Hur är batteriladdare ordnade och fungerar?

Ackumulatorer inom elektroteknik kallas vanligen kemiska strömkällor, som kan fylla på, återställa den förbrukade energin på grund av tillämpningen av ett externt elektriskt fält.

Enheter som levererar elektricitet till batterierna kallas laddare: de sätter strömkällan i funktionsskick, laddar den. För att kunna använda batteriet på rätt sätt är det nödvändigt att presentera principerna för deras arbete och laddaren.

Hur batteriet fungerar

En kemisk återvunnen strömkälla under drift kan:

1. strömförsörja den anslutna lasten, till exempel en glödlampa, en motor, en mobiltelefon och andra enheter, och spenderar sin försörjning med elektrisk energi;

2. förbrukar den externa el som är ansluten till den och spenderar den på att återställa reservens kapacitet.

I det första fallet är batteriet urladdat och i det andra får det en laddning. Det finns många konstruktioner av batterier, men deras arbetsprinciper är vanliga. Låt oss undersöka denna fråga genom exemplet med nickel-kadmiumplattor placerade i en elektrolytlösning.

Låg batteri

Två elektriska kretsar arbetar samtidigt:

1. extern, applicerad på utgångsterminalerna;

2. intern.

När den släpps ut till en glödlampa i en extern applicerad krets flyter ström från trådar och ett glödtråd som bildas av rörelsen av elektroner i metaller, och anjoner och katjoner rör sig genom elektrolyten i den inre delen.

Grafit-tillsatta nickeloxider utgör grunden för en positivt laddad platta, och svampkadmium används på den negativa elektroden.

När batteriet är urladdat överförs en del av det aktiva syret från nickeloxider till elektrolyten och flyttas till kadmiumplattan, där det oxiderar det, vilket minskar den totala kapaciteten.

Batteriladdning

Lasten från utgångsterminalerna för laddning tas ofta bort, även om metoden i praktiken används när lasten är ansluten, till exempel på batteriet i en rörlig bil eller på en laddad mobiltelefon som talas på.

Batteripolarna levereras med spänning från en extern källa med högre effekt. Det har utseendet som en konstant eller utjämnad, pulserande form, överskrider potentialskillnaden mellan elektroderna, är riktad unipolär med dem.

Denna energi gör att strömmen flyter i batteriets inre krets i motsatt riktning till urladdningen, när partiklar av aktivt syre "pressas" ut ur svampen kadmium och genom elektrolyten anländer till sin ursprungliga plats. På grund av detta återställs den förbrukade kapaciteten.

Under laddning och urladdning förändras plattornas kemiska sammansättning, och elektrolyten tjänar som ett transmissionsmedium för passage av anjoner och katjoner. Intensiteten hos den elektriska strömmen som passerar i den interna kretsen påverkar återställningshastigheten för plattorns egenskaper under laddning och urladdningshastigheten.

Det accelererade flödet av processer leder till snabb gasutveckling, överdriven uppvärmning, vilket kan deformera plattans utformning, stör deras mekaniska tillstånd.

För små strömmar under laddning kommer att förlänga återställningstiden för den förbrukade kapaciteten avsevärt. Med ofta användning av en försenad laddning ökar sulfateringen av plattorna och kapaciteten minskar. Därför beaktas alltid lasten som appliceras på batteriet och kraften i laddaren för att skapa det optimala läget.

Principerna för drift av litiumjonbatterier granskas här:Kemiska strömkällor

Hur fungerar laddaren

Det nuvarande batteriets utbud är omfattande.För varje modell väljs optimal teknik som kanske inte är lämplig, skadlig för andra. Tillverkare av elektronisk och elektrisk utrustning undersöker experimentellt arbetsförhållandena för kemiska strömkällor och skapar egna produkter för dem, som skiljer sig i utseende, design och elektrisk effektegenskaper.

Laddningsstrukturer för mobila elektroniska enheter

Laddarna för mobila produkter med olika kapacitet skiljer sig väsentligt från varandra. De skapar speciella arbetsvillkor för varje modell.

Även för samma typ av batterier i standardstorlekar AA eller AAA med olika kapacitet, rekommenderas det att använda sin egen laddningstid, beroende på kapacitet och egenskaper hos den aktuella källan. Dess värden anges i den bifogade tekniska dokumentationen.

En viss del av laddare och batterier för mobiltelefoner är utrustade med automatiskt skydd som stänger av strömmen i slutet av processen. Men kontrollen över deras arbete bör fortfarande genomföras visuellt.

Laddningsstrukturer för bilbatterier

Laddningstekniken måste observeras med särskild precision när man använder bilbatterier konstruerade för att fungera under svåra förhållanden. Till exempel, på vintern, i kallt väder, med deras hjälp är det nödvändigt att lossa förbränningsmotorns kalla rotor med förtjockat fett genom en mellanliggande elmotor - start.

Utladdade eller felaktigt förberedda batterier klarar vanligtvis inte denna uppgift.

Empiriska metoder har avslöjat sambandet mellan laddningsströmmen för blysyra och alkaliska batterier. Det anses vara det optimala laddningsvärdet (ampère) på 0,1 kapacitetsvärde (ampertimmar) för den första typen och 0,25 för den andra.

Till exempel har ett batteri en kapacitet på 25 amptimmar. Om det är surt måste det laddas med en ström på 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, och för alkaliskt - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. För att skapa sådana förhållanden måste du använda olika enheter eller använda en universal med en stor mängd funktioner.

En modern batteriladdare för syra blybatterier bör stödja ett antal uppgifter:

• kontrollera och stabilisera laddningsströmmen;

• ta hänsyn till elektrolytens temperatur och förhindra att den upphettas mer än 45 grader genom avslutning av strömmen.

Möjligheten att genomföra en kontroll- och träningscykel för ett surt batteri i en bil med en laddare är en nödvändig funktion, som inkluderar tre steg:

1. En full batteriladdning till maximal kapacitet;

2. tio timmars urladdning med en ström på 9 ÷ 10% av den nominella kapaciteten (empiriskt beroende);

3. Ladda ett urladdat batteri.

Vid utförande av CTC övervakas förändringen i densiteten hos elektrolyten och fullbordningstiden för det andra steget. Enligt dess värde bedömer de graden av slitage på plattorna, varaktigheten för den återstående resursen.

Laddare för alkaliska batterier kan användas i mindre komplexa konstruktioner eftersom sådana strömkällor inte är så känsliga för lägen för underladdning och överladdning.

Grafen för optimal laddning av syra-alkaliska batterier för bilar visar beroendet av kapacitansuppsättningen av formen av strömförändringar i den interna kretsen.

I början av laddningsprocessen rekommenderas det att hålla strömmen på det maximalt tillåtna värdet och sedan reducera dess värde till det minsta för slutgiltigt slutförande av de fysisk-kemiska reaktionerna som återställer kapaciteten.

Även i det här fallet är det nödvändigt att kontrollera temperaturen på elektrolyten och införa miljöändringar.

Den fullständiga avslutningen av laddningscykeln för blybatterier styrs av:

• återställning av spänningen på varje bank 2,5 ÷ 2,6 volt;

• uppnå maximal elektrolytdensitet, som upphör att förändras;

• bildandet av våldsam gasutveckling när elektrolyten börjar "koka";

• att uppnå batterikapacitet, överstiger 15 ÷ 20% av det värde som ges under urladdning.

Batteriladdare Strömformulär

Förutsättningen för att ladda batteriet är att spänningen ska appliceras på dess plattor, vilket skapar en ström i den inre kretsen i en viss riktning. Han kan:

1. ha ett konstant värde;

2. eller variera i tid enligt en viss lag.

I det första fallet fortsätter de fysikalisk-kemiska processerna i den inre kedjan oförändrade, och i det andra, enligt de föreslagna algoritmerna med cyklisk ökning och dämpning, vilket skapar svängande effekter på anjoner och katjoner. Det senaste teknikalternativet används för att bekämpa plattasulfation.

En del av tidsberoendet av laddningsströmmen illustreras med diagram.

Den nedre högra bilden visar en tydlig skillnad i formen på laddarens utgångsström, som använder tyristorkontroll för att begränsa öppningsmomentet för sinusformens halvvåg. På grund av detta regleras belastningen på den elektriska kretsen.

Naturligtvis kan många moderna laddare skapa andra former av strömmar som inte visas i detta diagram.

Principer för att skapa kretsar för laddare

Ett enfas 220 volt nätverk används vanligtvis för att driva laddarens utrustning. Denna spänning omvandlas till säker underspänning, som appliceras på batteriets ingångar via olika elektroniska och halvledarkomponenter.

Det finns tre scheman för att konvertera industriell sinusformad spänning i laddare på grund av:

1. användning av elektromekaniska spänningstransformatorer som arbetar med principen om elektromagnetisk induktion;

2. Tillämpning av elektroniska transformatorer;

3. utan användning av transformatorenheter baserade på spänningsdelare.

Tekniskt möjligt är omvandlarens spänningskonvertering, som har blivit allmänt använd för inverter svetsmaskinerfrekvensomvandlare som styr motorer. Men för laddning av batterier är detta ganska dyr utrustning.

Laddarkretsar med transformatorseparation

Den elektromagnetiska principen att överföra elektrisk energi från den primära lindningen av 220 volt till den sekundära separerar fullständigt potentialen i tillförselkretsen från den förbrukade, eliminerar dess kontakt med batteriet och skador vid isoleringsfel. Denna metod är den säkraste.

Strömkretsdiagrammen för enheter med en transformator har många olika utföranden. Bilden nedan visar tre principer för att skapa olika strömmar i kraftsektionen från laddare genom användning av:

1. diodbrygga med en jämnande rippelkondensator;

2. diodbrygga utan att jämna ut krusningen;

3. En enda diod som avbryter den negativa halvvågen.

Var och en av dessa scheman kan användas oberoende, men vanligtvis är ett av dem basen, basen för att skapa ett annat, mer bekvämt för drift och kontroll med utgångsströmmen.

Användningen av uppsättningar krafttransistorer med kontrollkedjor i den övre delen av bilden i diagrammet gör det möjligt att minska utgångsspänningen vid terminalerna på laddarens utgångskrets, vilket ger justering av värdena på direkta strömmar som passeras genom de anslutna batterierna.

Ett av alternativen för denna design av laddaren med strömstyrning visas i figuren nedan.

Samma anslutningar i den andra kretsen gör att du kan justera kretsens amplitud för att begränsa den i olika laddningssteg.

Samma medelkrets fungerar effektivt när två motsatta dioder byts ut i en diodbrygga med tyristorer som lika reglerar strömstyrkan i varje växlande halvcykel. Och eliminering av negativa halvharmoniker tilldelas de återstående kraftdioderna.

Byte av en enda diod i bottenbilden med en halvledartyristor med en separat elektronisk krets för styrelektroden gör det möjligt att minska strömpulser på grund av deras senare öppning, som också används för olika metoder för att ladda batterier.

Ett av alternativen för en sådan implementering av kretsen visas i figuren nedan.

Att montera det med dina egna händer är inte svårt. Det kan göras oberoende av tillgängliga delar, gör att du kan ladda batterier med strömmar upp till 10 ampère.

Den industriella versionen av kretsen för Electron-6-transformatorn är baserad på två KU-202N-tyristorer. För att reglera öppningscyklerna för halvharmonik har varje styrelektrod sin egen krets av flera transistorer.

Bland bilentusiaster är enheter som inte bara laddar batterier utan också använder energin från 220 volt nätet för att parallellt ansluta den till start av bilens motor. De kallas lanseringar eller lanseringar. De har en ännu mer komplex elektronisk och strömkrets.

Elektroniska transformatorkretsar

Sådana anordningar tillverkas av tillverkare för att förse halogenlampor med en spänning på 24 eller 12 volt. De är relativt billiga. Vissa entusiaster försöker ansluta dem för att ladda batterier med låg effekt. Men denna teknik är inte utvecklad i stort, den har betydande nackdelar.

Laddarkretsar utan transformatorseparation

När flera belastningar seriekopplas till en strömkälla delas den totala ingångsspänningen upp i komponentsektioner. På grund av denna metod arbetar avdelare och skapar en spänningsreduktion till ett visst värde på arbetselementet.

På grundval av denna princip skapas många laddare med resistivt kapacitivt motstånd för batterier med låg effekt. På grund av komponentdelarnas små dimensioner är de inbyggda direkt i ficklampan.

Den interna elektriska kretsen är helt innesluten i ett fabriksisolerat hölje, vilket utesluter mänsklig kontakt med nätverkets potential vid laddning.

Många experimenter försöker implementera samma princip för att ladda bilbatterier, erbjuder ett anslutningsschema från ett hushållsnätverk genom en kondensatorenhet eller en glödlampa med en effekt på 150 watt och strömdiodsänder strömpulser med samma polaritet.

Liknande design finns på webbplatserna för gör-det-själv-personer som berömmer enkelhet i kretsen, de låga kostnaderna för delar och möjligheten att återställa kapaciteten hos ett urladdat batteri.

Men de tystar om att:

• öppen ledning 220 representerar fara för människors liv;

• Glödtråden i en lampa under spänning värms upp, ändrar dess motstånd enligt en lag som är ogynnsam för att passera optimala strömmar genom batteriet.

När de slås på under last passerar mycket stora strömmar genom den kalla tråden och hela seriekopplade kedjan. Dessutom bör laddningen slutföras med små strömmar, som inte heller fungerar. Därför förlorar ett batteri som har genomgått flera serier av sådana cykler snabbt sin kapacitet och prestanda.

Vårt tips: använd inte den här metoden!

Laddare är utformade för att arbeta med vissa typer av batterier, med hänsyn till deras egenskaper och villkor för återställande av kapacitet. När du använder universal, multifunktionella enheter, bör du välja det laddningsläge som är optimalt för ett visst batteri.