¿Cómo se organizan y funcionan los cargadores de batería?

Los acumuladores en ingeniería eléctrica generalmente se denominan fuentes químicas de corriente, que pueden reponer, restaurar la energía consumida debido a la aplicación de un campo eléctrico externo.

Los dispositivos que suministran electricidad a las placas de la batería se llaman cargadores: ponen la fuente de corriente en condiciones de funcionamiento, cárguela. Para operar adecuadamente la batería, es necesario presentar los principios de su trabajo y el cargador.

¿Cómo funciona la batería?

Una fuente de corriente química reciclada durante la operación puede:

1. Alimentar la carga conectada, por ejemplo, una bombilla, un motor, un teléfono móvil y otros dispositivos, gastando su suministro de energía eléctrica;

2. consumir la electricidad externa conectada a ella, gastándola en restaurar la reserva de su capacidad.

En el primer caso, la batería se descarga y en el segundo recibe una carga. Existen muchos diseños de baterías, pero sus principios de funcionamiento son comunes. Examinemos esta pregunta con el ejemplo de las placas de níquel-cadmio colocadas en una solución electrolítica.

Batería baja

Dos circuitos eléctricos operan simultáneamente:

1. externo, aplicado a los terminales de salida;

2. interno.

Cuando se descarga a una bombilla en un circuito externo aplicado, la corriente fluye de los cables y un filamento formado por el movimiento de electrones en los metales, y los aniones y cationes se mueven a través del electrolito en la parte interna.

Los óxidos de níquel añadidos con grafito forman la base de una placa cargada positivamente, y se usa esponja cadmio en el electrodo negativo.

Cuando la batería se descarga, parte del oxígeno activo de los óxidos de níquel se transfiere al electrolito y se mueve a la placa de cadmio, donde se oxida, reduciendo la capacidad total.

Carga de la batería

La carga de los terminales de salida para cargar se elimina con mayor frecuencia, aunque en la práctica el método se usa cuando la carga está conectada, como en la batería de un automóvil en movimiento o en un teléfono móvil cargado del que se está hablando.

Los terminales de la batería reciben tensión de una fuente externa de mayor potencia. Tiene la apariencia de una forma pulsante constante o suavizada, excede la diferencia de potencial entre los electrodos, se dirige unipolarmente con ellos.

Esta energía hace que la corriente fluya en el circuito interno de la batería en la dirección opuesta a la descarga, cuando las partículas de oxígeno activo son "exprimidas" de la esponja de cadmio y a través del electrolito llegan a su lugar original. Debido a esto, la capacidad consumida se restablece.

Durante la carga y la descarga, la composición química de las placas cambia y el electrolito sirve como medio de transmisión para el paso de aniones y cationes. La intensidad de la corriente eléctrica que pasa en el circuito interno afecta la velocidad de restauración de las propiedades de las placas durante la carga y la velocidad de descarga.

El flujo acelerado de los procesos conduce a la liberación rápida de gases, el calentamiento excesivo, que puede deformar el diseño de las placas, interrumpir su condición mecánica.

Las corrientes demasiado pequeñas durante la carga alargarán significativamente el tiempo de recuperación de la capacidad consumida. Con el uso frecuente de una carga retrasada, aumenta la sulfatación de las placas y disminuye la capacidad. Por lo tanto, la carga aplicada a la batería y la potencia del cargador siempre se tienen en cuenta para crear el modo óptimo.

Los principios de funcionamiento de las baterías de iones de litio se revisan aquí:Fuentes de corriente quimica

¿Cómo funciona el cargador?

La gama actual de baterías es extensa.Para cada modelo, se seleccionan tecnologías óptimas que pueden no ser adecuadas, ser perjudiciales para otros. Los fabricantes de equipos electrónicos y eléctricos estudian experimentalmente las condiciones de trabajo de las fuentes de corriente química y crean sus propios productos, que difieren en apariencia, diseño y características de salida eléctrica.

Estructuras de carga para dispositivos electrónicos móviles.

Las dimensiones de los cargadores para productos móviles de diferentes capacidades son significativamente diferentes entre sí. Crean condiciones de trabajo especiales para cada modelo.

Incluso para el mismo tipo de baterías AA o AAA de diferentes capacidades, se recomienda usar su propio tiempo de carga, dependiendo de la capacidad y las características de la fuente actual. Sus valores se indican en la documentación técnica adjunta.

Cierta parte de los cargadores y baterías para teléfonos móviles están equipados con protección automática que apaga la alimentación al final del proceso. Pero, el control sobre su trabajo aún debe llevarse a cabo visualmente.

Estructuras de carga para baterías automotrices.

La tecnología de carga debe observarse con particular precisión cuando se utilizan baterías de automóviles diseñadas para funcionar en condiciones difíciles. Por ejemplo, en invierno, en climas fríos, con su ayuda, es necesario desenroscar el rotor frío del motor de combustión interna con grasa espesada a través de un motor eléctrico intermedio - arrancador.

Las baterías descargadas o mal preparadas generalmente no hacen frente a esta tarea.

Los métodos empíricos han revelado la relación entre la corriente de carga para baterías de plomo ácido y alcalinas. Se considera el valor óptimo de carga (amperios) de 0.1 valor de capacidad (amperios-hora) para el primer tipo y 0.25 para el segundo.

Por ejemplo, una batería tiene una capacidad de 25 amp horas. Si es ácido, entonces debe cargarse con una corriente de 0.1 ∙ 25 = 2.5 A, y para alcalina - 0.25 ∙ 25 = 6.25 A. Para crear tales condiciones, necesitará usar diferentes dispositivos o usar uno universal con una gran cantidad funciones

Un cargador de batería moderno para baterías de plomo ácido debe soportar una serie de tareas:

• controlar y estabilizar la corriente de carga;

• tenga en cuenta la temperatura del electrolito y evite que se caliente más de 45 grados por la terminación de la energía.

La posibilidad de realizar un ciclo de control y entrenamiento para una batería ácida de un automóvil utilizando un cargador es una función necesaria, que incluye tres etapas:

1. Una carga completa de la batería a la capacidad máxima;

2. descarga de diez horas con una corriente de 9 ÷ 10% de la capacidad nominal (dependencia empírica);

3. Recargue una batería descargada.

Cuando se realiza CTC, se monitorea el cambio en la densidad del electrolito y el tiempo de finalización de la segunda etapa. Por su valor, juzgan el grado de desgaste de las placas, la duración del recurso restante.

Los cargadores para baterías alcalinas se pueden usar en diseños menos complejos, porque tales fuentes de corriente no son tan sensibles a la sobrecarga y la sobrecarga.

El gráfico de la carga óptima de baterías ácido-alcalinas para automóviles muestra la dependencia del conjunto de capacitancia en la forma de los cambios de corriente en el circuito interno.

Al comienzo del proceso de carga, se recomienda mantener la corriente al valor máximo permitido, y luego reducir su valor al mínimo para la finalización de las reacciones fisicoquímicas que restablecen la capacidad.

Incluso en este caso, es necesario controlar la temperatura del electrolito e introducir modificaciones ambientales.

La finalización completa del ciclo de carga de las baterías de plomo ácido está controlada por:

• restauración de voltaje en cada banco 2.5 ÷ 2.6 voltios;

• lograr la máxima densidad de electrolitos, que deja de cambiar;

• la formación de una evolución violenta de gas cuando el electrolito comienza a "hervir";

• logro de la capacidad de la batería, superior a 15 ÷ 20% del valor dado durante la descarga.

Formas actuales del cargador de batería

La condición para cargar la batería es que el voltaje se debe aplicar a sus placas, creando una corriente en el circuito interno de una determinada dirección. El puede:

1. tener un valor constante;

2. o variar en el tiempo de acuerdo con una determinada ley.

En el primer caso, los procesos fisicoquímicos de la cadena interna continúan sin cambios, y en el segundo, de acuerdo con los algoritmos propuestos con aumento cíclico y amortiguación, que crean efectos oscilatorios en aniones y cationes. La última opción tecnológica se utiliza para combatir la sulfatación de placas.

Parte de las dependencias de tiempo de la corriente de carga se ilustra mediante gráficos.

La imagen inferior derecha muestra una clara diferencia en la forma de la corriente de salida del cargador, que utiliza el control de tiristores para limitar el momento de apertura de la media onda de una sinusoide. Debido a esto, la carga en el circuito eléctrico está regulada.

Naturalmente, numerosos cargadores modernos pueden crear otras formas de corrientes que no se muestran en este diagrama.

Principios de creación de circuitos para cargadores.

Una red monofásica de 220 voltios se usa generalmente para alimentar el equipo de cargadores. Este voltaje se convierte en subtensión segura, que se aplica a los terminales de entrada de la batería a través de varios componentes electrónicos y semiconductores.

Existen tres esquemas para convertir el voltaje sinusoidal industrial en cargadores debido a:

1. el uso de transformadores de voltaje electromecánicos que funcionan según el principio de inducción electromagnética;

2. aplicación de transformadores electrónicos;

3. sin el uso de dispositivos transformadores basados ​​en divisores de voltaje.

Técnicamente posible es la conversión de voltaje del inversor, que se ha utilizado ampliamente para máquinas de soldadura por inversorconvertidores de frecuencia que controlan motores. Pero, para cargar baterías, este es un equipo bastante costoso.

Circuitos de carga con separación de transformador

El principio electromagnético de transferir energía eléctrica desde el devanado primario de 220 voltios al secundario separa por completo los potenciales del circuito de alimentación del consumido, elimina su contacto con la batería y el daño en caso de fallas de aislamiento. Este método es el más seguro.

Los diagramas de circuito de alimentación de dispositivos con transformador tienen muchos diseños diferentes. La siguiente imagen muestra tres principios para crear diferentes corrientes de la sección de potencia de los cargadores mediante el uso de:

1. puente de diodos con un condensador de ondulación suave;

2. puente de diodos sin ondulación suave;

3. Un solo diodo que corta la media onda negativa.

Cada uno de estos esquemas se puede usar de forma independiente, pero generalmente uno de ellos es la base, la base para crear otro, más conveniente para la operación y el control por la magnitud de la corriente de salida.

El uso de conjuntos de transistores de potencia con cadenas de control en la parte superior de la imagen en el diagrama permite reducir el voltaje de salida en los terminales del circuito de salida del cargador, lo que proporciona el ajuste de los valores de las corrientes directas que pasan a través de las baterías conectadas.

Una de las opciones para este diseño del cargador con control de corriente se muestra en la figura a continuación.

Las mismas conexiones en el segundo circuito le permiten ajustar la amplitud de la onda, para limitarla en diferentes etapas de carga.

El mismo circuito promedio funciona eficientemente cuando reemplaza dos diodos opuestos en un puente de diodos con tiristores que regulan igualmente la intensidad de corriente en cada medio ciclo alterno. Y la eliminación de medios armónicos negativos se asigna a los diodos de potencia restantes.

Reemplazar un solo diodo en la imagen inferior con un tiristor semiconductor con un circuito electrónico separado para el electrodo de control permite reducir los pulsos de corriente debido a su posterior apertura, que también se utiliza para varios métodos de carga de baterías.

Una de las opciones para tal implementación de circuito se muestra en la figura a continuación.

Montarlo con tus propias manos no es difícil. Se puede hacer independientemente de las partes disponibles, le permite cargar baterías con corrientes de hasta 10 amperios.

Una versión industrial de los circuitos del cargador del transformador Electron-6 se basa en dos tiristores KU-202N. Para regular los ciclos de apertura de los medios armónicos, cada electrodo de control tiene su propio circuito de varios transistores.

Entre los entusiastas de los automóviles, son populares los dispositivos que permiten no solo cargar baterías, sino también utilizar la energía de la red eléctrica de 220 voltios para conectarlo en paralelo para arrancar el motor del automóvil. Se llaman lanzadores o lanzadores. Tienen un circuito electrónico y de alimentación aún más complejo.

Circuitos de transformadores electrónicos

Estos dispositivos son fabricados por fabricantes para suministrar lámparas halógenas con un voltaje de 24 o 12 voltios. Son relativamente baratos. Algunos entusiastas están tratando de conectarlos para cargar baterías de baja potencia. Sin embargo, esta tecnología no está ampliamente desarrollada, tiene desventajas significativas.

Circuitos de carga sin separación del transformador.

Cuando se conectan varias cargas en serie a una fuente de corriente, el voltaje de entrada total se divide en secciones de componentes. Debido a este método, los divisores funcionan, creando una reducción de voltaje a un cierto valor en el elemento de trabajo.

Sobre este principio, se crean numerosos cargadores con resistencias resistivas capacitivas para baterías de baja potencia. Debido a las pequeñas dimensiones de los componentes, están integrados directamente en la linterna.

El circuito eléctrico interno está completamente encerrado en una caja aislada de fábrica, lo que excluye el contacto humano con el potencial de la red durante la carga.

Numerosos experimentadores están tratando de implementar el mismo principio para cargar baterías de automóviles, ofreciendo un esquema de conexión desde una red doméstica a través de un conjunto de condensadores o una lámpara incandescente con una potencia de 150 vatios y diodo de potenciatransmitiendo pulsos de corriente de la misma polaridad.

Se pueden encontrar diseños similares en los sitios web de bricolaje que elogian la simplicidad del circuito, el bajo costo de las piezas y la capacidad de restaurar la capacidad de una batería descargada.

Pero, guardan silencio sobre el hecho de que:

• el cableado abierto 220 representa peligro para la vida humana;

• El filamento de una lámpara bajo tensión se calienta, cambia su resistencia según una ley desfavorable para el paso de corrientes óptimas a través de la batería.

Cuando se enciende bajo carga, corrientes muy grandes pasan a través de un hilo frío y toda la cadena conectada en serie. Además, la carga debe completarse con pequeñas corrientes, que tampoco funciona. Por lo tanto, una batería que ha sufrido varias series de tales ciclos pierde rápidamente su capacidad y rendimiento.

Nuestro consejo: ¡no uses este método!

Los cargadores están diseñados para funcionar con ciertos tipos de baterías, tienen en cuenta sus características y condiciones para el restablecimiento de la capacidad. Cuando use dispositivos universales y multifuncionales, debe elegir el modo de carga que sea óptimo para una batería en particular.