Automatyczne ładowarki, własnej roboty

Różne urządzenia elektroniczne w swojej pracy wykorzystują przenośne źródła energii, baterie. Najczęstsze napięcie do ich działania to 12 woltów. Baterie, oddające zakumulowaną energię urządzeniom, muszą być okresowo same doładowywane. Przy przywracaniu ich energii najwygodniej jest zastosować automatyczną ładowarkę (ładowarkę), która pozwala na uproszczenie do minimum czynności wykonywanych przez użytkownika.

Rodzaje baterii i sposób ich działania

W produkcji wykorzystywane są różne technologie ładowalne baterie (Bateria). W zależności od procesów zachodzących w środku ogniw baterii stosuje się różne metody odzyskiwania ładunku. Mając w przybliżeniu tę samą zasadę działania, akumulatory są podzielone według materiałów produkcyjnych i zachodzących w nich procesów chemicznych.

1. Nikiel kadmowy (NiCd). Po raz pierwszy pojawił się w 1899 roku. Ich technologia produkcji ulepszała się, aż w 1947 roku stworzyli pierwiastek zdolny do anihilacji gazów pojawiających się podczas procesu ładowania. Główne zalety tego typu: możliwość przeprowadzenia szybkiego ładowania, duża nośność, niska cena, dobra niezawodność i mrozoodporność. Możliwe jest przechowywanie akumulatora w dowolnym stanie naładowania. Jednocześnie wyróżniają się następujące wady: obecność efektu pamięci, toksyczność, niska gęstość energii, wskaźnik samorozładowania sięga 10 procent miesięcznie. Obecnie praktycznie nie są używane w życiu codziennym ze względu na ich toksyczność.
   instagram viewer
2. Wodorek niklu (NiMh). W 1984 roku zastosowanie związku La-Ni-Co umożliwiło absorpcję wodoru przez ponad 100 cykli. W porównaniu z akumulatorami Ni-Cd emitują wyższe wartości energii jednostkowej i są nietoksyczne. Żywotność baterii NiMh zależy od czasu i sposobu ładowania. Akumulatory tego typu są wrażliwe na przeładowanie i charakteryzują się od 500 do 1 tys. cykle rozładowania i ładowania. Żywotność wynosi od 3 do 5 lat.
3. Litowo-jonowy (LiIon). To zdecydowanie najbardziej obiecujące elementy. Za tę cenę są droższe niż inne rodzaje baterii, ale praktycznie nie mają wad. Pierwsza bateria tego typu została wydana w 1991 roku przez firmę Sony Corporation. Oprócz dużej pojemności energetycznej charakteryzują się najniższym współczynnikiem samorozładowania spośród wszystkich innych typów. Liczba cykli ładowania-rozładowania przekracza tysiąc razy. Baterie pierwszej generacji, oparte na anodzie litowo-metalowej, stwarzały zagrożenie wybuchem w przypadku przeładowania lub powtarzających się cykli ładowania i rozładowania. Zastąpienie anody grafitem w produktach drugiej generacji całkowicie wyeliminowało problem.
4. Polimer litowy (LiPol). Ten typ akumulatora został zaprojektowany w celu zastąpienia pierwszej generacji LiIon. Projekt opiera się na przejściu polimerów w stan półprzewodnikowy pod wpływem jonów. Główną różnicą w stosunku do akumulatorów litowo-jonowych jest zastosowanie stałego elektrolitu. Nowoczesne akumulatory LiPol mogą być wykonane w formie elastycznej, a grubość ogniw to jeden lub więcej milimetrów. Liczba cykli ładowania wynosi 800 razy, nie ma efektu pamięci. Aby wyeliminować wystąpienie pożaru lub wybuchu, wszystkie akumulatory są wyposażone w obwód elektroniczny, który kontroluje ładowanie i nie pozwala na przegrzanie.
5. Urządzenie kwasowo-ołowiowe zostało opracowane w 1859 roku. Strukturalnie akumulator składa się z sześciu akumulatorów o napięciu znamionowym 2,2 wolta, połączonych ze sobą szeregowo. Każdy element to zestaw płytek z siatki ołowianej. Płytki pokryte są materiałem aktywnym i zanurzone w elektrolicie. Akumulator ma sześciokrotnie niższą wartość samorozładowania niż NiCd i ma dobrą tolerancję na duże obciążenia. Wadami są duża waga i szybkie pogorszenie wydajności na mrozie. Przy głębokim rozładowaniu przekraczającym osiemdziesiąt procent żywotność baterii jest drastycznie skrócona.
6. Baterie helowe. Wyprodukowane w technologii AMG i GEL ze związanym elektrolitem. Charakteryzują się niskim samorozładowaniem i wytrzymują około dwustu cykli ładowania-rozładowania. Odzyskując energię, wymagają 10% pojemności nominalnej akumulatora. Wadą tego typu jest to, że bateria nie musi się nagrzewać, ponieważ możliwy jest płynny hel.

Zasada działania akumulatorów opiera się na reakcjach chemicznych, które zachodzą, gdy różne materiały wchodzą ze sobą w interakcje. Procesy te są odwracalne, cykle akumulacji i uwalniania energii mogą się powtarzać wielokrotnie. Obudowa baterii jest szczelna z przewodami zaciskowymi.

Wszystkie nowoczesne akumulatory są bezobsługowe.

Rodzaje ładowarek

Pojemność i długość okresu użytkowania akumulatora zależą od warunków jego użytkowania i wyboru metody ładowania. Wysokiej jakości ładowarka powinna zapobiegać przeładowaniu akumulatora i być chroniona przed przegrzaniem. Istnieją dwie metody przeprowadzania kontroli ładowania:

• według prądu;
• przez napięcie.

Pierwsza metoda jest stosowana do akumulatorów NiCd i NiMh, a druga do akumulatorów kwasowo-ołowiowych, LiIon i LiPol. Automatyczne ładowarki akumulatorów wykorzystują w swojej pracy wyspecjalizowane mikroukłady, które kontrolują cały proces odzyskiwania energii.

Ładowarka z kontrolą prądu

Takie urządzenia nazywane są galwanostatycznymi. Główną cechą ładowarki jest ilość prądu, który ładuje akumulator. Naładuj baterię prawidłowo i przedłużyć jego wydajność, okaże się to dopiero po wybraniu żądanej wartości wartości, a także stawki opłaty. Im wyższy prąd, tym wyższa prędkość, ale wysoka wartość prędkości ładowania prowadzi do szybkiej degradacji akumulatora. Automatyczne ładowarki ustawiają wartości prądu równe dziesięciu procentom pojemności akumulatora (0,1C).

Aby wyeliminować efekt samorozładowania, po zakończeniu ładowania ładowarka przechodzi w tryb ładowania niskim prądem. Niektóre urządzenia do odzyskiwania energii wyposażone są w możliwość szybkiego ładowania, podczas gdy prąd wzrasta do 1C pojemności akumulatora. Często nie zaleca się korzystania z tego trybu ze względu na skróconą żywotność ogniw energetycznych.

Ładowanie akumulatora jest zakończone, jeśli prąd ładowania nie zmieni się przez trzy godziny.

Ładowarka z kontrolą napięcia

Urządzenia działają w trybie potencjostatycznym. Sam proces składa się z dwóch etapów, w pierwszym kontrolowany jest prąd, a w drugim napięcie. Zakończenie ładowania następuje o wartości spadku prądu o ustaloną wartość lub po określonym czasie. Akumulatory kwasowo-ołowiowe i litowo-jonowe są ładowane przy użyciu innych algorytmów niż niklowo-kadmowe i niklowo-wodorkowe. W przypadku tych ostatnich istnieją trzy szybkości ładowania: wolne (0,1C), szybkie (0,3C) i ultraszybkie (1C). Ładowanie akumulatora zatrzymuje się, gdy osiągnie ustawioną wartość napięcia.

Wymagania dotyczące ładowarek

Akumulatory 12 V są coraz szerzej stosowane w samochodach i zasilaczach awaryjnych. Na parkietach giełdowych można znaleźć gotowe automatyczne ładowarki do akumulatorów 12V. Główne wymagania dla nich są następujące:

1. Obecna regulacja. Urządzenie ładujące musi być w stanie regulować prąd ładowania zarówno automatycznie, jak i ręcznie.
2. Rachunkowość ogrzewania. Ładowarka musi kontrolować temperaturę. Wartość temperatury akumulatora zmienia się podczas procesu ładowania, natomiast prawidłowe jest zmienianie napięcia na nim. Na przykład, jeśli temperatura wzrośnie o 5 stopni, napięcie na akumulatorach należy zmniejszyć o 0,1–0,2 wolta. Przy silnym ogrzewaniu proces ładowania powinien się zatrzymać.
3. Ładowanie w kilku etapach. Stopniowanie procesu ładowania w ładowarce pozwala przedłużyć żywotność baterii. Pierwszy etap polega na analizie stanu akumulatora i w razie potrzeby rozładowaniu go do wartości progowej (eliminacja efektu pamięci). Drugim etapem jest ładowanie poprzez zwiększenie napięcia i zmniejszenie natężenia prądu. W trzecim etapie następuje doładowanie z zachowaniem minimalnego prądu i napięcia.
4. Temperatura pracy. Ładowarka musi zapewniać bezawaryjną pracę w szerokim zakresie temperatur pracy.
5. Wszystkie występujące etapy powinny być łatwe do zidentyfikowania na wskaźnikach urządzenia.
6. Ładowarka musi być zabezpieczona przed zwarciem i przepięciem na wejściu i wyjściu.

Wszystkie procesy w pamięci automatycznej są sterowane przez mikroprocesory. Dzięki nim urządzenie cyfrowe nie wymaga interwencji, a samo dobiera wymagane napięcie i prąd ładowania. Przy korzystaniu z takich urządzeń całkowicie wykluczona jest możliwość przeładowania baterii. Ostatnio w pamięci zaczęli używać nie stałego sygnału, ale pulsującego, zapewniającego skuteczny i delikatny tryb. Ze wszystkich modeli na rynku można wyróżnić następujące ładowarki:

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

Uniwersalne urządzenie do majsterkowania

Wymagania dotyczące urządzenia, ochrona akumulatora przed przeładowaniem, gdy napięcie osiągnie 13,7 wolta. Moc samego urządzenia jest realizowana z źródło zewnętrzne o napięciu 20-25 woltów. Ładowarka nie zawiera skąpych elementów radiowych, jest łatwa w konfiguracji i posiada zabezpieczenie przeciwzwarciowe.

Jako regulator prądu zastosowano układ scalony na LM317, którego wartość ustawia się przełącznikiem SB1. Drugi mikroukład jest włączany zgodnie z zasadą ograniczania napięcia. Wymagana wartość jest ustawiana przez rezystancje RP2 i RP1. Po osiągnięciu ustawionego napięcia proces ładowania zostaje zatrzymany. Wtedy akumulator można podłączyć w dowolnym momencie bez obawy o przeładowanie.

Komparator DA4 służy do sterowania sygnalizacją LED. Jako wskazanie używana jest dwukolorowa dioda. Kolor czerwony oznacza wstępne rozładowanie, zielony oznacza ładowanie.

Podczas instalowania akumulatora jego napięcie jest porównywane z drugim wyjściem komparatora. Tranzystor pracujący w trybie klucza VT1 jest otwarty, a prąd przepływający przez wyprowadzenia diody LED powoduje jej świecenie na czerwono. Drugie i czwarte wejście komparatora otrzymują napięcie z diody Zenera VD5 równe 6 woltom. Tranzystor VT3 jest podłączony zgodnie z obwodem wtórnika źródła. W akumulatorze wymagającym ładowania wyłącza zespół ograniczający napięcie tak, że działa tylko ogranicznik prądu.

Gdy tylko napięcie na akumulatorze zbliży się do ustawionej wartości i wyniesie 12,8 V, na pierwszym zacisku komparatora pojawi się wysoki poziom. Próg jest ustalany poprzez zbieranie RP3 i RP4. Tranzystor VT1 zamyka się i przekształca drugie i czwarte wyjście mikroukładu w inwersję. Czerwona dioda gaśnie i zapala się zielona. VT3 zamyka się i zaczyna działać ogranicznik napięcia.

Stabilizacja zasilania 12 V jednostki sterującej i wyświetlacza odbywa się za pomocą zintegrowanego stabilizatora DA3 7812. Ponieważ klawisze zasilania są podgrzewane podczas ładowania, należy je zainstalować na grzejniku. System chłodzenia jest włączony w VT4. Jeśli grzejnik zacznie się nagrzewać, termopara wysyła sygnał do trzeciej nogi komparatora, który otwiera tranzystor VT4 i włącza wentylator.

Konfiguracja z prawidłowym montażem i serwisowaniem części sprowadza się do ustawienia wymaganych parametrów ładowania. Do wejścia podawany jest sygnał o napięciu 20 woltów i sprawdzana jest obecność 12 woltów na 3 odnodze komparatora. Na zacisku X2 bez podłączenia obciążenia, napięcie 12,8 V jest ustawiane przez zmienny rezystor RP1. Rezystor zmienny RP3 osiąga stan, w którym dioda LED świeci na zielono. RP5 służy do ustawienia momentu włączenia wentylatora.