Como os carregadores de bateria estão organizados e funcionando?

Acumuladores em engenharia elétrica são geralmente chamados de fontes químicas de corrente, que podem reabastecer, restaurar a energia consumida devido à aplicação de um campo elétrico externo.

Os dispositivos que fornecem eletricidade às placas da bateria são chamados de carregadores: eles colocam a fonte atual em condições de funcionamento, carregam-na. Para operar corretamente a bateria, é necessário apresentar os princípios de seu trabalho e o carregador.

Como funciona a bateria

Uma fonte de corrente química reciclada durante a operação pode:

1. alimentar a carga conectada, por exemplo, uma lâmpada, um motor, um telefone celular e outros dispositivos, gastando seu suprimento de energia elétrica;

2. consumir a eletricidade externa a ela conectada, gastando-a em restaurar a reserva de sua capacidade.

No primeiro caso, a bateria está descarregada e no segundo recebe uma carga. Existem muitos modelos de baterias, mas seus princípios de funcionamento são comuns. Vamos examinar esta questão pelo exemplo de placas de níquel-cádmio colocadas em uma solução eletrolítica.

Bateria fraca

Dois circuitos elétricos operam simultaneamente:

1. externo, aplicado aos terminais de saída;

2. interno.

Quando descarregada para uma lâmpada em um circuito externo aplicado, a corrente flui dos fios e de um filamento formado pelo movimento dos elétrons nos metais, e os ânions e cátions se movem através do eletrólito na parte interna.

Os óxidos de níquel adicionados à grafite formam a base de uma placa carregada positivamente, e a esponja de cádmio é usada no eletrodo negativo.

Quando a bateria é descarregada, parte do oxigênio ativo dos óxidos de níquel é transferida para o eletrólito e se move para a placa de cádmio, onde a oxida, reduzindo a capacidade total.

Carga da bateria

A carga dos terminais de saída para carregamento é removida com mais frequência, embora, na prática, o método seja usado quando a carga estiver conectada, como na bateria de um carro em movimento ou em um telefone celular carregado em conversação.

Os terminais da bateria são fornecidos com tensão de uma fonte externa de maior potência. Apresenta aparência pulsante constante ou suavizada, excede a diferença de potencial entre os eletrodos, é direcionado unipolarmente com eles.

Essa energia faz com que a corrente flua no circuito interno da bateria na direção oposta à descarga, quando partículas de oxigênio ativo são "espremidas" para fora da esponja-cádmio e através do eletrólito chegam ao seu local original. Por esse motivo, a capacidade consumida é restaurada.

Durante a carga e descarga, a composição química das placas muda e o eletrólito serve como meio de transmissão para a passagem de ânions e cátions. A intensidade da corrente elétrica que passa no circuito interno afeta a taxa de restauração das propriedades das placas durante o carregamento e a velocidade da descarga.

O fluxo acelerado de processos leva à liberação rápida de gases, o aquecimento excessivo, que pode deformar o design das placas, atrapalha sua condição mecânica.

Correntes muito pequenas durante o carregamento aumentarão significativamente o tempo de recuperação da capacidade consumida. Com o uso frequente de carga atrasada, a sulfatação das placas aumenta e a capacidade diminui. Portanto, a carga aplicada à bateria e a energia do carregador são sempre levadas em consideração para criar o modo ideal.

Os princípios de operação das baterias de íon-lítio são revisados ​​aqui:Fontes de corrente química

Como o carregador funciona

A atual gama de baterias é extensa.Para cada modelo, são selecionadas tecnologias ótimas que podem não ser adequadas e prejudiciais a outras pessoas. Os fabricantes de equipamentos eletrônicos e elétricos investigam experimentalmente as condições de trabalho das fontes de corrente química e criam seus próprios produtos para eles, que diferem na aparência, design e características da saída elétrica.

Estruturas de carregamento para dispositivos eletrônicos móveis

As dimensões dos carregadores para produtos móveis de diferentes capacidades são significativamente diferentes entre si. Eles criam condições de trabalho especiais para cada modelo.

Mesmo para o mesmo tipo de pilhas AA ou AAA de diferentes capacidades, é recomendável usar seu próprio tempo de carregamento, dependendo da capacidade e características da fonte atual. Seus valores são indicados na documentação técnica anexa.

Uma certa parte dos carregadores e baterias de telefones celulares está equipada com proteção automática que desliga a energia no final do processo. Porém, o controle sobre o trabalho deles ainda deve ser realizado visualmente.

Estruturas de carregamento para baterias automotivas

A tecnologia de carregamento deve ser observada com precisão especial ao operar baterias automotivas projetadas para operar em condições difíceis. Por exemplo, no inverno, em clima frio, com a ajuda deles é necessário desenroscar o rotor frio do motor de combustão interna com graxa espessa através de um acionador de partida elétrico intermediário.

As baterias descarregadas ou preparadas incorretamente geralmente não lidam com esta tarefa.

Métodos empíricos revelaram a relação da corrente de carga de baterias de chumbo-ácido e alcalinas. É considerado o valor ideal de carga (amperes) de 0,1 valor de capacidade (amperes horas) para o primeiro tipo e 0,25 para o segundo.

Por exemplo, uma bateria possui uma capacidade de 25 amp horas. Se for ácido, deve ser carregada com uma corrente de 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, e para alcalina - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Para criar tais condições, você precisará usar dispositivos diferentes ou usar um universal com uma grande quantidade funções

Um carregador de bateria moderno para baterias de chumbo ácido deve suportar várias tarefas:

• controlar e estabilizar a corrente de carga;

• leve em consideração a temperatura do eletrólito e evite que aqueça mais de 45 graus com o término de energia.

A possibilidade de realizar um ciclo de controle e treinamento para uma bateria de ácido de um carro usando um carregador é uma função necessária, que inclui três estágios:

1. Uma carga de bateria cheia até a capacidade máxima;

2. descarga de dez horas com uma corrente de 9 ± 10% da capacidade nominal (dependência empírica);

3. Recarregue uma bateria descarregada.

Ao realizar a CTC, a alteração na densidade do eletrólito e o tempo de conclusão do segundo estágio são monitorados. Por seu valor, eles julgam o grau de desgaste das placas, a duração do recurso restante.

Carregadores para baterias alcalinas podem ser usados ​​em projetos menos complexos, porque essas fontes atuais não são tão sensíveis aos modos de subcarga e sobrecarga.

O gráfico da carga ideal de baterias ácido-alcalinas para carros mostra a dependência do conjunto de capacitância na forma de mudanças de corrente no circuito interno.

No início do processo de carregamento, recomenda-se manter a corrente no valor máximo permitido e reduzi-lo ao mínimo para a conclusão final das reações físico-químicas que restauram a capacidade.

Mesmo neste caso, é necessário controlar a temperatura do eletrólito e introduzir alterações ambientais.

A conclusão completa do ciclo de carregamento de baterias de chumbo-ácido é controlada por:

• restauração de tensão em cada banco de 2,5 ÷ 2,6 volts;

• alcançar a densidade máxima de eletrólitos, que deixa de mudar;

• a formação de violenta evolução de gases quando o eletrólito começa a "ferver";

• obtenção da capacidade da bateria superior a 15 ± 20% do valor indicado durante a descarga.

Formulários atuais do carregador de bateria

A condição para carregar a bateria é que a tensão seja aplicada às suas placas, criando uma corrente no circuito interno de uma determinada direção. Ele pode:

1. ter um valor constante;

2. ou variar no tempo de acordo com uma determinada lei.

No primeiro caso, os processos físico-químicos da cadeia interna continuam inalterados e no segundo, de acordo com os algoritmos propostos, com crescimento e atenuação cíclicos, que criam efeitos oscilatórios em ânions e cátions. A opção de tecnologia mais recente é usada para combater a sulfatação de placas.

Parte das dependências de tempo da corrente de carga é ilustrada por gráficos.

A imagem inferior direita mostra uma clara diferença na forma da corrente de saída do carregador, que usa o controle do tiristor para limitar o momento de abrir a meia onda de um sinusóide. Devido a isso, a carga no circuito elétrico é regulada.

Naturalmente, vários carregadores modernos podem criar outras formas de correntes que não são mostradas neste diagrama.

Princípios de criação de circuitos para carregadores

Uma rede monofásica de 220 volts é normalmente usada para alimentar o equipamento dos carregadores. Essa voltagem é convertida em subtensão segura, que é aplicada aos terminais de entrada da bateria através de vários componentes eletrônicos e semicondutores.

Existem três esquemas para a conversão de tensão senoidal industrial em carregadores devido a:

1. o uso de transformadores de tensão eletromecânicos que operam segundo o princípio de indução eletromagnética;

2. aplicação de transformadores eletrônicos;

3. sem o uso de dispositivos transformadores baseados em divisores de tensão.

Tecnicamente possível é a conversão de tensão do inversor, que se tornou amplamente utilizada para máquinas de solda inversoraconversores de freqüência que controlam motores. Mas, para carregar baterias, este é um equipamento bastante caro.

Circuitos de carregador com separação de transformador

O princípio eletromagnético da transferência de energia elétrica do enrolamento primário de 220 volts para o secundário separa completamente os potenciais do circuito de alimentação do consumido, elimina o contato com a bateria e danifica-os em caso de falhas no isolamento. Este método é o mais seguro.

Os diagramas do circuito de potência de dispositivos com um transformador têm muitos projetos diferentes. A figura abaixo mostra três princípios para a criação de diferentes correntes da seção de energia dos carregadores através do uso de:

1. ponte de díodos com um condensador de ondulação de suavização;

2. ponte de diodos sem ondulação de suavização;

3. Um único diodo que corta a meia-onda negativa.

Cada um desses circuitos pode ser usado independentemente, mas geralmente um deles é a base, a base para a criação de outro, mais conveniente para operação e controle pela magnitude da corrente de saída.

O uso de conjuntos de transistores de potência com correntes de controle na parte superior da figura no diagrama permite reduzir a tensão de saída nos terminais do circuito de saída do carregador, o que permite ajustar os valores das correntes constantes passadas pelas baterias conectadas.

Uma das opções para esse design do carregador com controle de corrente é mostrada na figura abaixo.

As mesmas conexões no segundo circuito permitem ajustar a amplitude da ondulação, limitando-a em diferentes estágios de carregamento.

O mesmo circuito médio funciona efetivamente ao substituir dois diodos opostos em uma ponte de diodos por tiristores que regulam igualmente a força da corrente em cada meio ciclo alternado. E a eliminação de meias harmônicas negativas é atribuída aos diodos de potência restantes.

Substituir um único diodo na imagem inferior por um tiristor semicondutor por um circuito eletrônico separado para o eletrodo de controle permite reduzir os pulsos de corrente devido à sua abertura posterior, que também é usada para vários métodos de carregamento de baterias.

Uma das opções para essa implementação do circuito é mostrada na figura abaixo.

Montá-lo com suas próprias mãos não é difícil. Pode ser fabricado independentemente das peças disponíveis, permite carregar baterias com correntes de até 10 amperes.

A versão industrial do circuito do carregador de transformador Electron-6 é baseada em dois tiristores KU-202N. Para regular os ciclos de abertura dos semi-harmônicos, cada eletrodo de controle tem seu próprio circuito de vários transistores.

Entre os entusiastas do carro, são populares os dispositivos que permitem não apenas carregar baterias, mas também usar a energia da rede elétrica de 220 volts para conectá-la paralelamente à partida do motor do carro. Eles são chamados de lançadores ou lançadores. Eles possuem um circuito eletrônico e de potência ainda mais complexo.

Circuitos de transformadores eletrônicos

Esses dispositivos são fabricados pelos fabricantes para fornecer lâmpadas de halogênio com uma tensão de 24 ou 12 volts. Eles são relativamente baratos. Alguns entusiastas estão tentando conectá-los para carregar baterias de baixa potência. No entanto, essa tecnologia não é amplamente desenvolvida, possui desvantagens significativas.

Circuitos do carregador sem separação do transformador

Quando várias cargas são conectadas em série a uma fonte de corrente, a tensão total de entrada é dividida em seções de componentes. Devido a esse método, os divisores funcionam, criando uma redução de tensão para um determinado valor no elemento de trabalho.

Nesse princípio, são criados numerosos carregadores com resistências resistivas-capacitivas para baterias de baixa potência. Devido às pequenas dimensões das peças componentes, elas são construídas diretamente na lanterna.

O circuito elétrico interno é totalmente fechado em uma caixa isolada de fábrica, que exclui o contato humano com o potencial da rede durante o carregamento.

Vários experimentadores tentam implementar o mesmo princípio para carregar baterias de carros, oferecendo um esquema de conexão de uma rede doméstica através de um conjunto de capacitores ou uma lâmpada incandescente com uma potência de 150 watts e diodo de potênciatransmitindo pulsos de corrente da mesma polaridade.

Projetos semelhantes podem ser encontrados nos sites de bricolage que elogiam a simplicidade do circuito, o baixo custo de peças e a capacidade de restaurar a capacidade de uma bateria descarregada.

Mas eles ficam calados sobre o fato de que:

• a fiação aberta 220 representa perigo para a vida humana;

• O filamento de uma lâmpada sob tensão aquece, altera sua resistência de acordo com uma lei desfavorável à passagem de correntes ideais pela bateria.

Quando ativadas sob carga, correntes muito grandes passam pelo fio frio e por toda a cadeia conectada em série. Além disso, o carregamento deve ser concluído com pequenas correntes, o que também não funciona. Portanto, uma bateria que passou por várias séries desses ciclos rapidamente perde sua capacidade e desempenho.

Nossa dica: não use esse método!

Os carregadores são projetados para funcionar com certos tipos de baterias, levando em consideração suas características e condições para a restauração da capacidade. Ao usar dispositivos universais e multifuncionais, você deve escolher o modo de carregamento ideal para uma bateria específica.