Comment les chargeurs de batterie sont-ils organisés et fonctionnent-ils?

Les accumulateurs en génie électrique sont généralement appelés sources chimiques de courant, qui peuvent reconstituer, restaurer l'énergie consommée en raison de l'application d'un champ électrique externe.

Les appareils qui fournissent de l'électricité aux plaques de la batterie sont appelés chargeurs: ils mettent la source de courant en état de marche, la chargent. Pour faire fonctionner correctement la batterie, il est nécessaire de présenter les principes de leur travail et le chargeur.

Comment fonctionne la batterie

Une source de courant recyclé chimique pendant le fonctionnement peut:

1. alimenter la charge connectée, par exemple une ampoule, un moteur, un téléphone mobile et d'autres appareils, en dépensant son énergie électrique;

2. consommer l'électricité extérieure qui lui est connectée, la dépenser pour restaurer la réserve de sa capacité.

Dans le premier cas, la batterie est déchargée et dans le second elle reçoit une charge. Il existe de nombreux modèles de batteries, mais leurs principes de fonctionnement sont communs. Examinons cette question par l'exemple des plaques de nickel-cadmium placées dans une solution d'électrolyte.

Batterie faible

Deux circuits électriques fonctionnent simultanément:

1. externe, appliqué aux bornes de sortie;

2. interne.

Lorsqu'ils sont déchargés dans une ampoule dans un circuit externe appliqué, le courant s'écoule des fils et d'un filament formé par le mouvement des électrons dans les métaux, et les anions et les cations se déplacent à travers l'électrolyte dans la partie intérieure.

Les oxydes de nickel ajoutés au graphite forment la base d'une plaque chargée positivement, et du cadmium spongieux est utilisé sur l'électrode négative.

Lorsque la batterie est déchargée, une partie de l'oxygène actif des oxydes de nickel est transférée à l'électrolyte et se déplace vers la plaque de cadmium, où elle l'oxyde, réduisant ainsi la capacité totale.

Charge de la batterie

La charge des bornes de sortie pour la charge est le plus souvent supprimée, bien que dans la pratique, la méthode soit utilisée lorsque la charge est connectée, comme sur la batterie d'une voiture en mouvement ou sur un téléphone portable chargé dont on parle.

Les bornes de la batterie sont alimentées en tension par une source externe de puissance supérieure. Il a la forme d'une forme pulsée constante ou lissée, dépasse la différence de potentiel entre les électrodes, est dirigé unipolairement avec elles.

Cette énergie fait circuler le courant dans le circuit interne de la batterie dans le sens opposé à la décharge, lorsque des particules d'oxygène actif sont «extraites» de l'éponge cadmium et traversent l'électrolyte à leur place d'origine. Pour cette raison, la capacité consommée est restaurée.

Pendant la charge et la décharge, la composition chimique des plaques change et l'électrolyte sert de milieu de transmission pour le passage des anions et des cations. L'intensité du courant électrique passant dans le circuit interne affecte le taux de restauration des propriétés des plaques lors de la charge et la vitesse de décharge.

Le flux accéléré des processus entraîne la libération rapide de gaz, un échauffement excessif, qui peut déformer la conception des plaques, perturber leur état mécanique.

Des courants trop faibles pendant la charge allongeront considérablement le temps de récupération de la capacité consommée. Avec l'utilisation fréquente d'une charge retardée, la sulfatation des plaques augmente et la capacité diminue. Par conséquent, la charge appliquée à la batterie et la puissance du chargeur sont toujours prises en compte pour créer le mode optimal.

Les principes de fonctionnement des batteries lithium-ion sont passés en revue ici:Sources de courant chimique

Comment fonctionne le chargeur

La gamme actuelle de batteries est vaste.Pour chaque modèle, des technologies optimales sont sélectionnées qui peuvent ne pas convenir, nuire aux autres. Les fabricants d'équipements électroniques et électriques étudient expérimentalement les conditions de travail des sources de courant chimique et créent leurs propres produits, qui diffèrent par leur apparence, leur conception et leurs caractéristiques de sortie électrique.

Structures de charge pour appareils électroniques mobiles

Les dimensions des chargeurs pour produits mobiles de différentes capacités sont très différentes les unes des autres. Ils créent des conditions de travail spéciales pour chaque modèle.

Même pour le même type de batteries de tailles standard AA ou AAA de capacités différentes, il est recommandé d'utiliser leur propre temps de charge, en fonction de la capacité et des caractéristiques de la source de courant. Ses valeurs sont indiquées dans la documentation technique jointe.

Une partie des chargeurs et batteries pour téléphones portables sont équipés d'une protection automatique qui coupe l'alimentation à la fin du processus. Mais, le contrôle de leur travail doit toujours être effectué visuellement.

Structures de charge pour batteries automobiles

La technologie de charge doit être observée avec une précision particulière lors de l'utilisation de batteries automobiles conçues pour fonctionner dans des conditions difficiles. Par exemple, en hiver, par temps froid, avec leur aide, il est nécessaire de détordre le rotor froid du moteur à combustion interne avec de la graisse épaissie à travers un moteur électrique intermédiaire - démarreur.

Les batteries déchargées ou mal préparées ne répondent généralement pas à cette tâche.

Des méthodes empiriques ont révélé la relation entre le courant de charge des batteries au plomb et alcalines. Elle est considérée comme la valeur optimale de charge (ampères) de 0,1 valeur de capacité (ampères-heures) pour le premier type et de 0,25 pour le second.

Par exemple, une batterie a une capacité de 25 ampères-heures. S'il est acide, il doit être chargé avec un courant de 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, et pour alcalin - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Pour créer de telles conditions, vous devrez utiliser différents appareils ou utiliser un universel avec une grande quantité fonctions.

Un chargeur de batterie moderne pour batteries au plomb acide devrait prendre en charge un certain nombre de tâches:

• contrôler et stabiliser le courant de charge;

• prendre en compte la température de l'électrolyte et l'empêcher de chauffer plus de 45 degrés par la coupure de l'alimentation.

La possibilité de conduire un cycle de contrôle et d'entraînement pour une batterie acide d'une voiture à l'aide d'un chargeur est une fonction nécessaire, qui comprend trois étapes:

1. Une charge complète de la batterie à la capacité maximale;

2. décharge de dix heures avec un courant de 9 ÷ 10% de la capacité nominale (dépendance empirique);

3. Rechargez une batterie déchargée.

Lors de la réalisation du CTC, le changement de la densité de l'électrolyte et le temps d'achèvement du deuxième étage sont surveillés. Par sa valeur, ils jugent le degré d'usure des plaques, la durée de la ressource restante.

Les chargeurs pour piles alcalines peuvent être utilisés dans des conceptions moins complexes, car ces sources de courant ne sont pas si sensibles aux modes de sous-charge et de surcharge.

Le graphique de la charge optimale des batteries acide-alcalines pour les voitures montre la dépendance de l'ensemble de capacités sur la forme des changements de courant dans le circuit interne.

Au début du processus de charge, il est recommandé de maintenir le courant à la valeur maximale autorisée, puis de réduire sa valeur au minimum pour l'achèvement final des réactions physicochimiques qui rétablissent la capacité.

Même dans ce cas, il est nécessaire de contrôler la température de l'électrolyte et d'introduire des modifications environnementales.

L'achèvement complet du cycle de charge des batteries au plomb est contrôlé par:

• rétablissement de la tension sur chaque banc 2,5 ÷ 2,6 volts;

• atteindre la densité d'électrolyte maximale, qui cesse de changer;

• la formation d'un violent dégagement gazeux lorsque l'électrolyte commence à "bouillir";

• atteinte de la capacité de la batterie, dépassant 15 ÷ 20% de la valeur donnée lors de la décharge.

Formulaires actuels du chargeur de batterie

La condition pour charger la batterie est que la tension doit être appliquée à ses plaques, créant un courant dans le circuit interne d'une certaine direction. Il peut:

1. avoir une valeur constante;

2. ou varient dans le temps selon une certaine loi.

Dans le premier cas, les processus physico-chimiques de la chaîne interne se poursuivent sans changement, et dans le second, selon les algorithmes proposés avec augmentation et amortissement cycliques, qui créent des effets oscillatoires sur les anions et les cations. La dernière option technologique est utilisée pour lutter contre la sulfatation des plaques.

Une partie des dépendances temporelles du courant de charge est illustrée par des graphiques.

L'image en bas à droite montre une nette différence dans la forme du courant de sortie du chargeur, qui utilise une commande à thyristor pour limiter le moment d'ouverture de la demi-onde d'une sinusoïde. Pour cette raison, la charge sur le circuit électrique est régulée.

Naturellement, de nombreux chargeurs modernes peuvent créer d'autres formes de courants qui ne sont pas représentées sur ce schéma.

Principes de création de circuits pour chargeurs

Un réseau monophasé de 220 volts est généralement utilisé pour alimenter l'équipement des chargeurs. Cette tension est convertie en sous-tension sûre, qui est appliquée aux bornes d'entrée de la batterie via divers composants électroniques et semi-conducteurs.

Il existe trois schémas de conversion de la tension sinusoïdale industrielle dans les chargeurs en raison de:

1. l'utilisation de transformateurs électromécaniques de tension fonctionnant sur le principe de l'induction électromagnétique;

2. application de transformateurs électroniques;

3. sans l'utilisation de transformateurs basés sur des diviseurs de tension.

Techniquement, la conversion de tension de l'onduleur est devenue largement utilisée pour machines de soudage inverseurconvertisseurs de fréquence qui contrôlent les moteurs. Mais, pour charger des batteries, c'est un équipement assez cher.

Circuits de chargeur avec séparation de transformateur

Le principe électromagnétique du transfert de l'énergie électrique de l'enroulement primaire de 220 volts au secondaire sépare complètement les potentiels du circuit d'alimentation de celui consommé, élimine son contact avec la batterie et les dommages en cas de défaut d'isolement. Cette méthode est la plus sûre.

Les schémas des circuits de puissance des appareils dotés d'un transformateur ont de nombreuses conceptions différentes. L'image ci-dessous montre trois principes pour créer différents courants de la section de puissance à partir des chargeurs en utilisant:

1. pont de diodes avec un condensateur d'ondulation de lissage;

2. pont de diodes sans ondulation de lissage;

3. Une seule diode qui coupe la demi-onde négative.

Chacun de ces circuits peut être utilisé indépendamment, mais généralement l'un d'eux est la base, la base pour en créer un autre, plus pratique pour le fonctionnement et le contrôle par l'amplitude du courant de sortie.

L'utilisation d'ensembles de transistors de puissance avec des chaînes de commande dans la partie supérieure de l'image dans le diagramme permet de réduire la tension de sortie aux bornes du circuit de sortie du chargeur, ce qui permet d'ajuster les valeurs des courants continus traversant les batteries connectées.

L'une des options pour cette conception du chargeur avec contrôle de courant est illustrée dans la figure ci-dessous.

Les mêmes connexions dans le deuxième circuit vous permettent de régler l'amplitude de l'ondulation, pour la limiter à différents stades de charge.

Le même circuit moyen fonctionne efficacement lors du remplacement de deux diodes opposées dans un pont de diodes par des thyristors qui régulent également l'intensité du courant dans chaque demi-cycle alterné. Et l'élimination des demi-harmoniques négatives est attribuée aux diodes de puissance restantes.

Le remplacement d'une seule diode dans l'image du bas par un thyristor semi-conducteur avec un circuit électronique séparé pour l'électrode de commande permet de réduire les impulsions de courant en raison de leur ouverture ultérieure, qui est également utilisée pour diverses méthodes de charge des batteries.

L'une des options pour une telle implémentation du circuit est illustrée dans la figure ci-dessous.

L'assemblage de vos propres mains n'est pas difficile. Il peut être fabriqué indépendamment des pièces disponibles, vous permet de charger des batteries avec des courants jusqu'à 10 ampères.

La version industrielle du circuit du chargeur du transformateur Electron-6 est basée sur deux thyristors KU-202N. Pour réguler les cycles d'ouverture des demi-harmoniques, chaque électrode de commande possède son propre circuit de plusieurs transistors.

Parmi les amateurs de voitures, les appareils qui permettent non seulement de recharger les batteries, mais aussi d’utiliser l’énergie du secteur 220 volts pour la connecter en parallèle au démarrage du moteur de la voiture, sont populaires. Ils sont appelés lanceurs ou lanceurs. Ils ont un circuit électronique et de puissance encore plus complexe.

Circuits de transformateur électronique

Ces appareils sont fabriqués par les fabricants pour alimenter des lampes halogènes avec une tension de 24 ou 12 volts. Ils sont relativement bon marché. Certains passionnés tentent de les connecter pour charger des batteries basse consommation. Cependant, cette technologie n'est pas largement développée, elle présente des inconvénients importants.

Circuits de chargeur sans séparation de transformateur

Lorsque plusieurs charges sont connectées en série à une source de courant, la tension d'entrée totale est divisée en sections de composants. Grâce à cette méthode, les diviseurs fonctionnent, créant une réduction de tension à une certaine valeur sur l'élément de travail.

Sur ce principe, de nombreux chargeurs à résistances capacitives résistives sont créés pour les batteries de faible puissance. En raison des petites dimensions des composants, ils sont intégrés directement dans la lampe de poche.

Le circuit électrique interne est entièrement enfermé dans un boîtier isolé en usine, ce qui exclut tout contact humain avec le potentiel du réseau lors de la charge.

De nombreux expérimentateurs tentent de mettre en œuvre le même principe de charge des batteries de voiture, offrant un schéma de connexion à partir d'un réseau domestique via un condensateur ou une lampe à incandescence d'une puissance de 150 watts et diode de puissancetransmettre des impulsions de courant de même polarité.

Des conceptions similaires peuvent être trouvées sur les sites Web de bricoleurs qui louent la simplicité du circuit, le faible coût des pièces et la possibilité de restaurer la capacité d'une batterie déchargée.

Mais, ils ne disent rien:

• le câblage ouvert 220 représente danger pour la vie humaine;

• Le filament d'une lampe sous tension s'échauffe, modifie sa résistance selon une loi défavorable au passage de courants optimaux à travers la batterie.

Lorsqu'il est allumé sous charge, de très grands courants traversent le fil froid et toute la chaîne connectée en série. En outre, la charge doit être terminée avec de petits courants, ce qui ne fonctionne pas non plus. Par conséquent, une batterie qui a subi plusieurs séries de ces cycles perd rapidement sa capacité et ses performances.

Notre conseil: n'utilisez pas cette méthode!

Les chargeurs sont conçus pour fonctionner avec certains types de batteries, en tenant compte de leurs caractéristiques et conditions de restauration de capacité. Lorsque vous utilisez des appareils universels et multifonctionnels, vous devez choisir le mode de charge optimal pour une batterie particulière.