Automatische Ladegeräte, Eigenbau

Verschiedene elektronische Geräte verwenden bei ihrer Arbeit tragbare Energiequellen, Batterien. Die gebräuchlichste Spannung für ihren Betrieb beträgt 12 Volt. Batterien, die die angesammelte Energie an Geräte abgeben, müssen regelmäßig selbst aufgeladen werden. Bei der Wiederherstellung ihrer Energie ist es am bequemsten, ein automatisches Ladegerät (Ladegerät) zu verwenden, das es ermöglicht, die vom Benutzer durchgeführten Vorgänge auf ein Minimum zu vereinfachen.

Batterietypen und wie sie funktionieren

Bei der Herstellung kommen verschiedene Technologien zum Einsatz wiederaufladbare Batterien (Batterie). Je nach den in der Mitte der Batteriezellen ablaufenden Prozessen kommen unterschiedliche Charge-Recovery-Methoden zum Einsatz. Batterien haben ungefähr das gleiche Funktionsprinzip und werden nach den Herstellungsmaterialien und den darin ablaufenden chemischen Prozessen unterteilt.

1. Nickel-Cadmium (NiCd). Erstmals erschienen im Jahr 1899. Ihre Produktionstechnologie verbesserte sich, bis sie 1947 ein Element schufen, das die während des Ladevorgangs entstehenden Gase vernichten konnte. Die Hauptvorteile dieses Typs: Schnellladefähigkeit, hohe Belastbarkeit, niedriger Preis, gute Zuverlässigkeit und Frostbeständigkeit. Es ist möglich, den Akku in jedem Ladezustand zu lagern. Gleichzeitig stechen die folgenden Nachteile hervor: das Vorhandensein eines Memory-Effekts, Toxizität, geringe Energiedichte, die Selbstentladungsrate erreicht 10 Prozent pro Monat. Derzeit werden sie aufgrund ihrer Toxizität praktisch nicht im Alltag verwendet.
2. Nickel-Metallhydrid (NiMh). 1984 ermöglichte die Verwendung der La-Ni-Co-Verbindung die Aufnahme von Wasserstoff über mehr als 100 Zyklen. Im Vergleich zu Ni-Cd-Akkus emittieren sie höhere spezifische Energiewerte und sind ungiftig. Die Lebensdauer des NiMh-Akkus hängt von der Ladezeit und der Lademethode ab. Batterien dieses Typs sind empfindlich gegenüber Überladung und werden durch 500 bis 1 Tausend gekennzeichnet. Entlade-Ladezyklen. Die Lebensdauer beträgt 3 bis 5 Jahre.
3. Lithium-Ionen (LiIon). Sie sind mit Abstand die vielversprechendsten Elemente. Für den Preis sind sie teurer als andere Batterietypen, haben aber praktisch keine Nachteile. Der erste Akku dieses Typs wurde 1991 von der Sony Corporation auf den Markt gebracht. Neben ihrer hohen Energiekapazität haben sie die niedrigste Selbstentladung aller anderen Typen. Die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen übersteigt das Tausendfache. Bei Batterien der ersten Generation, die auf einer Lithium-Metall-Anode basieren, besteht Explosionsgefahr bei Überladung oder wiederholten Lade-Entlade-Zyklen. Das Ersetzen der Anode durch Graphit in den Produkten der zweiten Generation beseitigte das Problem vollständig.
4. Lithium-Polymer (LiPol). Dieser Batterietyp wurde entwickelt, um den LiIon der ersten Generation zu ersetzen. Das Design basiert auf dem Übergang von Polymeren in einen halbleitenden Zustand, wenn sie Ionen ausgesetzt werden. Der Hauptunterschied zu Lithium-Ionen-Batterien ist die Verwendung eines Festelektrolyten. Moderne LiPol-Batterien können in flexibler Form hergestellt werden, wobei die Dicke der Zellen einen oder mehrere Millimeter beträgt. Die Anzahl der Ladezyklen beträgt 800-mal, es gibt keinen Memory-Effekt. Um das Auftreten von Bränden oder Explosionen zu vermeiden, sind alle Batterien mit einer elektronischen Schaltung ausgestattet, die die Ladung kontrolliert und keine Überhitzung zulässt.
5. Das Bleisäuregerät wurde 1859 entwickelt. Konstruktiv besteht die Batterie aus sechs Batterien mit einer Nennspannung von 2,2 Volt, die in Reihe miteinander verbunden sind. Jedes Element ist ein Satz von Bleigitterplatten. Die Platten werden mit einem Aktivmaterial beschichtet und in einen Elektrolyten getaucht. Der Akku hat einen sechsmal niedrigeren Selbstentladungswert als NiCd und hat eine gute Toleranz gegenüber starken Belastungen. Die Nachteile sind hohes Gewicht und ein schneller Leistungsabfall bei Kälte. Bei einer Tiefentladung von über achtzig Prozent wird die Akkulaufzeit drastisch reduziert.
6. Helium-Batterien. Hergestellt mit AMG- und GEL-Technologie mit gebundenem Elektrolyt. Sie zeichnen sich durch eine geringe Selbstentladung aus und halten etwa zweihundert Lade-Entlade-Zyklen aus. Bei der Energierückgewinnung benötigen sie 10 % der Nennkapazität der Batterie. Nachteilig bei dieser Art ist, dass sich die Batterie nicht erwärmen muss, da flüssiges Helium möglich ist.

Das Funktionsprinzip von Batterien basiert auf chemischen Reaktionen, die ablaufen, wenn verschiedene Materialien miteinander interagieren. Diese Prozesse sind reversibel, die Zyklen der Energiespeicherung und -abgabe können viele Male wiederholt werden. Das Batteriegehäuse besteht aus einem abgedichteten Typ mit Anschlusskabeln.

Alle modernen Batterien sind wartungsfrei.

Arten von Batterieladegeräten

Die Kapazität und die Nutzungsdauer des Akkus hängen von den Einsatzbedingungen und der Wahl des Ladeverfahrens ab. Ein hochwertiges Ladegerät soll eine Überladung des Akkus verhindern und vor Überhitzung geschützt sein. Es gibt zwei Methoden zur Durchführung der Ladekontrolle:

• nach Strom;
• nach Spannung.

Die erste Methode wird für NiCd- und NiMh-Batterien verwendet, die zweite für Blei-Säure-, LiIon- und LiPol-Batterien. Automatische Batterieladegeräte verwenden bei ihrer Arbeit spezielle Mikroschaltungen, die den gesamten Energierückgewinnungsprozess steuern.

Ladegerät mit Stromkontrolle

Solche Geräte werden galvanostatisch genannt. Das Hauptmerkmal des Ladegeräts ist die Strommenge, die die Batterie auflädt. Laden Sie den Akku richtig auf und seine Leistung erweitern, es wird sich nur herausstellen, wenn der gewünschte Wert des Wertes sowie der Gebührensatz ausgewählt werden. Je höher der Strom, desto höher die Geschwindigkeit, aber ein hoher Wert der Ladegeschwindigkeit führt zu einer schnellen Degradation der Batterie. Automatische Ladegeräte setzen Stromwerte gleich zehn Prozent der Batteriekapazität (0,1C).

Um den Effekt der Selbstentladung zu eliminieren, schaltet das Ladegerät nach Ladeende in den Lademodus mit geringem Strom. Einige Energierückgewinnungsgeräte sind mit der Fähigkeit ausgestattet, schnell aufzuladen, während der Strom auf 1C der Batteriekapazität ansteigt. Aufgrund der reduzierten Lebensdauer der Energiezellen wird dieser Modus oft nicht empfohlen.

Die Batterieladung ist beendet, wenn sich der Ladestrom drei Stunden lang nicht ändert.

Ladegerät mit Spannungsregelung

Geräte arbeiten im potentiostatischen Modus. Der Prozess selbst besteht aus zwei Stufen, im ersten wird der Strom geregelt und im zweiten die Spannung. Das Ende der Ladung erfolgt beim Wert der Stromabnahme um einen eingestellten Wert oder nach einer bestimmten Zeit. Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien werden mit anderen Algorithmen geladen als Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid. Für letztere gibt es drei Laderaten: langsam (0,1 °C), schnell (0,3 °C) und ultraschnell (1 °C). Die Batterieladung stoppt, wenn sie den eingestellten Spannungswert erreicht.

Anforderungen an Ladegeräte

12-Volt-Batterien werden häufiger in Autos und in unterbrechungsfreien Stromversorgungen verwendet. Auf Börsenparketts finden Sie fertige automatische Ladegeräte für 12V-Batterien. Die wichtigsten Anforderungen an sie sind wie folgt:

1. Aktuelle Regelung. Das Ladegerät muss den Ladestrom sowohl automatisch als auch manuell regulieren können.
2. Heizung abrechnen. Das Ladegerät muss die Temperatur kontrollieren. Der Temperaturwert der Batterie ändert sich während des Ladevorgangs, während es richtig ist, die Spannung darüber zu ändern. Steigt die Temperatur beispielsweise um 5 Grad, muss die Spannung an den Batterien um 0,1–0,2 Volt reduziert werden. Bei starker Erwärmung sollte der Ladevorgang abgebrochen werden.
3. Aufladen in mehreren Stufen. Durch die Inszenierung des Ladevorgangs im Ladegerät können Sie die Lebensdauer des Akkus verlängern. Der erste Schritt besteht darin, den Zustand des Akkus zu analysieren und gegebenenfalls bis zum Schwellenwert zu entladen (Beseitigung des Memory-Effekts). Die zweite Stufe ist das Aufladen durch Erhöhen der Spannung und Verringern der Stromstärke. In der dritten Stufe erfolgt das Aufladen unter Beibehaltung des minimalen Stroms und der minimalen Spannung.
4. Arbeitstemperatur. Das Ladegerät muss einen störungsfreien Betrieb in einem breiten Betriebstemperaturbereich gewährleisten.
5. Alle auftretenden Phasen sollten an den Anzeigen des Geräts leicht erkennbar sein.
6. Das Ladegerät muss am Eingang und Ausgang kurzschluss- und überspannungssicher sein.

Alle Prozesse im automatischen Speicher werden von Mikroprozessoren gesteuert. Dank ihnen erfordert das digitale Gerät keinen Eingriff und wählt selbst die erforderliche Spannung und den Ladestrom aus. Bei der Verwendung solcher Geräte ist eine Überladung des Akkus vollständig ausgeschlossen. Vor kurzem begannen sie im Gedächtnis, kein konstantes, sondern ein gepulstes Signal zu verwenden, was einen effektiven und sanften Modus bietet. Von allen Modellen auf dem Markt Folgende Ladegeräte lassen sich unterscheiden:

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

Universelles Heimwerkergerät

Anforderungen an das Gerät, Schutz der Batterie vor Überladung bei einer Spannung von 13,7 Volt. Die Stromversorgung des Gerätes selbst erfolgt aus externe Quelle mit einer Spannung von 20-25 Volt. Das Ladegerät enthält keine knappen Funkelemente, ist einfach einzurichten und verfügt über einen Kurzschlussschutz.

Als Stromregler dient ein integrierter Schaltkreis auf dem LM317, dessen Wert durch den SB1-Schalter eingestellt wird. Die zweite Mikroschaltung wird nach dem Prinzip der Spannungsbegrenzung eingeschaltet. Der erforderliche Wert wird durch die Widerstände RP2 und RP1 eingestellt. Bei Erreichen der eingestellten Spannung stoppt der Ladevorgang. Dann kann der Akku jederzeit angeschlossen werden, ohne eine Überladung befürchten zu müssen.

Der Komparator DA4 wird verwendet, um die LED-Anzeige zu steuern. Als Anzeige dient eine zweifarbige Diode. Rote Farbe zeigt vorläufige Entladung an, Grün zeigt Ladung an.

Beim Einbau der Batterie wird deren Spannung mit dem zweiten Ausgang des Komparators verglichen. Der im VT1-Tastenmodus arbeitende Transistor ist offen und der Strom, der durch die Leitungen der LED fließt, lässt ihn rot leuchten. Der zweite und der vierte Eingang des Komparators empfangen eine Spannung von der Zener-Diode VD5, gleich 6 Volt. Der Transistor VT3 ist gemäß der Sourcefolgerschaltung verbunden. Bei einer Batterie, die geladen werden muss, schaltet es die Spannungsbegrenzungsbaugruppe aus, so dass nur der Strombegrenzer arbeitet.

Sobald sich die Spannung an der Batterie dem eingestellten Wert nähert und 12,8 Volt beträgt, erscheint am ersten Anschluss des Komparators ein High-Pegel. Der Schwellenwert wird durch das Sammeln von RP3 und RP4 festgelegt. Der Transistor VT1 schließt und wandelt den zweiten und vierten Ausgang der Mikroschaltung in eine Inversion um. Die rote LED erlischt und die grüne leuchtet. VT3 schließt und der Spannungsbegrenzer beginnt zu arbeiten.

Die Stabilisierung der 12-Volt-Versorgung der Bedien- und Anzeigeeinheit erfolgt über einen integrierten Stabilisator DA3 7812. Da die Powerkeys beim Laden erhitzt werden, müssen sie am Heizkörper montiert werden. Das Kühlsystem wird auf VT4 eingeschaltet. Wenn sich der Kühler zu erwärmen beginnt, sendet das Thermoelement ein Signal an den dritten Zweig des Komparators, der den VT4-Transistor öffnet und den Lüfter einschaltet.

Bei der Einrichtung mit korrekter Montage und zu wartenden Teilen kommt es auf die Einstellung der erforderlichen Ladeparameter an. An den Eingang wird ein Signal von 20 Volt angelegt und das Vorhandensein von 12 Volt am 3-Zweig des Komparators wird überprüft. An Klemme X2 wird ohne Anschluss der Last eine Spannung von 12,8 Volt durch den Stellwiderstand RP1 eingestellt. Der variable Widerstand RP3 erreicht einen Zustand, in dem die LED grün leuchtet. Mit RP5 wird der Zeitpunkt eingestellt, an dem der Ventilator eingeschaltet wird.