кадмиевата плоча, където я окислява, намалявайки общия капацитет.

Зареждане на батерията

Натоварването от изходните клеми за зареждане най-често се отстранява, въпреки че на практика методът се използва, когато натоварването е свързано, като например на батерията на движеща се кола или на зареден мобилен телефон, за който се говори.

Клемите на акумулаторната батерия се доставят с напрежение от външен източник с по-голяма мощност. Тя има формата на постоянна или загладена, пулсираща форма, надвишава потенциалната разлика между електродите, насочена е еднополярно с тях.

Тази енергия води до протичане на тока във вътрешната верига на акумулатора в обратна посока спрямо разряда, когато частиците активен кислород се „изтласкват“ от кадмиевата гъба и чрез електролита пристигат на първоначалното си място. Поради това консумираният капацитет се възстановява.

По време на зареждането и изпразването химичният състав на плочите се променя и електролитът служи като предавателна среда за преминаване на аниони и катиони. Интензитетът на преминаващия електрически ток във вътрешната верига влияе върху скоростта на възстановяване на свойствата на плочите по време на зареждане и скоростта на разреждане.

Ускореният поток на процесите води до бързото отделяне на газове, прекомерното нагряване, което може да деформира дизайна на плочите, да наруши тяхното механично състояние.

Твърде малките токове по време на зареждане значително ще удължат времето за възстановяване на консумирания капацитет. С честата употреба на забавен заряд сулфацията на плочите се увеличава и капацитетът намалява. Затова натоварването, приложено към батерията, и мощността на зарядното устройство винаги се вземат предвид, за да се създаде оптимален режим.

Принципите на работа на литиево-йонните батерии са разгледани тук:Химически източници на ток

Как работи зарядното устройство?

Сегашната гама батерии е обширна.За всеки модел се избират оптимални технологии, които може да не са подходящи, да са вредни за другите. Производителите на електронно и електрическо оборудване експериментално изучават условията на работа на химическите източници на ток и създават собствени продукти под тях, които се различават по външен вид, дизайн и електрически характеристики на изхода.

Зарядни структури за мобилни електронни устройства

Размерите на зарядни устройства за мобилни продукти с различен капацитет са значително различни един от друг. Те създават специални условия на работа за всеки модел.

Дори и за същия тип батерии тип AA или AAA с различен капацитет, се препоръчва да използвате собственото си време за зареждане, в зависимост от капацитета и характеристиките на източника на ток. Стойностите му са посочени в придружаващата техническа документация.

Определена част от зарядни устройства и батерии за мобилни телефони са оборудвани с автоматична защита, която изключва захранването в края на процеса. Но контролът върху работата им все още трябва да се осъществява визуално.

Зарядни конструкции за автомобилни батерии

Технологията за зареждане трябва да се спазва с особена точност при работа с автомобилни батерии, проектирани да работят в трудни условия. Например, през зимата, в студено време, с тяхна помощ е необходимо да развиете студения ротор на двигателя с вътрешно горене с удебелена грес чрез междинен електромотор - стартер.

Разредените или неправилно подготвени батерии обикновено не се справят с тази задача.

Емпиричните методи разкриха връзката на тока на зареждане за оловна киселина и алкални батерии. Счита се за оптималната стойност на заряда (ампери) от 0,1 стойност на капацитета (ампер часове) за първия тип и 0,25 за втория.

Например, батерията е с капацитет 25 ампера часа. Ако е кисела, тогава трябва да се зарежда с ток 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, а за алкален - 0,25 ∙ 25 = 6,25 А. За да създадете такива условия, ще трябва да използвате различни устройства или да използвате едно универсално с голямо количество функции.

Съвременното зарядно устройство за киселинни оловни батерии трябва да поддържа редица задачи:

• контролира и стабилизира тока на зареждане;

• вземете предвид температурата на електролита и не му позволявайте да нагрява повече от 45 градуса чрез прекратяване на захранването.

Възможността за провеждане на контролен и тренировъчен цикъл за кисела батерия на автомобил с помощта на зарядно устройство е необходима функция, която включва три етапа:

1. Пълно зареждане на батерията до максималния капацитет;

2. десетчасов разряд с ток 9 ÷ 10% от номиналния капацитет (емпирична зависимост);

3. Презаредете разредена батерия.

При извършване на CTC се следи промяната в плътността на електролита и времето на завършване на втория етап. По неговата стойност те преценяват степента на износване на плочите, продължителността на оставащия ресурс.

Зарядните устройства за алкални батерии могат да се използват в по-малко сложни конструкции, тъй като такива източници на ток не са толкова чувствителни към презареждане и презареждане.

Графиката на оптималния заряд на киселинно-алкалните батерии за автомобили показва зависимостта на набора от капацитет от формата на текущите промени във вътрешната верига.

В началото на процеса на зареждане се препоръчва токът да се поддържа на максимално допустимата стойност и след това да се намали неговата стойност до минимума за окончателното приключване на физикохимичните реакции, които възстановяват капацитета.

Дори и в този случай се изисква да се контролира температурата на електролита и да се внесат изменения в околната среда.

Пълното завършване на цикъла на зареждане на оловно-киселинните батерии се контролира от:

• възстановяване на напрежението на всяка банка 2,5 ÷ 2,6 волта;

• постигане на максимална плътност на електролита, която престава да се променя;

• образуването на насилствена еволюция на газ, когато електролитът започне да "кипи";

• постигане на капацитет на батерията, надвишаващ 15 ÷ 20% от стойността, дадена по време на разреждане.

Текущи форми на зарядно устройство

Условието за зареждане на акумулатора е, че напрежението трябва да се прилага към неговите плочи, което създава ток във вътрешната верига в определена посока. Той може:

1. имат постоянна стойност;

2. или варират във времето според определен закон.

В първия случай физикохимичните процеси на вътрешната верига протичат непроменени, а във втория - според предложените алгоритми с циклично увеличение и затихване, които създават колебателни ефекти върху аниони и катиони. Най-новата технологична опция се използва за борба със сулфацията на плочите.

Част от времевите зависимости на тока на заряд се илюстрират с графики.

Долната дясна снимка показва ясна разлика във формата на изходния ток на зарядното устройство с помощта на тиристорно управление за ограничаване на момента на отваряне на полувълната на синусоида. Поради това се регулира натоварването на електрическата верига.

Естествено, много съвременни зарядни устройства могат да създават други форми на токове, които не са показани на тази диаграма.

Принципи на създаване на схеми за зарядни устройства

Еднофазна 220 волтова мрежа обикновено се използва за захранване на оборудването на зарядни устройства. Това напрежение се преобразува в безопасно под напрежение, което се прилага към входните клеми на акумулатора чрез различни електронни и полупроводникови компоненти.

Има три схеми за преобразуване на индустриално синусоидно напрежение в зарядни устройства поради:

1. използването на електромеханични трансформатори за напрежение, работещи на принципа на електромагнитната индукция;

2. прилагане на електронни трансформатори;

3. без използването на трансформаторни устройства, базирани на разделители на напрежение.

Технически възможно е преобразуването на напрежението на инвертора, което е станало широко използвано за инверторни заваръчни машиничестотни преобразуватели, които управляват двигателите. Но за зареждане на батерии това е доста скъпо оборудване.

Зарядни вериги с разделяне на трансформатори

Електромагнитният принцип за прехвърляне на електрическа енергия от първичната намотка от 220 волта към вторичната напълно отделя потенциалите на захранващата верига от консумираната, елиминира контакта й с акумулатора и щети в случай на повреда на изолацията. Този метод е най-безопасният.

Диаграмите на силовата верига на устройства с трансформатор имат много различни дизайни. На снимката по-долу са показани три принципа за създаване на различни токове на захранващата секция от зарядни устройства чрез използване на:

1. диоден мост с изглаждащ пулсационен кондензатор;

2. диоден мост без изглаждане на пулсации;

3. Единен диод, който отрязва отрицателната полувълна.

Всяка от тези схеми може да се използва независимо, но обикновено една от тях е основата, основата за създаване на друга, по-удобна за работа и контрол от величината на изходния ток.

Използването на комплекти силови транзистори с управляващи вериги в горната част на снимката на диаграмата позволява да се намали изходното напрежение в клемите на изходната верига на зарядното устройство, което осигурява регулиране на стойностите на постоянните токове, преминали през свързаните батерии.

Една от опциите за този дизайн на зарядното устройство с текущо управление е показана на фигурата по-долу.

Същите връзки във втората верига ви позволяват да регулирате амплитудата на пулсацията, да я ограничите на различни етапи на зареждане.

Една и съща средна верига работи ефективно, когато заменя два противоположни диода в диоден мост с тиристори, които регулират еднакво силата на тока във всеки променлив полу цикъл. И елиминирането на отрицателните полу-хармоници е възложено на останалите силови диоди.

Замяната на единичен диод в долната снимка с полупроводников тиристор с отделна електронна верига за управляващия електрод позволява намаляване на токовите импулси поради по-късното им отваряне, което се използва и за различни методи за зареждане на батерии.

Една от опциите за такова изпълнение на схемата е показана на фигурата по-долу.

Сглобяването му със собствените си ръце не е трудно. Тя може да бъде направена независимо от наличните части, позволява ви да зареждате батерии с токове до 10 ампера.

Индустриалната версия на веригата на трансформаторното зарядно устройство Electron-6 е базирана на два тиристора KU-202N. За да регулира циклите на отваряне на полу-хармониците, всеки контролен електрод има своя схема от няколко транзистора.

Сред ентусиастите на автомобилите популярни са устройствата, които позволяват не само да зареждат батерии, но и използват енергията на мрежата от 220 волта за паралелно свързване, за да стартират двигателя на автомобила. Те се наричат ​​пускови установки или пускови установки. Те имат още по-сложна електронна и силова верига.

Електронни трансформаторни вериги

Такива устройства се произвеждат от производителите, за да доставят халогенни лампи с напрежение 24 или 12 волта. Те са сравнително евтини. Някои ентусиасти се опитват да ги свържат за зареждане на батерии с ниска мощност. Тази технология обаче не е широко развита, има значителни недостатъци.

Зарядни вериги без разделяне на трансформатора

Когато няколко товара са свързани последователно към източник на ток, общото входно напрежение се разделя на компоненти. Благодарение на този метод разделителите работят, създавайки намаляване на напрежението до определена стойност върху работния елемент.

На този принцип се създават многобройни зарядни устройства с резистивно-капацитивни съпротивления за батерии с ниска мощност. Поради малките размери на съставните части, те са вградени директно в фенерчето.

Вътрешната електрическа верига е напълно затворена във фабрично изолиран калъф, което изключва контакт на човека с потенциала на мрежата при зареждане.

Множество експериментатори се опитват да приложат същия принцип за зареждане на автомобилни акумулатори, предлагайки схема на свързване от домакинска мрежа чрез кондензатор или с нажежаема лампа с мощност 150 вата и мощност диодпредаване на токови импулси с еднаква полярност.

Подобни дизайни могат да бъдат намерени в уебсайтовете на собствените потребители, които хвалят простотата на веригата, ниската цена на частите и възможността за възстановяване на капацитета на разредена батерия.

Но те мълчат за факта, че:

• отворено окабеляване 220 представлява опасност за човешкия живот;

• нажежаемата жичка на лампа под напрежение се нагрява, променя съпротивлението си според закон, неблагоприятен за преминаването на оптимални токове през акумулатора.

Когато са включени под товар, много големи токове преминават през студената нишка и цялата серия свързана верига. Освен това зареждането трябва да бъде завършено с малки токове, което също не работи. Следователно, батерия, претърпяла няколко серии от такива цикли, бързо губи капацитета и производителността си.

Нашият съвет: не използвайте този метод!

Зарядни са предназначени да работят с определени видове батерии, като се вземат предвид техните характеристики и условия за възстановяване на капацитета. Когато използвате универсални, многофункционални устройства, трябва да изберете режима на зареждане, който е оптимален за конкретна батерия.