Caricabatterie automatici, autocostruiti

Vari dispositivi elettronici nel loro lavoro utilizzano fonti di energia portatili, batterie. La tensione più comune per il loro funzionamento è di 12 volt. Le batterie, fornendo l'energia accumulata ai dispositivi, devono essere periodicamente ricaricate. Quando ripristinano la loro energia, è più conveniente utilizzare un caricabatterie automatico (caricabatterie), che consente di semplificare al minimo le operazioni eseguite dall'utente.

Tipi di batterie e come funzionano

Ci sono varie tecnologie utilizzate nella fabbricazione batterie ricaricabili (Batteria). A seconda dei processi che si verificano al centro delle celle della batteria, vengono utilizzati diversi metodi di recupero della carica. Avendo approssimativamente lo stesso principio di funzionamento, le batterie sono suddivise in base ai materiali di fabbricazione e ai processi chimici che si verificano in esse.

1. Nichel-cadmio (NiCd). Apparso per la prima volta nel 1899. La loro tecnologia di produzione è migliorata fino a quando, nel 1947, hanno creato un elemento con la capacità di annientare i gas che appaiono durante il processo di carica. I principali vantaggi di questo tipo: capacità di effettuare una ricarica rapida, elevata capacità di carico, prezzo contenuto, buona affidabilità e resistenza al gelo. È possibile conservare la batteria in qualsiasi stato di carica. Allo stesso tempo, spiccano i seguenti inconvenienti: la presenza di un effetto memoria, tossicità, bassa densità energetica, il tasso di autoscarica raggiunge il 10 percento al mese. Attualmente, non vengono praticamente utilizzati nella vita di tutti i giorni a causa della loro tossicità.
2. Idruro di nichel metallico (NiMh). Nel 1984, l'uso del composto La-Ni-Co ha permesso di assorbire l'idrogeno per più di 100 cicli. Rispetto alle batterie Ni-Cd, emettono valori energetici specifici più elevati e non sono tossiche. La durata della batteria NiMh dipende dal tempo di ricarica e dal metodo di ricarica. Le batterie di questo tipo sono sensibili al sovraccarico e sono caratterizzate da 500 a 1 mila. cicli di scarica-carica. La durata è da 3 a 5 anni.
3. Ioni di litio (LiIon). Sono di gran lunga gli elementi più promettenti. Per il prezzo sono più costosi di altri tipi di batterie, ma non hanno praticamente inconvenienti. La prima batteria di questo tipo è stata rilasciata nel 1991 da Sony Corporation. Oltre alla loro elevata capacità energetica, hanno il tasso di autoscarica più basso di tutti gli altri tipi. Il numero di cicli di carica-scarica supera il migliaio di volte. Le batterie della prima generazione, basate su un anodo di litio metallico, presentavano un rischio di esplosione in caso di sovraccarico o cicli di carica-scarica ripetuti. La sostituzione dell'anodo con la grafite nei prodotti di seconda generazione ha eliminato completamente il problema.
4. Polimero di litio (LiPol). Questo tipo di batteria è stato progettato per sostituire la LiIon di prima generazione. Il design si basa sulla transizione dei polimeri allo stato semiconduttore quando esposti agli ioni. La principale differenza rispetto alle batterie agli ioni di litio è l'uso di un elettrolita solido. Le moderne batterie LiPol possono essere realizzate in una forma flessibile, mentre lo spessore delle celle è di uno o più millimetri. Il numero di cicli di carica è 800 volte, non c'è effetto memoria. Per eliminare il verificarsi di incendi o esplosioni, tutte le batterie sono dotate di un circuito elettronico che controlla la carica e non consente il surriscaldamento.
5. Il dispositivo al piombo è stato sviluppato nel 1859. Strutturalmente, la batteria è assemblata da sei batterie con una tensione nominale di 2,2 volt, collegate in serie tra loro. Ogni elemento è un insieme di piastre della griglia di piombo. Le piastre sono rivestite con un materiale attivo e immerse in un elettrolita. La batteria ha un valore di autoscarica sei volte inferiore al NiCd e ha una buona tolleranza a carichi potenti. Gli svantaggi sono il peso elevato e un rapido deterioramento delle prestazioni al freddo. Con una scarica profonda superiore all'ottanta percento, la durata della batteria si riduce drasticamente.
6. Batterie ad elio. Prodotto utilizzando la tecnologia AMG e GEL con un elettrolita legato. Sono caratterizzati da una bassa autoscarica e resistono a circa duecento cicli di carica-scarica. Quando recuperano energia, richiedono il 10% della capacità nominale della batteria. Lo svantaggio di questo tipo è che la batteria non deve riscaldarsi, poiché l'elio liquido è possibile.

Il principio di funzionamento delle batterie si basa su reazioni chimiche che avvengono quando materiali diversi interagiscono tra loro. Questi processi sono reversibili, i cicli di accumulo e rilascio di energia possono essere ripetuti molte volte. La custodia della batteria è di tipo sigillato con terminali.

Tutte le batterie moderne sono esenti da manutenzione.

Tipi di caricabatterie

La capacità e la durata del periodo di utilizzo della batteria dipendono dalle condizioni del suo utilizzo e dalla scelta del metodo di ricarica. Un caricabatterie di alta qualità dovrebbe impedire il sovraccarico della batteria ed essere protetto dal surriscaldamento. Esistono due metodi per eseguire il controllo della carica:

• per corrente;
• per tensione.

Il primo metodo è utilizzato per batterie NiCd e NiMh, e il secondo è per batterie al piombo, LiIon e LiPol. I caricabatterie automatici utilizzano microcircuiti specializzati nel loro lavoro che controllano l'intero processo di recupero dell'energia.

Caricabatterie con controllo di corrente

Tali dispositivi sono chiamati galvanostatici. La caratteristica principale del caricabatterie è la quantità di corrente che carica la batteria. Caricare correttamente la batteria e estendere le sue prestazioni, risulterà solo quando si seleziona il valore desiderato del valore, nonché la tariffa di addebito. Maggiore è la corrente, maggiore è la velocità, ma un valore elevato della velocità di carica porta a un rapido degrado della batteria. I caricabatterie automatici impostano valori di corrente pari al dieci percento della capacità della batteria (0,1 C).

Per eliminare l'effetto dell'autoscarica, dopo la fine della carica, il caricabatterie passa alla modalità di ricarica a bassa corrente. Alcuni dispositivi di recupero dell'energia sono dotati della capacità di ricaricare rapidamente, mentre la corrente sale a 1C della capacità della batteria. Spesso non è consigliabile utilizzare questa modalità a causa della durata ridotta delle celle energetiche.

La carica della batteria è completata se la corrente di carica non cambia per tre ore.

Caricabatterie con controllo della tensione

I dispositivi funzionano in modalità potenziostatica. Il processo stesso consiste in due fasi, nella prima viene controllata la corrente e nella seconda la tensione. La fine della carica avviene al valore della corrente decrementata di un valore impostato o dopo un certo tempo. Le batterie al piombo e agli ioni di litio vengono caricate utilizzando algoritmi diversi rispetto al nichel cadmio e al nichel idruro metallico. Per quest'ultimo, ci sono tre velocità di ricarica: lenta (0,1 °C), veloce (0,3 °C) e ultraveloce (1 °C). La carica della batteria si interrompe quando raggiunge il valore di tensione impostato.

Requisiti per i caricabatterie

Le batterie da 12 Volt sono più ampiamente utilizzate nelle auto e nei gruppi di continuità. Sui piani di trading puoi trovare caricabatterie automatici già pronti per batterie da 12 V. I requisiti principali per loro sono i seguenti:

1. Normativa attuale. Il dispositivo di ricarica deve essere in grado di regolare la corrente di carica sia automaticamente che manualmente.
2. Contabilità per il riscaldamento. Il caricabatterie deve controllare la temperatura. Il valore della temperatura della batteria cambia durante il processo di carica, mentre è corretto cambiare la tensione ai suoi capi. Ad esempio, se la temperatura aumenta di 5 gradi, la tensione sulle batterie deve essere ridotta di 0,1-0,2 volt. Con un forte riscaldamento, il processo di ricarica dovrebbe interrompersi.
3. Ricarica in più fasi. La messa in scena del processo di ricarica nel caricabatterie consente di prolungare la durata della batteria. La prima fase consiste nell'analizzare lo stato della batteria e, se necessario, scaricarla al valore di soglia (eliminando l'effetto memoria). Il secondo stadio è la carica aumentando la tensione e diminuendo l'intensità della corrente. Nella terza fase, la ricarica avviene mantenendo la corrente e la tensione minime.
4. Temperatura di lavoro. Il caricabatterie deve garantire un funzionamento senza problemi in un'ampia gamma di temperature di esercizio.
5. Tutte le fasi che si verificano dovrebbero essere facilmente identificabili sugli indicatori del dispositivo.
6. Il caricabatterie deve essere protetto da cortocircuiti e sovratensioni in ingresso e in uscita.

Tutti i processi in memoria automatica sono controllati da microprocessori. Grazie a loro, il dispositivo digitale non richiede intervento e seleziona da solo la tensione e la corrente di carica richieste. Quando si utilizzano tali dispositivi, la possibilità di sovraccaricare la batteria è completamente esclusa. Di recente, in memoria, hanno iniziato a utilizzare non un segnale costante, ma pulsato, fornendo una modalità efficace e delicata. Di tutti i modelli in commercio si possono distinguere i seguenti caricatori:

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

Dispositivo fai-da-te universale

Requisiti per il dispositivo, protezione della batteria dal sovraccarico quando la tensione raggiunge i 13,7 volt. L'alimentazione del dispositivo stesso viene effettuata da fonte esterna con una tensione di 20-25 volt. Il caricabatterie non contiene scarsi elementi radio, è facile da configurare e dispone di protezione da cortocircuito.

Un circuito integrato sull'LM317 viene utilizzato come regolatore di corrente, il suo valore è impostato dall'interruttore SB1. Il secondo microcircuito viene acceso secondo il principio della limitazione della tensione. Il valore richiesto è impostato dalle resistenze RP2 e RP1. Quando viene raggiunta la tensione impostata, il processo di carica si interrompe. Quindi, la batteria può essere collegata in qualsiasi momento senza timore di sovraccaricarsi.

Il comparatore DA4 viene utilizzato per guidare l'indicazione dei LED. Come indicazione viene utilizzato un diodo a due colori. Il colore rosso indica la scarica preliminare, il verde indica la carica.

Quando si installa la batteria, la sua tensione viene confrontata con la seconda uscita del comparatore. Il transistor che opera nella modalità chiave VT1 è aperto e la corrente che passa attraverso i cavi del LED lo fa illuminare di rosso. Il secondo e il quarto ingresso del comparatore ricevono una tensione dal diodo Zener VD5, pari a 6 volt. Il transistor VT3 è collegato secondo il circuito follower della sorgente. In una batteria che richiede la ricarica, disattiva il gruppo di limitazione della tensione in modo che funzioni solo il limitatore di corrente.

Non appena la tensione sulla batteria si avvicina al valore impostato ed è 12,8 volt, sul primo terminale del comparatore apparirà un livello alto. La soglia viene impostata raccogliendo RP3 e RP4. Il transistor VT1 si chiude e converte la seconda e la quarta uscita del microcircuito in inversione. Il LED rosso si spegne e quello verde si accende. VT3 si chiude e il limitatore di tensione inizia a funzionare.

La stabilizzazione dell'alimentazione a 12 volt per l'unità di controllo e visualizzazione viene eseguita utilizzando uno stabilizzatore integrato DA3 7812. Poiché i tasti di accensione si riscaldano durante la ricarica, devono essere installati sul radiatore. Il sistema di raffreddamento è acceso su VT4. Se il radiatore inizia a surriscaldarsi, la termocoppia invia un segnale alla terza gamba del comparatore, che apre il transistor VT4 e accende la ventola.

L'impostazione con l'assemblaggio corretto e le parti riparabili si riduce all'impostazione dei parametri di carica richiesti. All'ingresso viene applicato un segnale di 20 volt e viene verificata la presenza di 12 volt al 3° ramo del comparatore. Al terminale X2, senza collegare il carico, viene impostata una tensione di 12,8 volt dal resistore variabile RP1. Il resistore variabile RP3 raggiunge uno stato in cui il LED diventa verde. RP5 viene utilizzato per impostare il momento in cui il ventilatore viene acceso.