מטענים אוטומטיים תוצרת עצמית

מכשירים אלקטרוניים שונים בעבודתם משתמשים במקורות אנרגיה ניידים, סוללות. המתח הנפוץ ביותר לפעולתם הוא 12 וולט. סוללות, שנותנות את האנרגיה המצטברת למכשירים, צריכות להיטען מחדש בעצמן. בעת החזרת האנרגיה שלהם, הכי נוח להשתמש במטען אוטומטי (מטען), המאפשר לפשט את הפעולות שמבצע המשתמש למינימום.

סוגי סוללות וכיצד הם פועלים

ישנן טכנולוגיות שונות המשמשות בייצור סוללות נטענות (סוֹלְלָה). בהתאם לתהליכים המתרחשים באמצע תאי הסוללה, נעשה שימוש בשיטות שונות לשחזור טעינה. עם אותו עקרון פעולה בערך, הסוללות מחולקות לפי חומרי הייצור והתהליכים הכימיים המתרחשים בהן.

1. ניקל-קדמיום (NiCd). הופיע לראשונה בשנת 1899. טכנולוגיית הייצור שלהם השתפרה עד שבשנת 1947 הם יצרו אלמנט בעל יכולת להשמיד את הגזים המופיעים בתהליך הטעינה. היתרונות העיקריים של סוג זה: היכולת לבצע טעינה מהירה, כושר עומס גבוה, מחיר נמוך, אמינות טובה ועמידות בפני כפור. אפשר לאחסן את הסוללה בכל מצב טעינה. יחד עם זאת, החסרונות הבאים בולטים: נוכחות של אפקט זיכרון, רעילות, צפיפות אנרגיה נמוכה, קצב הפריקה העצמית מגיע ל-10 אחוזים בחודש. נכון לעכשיו, הם כמעט שאינם בשימוש בחיי היומיום בגלל הרעילות שלהם.
   instagram viewer
2. ניקל מתכת הידריד (NiMh). בשנת 1984, השימוש בתרכובת La-Ni-Co איפשר לקלוט מימן במשך יותר מ-100 מחזורים. בהשוואה לסוללות Ni-Cd, הן פולטות ערכי אנרגיה ספציפיים גבוהים יותר ואינן רעילות. חיי סוללה NiMh תלויים בזמן הטעינה ובשיטת הטעינה. סוללות מסוג זה רגישות לטעינת יתר ומאופיינות ב-500 עד 1 אלף. מחזורי פריקה-טעינה. חיי השירות הם 3 עד 5 שנים.
3. ליתיום-יון (LiIon). הם ללא ספק האלמנטים המבטיחים ביותר. במחיר, הם יקרים יותר מאשר סוגים אחרים של סוללות, אבל אין להם כמעט חסרונות. הסוללה הראשונה מסוג זה שוחררה בשנת 1991 על ידי חברת Sony Corporation. בנוסף ליכולת האנרגיה הגבוהה שלהם, יש להם את קצב הפריקה העצמית הנמוך ביותר מכל הסוגים האחרים. מספר מחזורי הטעינה-פריקה עולה על פי אלף. לסוללות מהדור הראשון, המבוססות על אנודת מתכת ליתיום, הייתה סכנת פיצוץ בעת טעינת יתר או מחזורי טעינה-פריקה חוזרים. החלפת האנודה בגרפיט במוצרי הדור השני ביטלה לחלוטין את הבעיה.
4. פולימר ליתיום (LiPol). סוללה מסוג זה תוכננה להחליף את הדור הראשון של LiIon. התכנון מבוסס על מעבר של פולימרים למצב מוליכים למחצה בחשיפה ליונים. ההבדל העיקרי מסוללות ליתיום-יון הוא השימוש באלקטרוליט מוצק. ניתן לייצר סוללות LiPol מודרניות בצורה גמישה, בעוד שעובי התאים הוא מילימטר אחד או יותר. מספר מחזורי הטעינה הוא פי 800, אין אפקט זיכרון. כדי למנוע התרחשות של שריפה או פיצוץ, כל הסוללות מצוידות במעגל אלקטרוני השולט על הטעינה ואינו מאפשר התחממות יתר.
5. מכשיר חומצת העופרת פותח בשנת 1859. מבחינה מבנית, הסוללה מורכבת משש סוללות במתח נומינלי של 2.2 וולט, המחוברות זו לזו. כל אלמנט הוא קבוצה של לוחות רשת עופרת. הלוחות מצופות בחומר פעיל וטבולות באלקטרוליט. לסוללה ערך פריקה עצמית נמוך פי שישה מ-NiCd ובעלת סבילות טובה לעומסים חזקים. החסרונות הם משקל כבד והידרדרות מהירה בביצועים בקור. עם פריקה עמוקה העולה על שמונים אחוז, חיי הסוללה מצטמצמים באופן דרסטי.
6. סוללות הליום. מיוצר בטכנולוגיית AMG ו-GEL עם אלקטרוליט קשור. הם מתאפיינים בפריקה עצמית נמוכה ועמידים בכמאתיים מחזורי טעינה-פריקה. בעת שחזור אנרגיה, הם דורשים 10% מהקיבולת הנומינלית של הסוללה. החיסרון של סוג זה הוא שהסוללה לא צריכה להתחמם, שכן ההליום הנוזלי אפשרי.

עקרון הפעולה של סוללות מבוסס על תגובות כימיות המתרחשות כאשר חומרים שונים מקיימים אינטראקציה זה עם זה. תהליכים אלו הפיכים, ניתן לחזור על מחזורי הצטברות ושחרור האנרגיה מספר פעמים. מארז הסוללה עשוי מסוג אטום עם מובילי קצה.

כל הסוללות המודרניות נטולות תחזוקה.

סוגי מטענים לסוללות

הקיבולת ומשך תקופת השימוש בסוללה תלויה בתנאי השימוש בה ובבחירת שיטת הטעינה. מטען איכותי אמור למנוע טעינת יתר של הסוללה ולהיות מוגן מפני התחממות יתר. ישנן שתי שיטות לביצוע בקרת טעינה:

• לפי זרם;
• לפי מתח.

השיטה הראשונה משמשת לסוללות NiCd ו-NiMh, והשנייה היא לסוללות עופרת, LiIon ו-LiPol. מטעני סוללות אוטומטיים משתמשים במיקרו-מעגלים מיוחדים בעבודתם השולטים בכל תהליך שחזור האנרגיה.

מטען עם בקרת זרם

מכשירים כאלה נקראים galvanostatic. המאפיין העיקרי של המטען הוא כמות הזרם שמטעינה את הסוללה. טען את הסוללה בצורה נכונה ו להרחיב את הביצועים שלו, יתברר רק בעת בחירת הערך הרצוי של הערך, כמו גם קצב הטעינה. ככל שהזרם גבוה יותר, המהירות גבוהה יותר, אך ערך גבוה של מהירות הטעינה מוביל לפירוק מהיר של הסוללה. מטענים אוטומטיים מגדירים ערכי זרם השווים לעשרה אחוזים מקיבולת הסוללה (0.1C).

כדי לבטל את ההשפעה של פריקה עצמית, לאחר סיום הטעינה, המטען עובר למצב טעינה עם זרם נמוך. חלק מהמכשירים לשחזור אנרגיה מצוידים ביכולת לטעון במהירות, בעוד שהזרם עולה ל-1C מקיבולת הסוללה. לעתים קרובות לא מומלץ להשתמש במצב זה עקב חיי השירות המופחתים של תאי האנרגיה.

טעינת הסוללה הושלמה אם זרם הטעינה לא משתנה במשך שלוש שעות.

מטען עם בקרת מתח

התקנים פועלים במצב פוטנטיוסטטי. התהליך עצמו מורכב משני שלבים, בראשון הזרם נשלט, ובשני המתח. סוף הטעינה מתרחש בערך הירידה הנוכחית בערך מוגדר או לאחר זמן מסוים. סוללות עופרת חומצה וליתיום יון נטענות באמצעות אלגוריתמים שונים מאשר ניקל קדמיום וניקל מתכת הידריד. עבור האחרון, ישנם שלושה קצבי טעינה: איטי (0.1C), מהיר (0.3C) ומהיר במיוחד (1C). טעינת הסוללה נעצרת כאשר היא מגיעה לערך המתח שנקבע.

דרישות למטענים

סוללות 12 וולט נמצאות בשימוש נרחב יותר במכוניות ובאל פסק. בקומות המסחר ניתן למצוא מטענים אוטומטיים מוכנים לסוללות 12V. הדרישות העיקריות עבורם הן כדלקמן:

1. רגולציה נוכחית. מכשיר הטעינה חייב להיות מסוגל לווסת את זרם הטעינה הן באופן אוטומטי והן באופן ידני.
2. הנהלת חשבונות לחימום. המטען חייב לשלוט בטמפרטורה. ערך הטמפרטורה של הסוללה משתנה במהלך תהליך הטעינה, בעוד שנכון לשנות את המתח על פניה. לדוגמה, אם הטמפרטורה עולה ב-5 מעלות, יש להפחית את המתח על הסוללות ב-0.1-0.2 וולט. עם חימום חזק, תהליך הטעינה אמור להפסיק.
3. טעינה במספר שלבים. שלב תהליך הטעינה במטען מאפשר להאריך את חיי הסוללה. השלב הראשון מורכב מניתוח מצב הסוללה ובמידת הצורך פריקתה לערך הסף (ביטול אפקט הזיכרון). השלב השני הוא הטעינה על ידי הגדלת המתח והקטנת עוצמת הזרם. בשלב השלישי, הטעינה מתבצעת תוך שמירה על הזרם והמתח המינימליים.
4. טמפרטורת עבודה. המטען חייב להבטיח פעולה ללא תקלות בטווח רחב של טמפרטורות פעולה.
5. כל השלבים המתרחשים צריכים להיות מזוהים בקלות על מחווני המכשיר.
6. המטען חייב להיות מוגן מקצר ומתח יתר בכניסה וביציאה.

כל התהליכים בזיכרון האוטומטי נשלטים על ידי מיקרו-מעבדים. הודות להם, המכשיר הדיגיטלי אינו דורש התערבות, ובעצמו בוחר את המתח הנדרש ואת זרם הטעינה. בעת שימוש במכשירים כאלה, האפשרות של טעינת יתר של הסוללה אינה נכללת לחלוטין. לאחרונה, בזיכרון, הם החלו להשתמש לא באות קבוע, אלא באות דופק, המספקים מצב יעיל ועדין. מכל הדגמים בשוק ניתן להבחין בין המטענים הבאים:

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

מכשיר עשה זאת בעצמך אוניברסלי

דרישות למכשיר, הגנה על הסוללה מפני טעינת יתר כאשר המתח מגיע ל-13.7 וולט. הכוח של המכשיר עצמו מתבצע מ מקור חיצוני עם מתח של 20-25 וולט. מכשיר הטעינה אינו מכיל רכיבי רדיו נדירים, קל להתקנה ובעל הגנה מפני קצר חשמלי.

מעגל משולב ב-LM317 משמש כמווסת זרם, ערכו נקבע על ידי מתג SB1. המיקרו-מעגל השני מופעל על פי עקרון הגבלת המתח. הערך הנדרש נקבע על ידי ההתנגדויות RP2 ו-RP1. כאשר מגיעים למתח המוגדר, תהליך הטעינה מפסיק. לאחר מכן, ניתן לחבר את הסוללה בכל עת ללא חשש מטעינת יתר.

Comparator DA4 משמש להנעת חיווי LED. דיודה דו צבעים משמשת כאינדיקציה. צבע אדום מציין פריקה מקדימה, ירוק מציין טעינה.

בעת התקנת הסוללה, המתח שלה מושווה לפלט השני של המשווה. הטרנזיסטור הפועל במצב מפתח VT1 פתוח והזרם העובר דרך הלידים של הנורית גורם לו להאיר באדום. הכניסות השניות והרביעיות של המשווה מקבלים מתח מדיודת הזנר VD5, השווה ל-6 וולט. טרנזיסטור VT3 מחובר לפי מעגל עוקב המקור. בסוללה הדורשת טעינה, היא מכבה את מכלול הגבלת המתח כך שרק מגביל הזרם פועל.

ברגע שהמתח בסוללה מתקרב לערך שנקבע ועומד על 12.8 וולט, תופיע רמה גבוהה במסוף הראשון של המשווה. הסף נקבע על ידי איסוף RP3 ו-RP4. טרנזיסטור VT1 נסגר וממיר את הפלט השני והרביעי של המיקרו-מעגל להיפוך. הנורית האדומה נכבית והירוק נדלקת. VT3 נסגר ומגביל המתח מתחיל לעבוד.

ייצוב ספק כוח 12 וולט ליחידת הבקרה והתצוגה מתבצע באמצעות מייצב אינטגרלי DA3 7812. מכיוון שמקשי ההפעלה מחוממים במהלך הטעינה, יש להתקין אותם על הרדיאטור. מערכת הקירור מופעלת ב-VT4. אם הרדיאטור מתחיל להתחמם, הצמד התרמי שולח אות לרגל השלישית של המשווה, שפותחת את הטרנזיסטור VT4 ומפעילה את המאוורר.

הגדרה עם הרכבה נכונה וחלקים הניתנים לטיפול מסתכמת בהגדרת פרמטרי הטעינה הנדרשים. אות של 20 וולט מופעל על הכניסה ונבדקת נוכחות של 12 וולט ברגל השלישית של המשווה. במסוף X2, ללא חיבור העומס, נקבע מתח של 12.8 וולט על ידי הנגד המשתנה RP1. הנגד המשתנה RP3 משיג מצב בו ה-LED זוהרת בירוק. RP5 משמש להגדרת הרגע שבו המאוורר מופעל.