|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Szybka ładowarka do akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Ładowarki, akumulatory, ogniwa galwaniczne Opisane w artykule urządzenie jest przeznaczone do przyspieszonego ładowania akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH prądem malejącym wykładniczo. Jego zalety to możliwość wyboru czasu ładowania w zakresie od 45 minut do 3 godzin, łatwość wykonania i regulacji, brak nagrzewania się akumulatorów pod koniec ładowania, możliwość wizualnej kontroli procesu ładowania, automatyczne odzyskiwanie proces, gdy zasilanie jest wyłączone, a następnie włączone, łatwość użytkowania. Urządzenie może służyć jako stanowisko do pomiaru charakterystyki ładowania i rozładowania akumulatorów. Podczas ładowania dużym prądem stałym (0,5E lub więcej, gdzie E jest pojemnością akumulatora), akumulator zaczyna się nagrzewać po 75...80% naładowania, a akumulatory Ni-MH nagrzewają się bardziej niż Ni-Cd [1 ]. Po pełnym naładowaniu akumulatora temperatura gwałtownie rośnie [1], a jeśli proces ten nie zostanie zatrzymany w odpowiednim czasie, kończy się zapaleniem lub wybuchem akumulatora. Zalecana temperatura zakończenia ładowania to +45 °С [2]. Jednak to kryterium jest odpowiednie tylko w sytuacjach awaryjnych: połączenie przeładowania z przegrzaniem zmniejsza pojemność akumulatora, a tym samym skraca jego żywotność. Osiągnięcie określonego napięcia na akumulatorze również nie jest satysfakcjonującym kryterium zakończenia procesu. Faktem jest, że jego wartość odpowiadająca pełnemu naładowaniu nie jest z góry znana, ponieważ zależy od temperatury i „wieku” akumulatora. Błąd rzędu kilku miliwoltów powoduje, że ładowanie akumulatora nigdy się nie kończy lub kończy za wcześnie [3]. Podczas ładowania stałym prądem łatwo jest kontrolować ładowanie - jest wprost proporcjonalne do czasu trwania procesu. W szczególności jego wartość można ustawić na równą nominalnej pojemności akumulatora. Jednak z biegiem czasu jego pojemność maleje i pod koniec jego żywotności wynosi około 80% wartości nominalnej. Dlatego ograniczenie ładowania do pojemności nominalnej nie gwarantuje braku przeładowania i przegrzania akumulatorów, a zatem nie może być jedynym kryterium zakończenia ładowania. Najtrudniejszym kryterium zakończenia procesu jest moment, w którym napięcie na akumulatorze osiąga maksimum, a następnie zaczyna spadać. Maksymalne napięcie na akumulatorze odpowiada pełnemu naładowaniu, ale w [2] pokazano, że jest to konsekwencja nagrzewania się akumulatora w procesie odzyskiwania ładunku. Maksymalna wartość jest bardzo mała, zwłaszcza dla akumulatorów Ni-MH (około 10 mV), dlatego do jej wykrycia stosuje się przetworniki ADC lub przetworniki napięcia na częstotliwość [2]. Dlatego podczas ładowania akumulatora maksymalne napięcie jego różnych ogniw jest osiągane w różnym czasie pożądane jest kontrolowanie każdego z nich osobno. Ponadto istnieją akumulatory o nienormalnej charakterystyce ładowania, na których nie ma tego maksimum. Innymi słowy, monitorowanie samego napięcia nie wystarczy, konieczne jest również kontrolowanie zarówno temperatury, jak i ilości ładunku przechodzącego przez akumulator. Tak więc przy ładowaniu akumulatora dużym prądem stałym konieczne jest sterowanie każdym z jego elementów według kilku kryteriów, co komplikuje ładowarkę. Samo ładowanie niskim prądem (nie większym niż 0,2E) nie powoduje awaryjnego przegrzania akumulatorów nawet przy dużym ładowaniu. W tym przypadku nie trzeba monitorować stanu każdego elementu, ładowarka okazuje się bardzo prosta, ale jej wada też jest oczywista – długi czas ładowania. Istnieją ładowarki, w których początkowo duży prąd ładowania z czasem maleje [4-6]. W takim przypadku nie jest również konieczne monitorowanie stanu każdego elementu baterii. Ale w tych urządzeniach nie ma kontroli ilości ładunku, a osiągnięcie określonego napięcia jest traktowane jako kryterium pełnego naładowania, co, jak wspomniano powyżej, nie jest zadowalające. W [7] opisano ładowarkę, w której akumulator jest ładowany jako kondensator ze stałego źródła napięcia przez rezystor. W takim przypadku prąd ładowania powinien teoretycznie maleć wykładniczo w czasie ze stałą czasową równą iloczynowi równoważnej pojemności akumulatora i rezystancji tego rezystora. W praktyce zależność prądu ładowania od czasu różni się od wykładniczej, ponieważ w trakcie ładowania zmienia się pojemność zastępcza i impedancja wyjściowa źródła. Ale nawet jeśli zaniedbamy wskazaną różnicę, to najważniejszy parametr - stała czasu ładowania - jest nieznany, w wyniku czego nie można kontrolować ładunku przechodzącego przez akumulator. Dlatego ładowanie kończy się ponownie po osiągnięciu określonego napięcia. W proponowanym urządzeniu dobierany jest prąd ładowania w postaci wykładniczo malejącego impulsu, ponieważ jest łatwy do zrealizowania przy użyciu najprostszego układu RC. Kończy się w sposób naturalny, eliminując potrzebę timera wyłączającego akumulatory po określonym czasie, a ładowanie jest ograniczone, nawet jeśli akumulatory są w ładowarce przez długi czas. Istotne jest, aby prąd ładowania był generowany przez generator prądu, a więc jego wartość i forma nie zależą od napięcia na akumulatorach, ani od nieliniowości ich charakterystyki ładowania. Podczas ładowania prąd płynący przez akumulatory I maleje wykładniczo: Ja = ja0exp(-t/T0), (jeden)
W tym przypadku każda bateria otrzymuje ładunek q, który jest szacowany przez wyrażenie q = ja0Т0[1 - exp(-t/T0)] = (I0 -TO0, (2) Wykresy zależności I i q od czasu t przedstawiono na ryc. jeden.
Widać, że podczas 3T0 ładowanie osiąga 0,95I0T0 a następnie zbliża się do wartości I0Т0. Zaleca się wybór wartości I0 oraz T0 formuły I0 = nE, T0 = 1 godz./n, gdzie n = 1, 2, 3, 4. (3) Najwygodniejsza wartość to n \u1d 3. Początkowy prąd ładowania w tym przypadku jest równy pojemności elektrycznej E, czas ładowania wynosi 2 godziny (praktycznie można zostawić akumulatory w ładowarce na noc, a rano będą w pełni naładowany). Jeśli ten czas ładowania jest zbyt długi, zwiększa się wartość n. Przy n = 1,5 będzie to 2 godziny przy początkowym prądzie ładowania 3E. Ten tryb jest odpowiedni dla akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH. Zwiększenie n do 1 skraca czas ładowania do 3 godziny, ale początkowy prąd ładowania wzrasta do 4E. Ostatecznie przy n = 45 czas ładowania skraca się do 4 min, a początkowy prąd ładowania zwiększa się do 3E. Dla akumulatorów Ni-Cd dopuszczalne są wartości n równe 4 i 0,1, ponieważ ich rezystancja wewnętrzna jest niska (poniżej 4 oma). W przypadku akumulatorów Ni-MH ich rezystancja wewnętrzna jest kilkukrotnie większa, więc duży prąd może je nagrzać na początku ładowania, co jest niedopuszczalne. Wartości większe niż XNUMX nie są zalecane. Mogę wybrać0 5% więcej niż wynika z wzoru (3). Wtedy dokładny czas ładowania wyniesie 3 godz./n, a dalsze 5% doładowania nie jest znaczące. Zasadę działania urządzenia przedstawiono na ryc. 2.
Kondensator o pojemności C1, wstępnie naładowany do napięcia U0, jest rozładowywany przez wzmacniacz prądowy A1 o rezystancji wejściowej Rin i wzmocnieniu prądowym Ki. Prąd w obwodzie wejściowym wzmacniacza Iin jest określony przez wyrażenie Iw = U0exp(-t/RinC1)/Rin. (cztery) Prąd w obwodzie wyjściowym wzmacniacza I \u1d KiIin ładuje akumulator GBXNUMX: I = KiU0exp(-t/RinC1)/Rin = SU0 exp(-t/RinС1), (5)
Wygodny w wyborze U0 \u1d 1 V, C1000 \u3d 3,6 μF, a następnie z (XNUMX) wynika, że Rin \uXNUMXd XNUMX MΩ / n S = nE, Ki = SRin = 3600000E. (7) Np. przy E = 1 Ah i n = 1 następujące parametry powinny wynosić: Rin = 3,6 MΩ, S = 1 A/V, Ki = 3600000 = 131 dB. Schemat ideowy urządzenia pokazano na ryc. 3. Wzmacniacz prądowy jest montowany na wzmacniaczu operacyjnym DA2.1 i tranzystorach VT2 i VT3. Napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego jest stabilizowane przez układ DA1. Węzeł na tranzystorze VT1 kontroluje wartość tego napięcia. W stanie normalnym tranzystor jest rozwarty, przez cewkę przekaźnika K1 płynie prąd, styki przekaźnika K1.1 są zwarte, dioda HL1 świeci sygnalizując prawidłową pracę urządzenia. Przełącznik SA1 wybiera tryb ładowania: prąd stały (gdy jego styki są zwarte) lub wykładniczo malejący (gdy są rozwarte). Rezystory R2 i R3 tworzą dzielnik napięcia. Napięcie na silniku rezystora zmiennego R3 określa prąd ładowania. W trybie „Stałym” napięcie to jest podawane przez rezystor R1 i zamknięte styki przekaźnika K1.1 do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego. Jego prąd wyjściowy jest wzmacniany przez tranzystory VT2, VT3 i jest ustawiony tak, aby napięcia na rezystorach R11 i R5 stały się takie same. Wzmocnienie prądowe Ki = R5/R11 i przy wartościach znamionowych wskazanych na wykresie jest w przybliżeniu równe 107, oraz nachylenie konwersji napięcia na prąd S = 1/R11 = 3 A/V.
W trybie „Spadek” (styki przełącznika SA1 są otwarte) kondensator C2 o pojemności 1000 μF jest rozładowywany przez rezystor R5 ze stałą czasową wybraną wzorem (3). Wykładniczo malejący prąd płynący przez ten kondensator jest wzmacniany przez wzmacniacz operacyjny DA2.1 i tranzystory VT2, VT3 i ładuje akumulatory podłączone do złącza X1 („Wyjście”). Dioda VD2 zapobiega ich rozładowaniu przy wyłączonym napięciu zasilania. Amperomierz PA1 służy do kontroli aktualnej wartości prądu ładowania. Kondensator C5 zapobiega samowzbudzeniu urządzenia. Rezystory R4, R8-R10 - ograniczenie prądu. Chronią wzmacniacz operacyjny i tranzystor VT2 w sytuacjach awaryjnych, na przykład w przypadku awarii rezystora R11 lub awarii tranzystora VT3, zapobiegając awarii innych elementów. Gdy zasilanie zostanie wyłączone w trybie ładowania ze zmniejszającym się prądem, tranzystor VT1 zamyka się, a przekaźnik otwiera styki K1.1, zapobiegając dalszemu rozładowaniu kondensatora C2. Dioda HL1 gaśnie sygnalizując brak zasilania. Po przywróceniu zasilania tranzystor VT1 otwiera się, przekaźnik K1 zamyka styki K 1.1 i ładowanie akumulatora jest automatycznie kontynuowane od wartości prądu, przy której zostało przerwane. Dioda HL1 zapala się ponownie sygnalizując wznowienie ładowania. Naciskając przycisk SB1, możesz na krótko przerwać ładowanie podczas usuwania charakterystyki ładowania. W tym przypadku kondensator C4 zapobiega przenikaniu zakłóceń sieciowych do wejścia wzmacniacza operacyjnego. Urządzenie zmontowane jest na uniwersalnej płytce drukowanej i umieszczone w obudowie o wymiarach 310x130x180 mm. Baterie AA są umieszczane w rowku na górnej pokrywie obudowy. Gniazda stykowe wykonane są w postaci kawałków taśmy ocynowanej, które są dociskane do akumulatorów sprężyną ze standardowej przegrody na ogniwo AA. Przez sprężynę nie płynie żaden prąd. Należy zauważyć, że dostępne w handlu plastikowe przedziały są odpowiednie tylko dla prądów nieprzekraczających 500 mA. Faktem jest, że prąd płynący przez sprężyny stykowe nagrzewa je, podczas gdy akumulatory również się nagrzewają. Już przy prądzie 1 A sprężyny nagrzewają się do tego stopnia, że topią ściankę plastikowej obudowy komory, uniemożliwiając jej dalsze użytkowanie. Tranzystor VT3 montowany jest na radiatorze żebrowanym o powierzchni 600 cm2, dioda VD2 - na płytce radiatora o powierzchni 50 cm2. Rezystor R11 składa się z trzech rezystorów MLT-1 połączonych równolegle z rezystancją 1 oma. Wszystkie połączenia wysokoprądowe wykonane są z kawałków drutu miedzianego o przekroju 3 mm2, które są lutowane bezpośrednio do końcówek odpowiednich części. Wzmacniacz operacyjny K1446UD4A (DA2) można zastąpić układem K1446UD1A lub innym z tych serii, ale z dwóch wzmacniaczy operacyjnych należy wybrać ten z niższym napięciem polaryzacji. Drugi wzmacniacz operacyjny może być wykorzystany jako element mostka termoczułego [8] do awaryjnego wyłączenia akumulatorów w przypadku ich przegrzania podczas ładowania prądem stałym (nie zaobserwowano przegrzania akumulatorów przy ładowaniu malejącym prądem). W przypadku stosowania innych typów wzmacniacza operacyjnego należy pamiętać, że w tej konstrukcji jego zasilanie jest jednobiegunowe, a więc musi działać przy zerowym napięciu na obu wejściach. Mikroukład KR1157EN601A (DA1) można zastąpić stabilizatorem tej serii o indeksie B, a także mikroukładem serii K1157EN602, jednak ten ostatni ma inny "pinout" [9]. Tranzystor VT1 - dowolna z serii KP501, VT2 musi mieć statyczny bazowy współczynnik przenoszenia prądu h21E nie mniej niż 100. Tranzystor KT853B (VT3) różni się tym, że ma h21E przekracza 1000. Inne typy tranzystorów mogą być używane jako VT2, VT3, ale całkowity zysk prądu musi przekraczać 100000 XNUMX. Kondensator C2, który ustawia stałą czasu ładowania T0, musi mieć stabilną pojemność, niekoniecznie równą nominalnej wskazanej na schemacie, ponieważ wymagana wartość T0 ustawić podczas regulacji wyboru rezystora R5. Autor zastosował kondensator tlenkowy Jamicon z dużym zapasem napięcia (25 razy). Przekaźnik K1 - kontaktron EDR2H1A0500 firmy ECE o napięciu i prądzie pracy odpowiednio 5 V i 10 mA. Możliwym zamiennikiem jest krajowy przekaźnik KUTs-1 (paszport RA4). Amperomierz PA1 musi być przystosowany do maksymalnego prądu ładowania (w wersji autorskiej zastosowano urządzenie M4200 na prąd 3 A). Bezpiecznik FU1 to samoresetujący się MF-R300 firmy BOURNS [10]. Założenie urządzenia sprowadza się do ustawienia wymaganej wartości stałej czasu ładowania T0wybrany według wzoru (3). Rezystancję rezystora R5 wybiera się równą Rin zgodnie ze wzorem (7), zakładając, że pojemność kondensatora C2 wynosi dokładnie 1000 μF. Zamiast baterii dołączony jest amperomierz cyfrowy. Przed włączeniem zasilania, zarówno podczas ładowania akumulatorów, jak i podczas ustawiania urządzenia, suwak rezystora zmiennego R3 jest przesunięty w dolną (zgodnie ze schematem) pozycję, a styki przełącznika SA1 są zamknięte (jest to konieczne do rozładowania kondensator C2). Następnie włącz zasilanie i przesuwając suwak rezystora R3, ustaw prąd początkowy I0 około 1 A. Następnie SA1 zostaje przeniesiony do pozycji „Opadanie”. Po czasie T1 (w przybliżeniu równa T0) zmierzyć prąd I1. Skorygowana wartość rezystancji rezystora R5* jest obliczana ze wzoru R5* = R5[ln(I0/I1)]. Na koniec instalowany jest rezystor R5 o rezystancji równej tej skorygowanej wartości. Akumulatory przed ładowaniem należy rozładować do napięcia 1....1.1 V, aby zapobiec ich przeładowaniu i pojawieniu się efektu pamięci [2]. Jeżeli akumulatory nagrzewają się podczas rozładowywania, przed ładowaniem należy je schłodzić do temperatury otoczenia (0...+30 °С [2]). Przed podłączeniem akumulatorów do ładowarki należy upewnić się, że nie jest ona pod napięciem, suwak rezystora R3 znajduje się w dolnej (zgodnie ze schematem) pozycji, a SA1 jest w pozycji „Stała”. Następnie, przestrzegając biegunowości, włóż baterie, włącz zasilanie i użyj rezystora zmiennego R3, aby ustawić prąd początkowy I0 według wzoru (3). Następnie SA1 zostaje przeniesiony do pozycji „Spadek”, a po czasie 3T0 baterie są gotowe do użycia. Do zasilania urządzenia potrzebne jest źródło napięcia od 8 do 24 V, które może być niestabilizowane. Możesz ładować od jednej do dziesięciu ogniw jednocześnie. Minimalne napięcie zasilania z uwzględnieniem tętnień powinno wynosić 2 V na ogniwo plus 4 V (ale w określonych granicach). Urządzenie może służyć jako podstawka do pobierania nie tylko charakterystyki ładowania, ale również rozładowywania akumulatorów. W tym drugim przypadku testowany akumulator musi być podłączony do urządzenia z odwrotną polaryzacją. Napięcie na jego elektrodach musi być stale monitorowane za pomocą woltomierza. Nie należy dopuścić do zmiany biegunowości, aby nie spowodować awaryjnego zniszczenia baterii. Z tego powodu nie zaleca się rozładowywania w ten sposób akumulatora kilku ogniw połączonych szeregowo, gdyż można przeoczyć moment awarii ogniwa o najmniejszej pojemności. literatura
Autor: M. Evsikov, Moskwa; Publikacja: cxem.net
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Profesjonalna kamera Canon EOS C200 ▪ Ustalenie autentyczności kawy ▪ Pierwszy komercyjny chipset Huawei 5G 3GPP ▪ Nie potrzebujesz białego ekranu do filmu
▪ sekcja witryny A potem pojawił się wynalazca (TRIZ). Wybór artykułu ▪ artykuł Dzwoniąca miedź i brzmiący talerz. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Skąd się biorą indyki? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Solnik. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Prosty mikser mikrofonowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony