|
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 baterii
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Ładowarki, akumulatory, ogniwa galwaniczne Opisane w artykule urządzenie przeznaczone jest do przyspieszonego ładowania akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH wykładniczo malejącym prądem. Do jego zalet można zaliczyć możliwość wyboru czasu ładowania w zakresie od 45 minut do 3 godzin, łatwość wykonania i regulacji, brak nagrzewania akumulatorów na koniec ładowania, możliwość wizualnej kontroli procesu ładowania, automatyczne przywracanie proces, gdy zasilanie jest wyłączone, a następnie włączone, łatwość użytkowania. Urządzenie może służyć jako stanowisko do pomiaru charakterystyki ładowania i rozładowania akumulatorów. Przy ładowaniu dużym prądem stałym (0.5E lub więcej, gdzie E to pojemność 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 wzrasta [1], a jeśli proces ten nie zostanie zatrzymany na czas, 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] wykazano, że jest to konsekwencja nagrzewania się akumulatora w procesie odzyskiwania ładunku. Wartość maksymalna 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]. Podczas ładowania akumulatora maksymalne napięcie różnych jego elementów osiągane jest w różnym czasie, dlatego pożądane jest sterowanie każdym z nich z osobna. Ponadto istnieją akumulatory o nieprawidłowej charakterystyce ładowania, na których nie ma tego maksimum. Innymi słowy, samo monitorowanie 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 źródła stałego napięcia poprzez 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 zastępcza pojemność i impedancja wyjściowa źródła zmieniają się podczas procesu ładowania. 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: I = l0exp(-t/T0), (1) gdzie t to czas; l0 - początkowy prąd ładowania; T0 to stała czasowa ładowania. W tym przypadku każda bateria otrzymuje ładunek q, który jest szacowany na podstawie wyrażenia q = I0T0[1 - exp(-t/T0)] = (I0 - I)T0. (2) Wykresy zależności I i q od czasu t przedstawiono na ryc. jeden.
Widać, że w czasie 0T0,95 ładunek osiąga wartość 0I0T0, a następnie zbliża się do wartości I0T0. Zaleca się dobieranie wartości I0 i TXNUMX zgodnie ze wzorami I0 \u0d nE, T1 \u1.2,3,4d 3 h / n, gdzie n \uXNUMXd XNUMX. (XNUMX) Najwygodniejsza wartość to n \u1d 3. Początkowy prąd ładowania w tym przypadku jest równy pojemności elektrycznej E, czas ładowania wynosi 2 godziny (praktycznie możesz zostawić akumulatory w ładowarce na noc, a rano będą w pełni naładowana). Jeśli taki czas ładowania jest zbyt długi, wartość n jest zwiększana. 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 4 godziny, ale początkowy prąd ładowania wzrasta do 45E. Ostatecznie przy n = 4 czas ładowania skraca się do XNUMX min, a początkowy prąd ładowania zwiększa się do XNUMXE. Wartości n równe 3 i 4 są dopuszczalne dla akumulatorów Ni-Cd, ponieważ ich rezystancja wewnętrzna jest niska (poniżej 0,1 oma). Jeśli chodzi o akumulatory Ni-MH, ich rezystancja wewnętrzna jest kilkukrotnie większa, więc duży prąd może je nagrzać na początku ładowania, co jest niedopuszczalne. Wartości większe niż 4 nie są zalecane. Możliwy jest dobór I0 o 5% większy niż określony wzorem (3). Wtedy dokładny czas ładowania wyniesie 3 h/n, a dalsze doładowanie o 5% nie jest znaczące. Zasadę działania urządzenia przedstawiono na ryc. 2.
Kondensator C1, wstępnie naładowany do napięcia U0l, jest rozładowywany przez wzmacniacz prądowy A1 o rezystancji wejściowej Rin i wzmocnieniu prądowym Ki. Prąd w obwodzie wejściowym wzmacniacza Iin | P jest określony przez wyrażenie lin = U0exp(-t/RinC1)/Rin. (cztery) Prąd w obwodzie wyjściowym wzmacniacza I = Kilin ładuje akumulator GB1: I = KlU0exp(-t/RinC1)/Rin = SU0exp(-t/RinC1), (5) gdzie S = Ki/Rin jest nachyleniem wzmocnienia wzmacniacza, gdy jest on postrzegany jako przetwornik napięcia na prąd. Porównując (2) i (5), mamy Т0 = RinC1, I0 = KU0/Rin = SU0.(6) Wygodnie jest wybrać U0 = 1 V, C1 = 1000 μF, a następnie z (3) wynika, że Rin = 3,6 MΩ / n, S = nE, Ki = SRin = 3600000E. (7) Na przykład dla E = 1 Ah i n = 1 następujące parametry powinny wynosić: Rin = 3,6 MΩ, S = 1 A/V, K = 3600000 = 131 dB. Schemat ideowy urządzenia pokazano na ryc. 3.
Obecny wzmacniacz 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 ten jest rozwarty, prąd płynie przez cewkę przekaźnika K1, styki przekaźnika K1.1 są zwarte, zapala się dioda HL1 sygnalizująca normalną pracę urządzenia. Przełącznik SA1 wybiera tryb ładowania: prądem stałym (gdy jego styki są zwarte) lub wykładniczo malejącym (gdy są rozwarte). Rezystory R2 i R3 tworzą dzielnik napięcia. Napięcie na silniku rezystora zmiennego R3 określa prąd ładowania. W trybie „Constant” 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 K, = R5/R11 i przy wartościach znamionowych wskazanych na schemacie jest w przybliżeniu równe 107, a nachylenie konwersji napięcia b prąd S=1/R11=ZA/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 jest wyłączone w trybie ładowania przy malejącym prądzie, 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 K1.1, a ładowanie akumulatora jest automatycznie kontynuowane od wartości prądu, przy której zostało przerwane. Dioda HL1 zaświeci się ponownie, sygnalizując wznowienie ładowania. Naciskając przycisk SB1 można 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 umieszczone w rowku na górnej pokrywie obudowy. Gniazda styków wykonane są w postaci kawałków cynowanej taśmy w arkuszach, które dociskane są do akumulatorów sprężyną ze standardowej przegródki na ogniwo AA. Przez sprężynę nie płynie żaden prąd. Należy zauważyć, że dostępne w handlu przegródki z tworzywa sztucznego są odpowiednie tylko dla prądów nieprzekraczających 500 mA. Faktem jest, że prąd przepływający 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 schowka, uniemożliwiając jego dalsze użytkowanie. Tranzystor VT3 jest zamontowany na żebrowanym radiatorze o powierzchni 600 cm2, dioda VD2 jest zamontowana na radiatorze płytowym o powierzchni 50 cm2. Rezystor R11 składa się z trzech połączonych równolegle rezystorów MLT-1 o rezystancji 1 oma. Wszystkie połączenia wysokoprądowe są wykonane z kawałków drutu miedzianego o przekroju 3 mm2, które są przylutowane bezpośrednio do wyprowadzeń 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 - dowolny z serii KP501, VT2 musi mieć współczynnik przenoszenia prądu statycznego podstawy h21E co najmniej 100. Tranzystor KT853B (VT3) różni się tym, że jego h21E przekracza 1000. Jako VT2 można zastosować inne typy tranzystorów, VT3, ale całkowity prąd wzmocnienia musi przekraczać 100 000. Kondensator C2, który ustala stałą czasową ładowania T0, musi mieć stabilną pojemność, niekoniecznie równą wartości nominalnej wskazanej na schemacie, ponieważ wymaganą wartość T0 ustala się przy doborze rezystora R5. Autor zastosował kondensator tlenkowy Jamicon o dużym marginesie napięcia (25 razy). Przekaźnik K1 - kontaktron EDR2H1A0500 firmy ECE o napięciu i prądzie działania odpowiednio 5 V i 10 mA. Możliwym zamiennikiem jest domowy przekaźnik KUTs-1 (paszport RA4.362.900). Amperomierz PA1 musi być zaprojektowany na maksymalny prąd ładowania (w wersji autorskiej do prądu ZA zastosowano urządzenie M4200). Bezpiecznik FU1 to samoresetujący się bezpiecznik MF-R300 firmy BOURNS [10]. Ustawienie urządzenia sprowadza się do ustawienia wymaganej wartości stałej czasowej ładowania T0, dobranej ze 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 cyfrowy amperomierz. Przed włączeniem zasilania, zarówno podczas ładowania akumulatorów, jak i podczas ustawiania urządzenia, suwak rezystora zmiennego R3 przesuwa się w dolne (zgodnie ze schematem) położenie, a styki przełącznika SA1 są zwarte (jest to konieczne do rozładowania kondensator C2). Następnie włącza się zasilanie i przesuwając suwak rezystora R3, ustawia się prąd początkowy l0 na około 1 A. Następnie SA1 zostaje przeniesiony do pozycji „Maleje”. Po czasie T1 (w przybliżeniu równym T0) mierzony jest prąd i1. Skorygowaną wartość rezystancji rezystora R5* oblicza się ze wzoru R5* = R5[ln(l0/I1)]. Na koniec instaluje się rezystor R5 o rezystancji równej tej skorygowanej wartości. Akumulatory przed ładowaniem należy rozładować do napięcia 1...1,1 V, aby zapobiec ich przeładowaniu i wystąpieniu 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 jest ona pozbawiona napięcia, suwak rezystora R3 znajduje się w dolnym (zgodnie ze schematem) położeniu, a SA1 w pozycji „Constant”. Następnie, przestrzegając biegunowości, włóż baterie, włącz zasilanie i za pomocą rezystora zmiennego R3 ustaw prąd początkowy l0 zgodnie ze wzorem (3). Następnie SA1 zostaje przeniesiony do pozycji „Maleje”, a po czasie XNUMX 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
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Bakterie mogą przetrwać podróże międzyplanetarne ▪ HLG-320H-C - 320W sterownik LED ze stabilizacją prądu ▪ Kamera internetowa Logitech C930e ▪ Gigantyczne burze na biegunie Jowisza
▪ sekcja serwisu Baterie, ładowarki. Wybór artykułów ▪ artykuł Ogólne podstawy pedagogiki. Notatki do wykładów ▪ artykuł Który z gatunków roślin istnieje na planecie najdłużej? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Dziesięć tysięcznych stopnia z butelki. Laboratorium naukowe dla dzieci ▪ artykuł Wzmacniacz PowerAmper 250. 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