Automatické nabíjačky, vlastnoručne vyrobené

Rôzne elektronické zariadenia pri svojej práci využívajú prenosné zdroje energie, batérie. Najbežnejšie napätie na ich prevádzku je 12 voltov. Batérie, ktoré dodávajú akumulovanú energiu zariadeniam, sa musia pravidelne dobíjať. Pri obnove ich energie je najvýhodnejšie použiť automatickú nabíjačku (nabíjačku), ktorá umožňuje zjednodušiť užívateľom vykonávané operácie na minimum.

Typy batérií a ako fungujú

Pri výrobe sa používajú rôzne technológie nabíjateľné batérie (Batéria). V závislosti od procesov prebiehajúcich v strede batériových článkov sa používajú rôzne spôsoby obnovy náboja. S približne rovnakým princípom činnosti sú batérie rozdelené podľa materiálov výroby a chemických procesov, ktoré v nich prebiehajú.

1. Nikel-kadmium (NiCd). Prvýkrát sa objavil v roku 1899. Technológia ich výroby sa zdokonaľovala, až v roku 1947 vytvorili prvok so schopnosťou anihilovať plyny, ktoré vznikajú pri procese nabíjania. Hlavné výhody tohto typu: schopnosť rýchleho nabíjania, vysoká nosnosť, nízka cena, dobrá spoľahlivosť a mrazuvzdornosť. Batériu je možné skladovať v akomkoľvek stave nabitia. Súčasne vynikajú nasledujúce nevýhody: prítomnosť pamäťového efektu, toxicita, nízka energetická hustota, miera samovybíjania dosahuje 10 percent za mesiac. V súčasnosti sa pre svoju toxicitu prakticky nepoužívajú v každodennom živote.
   instagram viewer
2. Nikel-metal hydrid (NiMh). V roku 1984 umožnilo použitie zlúčeniny La-Ni-Co absorbovať vodík na viac ako 100 cyklov. V porovnaní s Ni-Cd batériami vyžarujú vyššie špecifické energetické hodnoty a sú netoxické. Životnosť NiMh batérie závisí od času nabíjania a spôsobu nabíjania. Batérie tohto typu sú citlivé na prebitie a vyznačujú sa od 500 do 1 tis. cyklov vybíjania a nabíjania. Životnosť je 3 až 5 rokov.
3. Lítium-iónové (LiIon). Sú to zďaleka najsľubnejšie prvky. Za cenu sú drahšie ako iné typy batérií, ale nemajú prakticky žiadne nevýhody. Prvá batéria tohto typu bola vydaná v roku 1991 spoločnosťou Sony Corporation. Okrem vysokej energetickej kapacity majú zo všetkých ostatných typov najnižšiu mieru samovybíjania. Počet cyklov nabíjania a vybíjania presahuje tisíckrát. Batérie prvej generácie, založené na lítiovej kovovej anóde, mali pri prebití alebo opakovaných cykloch nabíjania a vybíjania nebezpečenstvo výbuchu. Výmena anódy za grafit v produktoch druhej generácie tento problém úplne odstránila.
4. Lítium-polymér (LiPol). Tento typ batérie bol navrhnutý tak, aby nahradil prvú generáciu LiIon. Konštrukcia je založená na prechode polymérov do polovodivého stavu pri vystavení iónom. Hlavným rozdielom od lítium-iónových batérií je použitie pevného elektrolytu. Moderné LiPol batérie môžu byť vyrobené vo flexibilnej forme, pričom hrúbka článkov je jeden alebo viac milimetrov. Počet nabíjacích cyklov je 800-krát, nedochádza k pamäťovému efektu. Aby sa zabránilo vzniku požiaru alebo výbuchu, všetky batérie sú vybavené elektronickým obvodom, ktorý riadi nabíjanie a neumožňuje prehriatie.
5. Zariadenie na olovenú kyselinu bolo vyvinuté v roku 1859. Konštrukčne je batéria zostavená zo šiestich batérií s menovitým napätím 2,2 voltov, zapojených do série. Každý prvok je súprava olovených mriežkových dosiek. Doštičky sú potiahnuté aktívnym materiálom a ponorené do elektrolytu. Batéria má hodnotu samovybíjania šesťkrát nižšiu ako NiCd a dobre znáša silné zaťaženie. Nevýhodou je veľká hmotnosť a rýchle zhoršenie výkonu v mraze. Pri hlbokom vybití presahujúcom osemdesiat percent sa životnosť batérie drasticky zníži.
6. Héliové batérie. Vyrobené technológiou AMG a GEL s naviazaným elektrolytom. Vyznačujú sa nízkym samovybíjaním a vydržia asi dvesto cyklov nabíjania a vybíjania. Pri rekuperácii energie vyžadujú 10 % nominálnej kapacity batérie. Nevýhodou tohto typu je, že sa batéria nemusí zahrievať, pretože je možné tekuté hélium.

Princíp fungovania batérií je založený na chemických reakciách, ktoré prebiehajú pri vzájomnej interakcii rôznych materiálov. Tieto procesy sú reverzibilné, cykly akumulácie a uvoľňovania energie sa môžu mnohokrát opakovať. Puzdro batérie je vyrobené z uzavretého typu s koncovými vodičmi.

Všetky moderné batérie sú bezúdržbové.

Typy nabíjačiek batérií

Kapacita a doba používania batérie závisí od podmienok jej používania a výberu spôsobu nabíjania. Kvalitná nabíjačka by mala zabrániť prebíjaniu batérie a byť chránená pred prehriatím. Existujú dva spôsoby kontroly nabíjania:

• podľa prúdu;
• napätím.

Prvý spôsob sa používa pre NiCd a NiMh akumulátory a druhý pre olovené, LiIon a LiPol akumulátory. Automatické nabíjačky batérií využívajú pri svojej práci špecializované mikroobvody, ktoré riadia celý proces obnovy energie.

Nabíjačka s reguláciou prúdu

Takéto zariadenia sa nazývajú galvanostatické. Hlavnou charakteristikou nabíjačky je množstvo prúdu, ktorým sa batéria nabíja. Nabite batériu správne a predĺžiť jeho výkon, ukáže sa to až pri výbere požadovanej hodnoty hodnoty, ako aj rýchlosti nabíjania. Čím vyšší prúd, tým vyššia rýchlosť, ale vysoká hodnota rýchlosti nabíjania vedie k rýchlej degradácii batérie. Automatické nabíjačky nastavujú hodnoty prúdu rovné desiatim percentám kapacity batérie (0,1C).

Aby sa eliminoval efekt samovybíjania, po ukončení nabíjania sa nabíjačka prepne do režimu dobíjania nízkym prúdom. Niektoré zariadenia na rekuperáciu energie sú vybavené schopnosťou rýchleho nabíjania, pričom prúd stúpa na 1C kapacity batérie. Často sa neodporúča používať tento režim z dôvodu zníženej životnosti energetických článkov.

Nabíjanie batérie je ukončené, ak sa nabíjací prúd nezmení po dobu troch hodín.

Nabíjačka s reguláciou napätia

Zariadenia pracujú v potenciostatickom režime. Samotný proces pozostáva z dvoch fáz, v prvej je riadený prúd a v druhej napätie. Ukončenie nabíjania nastáva pri hodnote poklesu prúdu o nastavenú hodnotu alebo po určitom čase. Olovené a lítium-iónové batérie sa nabíjajú pomocou odlišných algoritmov ako nikel-kadmium a nikel-metal hydrid. V druhom prípade existujú tri rýchlosti nabíjania: pomalé (0,1 C), rýchle (0,3 C) a ultrarýchle (1 C). Nabíjanie batérie sa zastaví, keď dosiahne nastavenú hodnotu napätia.

Požiadavky na nabíjačky

12-voltové batérie sa častejšie používajú v automobiloch a zdrojoch neprerušiteľného napájania. Na obchodných poschodiach nájdete hotové automatické nabíjačky pre 12V batérie. Hlavné požiadavky na ne sú nasledovné:

1. Súčasná regulácia. Nabíjacie zariadenie musí byť schopné regulovať nabíjací prúd automaticky aj manuálne.
2. Účtovanie za kúrenie. Nabíjačka musí kontrolovať teplotu. Teplota batérie sa počas procesu nabíjania mení, pričom je správne meniť napätie na nej. Napríklad, ak teplota stúpne o 5 stupňov, napätie na batériách sa musí znížiť o 0,1–0,2 voltu. Pri silnom zahrievaní by sa mal proces nabíjania zastaviť.
3. Nabíjanie v niekoľkých fázach. Stupňovanie nabíjacieho procesu v nabíjačke umožňuje predĺžiť životnosť batérie. Prvá fáza spočíva v analýze stavu batérie a v prípade potreby jej vybití na prahovú hodnotu (eliminácia pamäťového efektu). Druhým stupňom je nabíjanie zvýšením napätia a znížením intenzity prúdu. V tretej fáze prebieha dobíjanie pri zachovaní minimálneho prúdu a napätia.
4. Pracovná teplota. Nabíjačka musí zabezpečiť bezproblémovú prevádzku v širokom rozsahu prevádzkových teplôt.
5. Všetky fázy, ktoré sa vyskytujú, by mali byť ľahko identifikovateľné na indikátoroch zariadenia.
6. Nabíjačka musí byť chránená proti skratu a prepätiu na vstupe a výstupe.

Všetky procesy v automatickej pamäti sú riadené mikroprocesormi. Vďaka nim digitálny prístroj nevyžaduje zásah a sám si vyberie potrebné napätie a nabíjací prúd. Pri použití takýchto zariadení je úplne vylúčená možnosť prebitia batérie. Nedávno, v pamäti, začali používať nie konštantný signál, ale pulzný, poskytujúci efektívny a jemný režim. Zo všetkých modelov na trhu je možné rozlíšiť nasledujúce nabíjačky:

• yundai 400 НY.
• Daewoo DW450.
• WelleAwO5-1208.
• Dexa Star SM150.
• Vitals 2415ddca.

Univerzálny DIY prístroj

Požiadavky na zariadenie, ochrana batérie pred prebitím, keď napätie dosiahne 13,7 voltov. Napájanie samotného zariadenia sa vykonáva z externý zdroj s napätím 20-25 voltov. Nabíjačka neobsahuje vzácne rádiové prvky, ľahko sa nastavuje a má ochranu proti skratu.

Ako regulátor prúdu je použitý integrovaný obvod na LM317, jeho hodnota sa nastavuje prepínačom SB1. Druhý mikroobvod je zapnutý podľa princípu obmedzenia napätia. Požadovaná hodnota je nastavená odpormi RP2 a RP1. Po dosiahnutí nastaveného napätia sa proces nabíjania zastaví. Potom je možné batériu kedykoľvek pripojiť bez obáv z prebitia.

Komparátor DA4 sa používa na riadenie LED indikácie. Ako indikácia je použitá dvojfarebná dióda. Červená farba označuje predbežné vybitie, zelená označuje nabíjanie.

Pri inštalácii batérie sa jej napätie porovnáva s druhým výstupom komparátora. Tranzistor pracujúci v režime kľúča VT1 je otvorený a prúd prechádzajúci vodičmi LED spôsobuje, že svieti na červeno. Druhý a štvrtý vstup komparátora prijíma napätie zo Zenerovej diódy VD5, rovnajúce sa 6 voltom. Tranzistor VT3 je zapojený podľa obvodu sledovača zdroja. V batérii, ktorá vyžaduje nabíjanie, vypne zostavu obmedzovača napätia, takže funguje iba obmedzovač prúdu.

Akonáhle sa napätie na batérii priblíži k nastavenej hodnote a je 12,8 voltov, na prvej svorke komparátora sa objaví vysoká úroveň. Hranica sa nastavuje zberom RP3 a RP4. Tranzistor VT1 sa zatvorí a premení druhý a štvrtý výstup mikroobvodu na inverziu. Červená LED zhasne a rozsvieti sa zelená. VT3 sa zatvorí a obmedzovač napätia začne fungovať.

Stabilizácia 12V napájacieho zdroja pre riadiacu a zobrazovaciu jednotku sa vykonáva pomocou integrovaného stabilizátora DA3 7812. Keďže sa vypínače počas nabíjania zahrievajú, musia byť nainštalované na radiátore. Chladiaci systém je zapnutý na VT4. Ak sa radiátor začne zahrievať, termočlánok vyšle signál do tretej nohy komparátora, ktorý otvorí tranzistor VT4 a zapne ventilátor.

Nastavenie so správnou montážou a servisovateľnými dielmi spočíva v nastavení požadovaných parametrov nabíjania. Na vstup sa privedie signál 20 voltov a skontroluje sa prítomnosť 12 voltov na 3 vetve komparátora. Na svorke X2, bez pripojenia záťaže, sa pomocou premenlivého odporu RP1 nastaví napätie 12,8 V. Variabilný odpor RP3 dosiahne stav, v ktorom LED svieti na zeleno. RP5 slúži na nastavenie momentu zapnutia ventilátora.