|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Герметичні свинцево-кислотні акумулятори у радіоаматорській практиці. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи 1. Спочатку пряники, батоги потім… Герметичні свинцево-кислотні акумулятори (SLA) - найбільш доступні за ціною вторинні джерела струму, що перезаряджаються. Доступні, у нинішній економіці, означає, по-перше, наявність у продажу типових батарей напругою 6В і 12В, ємністю від одного до тисячі А*год, по-друге, те, що за 1 вічнозелений у.о. можна купити від 1.5 до 6 Вт*год. номінальної ємності. Найменша цифра відповідає малим батареям, велика – більшим. Що ще у плюсі? Відносно повільний саморозряд (не більше 5% ємності на місяць за кімнатної температури), відносна довговічність за умови неглибоких циклів розряду. Відсутність "пам'яті" (притаманною нікель-кадмієвим акумуляторам). Допускається постійний "плаваючий" підзаряд у черговому режимі (саме так працюють автомобільні акумулятори). У порівнянні зі свинцево-кислотними акумуляторами з рідким електролітом, герметичні акумулятори, звичайно, виграють в експлуатаційній безпеці (немає шкідливих випарів, допустима робота в будь-якому положенні). А ще – герметична батарея менш критична до умов заряду, її складніше вбити неписьменним зарядом. Справа в тому, що гелевий електроліт підібраний так, що батарея ніколи не заряджається повністю (з погляду хіміка). Отже, виділення газу при перезаряді немає, оскільки перезаряду просто немає. Не означає, що про контроль режиму заряду можна забути. Не можна. Про це далі. Що у мінусі? По-перше, низька питома ємність - 25...35 Вт*год на кілограм маси, або 60...100 Вт*год на літр об'єму. По-друге, суттєве скорочення життя батарей при глибоких циклах розряду, а також при систематичному розряді великими струмами. По-третє, істотна залежність напруги та внутрішнього опору від глибини циклу. 2. Про передчасну старість Термінологія: у практиці прийнято позначати інтенсивність розряду у вигляді безрозмірних "одиниць С". 1С (один-це) чисельно дорівнює ємності батареї при розряді постійним струмом протягом 20 годин. Повний розряд визначається як розряд до 1.8В на банку при кімнатній температурі (тобто до 5.4 та 10.8В для 6В та 12В батарей). Величина 1.8В встановилася досвідченим шляхом як нижня межа, при розряді нижче за яку струмом 0.05С починається незворотне передчасне старіння батареї. Таким чином, якщо дослідним шляхом для батареї визначено, що для того, щоб за 20 годин розрядити її від повністю зарядженого стану (2.1-2.3В на банку) до 1.8В на банку, потрібен розрядний струм 150мА, то номінальна ємність батареї встановлюється 3.0 А * год (=0.15А * 20ч). Інтенсивність струму 1С даної батареї відповідає струму розряду 3А, 2С - струму розряду 6А тощо. Якщо обмежити розряд досягненням заданого мінімуму напруги, тих же 10.8В - виявиться, що реальна ємність на струмі 1С скоротиться приблизно вдвічі порівняно з номінальною (див. графік). А ось поріг незворотного старіння при великій інтенсивності розряду (1C і вище), навпаки, суттєво знижується – до 8В.
Багаторазовий розряд батареї до напруг, що знаходяться нижче штрихової лінії, призводить до виходу батареї з ладу. На практиці, SLA працюють у двох режимах – буферному та циклічному. У разі буферного режиму батарею постійно підключено до зарядного пристрою. Якщо в електричній мережі є напруга, то після заряду батарея протягом тривалого часу перебуває під дією кінцевої напруги заряду. Слабкий струм, що протікає через батареї, компенсує саморозряд батареї та постійно підтримує батарею у повністю зарядженому стані. У разі відключення напруги в електричній мережі, батарея розряджається на підключене до неї навантаження. Буферний режим роботи характерний для систем безперебійного живлення постійного та змінного струму, які широко застосовуються для комп'ютерів, комунікацій та безперервних виробництв. А також – автомобільних акумуляторів при регулярній експлуатації машини. При циклічному режимі роботи акумулятор заряджають, а потім відключають від зарядного пристрою. Розряд батареї проводиться за необхідності. Циклічний режим роботи використовується під час роботи різних переносних або перевезених пристроїв: електричних ліхтарів, засобів комунікацій, вимірювальних приладів. Виробники акумуляторів зазвичай вказують у переліку технічних характеристик, для якого режиму роботи призначений той чи інший акумулятор. Отже, якщо Ви вирішили запитати від батарей розжарення в ламповому підсилювачі, то це циклічний режим (як приємно дізнатися, що все життя говорив прозою…). Але чи означає це, що можна просто розряджати батарею до гранично допустимих лампами 5.7 чи 11.4В? Насправді, нехай цей режим свідомо безпечніший за розряд до "аварійних" 5.4 або 10.8В, він при неправильному виборі батареї призведе до досить глибоких циклів розряду, і тим самим скоротить термін її служби. Глибина циклу розряду визначається як відношення реально відданих у навантаження ампер-годин до ампер-годин, що відповідає розряду до порога незворотного старіння. Ампер-годинник у знаменнику співпадатиме з номінальною ємністю тільки для інтенсивності розряду 0.05С. На практиці як знаменник використовується саме номінальна ємність (тим більше, що і постійний струм розряду - не більше, ніж ідеальне наближення).
Глибина циклу (якщо повторюється від циклу до циклу) визначає термін служби батарей. За 100% глибини циклів термін служби SLA не перевищить 200-300 циклів. Довідково, акумулятори з рідким електролітом рідко витримують більше 20 глибоких циклів. При 30% глибині циклів кількість їх потроюється. Знаменита Оптима гарантує виживання при 100 циклах "у нуль" (у автора така батарея служить четвертий рік, але жодного глибокого циклу "у нуль" так і не було...). 3. Приклад із життя Тепер давайте рахувати. У кожному каналі підсилювача -пара ламп 6С4С (6В, 2А). Необхідно забезпечити мінімальний час роботи між зарядами 8 годин. У цьому напруга має опускатися нижче 5.7В (по ТУ лампи), глибина циклу трохи більше 50%. З останньої вимоги випливає, що ємність батареї - не менше 32А * год на канал (= 2А * 8ч / 50%). Інтенсивність розряду такої батареї 0.06С (=32А*ч/2). З графіка випливає, що за 8 годин її напруга впаде всього до 12.0-12.2В. Є запас! Але тільки біля свіжої батареї. Якщо Ви не забудете її вчасно заряджати, то приблизно через 500 циклів (півтора року щоденного задоволення) напруга за 8 годин падатиме до тих самих 5.7В, якщо не гірше… Ставте автоматику на відключення при недостатній напрузі, обов'язково ставте! До речі, 32А * год підозріло близько до значення ємності автомобільного акумулятора (50-65 А * год). Так що для струмів 2А і вище автомобільний акумулятор, що не обслуговується, - цілком обґрунтована (за ціною) альтернатива. Ось з екологією та безпекою у них проблеми. З іншого боку, якщо велика АКБ не вписується в конструктив, можна абсолютно без побоювання запаралелити кілька менших батарей (бажано, але не обов'язково - однієї серії, одного виробника, одного "віку" з початку експлуатації). А може, спробувати буферний (черговий) режим, щоб заряджати постійно, без будь-якої автоматики? Тумблер вгору – батарея розряджається, лампи грають, тумблер вниз – йде заряд, лампи… відключені від батарей! Нормальний режим заряду – заряд постійною напругою 2.4-2.5В на банку, на затискачах 6В батареї буде до 7.5В – лампи так недовго протягнуті (особливо якщо анодне живлення вимкнено). При буферному режимі ресурс батареї залежить від температури. Найбільш сприятливою температурою для батареї вважається температура 15-20 градусів за Цельсієм. Збільшення температури на 10 градусів зменшує ресурс батареї вдвічі. На малюнку представлена типова залежність ресурсу від температури акумуляторів з розрахунковим ресурсом 5 -7 років. Резюме – не ставте батареї в одному корпусі разом із лампами, пентіумами тощо. гарячі об'єкти. Ви запитаєте - а як же під капотом у машині... ну, по-перше, автомобільний акумулятор спеціально розрахований на широкий діапазон температур, по-друге, теплоємність АКБ настільки велика, що суттєво прогріти її навіть під капотом непросто.
У згаданому прикладі термін служби накальної батареї при щоденних 50% циклах - півтора роки. А чи більше можна? У реальних умовах експлуатації стаціонарних акумуляторів потрібно враховувати зменшення ресурсу батареї у разі великої кількості випробуваних її розрядів. Для 5-річних батарей реальний ресурс буде не більше 3-х років, якщо батарея буде відчувати в середньому один 30-відсотковий розряд на день або один повний розряд на тиждень. 4. Детальніше про заряд Найкращий режим заряду батареї при невеликій (не вище 75%) глибині розряду - заряд постійним напругою. Різні виробники дають незначні значення, загальноприйнятним є напруга 2.4В на банку при циклічному заряді (14.4В для 12В батареї). У буферному режимі напруга може бути меншою, 2.3 на банку. При заряді повністю розрядженої батареї цей режим призводить до перевантаження по початковому струму, тому використовується комбінований режим обмеження струму та напруги. Зазвичай він називається режимом заряду IU. Розряджену батарею спочатку заряджають постійним струмом, що чисельно (в амперах) не перевищує 0.1-0.3 номінальної ємності батареї (в ампер-годинах). Наприклад, для батареї ємністю 100 А * годинник заряду не повинен перевищувати 10-30 ампер. У міру заряду батареї напруга на батареї збільшується (при постійному струмі). Після того, як напруга на батареї досягне кінцевої напруги заряду, струм заряду починають зменшувати, зберігаючи напругу незмінною. Кінцева напруга заряду за температури 20 градусів Цельсія дорівнює 2.25-2.3 вольта на елемент батареї. Для батареї з номінальною напругою 12 В (6 елементів) кінцева напруга заряду дорівнює 13.5-13.8 В. Якщо батарея експлуатується за інших температур, то для збільшення ресурсу батарей рекомендується зменшувати кінцеву напругу заряду до 2.2-2.25 В/ел при температурі 40 градусів і збільшувати напруга до 2.35-2.4 при температурі 0 градусів. Застосування такої температурної компенсації зарядної напруги дозволяє збільшити ресурс батареї за 40 градусів Цельсія на 15 %. Для повного заряду батареї рекомендується проводити заряд протягом 24 годин. Якщо необхідний швидший (протягом 8-10 годин) заряд батареї у разі циклічного режиму експлуатації, кінцеву напругу заряду збільшують до 2.4-2.48 В/ел (при 20 градусах Цельсія) і обов'язково обмежують час заряду відповідно до залишкового заряду батареї перед зарядкою . Ось приклад аналогічної інструкції для АКБ Fiamm GS (джерело - slt.ru): Зарядний пристрій з постійною напругою струму заряду Відносно великий струм застосовується на стадії початкової заряду батареї. Коли напруга батареї досягне встановленого рівня, зарядний пристрій перемикається з постійного струму на режим постійної напруги. Протягом цієї фази величина зарядного струму починає зменшуватися до рівня мінімального зарядного струму, відомого як струм, що підтримує. Значення, наведені в таблиці, прийняті як стандартні. Нормативні значення електричних величин для зарядного пристрою з постійною зарядною напругою
Примітки: Для батарей, що використовуються в циклічному режимі, рекомендується використовувати датчик, що дозволяє перервати процес заряду після досягнення попередньо заданої величини напруги, або таймер. Температурний коефіцієнт необхідно враховувати, якщо заряд батареї відбувається при температурах нижче +100З або вище +300С Система прискореного заряду (тільки для батарей, що працюють у циклічному режимі)При прискореному заряді батареї необхідно використовувати пристрої, укомплектовані блоком температурної компенсації та термічним запобіжником, що дозволяють запобігти недостатньому заряду батареї при низькій температурі або її перегріву за високої температури навколишнього середовища. Нормативні значення електричних величин для режиму прискореного заряду батареї наведено у таблиці:
Примітки: На батареї повинен бути встановлений термостат або термічний запобіжник або необхідно використовувати таймер, що дозволяє вчасно припинити процес заряду. Максимальна величина початкового зарядного струму для батарей, ємністю більше 10 Ач, повинна відповідати наступному співвідношенню: I = C максимум Зверніть увагу на останній абзац. Він того вартий. Особливо якщо багато батарей замуровано в ящику, що погано вентилюється - перегрів можливий навіть при звичайному (не прискореному) заряді, нехай не катастрофічний, але все одно скорочує життя батарей. 5. Простий зарядний пристрій (повільний заряд IU) Для заряду невеликих батарей найбільш зручна типова схема на ІВ сімейства LM117, LM 196, LM317 (142ЕН12, 1151ЕН1, 1157ЕН1). Джерело - "Мікросхеми для лінійних джерел живлення", М, Додека, 1998, стор.97, 122 та ін).
Поріг обмеження струму визначається R4 (з урахуванням допустимого струму і потужності розсіювання мікросхеми). Насправді, коли джерело живлення конкретного типу батарей вбудовується безпосередньо в апаратуру - регулювання граничного струму не потрібна, можна взагалі виключити ланцюг обмеження струму (Т2), передавши цю функцію вихідному опору фільтра джерела живлення. При великих струмах зручніше використовувати дискретні стабілізатори з прохідними N-МДП або складовими транзисторами npn, керовані інтегральним стабілізатором. Незручність МДП - відносно висока порогова напруга - у малопотужних ЗУ вирішується підвищенням напруги основного (єдиного) джерела живлення, потужних (див. малюнок) - подвоювачем напруги.
Номінали дільників стабілізатора напруги (IC1) вказані для 6В батарей, номінали ємностей фільтра та резисторів стабілізатора струму (Т2) - для зарядних струмів не більше 2.5А, що достатньо для батарей ємністю до 10-15 А * год. Трансформатор на вихідну напругу 9В хх, 5А струм. Шуми, що перемикаються в ланцюгу, база-емітер Т2 задають граничний струм заряду. Діод D11 – діод Шоттки на струм не менше 10А – захищає від переполюсування батарей. Налаштування зводиться до завдання напруги стабілізації на еквіваленті навантаження 10 Ом (R6) та підбору шунтів R5. 6. Джерело негативної напруги в автомобілі Для харчування кросоверів тощо. пристроїв на ОУ з безпосереднім зв'язком можна поставити просте імпульсне джерело негативної напруги. А краще – батарею. Набагато краще! Ось тільки ця батарея повинна бути не на 12, а на 6 Вольт. Поясню. Швидше за все, ця батарея буде віддавати струм практично завжди, коли працює двигун. А заряджатися зможе лише на стоянці. Але зарядити 12В свинцеву батарею від іншої 12В батареї неможливо. Це навіть не буферний режим, а голодування. Потрібен генератор, що видає 14В, але де його взяти, на стоянці...
Для живлення кросовера зі струмом споживання 20мА достатньо батарейки на 6В, 1.2Ач (розміром трохи більше пачки цигарок). Режим заряду IU (200мА, 7.2). При вимкненому сигналі REMOTE батарея постійно заряджається від бортмережі (мінус на землю плюс на вихід стабілізатора - стан оптронів як показано на схемі). При включенні сигналу REMOTE батарея комутується плюсом на землю мінусом на навантаження (шину живлення ОУ). Струм заряду обмежений резистором R3 на рівні 75 мА. Повністю заряджена батарея Fiamm 10121 у такому режимі забирає у бортмережі приблизно 15мА при кімнатній температурі. Ланцюжок R7-T1 блокує розряд батареї на дільник R5-R6 при відключенні від бортмережі (передбачається, звичайно, що REM IN при цьому знято і навантаження від батареї вимкнено). Струм по шині REMOTE 20mA. Таймер D1-C1-R1-IC1-IC2-FU1 затримує на 2 секунди передачу сигналу REM IN на вихід. Резистор R0 потрібен лише для розряду ємності таймера, у практичних схемах його можна виключити або замінити на індикаторний ланцюг зі світлодіодом. Діоди D1-3 – будь-які на постійний струм 1А. Оптрони КР293КП9А, КР293КП3А можна замінити будь-якими МДП оптронами на струм не менше 200мА (293КП з літерою А). При комутації батареї оптроном КР293КП9А з "противофазними" ключами в одному корпусі наскрізного струму при комутації я не спостерігав при заміні на інші оптрони - слід переконатися, що його немає. Запобіжники FU1, FU2 - спрацювання, що самовідновлюються на струм, 200мА. У фільтрі живлення на виході джерела -6В слід обмежитися мінімальною ємністю, щоб не перевантажити оптрони при комутації (до речі, додають 10 Ом до вихідного опору батареї). 293 серія не для амперних струмів! Це для "дорослих" реле. Це тема наступного проекту - ЦАП із повністю батарейним живленням... але про це ще рано... Публікація: klausmobile.narod.ru
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Один фотон розділений на три заплутаних окремих фотона
▪ Розділ сайту Електрику. ПУЕ. Добірка статей ▪ стаття Симона Вейль. Знамениті афоризми ▪ стаття За яких умов вітер може зробити зі снігу рулони? Детальна відповідь ▪ стаття Датчик руху – захисник автомобіля. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Монети магічно розмножуються. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua | |||||||||||||||||||||||||||||
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page