Com s’organitzen i funcionen els carregadors de bateries?

Els acumuladors d’enginyeria elèctrica s’anomenen generalment fonts de corrent químiques, que poden reposar, restaurar l’energia consumida per l’aplicació d’un camp elèctric extern.

Els dispositius que subministren electricitat a les plaques de la bateria s’anomenen carregadors: porten la font actual en estat de funcionament, la carreguen. Per funcionar correctament la bateria, és necessari presentar els principis del seu treball i el carregador.

Com funciona la bateria

Una font de corrent reciclada química durant el funcionament pot:

1. alimentar la càrrega connectada, per exemple, una bombeta, un motor, un telèfon mòbil i altres dispositius, gastant el seu subministrament d'energia elèctrica;

2. consumiu l’electricitat externa connectada a ella, gastant-la en restaurar la reserva de la seva capacitat.

En el primer cas, la bateria es descarrega, i en el segon rep una càrrega. Hi ha molts dissenys de bateries, però els seus principis de funcionament són habituals. Examinem aquesta qüestió mitjançant l’exemple de plaques de níquel-cadmi col·locades en una solució d’electròlits.

Bateria baixa

Funcionen simultàniament dos circuits elèctrics:

1. extern, aplicat als terminals de sortida;

2. intern.

Quan es descarrega a una bombeta en un circuit aplicat extern, els fluxos de corrent dels cables i un filament format pel moviment dels electrons en metalls i els anions i els cations es mouen per l'electròlit a la part interior.

Els òxids de níquel afegits de grafit són la base d'una placa carregada positivament i s'utilitza cadmium esponja sobre l'elèctrode negatiu.

Quan es descarrega la bateria, una part de l’oxigen actiu dels òxids de níquel es transfereix a l’electròlit i es trasllada a la placa de cadmi, on s’oxida, reduint la capacitat total.

Càrrega de la bateria

La càrrega dels terminals de sortida per a la càrrega s’elimina més sovint, tot i que a la pràctica s’utilitza el mètode quan es connecta la càrrega, com per exemple a la bateria d’un cotxe en moviment o a un telèfon mòbil carregat de què es parla.

Els terminals de la bateria es subministren amb tensió d'una font externa de major potència. Té l’aspecte d’una forma pulsant constant o suavitzada, supera la diferència de potencial entre els elèctrodes, es dirigeix ​​unipolar amb ells.

Aquesta energia fa que el corrent flueixi en el circuit intern de la bateria en el sentit contrari a la descàrrega, quan les partícules d’oxigen actiu són “espringudes” fora del cadmi de l’esponja i a través de l’electròlit arriben al seu lloc original. Degut a això, es restableix la capacitat consumida.

Durant la càrrega i la descàrrega, la composició química de les plaques canvia, i l'electròlit serveix de mitjà de transmissió per al pas d'anions i cations. La intensitat del corrent elèctric que passa al circuit intern afecta la velocitat de restauració de les propietats de les plaques durant la càrrega i la velocitat de descàrrega.

El flux accelerat de processos condueix a l’alliberament ràpid de gasos, un escalfament excessiu, que pot deformar el disseny de les plaques, altera el seu estat mecànic.

Massa corrents durant la càrrega allargaran significativament el temps de recuperació de la capacitat consumida. Amb l’ús freqüent d’una càrrega retardada, la sulfació de les plaques augmenta i la capacitat disminueix. Per tant, la càrrega aplicada a la bateria i la potència del carregador sempre es tenen en compte per crear el mode òptim.

Els principis de funcionament de les bateries d’ions de liti es revisen aquí:Fonts de corrent químic

Com funciona el carregador

La gamma actual de bateries és extensa.Per a cada model, es seleccionen tecnologies òptimes que potser no siguin adequades, nocives per a altres. Els fabricants d’equips electrònics i elèctrics investiguen experimentalment les condicions de treball de les fonts de corrent químic i creen els seus propis productes, que difereixen en aparença, disseny i característiques de sortida elèctrica.

Estructures de càrrega per a dispositius electrònics mòbils

Les dimensions dels carregadors de productes mòbils de diferents capacitats són molt diferents entre si. Creen unes condicions de treball especials per a cada model.

Fins i tot per al mateix tipus de bateries de mides estàndard AA o AAA de diferents capacitats, es recomana utilitzar el seu propi temps de càrrega, segons la capacitat i les característiques de la font actual. Els seus valors s’indiquen a la documentació tècnica adjunta.

Una certa part dels carregadors i bateries dels telèfons mòbils estan equipats amb protecció automàtica que apaga l’alimentació al final del procés. Però, el control sobre la seva feina encara s’hauria de dur a terme de forma visual.

Estructures de càrrega de bateries per a automoció

S'ha de tenir en compte la tecnologia de càrrega amb especial precisió quan es treballin bateries d'automòbils dissenyades per funcionar en condicions difícils. Per exemple, a l’hivern, en clima fred, amb la seva ajuda cal desgastar el rotor fred del motor de combustió interna amb greix espessit a través d’un motor elèctric intermedi d’arrencada.

Les bateries descarregades o preparades de manera inadequada no solen fer front a aquesta tasca.

Els mètodes empírics han revelat la relació del corrent de càrrega de les bateries alcalines i àcid de plom. Es considera que és el valor òptim de càrrega (amperes) de 0,1 valor de capacitat (amperi hores) per al primer tipus i 0,25 per al segon.

Per exemple, una bateria té una capacitat de 25 amp hores. Si és àcid, ha de carregar-se amb un corrent de 0,1 = 25 = 2,5 A, i per a alcalins - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Per crear aquestes condicions, haureu d’utilitzar diferents dispositius o bé utilitzar un universal amb una gran quantitat. funcions.

Un carregador de bateries modern per a bateries de plom àcid ha de suportar diverses tasques:

• controlar i estabilitzar el corrent de càrrega;

• tenir en compte la temperatura de l’electròlit i evitar que s’escalfi més de 45 graus per la terminació de la potència.

La possibilitat de realitzar un cicle de control i formació per a una bateria àcida d’un cotxe que utilitza un carregador és una funció necessària, que inclou tres etapes:

1. Una càrrega completa de la bateria fins a la capacitat màxima;

2. Descàrrega de deu hores amb un corrent del 9 ÷ 10% de la capacitat nominal (dependència empírica);

3. Carregueu una bateria descarregada.

Quan es realitza CTC, es monitoritza el canvi en la densitat de l'electròlit i el temps de finalització de la segona etapa. Pel seu valor, jutgen el grau de desgast de les plaques, la durada del recurs restant.

Els carregadors de bateries alcalines es poden utilitzar en dissenys menys complexos, perquè aquestes fonts de corrent no són tan sensibles a les maneres de càrrega i sobrecàrrega.

El gràfic de la càrrega òptima de les bateries àcid-alcalines per als cotxes mostra la dependència del conjunt de capacitancies de la forma de canvis de corrent en el circuit intern.

Al començament del procés de càrrega, es recomana mantenir el corrent al màxim valor permès i, a continuació, reduir el seu valor al mínim per a la finalització final de les reaccions fisicoquímiques que restableixin la capacitat.

Fins i tot en aquest cas, es requereix controlar la temperatura de l'electròlit i introduir esmenes ambientals.

La completa realització del cicle de càrrega de les bateries de plom àcid està controlada per:

• restauració de tensió a cada banc 2,5 ÷ 2,6 volts;

• assolint la màxima densitat d’electròlits, que deixa de canviar;

• la formació de l’evolució violenta del gas quan l’electròlit comença a “bullir”;

• assoliment de la capacitat de la bateria, superior a 15 ÷ 20% del valor donat durant la descàrrega.

Formes actuals del carregador de bateria

La condició per carregar la bateria és que s'ha d'aplicar tensió a les seves plaques, creant un corrent en el circuit intern d'una determinada direcció. Pot:

1. tenir un valor constant;

2. o variar en el temps segons una determinada llei.

En el primer cas, els processos fisicoquímics de la cadena interna continuen sense canvis, i en el segon, segons els algoritmes proposats amb augment i amortiment cíclic, que creen efectes oscil·ladors sobre anions i cations. L'última opció tecnològica s'utilitza per combatre la sulfatació de plaques.

Els gràfics es mostren part de les dependències de temps del corrent de càrrega.

La imatge de la part inferior dreta mostra una clara diferència en la forma del corrent de sortida del carregador, que utilitza el control del tiristor per limitar el moment d’obrir la mitja ona d’un sinusoide. Degut a això, la càrrega al circuit elèctric està regulada.

Naturalment, nombrosos carregadors moderns poden crear altres formes de corrents que no es mostren en aquest diagrama.

Principis de creació de circuits per carregadors

Una xarxa monofàsica de 220 volts s'utilitza normalment per alimentar l'equip dels carregadors. Aquest voltatge es converteix en subestensió segura, que s'aplica als terminals d'entrada de la bateria mitjançant diversos components electrònics i semiconductors.

Hi ha tres esquemes per convertir la tensió sinusoïdal industrial en carregadors a causa de:

1. l'ús de transformadors electromecànics de tensió que funcionen amb el principi d'inducció electromagnètica;

2. aplicació de transformadors electrònics;

3. sense l’ús de dispositius transformadors basats en divisors de tensió.

Tècnicament és possible la conversió de tensió del convertidor, per a la qual s’ha utilitzat àmpliament màquines de soldadura inversoraconvertidors de freqüència que controlen motors. Però, per carregar piles, es tracta d’un equipament bastant car.

Circuits de carregador amb separació del transformador

El principi electromagnètic de transferència d’energia elèctrica de l’enrotllament primari de 220 volts al secundari separa completament els potencials del circuit d’alimentació del consumit, elimina el contacte amb la bateria i danyarà en cas d’avaria aïllament. Aquest mètode és el més segur.

Els esquemes del circuit de potència dels dispositius amb un transformador tenen molts dissenys diferents. La imatge de sota mostra tres principis per crear diferents corrents de la secció d'alimentació dels carregadors mitjançant l'ús de:

1. pont de díodes amb un condensador d'ondulació que suavitza;

2. pont de díodes sense suavitzar les ondulacions;

3. Un únic díode que retalla la mitja ona negativa.

Cadascun d’aquests circuits es pot utilitzar de forma independent, però normalment un d’ells és la base, la base per crear-ne un altre, més convenient per a l’operació i el control per la magnitud del corrent de sortida.

L’ús de conjunts de transistors d’energia amb cadenes de control a la part superior de la imatge del diagrama permet reduir la tensió de sortida als terminals del circuit de sortida del carregador, que proporciona l’ajust dels valors de corrents directes passats per les bateries connectades.

Una de les opcions per a aquest disseny del carregador amb control de corrent es mostra a la figura següent.

Les mateixes connexions del segon circuit permeten ajustar l'amplitud de la ondulació, per limitar-la a diferents estadis de càrrega.

El mateix circuit mitjà funciona eficaçment quan es substitueixen dos díodes oposats en un pont de díodes amb tiristors que regulen igualment la força actual en cada semicicle altern. I l’eliminació dels seminòrmics negatius s’assigna als díodes de potència restants.

La substitució d’un únic díode a la imatge inferior per un tiristor de semiconductor per un circuit electrònic separat per l’elèctrode de control permet reduir els impulsos de corrent a causa de la seva posterior obertura, que també s’utilitza per a diversos mètodes de càrrega de bateries.

Una de les opcions per a aquesta implementació del circuit es mostra a la figura següent.

No és difícil muntar-lo amb les vostres mans. Es pot fer independentment de les peces disponibles, permet carregar bateries amb corrents de fins a 10 amperis.

La versió industrial del circuit del carregador de transformadors Electron-6 es basa en dos tiristors KU-202N. Per regular els cicles d'obertura dels seminòmics, cada elèctrode de control té el seu propi circuit de diversos transistors.

Entre els entusiastes dels cotxes, són populars els dispositius que permeten no només carregar bateries, sinó també utilitzar l’energia de la xarxa de 220 volts per connectar-la paral·lelament a l’arrencada del motor. S’anomenen llançadors o llançadores. Tenen un circuit electrònic i de potència encara més complex.

Circuits de transformadors electrònics

Tals dispositius són fabricats per fabricants per subministrar làmpades halògenes amb una tensió de 24 o 12 volts. Són relativament barats. Alguns entusiastes estan intentant connectar-les per carregar bateries de baix consum. Tanmateix, aquesta tecnologia no està molt desenvolupada, té desavantatges importants.

Circuits de carregador sense separació del transformador

Quan es connecten diverses càrregues en sèrie a una font de corrent, la tensió d'entrada total es divideix en seccions de components. A causa d'aquest mètode, els divisors funcionen, creant una reducció de tensió fins a un determinat valor en l'element de treball.

Sobre aquest principi, es creen nombrosos carregadors amb resistències capacitives per a bateries de baix consum. Degut a les dimensions reduïdes de les parts components, es construeixen directament a la llanterna.

El circuit elèctric intern està totalment tancat en un estoig aïllat de fàbrica, que exclou el contacte humà amb el potencial de la xarxa quan es carrega.

Nombrosos experimentadors estan intentant implementar el mateix principi per carregar bateries de cotxes, oferint un esquema de connexió des d'una xarxa domèstica mitjançant un conjunt de condensadors o una làmpada incandescent amb una potència de 150 watts i díode de potènciatransmetent polsos de corrent de la mateixa polaritat.

Es poden trobar dissenys similars als llocs web de fer-ho-mateixos que elogien la simplicitat del circuit, el baix cost de les peces i la capacitat de restaurar la capacitat d’una bateria descarregada.

Però, callen sobre el fet que:

• cablejat obert 220 representa perill per a la vida humana;

• El filament d’una làmpada en tensió s’escalfa, canvia la seva resistència segons una llei desfavorable pel pas de corrents òptims per la bateria.

Quan s’encén sota càrrega, els corrents molt grans passen pel fil fred i tota la cadena connectada a la sèrie. A més, la càrrega s'hauria de completar amb corrents petits, que tampoc funcionen. Per tant, una bateria que ha patit diverses sèries de cicles perd ràpidament la seva capacitat i el seu rendiment.

El nostre consell: no utilitzeu aquest mètode!

Els carregadors estan dissenyats per funcionar amb certs tipus de bateries, tenint en compte les seves característiques i condicions per a la restauració de la capacitat. Quan utilitzeu dispositius universals i multifuncionals, heu de triar el mode de càrrega que sigui òptim per a una determinada bateria.