|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Експлуатація герметичних Ni-Cd акумуляторів
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи Широке поширення герметичних Ni-Cd (дискових та циліндричних) акумуляторів зумовило і великий інтерес до питань їх експлуатації, методів та пристроїв для їх заряджання. На ці теми було опубліковано чимало статей, зокрема й у журналі "Радіо". В останні роки, у зв'язку з появою нової побутової техніки, що працює від акумуляторних батарей (АБ), інтерес до цієї теми значно зріс. Однак статей, присвячених експлуатації акумуляторів, не так багато. Причина такого становища цілком об'єктивна: проведення досліджень з експлуатації АБ – заняття досить тривале та трудомістке. І в повному обсязі воно непосильне для радіоаматорів. Це, звичайно ж, не означає, що радіоаматорам не слід займатися подібними роботами - просто до отриманих результатів слід ставитися критично і не робити узагальнень на основі одиничних результатів. Характерний приклад - широко відомий метод заряджання акумуляторів асиметричним струмом [1, 2]. Про його достоїнства всім було добре відомо, неясним залишалася лише одна дрібниця - звідки він узявся взагалі, що стало першоджерелом. Але така "дрібниця" явно нікого не бентежила, оскільки після двох-трьох публікацій, заснованих на цьому методі зарядних пристроїв, можна було сміливо писати: "...як добре відомо, заряджання акумуляторів асиметричним струмом дозволяє..." і далі за текстом . Ще один приклад – метод Вудбріджа, на який так часто посилаються. Він був розроблений в ті роки, коли для потреб автомобільної промисловості, що розвивається, почався масовий випуск акумуляторів і питання їх експлуатації стали настільки актуальними, що зажадали залучення науки. Ця методика була створена для конкретних (кислотних) акумуляторів і обґрунтування для розширення області її застосування невідомі. Інакше кажучи, застосування цієї методики інших акумуляторів нічим не обгрунтовано. У результаті ситуація сьогодні стала настільки заплутаною, що розібратися в ній стало просто нереально. Це підтверджують і сумлінно проведені деякими авторами огляди на тему і спроби отримати з його основі практичні висновки - автори навіть помічають протиріч у джерелах, куди вони посилаються. Набагато рідше зустрічаються справді серйозні видання, до яких можна віднести [3]. У статті поставлено скромніше, а тому й цілком реальне завдання – викласти накопичений автором досвід із цієї теми. Ще раз нагадаємо, що стаття присвячена лише герметичним Ni-Cd акумуляторам вітчизняного виробництва, тому при застосуванні всіх її положень до інших акумуляторів слід виявляти критичність та обережність. p align="justify"> Основна характеристика електричних акумуляторів - кількість запасеної в них енергії, для вимірювання якої зазвичай застосовують позасистемну одиницю вимірювання - кВт-год або кратні їй значення. На практиці зручніше користуватися іншою характеристикою акумуляторів -запасеним у них зарядом. Її зазвичай називають ємністю. У системі СІ заряд вимірюють у кулонах (1 Кл = 1А х 1 с), але частіше користуються також позасистемною одиницею виміру – А-год, а для акумуляторів невеликої ємності – мА-год. До цього параметра настільки звикли, що часто забувають (або взагалі не знають), що основним показником акумулятора є все ж таки кількість запасеної енергії, а не ємність. Зв'язок між енергією Е акумулятора і ємністю визначається найпростішою формулою: Е = С x Ucp, де Ucp - середня напруга акумулятора. Цей вираз забезпечує достатню для практики точність. Більше точно енергію обчислюють через інтеграл. Номінальною ємністю називають типове значення, яке наводиться в характеристиках акумуляторів. Вона, в першу чергу, визначається конструкцією акумулятора та технологією виготовлення. Саме остання причина (точніше, технологічний розкид при виготовленні) призводить до того, що ємність акумуляторів, навіть в одній партії випуску, має розкид до двох і більше разів. У літературі іноді вказують, що АБ збирають із близьких за ємністю акумуляторів, але за умов масового виробництва це, звичайно, просто нереально. У СРСР номінальна ємність нерідко визначалася за принципом "менш меншого", що забезпечило запас, що дозволив згодом "збільшувати" ємність АБ 7Д-0,1 та інших акумуляторів просто зміною цифр на етикетці. Нині 7Д-0,1 перетворилися на 7Д-0,125. Важливо відзначити, що ємність - величина багатофакторна, оскільки навіть для конкретного екземпляра вона залежить від цілого ряду параметрів: температури навколишнього середовища, режимів зарядки і розрядки тощо. визначення, оскільки лише зміною методики нескладно "змінити" ємність у кілька разів. Але зазвичай саме методика і не наводиться. У процесі експлуатації напруга акумулятора зменшується від максимальної до мінімальної. Мінімальною називають напругу, при якій енергія (заряд) акумулятора, що залишилася, незначна і подальша експлуатація недоцільна, оскільки при цьому ще й різко знижується напруга (при повній розрядці вона дорівнює нулю). Для Ni-Cd акумуляторів мінімальна напруга становить близько 1, і це значення - чіткий критерій завершення розрядки. Таким чином, робочою областю для акумулятора є інтервал напруги від максимального до мінімального. У робочій області залишок енергії (заряду) можна орієнтовно визначити за напругою на акумуляторі. Номінальною називають напругу, середню між максимальною та мінімальною; саме його зазвичай і наводять у довідкових даних на акумулятор. Для Ni-Cd акумуляторів ця напруга становить приблизно 1,2 Ст. Номінальна напруга акумулятора, як і будь-якого іншого гальванічного елемента, визначається лише його електрохімічною системою, тобто гальванічною парою та електролітом. Змінити це значення конструктивно чи технологічно неможливо. Після закінчення зарядки та відключення зарядного пристрою напруга акумулятора (UM3) максимальна і становить приблизно 1,43...1,45 В. Воно швидко знижується і через 10...25 хв досягає стабільного значення UMp, що дорівнює 1,37... 1,39 В. Розкид цих значень здебільшого обумовлений похибкою вимірювань, але велика точність і не потрібна. Основна проблема експлуатації акумуляторів пов'язана з їх заряджання і зумовлена відсутністю надійного критерію її закінчення. Використання напруги на акумуляторі малоефективне, оскільки воно може бути досягнуто ще до повної зарядки. Цей критерій часто застосовувався у аматорських конструкціях. В останніх публікаціях вказують, що одного критерію недостатньо, потрібні додаткові, і як один з них пропонують вимірювання температури акумулятора. Температура - важливий параметр, оскільки вона дозволяє визначити, куди "іде" електроенергія - на зарядку або на нагрівання, тобто дозволяє визначити стан акумулятора, але не ступінь його зарядженості. До цього ще можна додати, що за інших рівних умов великою мірою виявлятиметься вплив температури навколишнього середовища. Зі викладеного можна зробити не надто втішний висновок - сьогодні надійних критеріїв закінчення зарядки не існує. Точніше, один такий критерій все ж таки є, і про нього буде сказано нижче, але при всій його зовнішній простоті реалізація його дуже проблематична. Відсутність надійних критеріїв закінчення заряджання, безумовно, прикро, оскільки не дозволяє забезпечити повний заряд акумулятора. Але ж акумулятори десятки років успішно експлуатувалися. І перше питання, яке виникає, - а наскільки реально необхідний справді повний заряд? У реальних умовах різниця в ємності до 15% практично невідчутна, а це значно менше від розкиду по ємності у різних екземплярів. Конструкція герметичних акумуляторів виконана так, що герметизація забезпечується тиском газів усередині корпусу. При зарядженні цей тиск зростає, і якщо він досягне межі плинності матеріалу корпусу, акумулятор здувається. При цьому порушуються контакти, що призводить до повного виходу з ладу акумулятора. Для дискових акумуляторів іноді можливе відновлення працездатності – їх треба стиснути в лещатах (через ізолюючу прокладку) до колишніх розмірів. У більш важких випадках акумулятори розкриваються (тихий вибух), і їх неможливо відновити. Тиск газів може бути надійним критерієм закінчення зарядки, у разі, воно дозволяє визначити кордон, яку подальша зарядка стає небезпечною. Але практична реалізація цього методу проблематична навіть акумуляторів великий ємності, а малої - просто нереальна. У процесі розрядки тиск падає, і при напрузі нижче за мінімальний він може знизитися до рівня, який не забезпечує герметичність, що призведе до витікання електроліту. Крім інших неприємностей, електроліт, що витік електроліт, шунтує електроди акумулятора, після чого через поверхневі витоки збільшується струм саморозрядки. Тривале зберігання розрядженого акумулятора виводить його з експлуатації. Відомо, що акумулятори, які довго не працювали, втрачають ємність і працездатність. Відновити їх можна за кілька циклів заряджання-розряджання. При цьому не має значення, як саме це зробити – "пожвавлення" відбудеться у будь-якому випадку. З часом відбуваються природні процеси старіння та характеристики акумуляторів погіршуються. Термін служби акумуляторів зазвичай 3-5 років, але при нормальній експлуатації вони надійно працюють по 10 і більше років. Насправді найбільш поширений так званий стандартний режим зарядки - в акумулятор "закачують" 150% номінальної ємності, заряджаючи його протягом 15 год струмом 0,1 С. ККД акумуляторів, тобто відношення енергії, що віддається, до отриманої, з ряду причин визначити дуже складно, тому цей показник зазвичай не наводиться. Для невеликих акумуляторів він взагалі несуттєвий, оскільки втрати в зарядному пристрої свідомо більше. Суто орієнтовно його можна визначити виходячи з наведеного вище стандартного режиму заряджання - 0,65 (65%). Стандартний режим чудово себе зарекомендував практично, і саме його вважатимуться эталонным. Реалізує його зарядний пристрій може бути гранично простим і містити випрямний діод і резистор, що гасить. Перевагою методу є і те, що він здатний заряджати навіть "напівживі" акумулятори. Разом з тим він має і дві істотні недоліки: тривалий час зарядки та небезпека перезарядки. Щоправда, останнє пов'язане вже не зі способом, а з людиною – найчастіше просто забувають вчасно відключити зарядний пристрій. У цього способу є лише один неясний момент – звідки взялася ця 0,1С? Чіткої відповіді немає, і за давністю років її навряд чи можна отримати, тому залишається лише припустити, що такий режим було обрано просто з компромісних міркувань. При меншому зарядному струмі неприпустимо зростав час зарядки (при 0.05С - 30 годин), а при більшому необхідно збільшити потужність зарядного пристрою і, відповідно, його габарити, вага і ціну. Проведені автором експерименти з АБ 7Д... показали, що заряджання струмом, що дорівнює ємності акумулятора, не призводить до його пошкодження. Дуже цікавим та перспективним є метод заряджання акумуляторів від джерела стабільної напруги. Для певності назвемо його зарядкою стабільною напругою (ЗСН). Повністю виключити перезарядку можливо, застосовуючи метод ЗСН, що дорівнює максимальному напрузі акумулятора. Правда, не зовсім ясно, якою саме має бути ця напруга: UM3 або UMp, і для страховки краще прийняти менше з них – UMp. На початку заряджання струм максимальний, через короткий час у більшості випадків він ще трохи зростає (мабуть, знижується внутрішній опір акумулятора). Потім, у міру зарядки акумулятора та збільшення його напруги, струм зменшується і в кінці зарядки асимптотично підходить до нуля, точніше – до струму саморозрядження акумулятора. При зарядженні повністю розрядженого акумулятора початковий кидок струму може бути неприпустимо великим і його слід обмежити, наприклад, включенням в зарядний ланцюг струмообмежуючого резистора. Основний недолік цього - він забезпечує заряд в 60...70 % від номінальної ємності. Тому застосовувати його доцільно для акумуляторів резервного живлення, наприклад, в електронному годиннику. Деяке зниження ємності акумулятора для таких пристроїв не має суттєвого значення, набагато важливіше забезпечити тривалу та надійну роботу. Цей спосіб доцільно застосовувати і тоді, коли потрібно за 15...20 хв. привести акумулятор у робочий стан. Причина, через яку такий режим не забезпечує повної зарядки акумуляторів, цілком очевидна - необхідне збільшення напруги живлення. При цьому зарядний струм асимптотично прагне не нуля, а деякого мінімального значення. Ця, по суті, стабілізація зарядного струму і може бути критерієм закінчення зарядки. Є й інший, більш надійний і найпростіший у реалізації критерій - зниження зарядного струму до значення, близького до мінімального. Для практичної реалізації запропонованого методу необхідно експериментально підібрати режим заряджання для конкретного акумулятора: визначити зарядну напругу та струм закінчення заряджання. Схема автоматичного зарядного пристрою (ЗП) показана на рис. 1. Воно дозволяє заряджати АБ з будь-яким ступенем розрядки, у тому числі повністю розряджені. Номінальний час зарядки АБ 7Д-0.125, розряджених до 1 на акумулятор, становить приблизно 1,5 год. Для АБ з меншим ступенем розрядженості воно відповідно скорочується. Місткість, до якої можна зарядити батарею, приблизно дорівнює 0,85 ... 0,95 від номінальної. Вона залежить від стану АБ і точності установки струму, у якому відключається пристрій.
Працювати з ЗУ гранично просто - після підключення блоку живлення та АБ, що заряджається, короткочасно натискають на кнопку SB1. При цьому вмикається сигнальний світлодіод HL1 і починається заряджання. Коли АБ зарядиться, пристрій автоматично вимкнеться, що повністю виключає небезпеку перезаряджання, а сигнальний світлодіод згасне. Основа ЗУ – стабілізатор напруги DA1. Точне значення вихідної напруги встановлюють підстроювальним резистором R9. Діод VD1 запобігає розрядці АБ після вимкнення ЗУ. Для зниження втрат застосований діод Шотки, що має менше, порівняно із звичайними кремнієвими діодами, падіння напруги. До виходу ЗУ через струмообмежуючий резистор R10 підключений індикатор - світлодіод HL1. Конденсатор С2 згладжує пульсації нестабілізованого джерела живлення на вході стабілізатора, а також запобігає самозбудженню. Вузол вимкнення - тригер, зібраний на транзисторах VT1 та VT2 різної структури. У вихідному стані, після підключення джерела живлення та АБ, що заряджається, тригер вимкнений. Для його ввімкнення досить коротко натиснути на кнопку SB1. При цьому відкривається транзистор VT1 та його колекторний струм через резистор R2 відкриває транзистор VT2 - ЗУ починає працювати. Струм, що протікає через пристрій, створює падіння напруги на резисторі R5, яке через резистор R6 і резистивний дільник напруги R3R4 подається на базу транзистора VT1. Тригер вмикається, а пристрій продовжує працювати після відпускання кнопки SB1. "За сумісництвом" резистор R5 виконує функцію обмежувача максимального струму на початку заряджання повністю розряджених АБ. У процесі заряджання напруга на батареї зростає, що призводить до зменшення зарядного струму, і при досягненні ним встановленого мінімального значення падіння напруги на резисторі R5 стає недостатнім для утримання тригера у включеному стані - ЗУ вимикається і припиняється зарядка. Точне значення мінімального струму встановлюють підстроювальним резистором R4. Конденсатор С1 згладжує пульсації напруги на резистори R5, що з'являються, коли ЗУ живлять від нестабілізованого джерела живлення. В авторському варіанті для живлення ЗУ застосовано нестабілізоване джерело вітчизняного виробництва БПН-12-1 з вихідною напругою холостого ходу 18 В. Можливе застосування інших блоків живлення, у тому числі і стабілізованих, з вихідною напругою близько 15 В (для стабілізованих БП воно може бути трохи менше) при струмі щонайменше 0,2 А. Пристрій змонтований на друкованій платі, виготовленій з однобічно фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Креслення друкованої плати показано на рис. 2.
У пристрої використані підстроювальні резистори СПЗ-19а. Резистор R5 - МЛТ-0,5 або МТ-0,5; R2 - МЛТ-0,25 або МТ-0,25; вони встановлені перпендикулярно до плати. Інші постійні резистори - безвихідні для поверхневого монтажу типорозміру 1206. Їх встановлюють з боку друкарських провідників. Конденсатори – К50-35 або аналогічні імпортні. На місці діода VD1 можна застосувати будь-який діод Шоттки з допустимим струмом не менше 1 А. Світлодіод – будь-який. Кнопка SB1 – будь-яка без фіксації. Роз'єм для підключення блоку живлення також може бути будь-яким - головне, він повинен відповідати роз'єму блоку живлення. Для налагодження знадобиться дротяний змінний резистор опором 560 Ом і потужністю 1 Вт. Підстроєним резистором R1 встановлюють вихідну напругу (його вимірюють безпосередньо на виході стабілізатора) рівним 9 Ст. Дещо складніше встановити струм вимкнення. Оскільки шунт міліамперметра вносить велику похибку при вимірюванні зарядного струму, слід підключати міліамперметр на вході пристрою. І хоча в цьому випадку до власне струму зарядки додається і струм, споживаний самим ЗУ, результат виходить точнішим. Для цього вимірюють струм на вході ЗУ при середньому положенні двигуна підстроювального резистора R4, а потім встановлюють його приблизно 43 мА. Ці операції доведеться виконати кілька разів до отримання потрібного результату, оскільки "спіймати" струм вимкнення за один раз неможливо. Більш точне підстроювання можна виконати за безпосередньої роботи з АБ, провівши кілька контрольних циклів зарядки-розрядки. Стабілізатор КР142ЕН22 можна замінити на КР142ЕН12А або КР142ЕН12Б. Напруга живлення зарядного пристрою при цьому слід збільшити до 16...17 ст. література
Автор: А.Межлумян, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Пластик, придатний до нескінченної повторної переробки ▪ Твердотільні накопичувачі Toshiba RD500 та RC500 ▪ Гіпокамп допомагає орієнтуватися у просторі ▪ Cмартфон Moto X Developer Edition для розробників
▪ Розділ сайту Цікаві факти. Добірка статей ▪ стаття Андре Моруа. Знамениті афоризми ▪ стаття Від якої тварини походить слово шкіра? Детальна відповідь ▪ стаття Верстатник шпалопильного верстата. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Система зрівнювання потенціалів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Пристрій захисного відключення навантаження. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
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