|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Działanie zamkniętych akumulatorów Ni-Cd
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Ładowarki, akumulatory, ogniwa galwaniczne Powszechne stosowanie szczelnych akumulatorów Ni-Cd (dyskowych i cylindrycznych) spowodowało również duże zainteresowanie ich działaniem, sposobami i urządzeniami do ich ładowania. Opublikowano wiele artykułów na te tematy, w tym w czasopiśmie Radio. W ostatnich latach, w związku z pojawieniem się nowych urządzeń gospodarstwa domowego zasilanych akumulatorami (AB), zainteresowanie tą tematyką znacznie wzrosło. Artykułów na temat działania baterii jest jednak niewiele. Przyczyna tej sytuacji jest dość obiektywna: prowadzenie badań nad działaniem AB to bardzo długie i pracochłonne zadanie. I w całości jest nie do zniesienia dla radioamatorów. Nie oznacza to oczywiście, że radioamatorzy nie powinni angażować się w tego rodzaju prace – wystarczy, że uzyskane wyniki należy traktować krytycznie, a nie uogólniać na podstawie pojedynczych wyników. Typowym przykładem jest znana metoda ładowania akumulatorów prądem asymetrycznym [1, 2]. Wszyscy doskonale zdawali sobie sprawę z jego zalet, tylko jeden drobiazg pozostawał niejasny - skąd się wziął, jakie było pierwotne źródło. Ale taka „drobiazga” oczywiście nikomu nie przeszkadzała, bo po dwóch, trzech publikacjach opartych na tej metodzie ładowarek można było śmiało napisać: „…jak wiadomo ładowanie akumulatorów prądem asymetrycznym pozwala…” i dalej w tekście. Innym przykładem jest tak często przywoływana metoda Woodbridge'a. Został opracowany w tych latach, kiedy rozpoczęła się masowa produkcja akumulatorów na potrzeby rozwijającej się motoryzacji, a zagadnienia ich eksploatacji stały się tak istotne, że wymagały zaangażowania nauki. Metodologia ta została stworzona dla konkretnych akumulatorów (kwasowych), a uzasadnienie rozszerzenia jej zakresu nie jest znane. Innymi słowy, stosowanie tej techniki w przypadku innych baterii nie jest uzasadnione. W rezultacie dzisiejsza sytuacja stała się tak zagmatwana, że jej zrozumienie stało się po prostu nierealne. Potwierdzają to sumiennie prowadzone na ten temat przez niektórych autorów przeglądy i próby wyciągania na ich podstawie praktycznych wniosków – autorzy nawet nie dostrzegają sprzeczności w źródłach, do których się odwołują. Naprawdę poważne publikacje są znacznie rzadsze, a jedną z nich jest [3]. Artykuł stawia skromniejsze, a więc całkiem realne zadanie - przedstawienie doświadczeń zgromadzonych przez autora na ten temat. Przypomnijmy jeszcze raz, że artykuł jest poświęcony wyłącznie szczelnym akumulatorom niklowo-kadmowym produkcji krajowej, dlatego przy stosowaniu wszystkich jego postanowień do innych akumulatorów należy zachować krytyczność i ostrożność. Główną cechą akumulatorów elektrycznych jest ilość zmagazynowanej w nich energii, do pomiaru której zwykle stosuje się pozasystemową jednostkę miary - kWh lub jej wielokrotność. W praktyce wygodniej jest wykorzystać inną cechę akumulatorów - zmagazynowany w nich ładunek. Nazywa się to powszechnie pojemnością. W układzie SI ładunek mierzony jest w kulombach (1 C = 1A x 1 s), ale częściej stosuje się też pozaukładową jednostkę miary – Ah, a dla akumulatorów o małej pojemności – mAh. Są tak przyzwyczajeni do tego parametru, że często zapominają (lub w ogóle nie wiedzą), że głównym wskaźnikiem baterii jest ilość zmagazynowanej energii, a nie pojemność. Zależność między energią E akumulatora a pojemnością C określa najprostszy wzór: E \uXNUMXd C x Ucp, gdzie Ucp jest średnim napięciem akumulatora. To wyrażenie zapewnia wystarczającą dokładność w praktyce. Dokładniej, energia jest obliczana przez całkę. Pojemność znamionowa to typowa wartość podana w charakterystyce akumulatorów. Decyduje o tym przede wszystkim konstrukcja baterii oraz technologia produkcji. To właśnie ta ostatnia przyczyna (a dokładniej zmienność technologiczna produkcji) prowadzi do tego, że pojemność akumulatorów, nawet w jednej partii produkcyjnej, ma zmienność sięgającą dwu lub więcej razy. W literaturze czasami wskazuje się, że AB są składane z akumulatorów o podobnych pojemnościach, ale w warunkach masowej produkcji jest to oczywiście po prostu nierealne. W ZSRR pojemność nominalną często określano na podstawie zasady „mniej niż mniej”, co zapewniało margines umożliwiający z czasem „zwiększenie” pojemności akumulatorów AB 7D-0,1 i innych po prostu poprzez zmianę numery na etykiecie. Teraz 7D-0,1 zmieniło się w 7D-0,125. Należy zauważyć, że pojemność jest wartością wieloczynnikową, ponieważ nawet dla konkretnego przypadku zależy od wielu parametrów: temperatury otoczenia, trybu ładowania i rozładowania itp. Dlatego też, jeśli chodzi o pojemność baterii, opracowano metodologię jej definicje, ponieważ tylko zmieniając metodologię łatwo „zmienić” pojemność kilka razy. Ale zazwyczaj nie podaje się metodologii. Podczas pracy napięcie baterii spada od maksimum do minimum. Minimalne napięcie to napięcie, przy którym pozostała energia (ładunek) akumulatora jest nieznaczna, a dalsza praca jest niepraktyczna, ponieważ napięcie również gwałtownie spada (po całkowitym rozładowaniu jest równe zeru). Dla akumulatorów Ni-Cd minimalne napięcie wynosi około 1 V i ta wartość jest wyraźnym kryterium zakończenia rozładowania. Zatem obszarem roboczym akumulatora jest zakres napięcia od maksimum do minimum. W obszarze roboczym pozostałą energię (ładunek) można w przybliżeniu określić na podstawie napięcia na akumulatorze. Napięcie znamionowe to średnia między maksimum a minimum; to on jest zwykle podawany w danych referencyjnych dotyczących baterii. W przypadku akumulatorów Ni-Cd napięcie to wynosi około 1,2 V. Napięcie znamionowe akumulatora, jak każdego innego ogniwa galwanicznego, określa jedynie jego układ elektrochemiczny, czyli para galwaniczna i elektrolit. Zmiana tej wartości jest konstrukcyjnie lub technologicznie niemożliwa. Po zakończeniu ładowania i wyłączeniu ładowarki napięcie akumulatora (UM3) jest maksymalne i wynosi około 1,43...1,45 V. Szybko spada i po 10...25 minutach osiąga stabilną wartość UMP równą 1,37. .. 1,39 V. Rozrzut tych wartości wynika głównie z błędu pomiaru, ale nie jest wymagana większa dokładność. Główny problem w eksploatacji akumulatorów związany jest z ich ładowaniem i wynika z braku wiarygodnego kryterium jego zakończenia. Używanie do tego napięcia akumulatora jest nieskuteczne, ponieważ można je osiągnąć nawet przed pełnym naładowaniem. Kryterium to było często stosowane w projektach amatorskich. Ostatnie publikacje wskazują, że jedno kryterium to za mało, potrzebne są dodatkowe, a jako jedno z nich proponują pomiar temperatury akumulatora. Temperatura jest ważnym parametrem, ponieważ pozwala określić, dokąd „jedzie” prąd - do ładowania lub do ogrzewania, czyli pozwala określić stan akumulatora, ale w żadnym wypadku nie stopień jego naładowania. Można też dodać, że przy niezmiennych pozostałych parametrach wpływ temperatury otoczenia będzie się przejawiał w dużym stopniu. Z powyższego można wyciągnąć niezbyt pocieszający wniosek – dziś nie ma wiarygodnych kryteriów zakończenia ładowania. Dokładniej, istnieje jedno takie kryterium, które zostanie omówione poniżej, ale mimo całej swojej zewnętrznej prostoty jego wdrożenie jest bardzo problematyczne. Brak wiarygodnych kryteriów końca ładowania jest oczywiście rozczarowujący, ponieważ nie pozwala na pełne naładowanie baterii. Ale w końcu baterie są z powodzeniem używane od dziesięcioleci. I pierwsze pytanie, które się pojawia, brzmi: ile naprawdę potrzeba, naprawdę, pełnego naładowania? W rzeczywistych warunkach różnica pojemności do 15% jest praktycznie niezauważalna, a to znacznie mniej niż zmiana pojemności dla różnych próbek. Akumulatory uszczelnione są zaprojektowane w taki sposób, że szczelność zapewnia ciśnienie gazu wewnątrz obudowy. Podczas ładowania ciśnienie to wzrasta, a jeśli osiągnie granicę plastyczności materiału obudowy, akumulator puchnie. W takim przypadku styki są zerwane, co prowadzi do całkowitej awarii akumulatora. W przypadku akumulatorów dyskowych czasami udaje się przywrócić pojemność roboczą - należy je ścisnąć w imadle (poprzez uszczelkę izolującą) do poprzednich wymiarów. W cięższych przypadkach akumulatory są otwierane (cicha eksplozja) i nie ma możliwości ich przywrócenia. Ciśnienie gazu może służyć jako wiarygodne kryterium zakończenia ładowania, w każdym razie pozwala określić granicę, powyżej której dalsze ładowanie staje się niebezpieczne. Ale praktyczna implementacja tej metody jest problematyczna nawet w przypadku akumulatorów o dużej pojemności, a dla małych jest po prostu nierealna. Podczas rozładowywania ciśnienie spada, a jeśli napięcie spadnie poniżej minimum, może spaść do poziomu nie zapewniającego szczelności, powodując wyciek elektrolitu. Między innymi wyciekający elektrolit bocznikuje elektrody akumulatora, po czym z powodu wycieków powierzchniowych wzrasta prąd samorozładowania. Długotrwałe przechowywanie rozładowanego akumulatora spowoduje jego uszkodzenie. Wiadomo, że akumulatory, które nie działały przez długi czas, tracą pojemność i wydajność. Możesz je przywrócić w kilku cyklach ładowania-rozładowania. Nie ma znaczenia, jak dokładnie to zrobić - „przebudzenie” nastąpi w każdym przypadku. Wraz z upływem czasu zachodzą naturalne procesy starzenia i pogarsza się wydajność baterii. Baterie zwykle mają żywotność 3-5 lat, ale przy normalnym użytkowaniu działają niezawodnie przez 10 lat lub dłużej. W praktyce najczęściej spotykany jest tzw. standardowy tryb ładowania – 150% pojemności znamionowej jest „wpompowywane” do akumulatora, ładując go przez 15 godzin prądem o natężeniu 0,1 C. Sprawność akumulatorów, czyli stosunek energii oddawanej do energii odbieranej, jest z wielu powodów bardzo trudny do określenia, dlatego wskaźnik ten zazwyczaj nie jest podawany. W przypadku małych akumulatorów jest to na ogół nieistotne, ponieważ straty w ładowarce są oczywiście większe. Można to określić czysto w przybliżeniu na podstawie powyższego standardowego trybu ładowania - 0,65 (65%). Tryb standardowy sprawdził się w praktyce i można go uznać za odniesienie. Ładowarka, która ją realizuje, może być niezwykle prosta i zawierać diodę prostowniczą oraz rezystor gaszący. Zaletą tej metody jest to, że jest w stanie naładować nawet „na wpół rozładowane” akumulatory. Ma jednak również dwie istotne wady: długi czas ładowania i niebezpieczeństwo przeładowania. To prawda, że \uXNUMXb\uXNUMXbten ostatni nie jest już związany z metodą, ale z osobą - często po prostu zapominają wyłączyć ładowarkę na czas. Ta metoda ma tylko jeden niejasny punkt - skąd wzięło się to 0,1C? Nie ma jednoznacznej odpowiedzi i raczej nie da się jej uzyskać po tylu latach, więc pozostaje tylko założyć, że taki ustrój został wybrany po prostu ze względów kompromisowych. Przy niższym prądzie ładowania czas ładowania wydłużył się niedopuszczalnie (przy 0.05C - 30 godzin), a przy większym konieczne było zwiększenie mocy ładowarki i odpowiednio jej wymiarów, wagi i ceny. Eksperymenty przeprowadzone przez autora z AB 7D... wykazały, że ładowanie prądem równym pojemności akumulatora nie powoduje jego uszkodzenia. Bardzo ciekawą i obiecującą metodą jest metoda ładowania akumulatorów ze źródła o stabilnym napięciu. Dla ścisłości nazwijmy to ładowaniem stabilnym napięciem (ZSN). Możliwe jest całkowite wyeliminowanie przeładowania metodą ZSN równą maksymalnemu napięciu akumulatora. To prawda, że \u3b\uXNUMXbnie jest do końca jasne, jakie dokładnie powinno być to napięcie: UMXNUMX lub UMP, a dla ubezpieczenia lepiej jest wziąć mniejsze z nich - UMP. Na początku ładowania prąd jest maksymalny, po krótkim czasie w większości przypadków wzrasta nieco bardziej (podobno zmniejsza się rezystancja wewnętrzna akumulatora). Następnie, w miarę ładowania akumulatora i wzrostu jego napięcia, prąd maleje i pod koniec ładowania asymptotycznie zbliża się do zera, a dokładniej do prądu samorozładowania akumulatora. Podczas ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora początkowy prąd rozruchowy może być niedopuszczalnie duży i należy go ograniczyć, na przykład poprzez włączenie rezystora ograniczającego prąd w obwodzie ładowania. Główną wadą tej metody jest to, że zapewnia ładowanie 60 ... 70% pojemności nominalnej. Dlatego wskazane jest stosowanie go do baterii zapasowych, na przykład w zegarkach elektronicznych. Niewielki spadek pojemności baterii dla takich urządzeń nie jest znaczący, dużo ważniejsze jest zapewnienie jej długiej i niezawodnej pracy. Ta metoda jest również zalecana do stosowania, gdy wymagane jest doprowadzenie baterii do stanu roboczego w ciągu 15 ... 20 minut. Powód, dla którego ten tryb nie ładuje akumulatorów do pełna, jest dość oczywisty - konieczne jest zwiększenie napięcia zasilania. W tym przypadku prąd ładowania asymptotycznie dąży nie do zera, ale do pewnej wartości minimalnej. Ta w istocie stabilizacja prądu ładowania może służyć jako kryterium zakończenia ładowania. Jest jeszcze jedno, bardziej niezawodne i łatwe do spełnienia kryterium - zmniejszenie prądu ładowania do wartości bliskiej minimum. W celu praktycznej realizacji zaproponowanej metody konieczne jest eksperymentalne dobranie trybu ładowania dla konkretnego akumulatora: wyznaczenie napięcia ładowania oraz prądu końca ładowania. Schemat automatycznej ładowarki (ładowarki) pokazano na ryc. 1. Umożliwia ładowanie akumulatorów o dowolnym stopniu rozładowania, w tym całkowicie rozładowanych. Nominalny czas ładowania akumulatora AB 7D-0.125 rozładowanego do 1 V na akumulator wynosi około 1,5 h. Dla AB o niższym stopniu rozładowania jest on odpowiednio skracany. Pojemność, do której można naładować akumulator, jest w przybliżeniu równa 0,85 ... 0,95 wartości nominalnej. Zależy to od stanu baterii oraz od dokładności ustawienia prądu, przy którym urządzenie zostanie wyłączone.
Praca z ładowarką jest niezwykle prosta - po podłączeniu zasilania i ładowaniu akumulatora należy krótko nacisnąć przycisk SB1. Spowoduje to włączenie diody sygnalizacyjnej HL1 i rozpoczęcie ładowania. Gdy bateria zostanie naładowana, urządzenie automatycznie się wyłączy, co całkowicie eliminuje niebezpieczeństwo przeładowania, a dioda sygnalizacyjna zgaśnie. Podstawą pamięci jest regulator napięcia DA1. Dokładna wartość napięcia wyjściowego jest ustawiana przez rezystor strojenia R9. Dioda VD1 zapobiega rozładowaniu akumulatora po wyłączeniu ładowarki. W celu zmniejszenia strat zastosowano diodę Schottky'ego, która charakteryzuje się mniejszym spadkiem napięcia w porównaniu do konwencjonalnych diod krzemowych. Wskaźnik - LED HL10 - jest podłączony do wyjścia pamięci poprzez rezystor ograniczający prąd R1. Kondensator C2 wygładza tętnienia nieuregulowanego zasilacza na wejściu stabilizatora, a także zapobiega jego samowzbudzeniu. Jednostką wyłączającą jest wyzwalacz montowany na tranzystorach VT1 i VT2 o różnych strukturach. W stanie początkowym, po podłączeniu źródła zasilania i naładowaniu akumulatora, spust jest wyłączony. Aby go włączyć, wystarczy krótko nacisnąć przycisk SB1. To otwiera tranzystor VT1, a jego prąd kolektora przez rezystor R2 otwiera tranzystor VT2 - pamięć zaczyna działać. Prąd przepływający przez urządzenie powoduje spadek napięcia na rezystorze R5, który jest doprowadzany przez rezystor R6 i rezystancyjny dzielnik napięcia R3R4 do podstawy tranzystora VT1. Spust włącza się, a urządzenie kontynuuje pracę nawet po zwolnieniu przycisku SB1. „Jednocześnie” rezystor R5 pełni funkcję ogranicznika prądu maksymalnego na początku ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora. Podczas ładowania napięcie na akumulatorze wzrasta, co prowadzi do spadku prądu ładowania, a gdy osiągnie ustawioną wartość minimalną, spadek napięcia na rezystorze R5 staje się niewystarczający do utrzymania spustu - ładowarka wyłącza się i ładuje przystanki. Dokładna wartość prądu minimalnego jest ustalana przez rezystor strojenia R4. Kondensator C1 wygładza tętnienia napięcia na rezystorze R5, które pojawiają się, gdy ładowarka jest zasilana z niestabilizowanego źródła zasilania. W wersji autorskiej do zasilania pamięci zastosowano niestabilizowane źródło produkcji krajowej BPN-12-1 o napięciu wyjściowym w obwodzie otwartym 18 V. Inne zasilacze, w tym stabilizowane, o napięciu wyjściowym około 15 V (np. zasilacze stabilizowane, może być nieco mniej) przy prądzie co najmniej 0,2 A. Urządzenie zamontowane jest na płytce drukowanej wykonanej z jednostronnej folii z włókna szklanego o grubości 1,5 mm. Schemat PCB pokazano na ryc. 2.
W urządzeniu zastosowano rezystory strojenia SPZ-19a. Rezystor R5 - MLT-0,5 lub MT-0,5, R2 - MLT-0,25 lub MT-0,25; są instalowane prostopadle do płyty. Pozostałe rezystory stałe są bezołowiowe do montażu natynkowego, rozmiar 1206. Instaluje się je od strony drukowanych przewodów. Kondensatory - K50-35 lub podobne importowane. Zamiast diody VD1 można zastosować dowolną diodę Schottky'ego o dopuszczalnym prądzie co najmniej 1 A. Dioda LED - dowolna. Przycisk SB1 - dowolny niezatrzaskowy. Złącze do podłączenia zasilacza również może być dowolne – co najważniejsze musi pasować do złącza zasilacza. Do ustalenia potrzebny będzie zmienny rezystor drutowy o rezystancji 560 omów i mocy 1 W. Podłącza się go do wyjścia ładowarki, a rezystancja jest stopniowo zmniejszana, aż spust zostanie bezpiecznie przytrzymany po naciśnięciu przycisku SB1 jest zwolniony. Za pomocą dostrojonego rezystora R9 ustawia się napięcie wyjściowe (mierzone bezpośrednio na wyjściu stabilizatora) równe 10,9 V. Nieco trudniej jest ustawić prąd wyłączania. Ponieważ bocznik miliamperomierza wprowadza duży błąd pomiaru prądu ładowania, miliamperomierz należy podłączyć na wejściu urządzenia. I choć w tym przypadku prąd pobierany przez samą ładowarkę jest dodawany do rzeczywistego prądu ładowania, to wynik jest dokładniejszy. Aby to zrobić, zmierz prąd na wejściu pamięci w środkowej pozycji rezystora trymera R4, a następnie ustaw go na około 43 mA. Operacje te będą musiały być wykonane kilka razy, aż do uzyskania pożądanego rezultatu, ponieważ nie można „złapać” prądu wyłączającego na raz. Bardziej precyzyjną regulację można wykonać podczas bezpośredniej pracy z akumulatorem, po kilku kontrolnych cyklach ładowania-rozładowania. Dopuszczalna jest wymiana stabilizatora KR142EN22 na KR142EN12A lub KR142EN12B. W takim przypadku napięcie zasilania ładowarki należy zwiększyć do 16 ... 17 V. literatura
Autor: A. Mezhlumyan, Moskwa
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Odporność działa w zależności od pory roku ▪ Nowe chipy z rodziny Bluetooth ▪ Super klej zamknie rany w żołądku i zatrzyma wyciek kwasów w roślinie ▪ Superszybki Internet od Google ▪ Hałas drogowy przyspiesza starzenie się ptaków
▪ sekcja serwisu Zagadki dla dorosłych i dzieci. Wybór artykułów ▪ Artykuł Bi-Ampling czy Bi-Wearing? Sztuka dźwięku ▪ artykuł Jaki jest rozmiar najmniejszego drapieżnika na Ziemi? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Naparstnica wełniana. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł o obrotomierzu. 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