Automatické nabíječky, vlastní výroby

Různá elektronická zařízení při své práci využívají přenosné zdroje energie, baterie. Nejběžnější napětí pro jejich provoz je 12 voltů. Baterie, které dodávají nahromaděnou energii zařízením, je třeba pravidelně samy dobíjet. Při obnově jejich energie je nejvýhodnější použít automatickou nabíječku (nabíječku), která umožňuje zjednodušit uživatelem prováděné operace na minimum.

Typy baterií a jejich fungování

Při výrobě se používají různé technologie nabíjecí baterie (Baterie). V závislosti na procesech probíhajících uprostřed článků baterie se používají různé metody obnovy náboje. Při přibližně stejném principu činnosti se baterie dělí podle materiálů výroby a chemických procesů, které v nich probíhají.

1. Nikl-kadmium (NiCd). Poprvé se objevil v roce 1899. Technologie jejich výroby se zlepšovala, až v roce 1947 vytvořili prvek se schopností anihilovat plyny, které se objevují při procesu nabíjení. Hlavní výhody tohoto typu: schopnost provádět rychlé nabíjení, vysoká nosnost, nízká cena, dobrá spolehlivost a mrazuvzdornost. Akumulátor je možné skladovat v jakémkoli stavu nabití. Současně vynikají následující nevýhody: přítomnost paměťového efektu, toxicita, nízká hustota energie, míra samovybíjení dosahuje 10 procent za měsíc. V současné době se pro svou toxicitu prakticky nepoužívají v každodenním životě.
   instagram viewer
2. Nikl metal hydrid (NiMh). V roce 1984 umožnilo použití sloučeniny La-Ni-Co absorbovat vodík na více než 100 cyklů. Ve srovnání s Ni-Cd bateriemi vyzařují vyšší měrné energetické hodnoty a jsou netoxické. Životnost NiMh baterie závisí na době nabíjení a způsobu nabíjení. Baterie tohoto typu jsou citlivé na přebíjení a vyznačují se od 500 do 1 tis. cykly vybíjení-nabíjení. Životnost je od 3 do 5 let.
3. Lithium-iontové (LiIon). Jsou to zdaleka nejslibnější prvky. Za cenu jsou dražší než jiné typy baterií, ale nemají prakticky žádné nevýhody. První baterie tohoto typu byla vydána v roce 1991 společností Sony Corporation. Kromě vysoké energetické kapacity mají ze všech ostatních typů nejnižší samovybíjení. Počet cyklů nabití a vybití přesahuje tisíckrát. Baterie první generace, založené na lithiové kovové anodě, měly při přebíjení nebo opakovaných cyklech nabíjení-vybíjení nebezpečí výbuchu. Nahrazení anody grafitem u výrobků druhé generace tento problém zcela odstranilo.
4. Lithium Polymer (LiPol). Tento typ baterie byl navržen tak, aby nahradil první generaci LiIon. Konstrukce je založena na přechodu polymerů do polovodičového stavu při působení iontů. Hlavním rozdílem od lithium-iontových baterií je použití pevného elektrolytu. Moderní LiPol baterie lze vyrobit ve flexibilní formě, přičemž tloušťka článků je jeden i více milimetrů. Počet nabíjecích cyklů je 800krát, nedochází k žádnému paměťovému efektu. Aby se zabránilo vzniku požáru nebo výbuchu, jsou všechny baterie vybaveny elektronickým obvodem, který řídí nabíjení a neumožňuje přehřátí.
5. Zařízení na olověné kyseliny bylo vyvinuto v roce 1859. Konstrukčně je baterie sestavena ze šesti baterií o jmenovitém napětí 2,2 V, zapojených do série. Každý prvek je sada olověných mřížkových desek. Destičky jsou potaženy aktivním materiálem a ponořeny do elektrolytu. Baterie má hodnotu samovybíjení šestkrát nižší než NiCd a dobře snáší vysoké energetické zatížení. Nevýhodou je velká hmotnost a rychlé zhoršení výkonu v mrazu. Při hlubokém vybití přesahujícím osmdesát procent se životnost baterie drasticky zkracuje.
6. Heliové baterie. Vyrobeno technologií AMG a GEL s vázaným elektrolytem. Vyznačují se nízkým samovybíjením a vydrží asi dvě stě cyklů nabití-vybití. Při rekuperaci energie vyžadují 10 % jmenovité kapacity baterie. Nevýhodou tohoto typu je, že se baterie nemusí zahřívat, protože je možné kapalné helium.

Princip fungování baterií je založen na chemických reakcích, které probíhají při vzájemné interakci různých materiálů. Tyto procesy jsou vratné, cykly akumulace a uvolňování energie se mohou mnohokrát opakovat. Pouzdro baterie je vyrobeno z utěsněného typu s vývody.

Všechny moderní baterie jsou bezúdržbové.

Typy nabíječek baterií

Kapacita a doba používání baterie závisí na podmínkách jejího použití a volbě způsobu nabíjení. Kvalitní nabíječka by měla zabránit přebíjení baterie a být chráněna před přehřátím. Existují dva způsoby kontroly nabíjení:

• proudem;
• napětím.

První metoda se používá pro NiCd a NiMh baterie a druhá pro olověné, LiIon a LiPol baterie. Automatické nabíječky baterií využívají při své práci specializované mikroobvody, které řídí celý proces rekuperace energie.

Nabíječka s regulací proudu

Taková zařízení se nazývají galvanostatická. Hlavní charakteristikou nabíječky je množství proudu, který nabíjí baterii. Nabijte baterii správně a rozšířit jeho výkon, ukáže se pouze při výběru požadované hodnoty hodnoty a také sazby nabíjení. Čím vyšší proud, tím vyšší rychlost, ale vysoká hodnota rychlosti nabíjení vede k rychlé degradaci baterie. Automatické nabíječky nastavují aktuální hodnoty rovnající se deseti procentům kapacity baterie (0,1C).

Pro eliminaci efektu samovybíjení se nabíječka po ukončení nabíjení přepne do režimu dobíjení nízkým proudem. Některá zařízení pro rekuperaci energie jsou vybavena schopností rychlého nabíjení, přičemž proud stoupá na 1C kapacity baterie. Často se nedoporučuje používat tento režim z důvodu snížené životnosti energetických článků.

Nabíjení baterie je dokončeno, pokud se nabíjecí proud nezmění po dobu tří hodin.

Nabíječka s regulací napětí

Zařízení pracují v potenciostatickém režimu. Samotný proces se skládá ze dvou fází, v první je řízen proud a ve druhé napětí. Konec nabíjení nastává při hodnotě poklesu proudu o nastavenou hodnotu nebo po určité době. Olověné a lithium-iontové baterie se nabíjejí pomocí odlišných algoritmů než nikl-kadmium a nikl-metal hydrid. U druhého z nich existují tři rychlosti nabíjení: pomalé (0,1C), rychlé (0,3C) a ultrarychlé (1C). Nabíjení baterie se zastaví, když dosáhne nastavené hodnoty napětí.

Požadavky na nabíječky

12V baterie se více používají v automobilech a zdrojích nepřerušitelného napájení. Na obchodních podlažích najdete hotové automatické nabíječky pro 12V baterie. Hlavní požadavky na ně jsou následující:

1. Současná regulace. Nabíjecí zařízení musí být schopno regulovat nabíjecí proud automaticky i ručně.
2. Účetnictví za vytápění. Nabíječka musí regulovat teplotu. Hodnota teploty baterie se během procesu nabíjení mění, přičemž je správné měnit napětí na ní. Například, pokud teplota stoupne o 5 stupňů, musí se napětí na bateriích snížit o 0,1–0,2 voltu. Při silném zahřátí by se měl proces nabíjení zastavit.
3. Nabíjení v několika fázích. Stupňování nabíjecího procesu v nabíječce umožňuje prodloužit životnost baterie. První fáze spočívá v analýze stavu baterie a v případě potřeby její vybití na prahovou hodnotu (eliminace paměťového efektu). Druhým stupněm je nabíjení zvýšením napětí a snížením intenzity proudu. Ve třetí fázi probíhá dobíjení při zachování minimálního proudu a napětí.
4. Pracovní teplota. Nabíječka musí zajistit bezproblémový provoz v širokém rozsahu provozních teplot.
5. Všechny fáze, ke kterým dochází, by měly být snadno identifikovatelné na indikátorech zařízení.
6. Nabíječka musí být chráněna proti zkratu a přepětí na vstupu a výstupu.

Všechny procesy v automatické paměti jsou řízeny mikroprocesory. Díky nim digitální zařízení nevyžaduje zásah a samo volí požadované napětí a nabíjecí proud. Při použití takových zařízení je zcela vyloučena možnost přebití baterie. Nedávno, v paměti, začali používat ne konstantní signál, ale pulzní, poskytující efektivní a jemný režim. Ze všech modelů na trhu lze rozlišit následující nabíječky:

• Нyundai НY400.
• Daewoo DW450.
• WelleAwO5-1208.
• Dexa Star SM150.
• Vitals 2415 ddca.

Univerzální DIY zařízení

Požadavky na zařízení, ochrana baterie před přebitím, když napětí dosáhne 13,7 voltů. Napájení samotného zařízení se provádí z vnější zdroj s napětím 20-25 voltů. Nabíječka neobsahuje vzácné rádiové prvky, snadno se nastavuje a má ochranu proti zkratu.

Jako regulátor proudu je použit integrovaný obvod na LM317, jeho hodnota se nastavuje přepínačem SB1. Druhý mikroobvod se zapíná podle principu omezení napětí. Požadovaná hodnota je nastavena odpory RP2 a RP1. Po dosažení nastaveného napětí se proces nabíjení zastaví. Poté lze baterii kdykoli připojit bez obav z přebití.

Komparátor DA4 se používá k řízení LED indikace. Jako indikace je použita dvoubarevná dioda. Červená barva označuje předběžné vybití, zelená označuje nabití.

Při instalaci baterie se její napětí porovnává s druhým výstupem komparátoru. Tranzistor pracující v režimu klíče VT1 je otevřený a proud procházející vývody LED způsobuje, že svítí červeně. Druhý a čtvrtý vstup komparátoru přijímá napětí ze Zenerovy diody VD5, rovné 6 voltům. Tranzistor VT3 je zapojen podle obvodu sledovače zdroje. U baterie vyžadující nabíjení vypne sestavu omezovače napětí, takže funguje pouze omezovač proudu.

Jakmile se napětí na baterii přiblíží nastavené hodnotě a je 12,8 voltů, objeví se na první svorce komparátoru vysoká úroveň. Práh se nastavuje sběrem RP3 a RP4. Tranzistor VT1 se uzavře a převede druhý a čtvrtý výstup mikroobvodu na inverzi. Červená LED zhasne a rozsvítí se zelená. VT3 se uzavře a omezovač napětí začne fungovat.

Stabilizace 12V zdroje pro řídící a zobrazovací jednotku je provedena pomocí integrovaného stabilizátoru DA3 7812. Protože se vypínače během nabíjení zahřívají, musí být nainstalovány na radiátoru. Chladicí systém je zapnutý na VT4. Pokud se radiátor začne zahřívat, termočlánek vyšle signál do třetí nohy komparátoru, který otevře tranzistor VT4 a zapne ventilátor.

Nastavení se správnou montáží a opravitelnými díly spočívá v nastavení požadovaných parametrů nabíjení. Na vstup je přiveden signál 20 voltů a je kontrolována přítomnost 12 voltů na 3 větvi komparátoru. Na svorce X2, bez připojení zátěže, je proměnným odporem RP1 nastaveno napětí 12,8 V. Proměnný rezistor RP3 dosáhne stavu, kdy LED svítí zeleně. RP5 slouží k nastavení okamžiku zapnutí ventilátoru.