Come sono disposti e funzionanti i caricabatterie?

Gli accumulatori in ingegneria elettrica sono generalmente chiamati fonti chimiche di corrente, che possono reintegrare, ripristinare l'energia consumata a causa dell'applicazione di un campo elettrico esterno.

I dispositivi che forniscono elettricità ai piatti della batteria sono chiamati caricabatterie: portano la fonte attuale in condizioni di lavoro, la caricano. Per far funzionare correttamente la batteria, è necessario presentare i principi del loro lavoro e del caricabatterie.

Come funziona la batteria

Una fonte di corrente riciclata chimica durante il funzionamento può:

1. alimentare il carico collegato, ad esempio una lampadina, un motore, un telefono cellulare e altri dispositivi, spendendo la sua fornitura di energia elettrica;

2. consumare l'elettricità esterna ad esso collegata, spendendola per ripristinare la riserva della sua capacità.

Nel primo caso, la batteria è scarica e nel secondo riceve una carica. Esistono molti modelli di batterie, ma i loro principi di funzionamento sono comuni. Esaminiamo questa domanda con l'esempio delle piastre di nichel-cadmio poste in una soluzione elettrolitica.

Batteria scarica

Due circuiti elettrici funzionano contemporaneamente:

1. esterno, applicato ai terminali di uscita;

2. interno.

Quando viene scaricato su una lampadina in un circuito esterno applicato, la corrente fluisce dai fili e da un filamento formato dal movimento di elettroni nei metalli e anioni e cationi si muovono attraverso l'elettrolita nella parte interna.

Gli ossidi di nichel aggiunti alla grafite formano la base di una piastra caricata positivamente e sull'elettrodo negativo viene utilizzato il cadmio di spugna.

Quando la batteria è scarica, parte dell'ossigeno attivo degli ossidi di nichel viene trasferita all'elettrolita e si sposta sulla piastra di cadmio, dove la ossida, riducendo la capacità totale.

Carica della batteria

Il carico dai terminali di uscita per la ricarica viene spesso rimosso, anche se in pratica il metodo viene utilizzato quando il carico è collegato, ad esempio sulla batteria di un'auto in movimento o su un telefono cellulare carico su cui si parla.

I terminali della batteria sono alimentati con tensione proveniente da una fonte esterna di potenza superiore. Ha la forma di una forma costante o levigata, pulsante, supera la differenza di potenziale tra gli elettrodi, è diretto unipolare con loro.

Questa energia fa sì che la corrente scorra nel circuito interno della batteria nella direzione opposta alla scarica, quando le particelle di ossigeno attivo vengono "spremute" dal cadmio di spugna e attraverso l'elettrolita arrivano al loro posto originale. Per questo motivo, la capacità consumata viene ripristinata.

Durante la carica e la scarica, la composizione chimica delle piastre cambia e l'elettrolita funge da mezzo di trasmissione per il passaggio di anioni e cationi. L'intensità della corrente elettrica che passa nel circuito interno influenza la velocità di ripristino delle proprietà delle piastre durante la carica e la velocità di scarica.

Il flusso accelerato dei processi porta al rapido rilascio di gas, a un riscaldamento eccessivo, che può deformare il design delle piastre, compromettendone le condizioni meccaniche.

Le correnti troppo piccole durante la carica allungheranno significativamente il tempo di recupero della capacità consumata. Con l'uso frequente di una carica ritardata, la solfatazione delle piastre aumenta e la capacità diminuisce. Pertanto, il carico applicato alla batteria e la potenza del caricatore vengono sempre presi in considerazione per creare la modalità ottimale.

I principi di funzionamento delle batterie agli ioni di litio sono rivisti qui:Fonti di corrente chimica

Come funziona il caricabatterie

L'attuale gamma di batterie è ampia.Per ogni modello, vengono selezionate tecnologie ottimali che potrebbero non essere adatte, dannose per gli altri. I produttori di apparecchiature elettroniche ed elettriche studiano sperimentalmente le condizioni di lavoro delle fonti di corrente chimica e creano per loro i propri prodotti, che differiscono per aspetto, design e caratteristiche di uscita elettrica.

Strutture di ricarica per dispositivi elettronici mobili

Le dimensioni dei caricabatterie per prodotti mobili di capacità diverse sono significativamente diverse l'una dall'altra. Creano condizioni di lavoro speciali per ciascun modello.

Anche per lo stesso tipo di batterie AA o AAA di capacità diverse, si consiglia di utilizzare il proprio tempo di ricarica, a seconda della capacità e delle caratteristiche della sorgente corrente. I suoi valori sono indicati nella documentazione tecnica di accompagnamento.

Una parte dei caricabatterie e delle batterie dei telefoni cellulari è dotata di protezione automatica che spegne l'alimentazione al termine del processo. Ma il controllo sul loro lavoro dovrebbe essere comunque eseguito visivamente.

Strutture di ricarica per batterie per autoveicoli

La tecnologia di ricarica deve essere osservata con particolare precisione quando si utilizzano batterie per automobili progettate per funzionare in condizioni difficili. Ad esempio, in inverno, quando fa freddo, con il loro aiuto è necessario svitare il rotore freddo del motore a combustione interna con grasso addensato attraverso un motorino di avviamento elettrico intermedio.

Le batterie scariche o preparate in modo inadeguato di solito non fanno fronte a questo compito.

I metodi empirici hanno rivelato la relazione della corrente di carica per le batterie al piombo acido e alcaline. È considerato il valore ottimale di carica (ampere) di 0,1 valore della capacità (ore ampere) per il primo tipo e 0,25 per il secondo.

Ad esempio, una batteria ha una capacità di 25 ampere ore. Se è acido, allora deve essere caricato con una corrente di 0,1 ∙ 25 = 2,5 A e per alcalino - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Per creare tali condizioni, sarà necessario utilizzare dispositivi diversi o utilizzare un universale con una grande quantità funzioni.

Un moderno caricabatterie per batterie al piombo acido dovrebbe supportare una serie di compiti:

• controllare e stabilizzare la corrente di carica;

• prendere in considerazione la temperatura dell'elettrolita e impedirne il riscaldamento di oltre 45 gradi alla fine dell'alimentazione.

La possibilità di condurre un ciclo di controllo e addestramento per una batteria acida di un'auto utilizzando un caricabatterie è una funzione necessaria, che comprende tre fasi:

1. Una carica completa della batteria alla massima capacità;

2. scarica di dieci ore con una corrente del 9 ÷ 10% della capacità nominale (dipendenza empirica);

3. Ricaricare una batteria scarica.

Quando si esegue CTC, vengono monitorati il ​​cambiamento nella densità dell'elettrolita e il tempo di completamento del secondo stadio. In base al suo valore, giudicano il grado di usura delle piastre, la durata della risorsa rimanente.

I caricabatterie per batterie alcaline possono essere utilizzati in progetti meno complessi, poiché tali fonti di corrente non sono così sensibili alla sovraccarica e al sovraccarico.

Il grafico della carica ottimale delle batterie acido-alcaline per automobili mostra la dipendenza dell'insieme di capacità dalla forma delle variazioni di corrente nel circuito interno.

All'inizio del processo di carica, si consiglia di mantenere la corrente al valore massimo consentito, quindi ridurne il valore al minimo per il completamento finale delle reazioni fisico-chimiche che ripristinano la capacità.

Anche in questo caso, è necessario controllare la temperatura dell'elettrolita e introdurre modifiche ambientali.

Il completamento completo del ciclo di ricarica delle batterie al piombo acido è controllato da:

• ripristino della tensione su ogni banco 2,5 ÷ 2,6 volt;

• raggiungere la massima densità di elettroliti, che cessa di cambiare;

• la formazione dell'evoluzione violenta del gas quando l'elettrolito inizia a "bollire";

• raggiungimento della capacità della batteria, superiore al 15 ÷ 20% del valore fornito durante la scarica.

Moduli di corrente del caricabatterie

La condizione per caricare la batteria è che la tensione dovrebbe essere applicata alle sue piastre, creando una corrente nel circuito interno di una certa direzione. Può:

1. avere un valore costante;

2. o variare nel tempo secondo una certa legge.

Nel primo caso, i processi fisico-chimici della catena interna procedono invariati, e nel secondo, secondo gli algoritmi proposti con crescita e attenuazione cicliche, che creano effetti oscillatori su anioni e cationi. L'ultima opzione tecnologica viene utilizzata per combattere la solfatazione della placca.

Parte delle dipendenze temporali della corrente di carica è illustrata da grafici.

L'immagine in basso a destra mostra una chiara differenza nella forma della corrente di uscita del caricatore, che utilizza il controllo a tiristori per limitare il momento di apertura della semionda di una sinusoide. Per questo motivo, il carico sul circuito elettrico è regolato.

Naturalmente, numerosi caricabatterie moderni possono creare altre forme di correnti che non sono mostrate in questo diagramma.

Principi per la creazione di circuiti per caricabatterie

Una rete monofase da 220 volt viene solitamente utilizzata per alimentare l'apparecchiatura dei caricabatterie. Questa tensione viene convertita in sottotensione sicura, che viene applicata ai terminali di ingresso della batteria attraverso vari componenti elettronici e semiconduttori.

Esistono tre schemi per convertire la tensione sinusoidale industriale in caricabatterie a causa di:

1. l'uso di trasformatori di tensione elettromeccanici che funzionano secondo il principio dell'induzione elettromagnetica;

2. applicazione di trasformatori elettronici;

3. senza l'uso di dispositivi di trasformazione basati su divisori di tensione.

Tecnicamente possibile è la conversione della tensione dell'inverter, che è stata ampiamente utilizzata per saldatrici ad inverterconvertitori di frequenza che controllano i motori. Ma, per caricare le batterie, si tratta di un'apparecchiatura piuttosto costosa.

Circuiti di carica con separazione del trasformatore

Il principio elettromagnetico del trasferimento di energia elettrica dall'avvolgimento primario di 220 volt al secondario separa completamente i potenziali del circuito di alimentazione da quello consumato, elimina il suo contatto con la batteria e il danno in caso di guasti dell'isolamento. Questo metodo è il più sicuro.

Gli schemi dei circuiti di potenza dei dispositivi con un trasformatore hanno molti design diversi. L'immagine seguente mostra tre principi per la creazione di diverse correnti della sezione di potenza dai caricabatterie attraverso l'uso di:

1. ponte a diodi con condensatore a ondulazione levigante;

2. ponte a diodi senza ondulazione levigante;

3. Un singolo diodo che interrompe la semionda negativa.

Ognuno di questi circuiti può essere utilizzato in modo indipendente, ma di solito uno di questi è la base, la base per crearne un altro, più conveniente per il funzionamento e il controllo in base alla grandezza della corrente di uscita.

L'uso di set di transistor di potenza con catene di controllo nella parte superiore dell'immagine nel diagramma consente di ridurre la tensione di uscita ai terminali del circuito di uscita del caricatore, che fornisce la regolazione dei valori delle correnti dirette passate attraverso le batterie collegate.

Una delle opzioni per questo design del caricabatterie con controllo corrente è mostrata nella figura seguente.

Le stesse connessioni nel secondo circuito consentono di regolare l'ampiezza dell'ondulazione, per limitarlo nelle diverse fasi di carica.

Lo stesso circuito medio funziona in modo efficace quando si sostituiscono due diodi opposti in un ponte a diodi con tiristori che regolano ugualmente la forza corrente in ciascun semiciclo alternato. E l'eliminazione delle mezze armoniche negative viene assegnata ai restanti diodi di potenza.

La sostituzione di un singolo diodo nell'immagine in basso con un tiristore a semiconduttore con un circuito elettronico separato per l'elettrodo di controllo consente di ridurre gli impulsi di corrente a causa della loro successiva apertura, che viene anche utilizzata per vari metodi di ricarica delle batterie.

Una delle opzioni per una tale implementazione del circuito è mostrata nella figura seguente.

Montarlo con le tue mani non è difficile. Può essere realizzato indipendentemente dalle parti disponibili, consente di caricare batterie con correnti fino a 10 ampere.

La versione industriale del circuito del caricatore del trasformatore Electron-6 si basa su due tiristori KU-202N. Per regolare i cicli di apertura delle mezze armoniche, ciascun elettrodo di controllo ha il proprio circuito di più transistor.

Tra gli appassionati di auto, sono popolari i dispositivi che consentono non solo di caricare le batterie, ma anche di utilizzare l'energia della rete di alimentazione a 220 volt per collegarla in parallelo per avviare il motore dell'auto. Si chiamano lanciatori o lanciatori. Hanno un circuito elettronico e di alimentazione ancora più complesso.

Circuiti elettronici di trasformazione

Tali dispositivi sono fabbricati dai produttori per fornire lampade alogene con una tensione di 24 o 12 volt. Sono relativamente economici. Alcuni appassionati stanno cercando di collegarli per caricare batterie a basso consumo. Tuttavia, questa tecnologia non è ampiamente sviluppata, presenta svantaggi significativi.

Circuiti di ricarica senza separazione del trasformatore

Quando più carichi sono collegati in serie a una sorgente di corrente, la tensione di ingresso totale viene suddivisa in sezioni di componenti. Grazie a questo metodo, i divisori funzionano, creando una riduzione di tensione a un certo valore sull'elemento di lavoro.

Su questo principio, vengono creati numerosi caricabatterie con resistenze resistive-capacitive per batterie a basso consumo. A causa delle piccole dimensioni dei componenti, sono integrati direttamente nella torcia.

Il circuito elettrico interno è completamente chiuso in una custodia isolata in fabbrica, che esclude il contatto umano con il potenziale della rete durante la ricarica.

Numerosi sperimentatori cercano di attuare lo stesso principio per caricare le batterie dell'auto offrendo uno schema di connessione da una rete domestica attraverso un gruppo condensatore o una lampada a incandescenza con una potenza di 150 watt e diodo di potenzatrasmettere impulsi di corrente della stessa polarità.

Progetti simili possono essere trovati sui siti Web dei fai-da-te che lodano la semplicità del circuito, il basso costo delle parti e la capacità di ripristinare la capacità di una batteria scarica.

Ma tacciono sul fatto che:

• il cablaggio aperto 220 rappresenta pericolo per la vita umana;

• Il filamento di una lampada in tensione si riscalda, cambia la sua resistenza secondo una legge sfavorevole per il passaggio di correnti ottimali attraverso la batteria.

Quando viene acceso sotto carico, correnti molto grandi passano attraverso il filo freddo e l'intera catena collegata in serie. Inoltre, la ricarica dovrebbe essere completata con piccole correnti, che non funzionano. Pertanto, una batteria che ha subito diverse serie di tali cicli perde rapidamente capacità e prestazioni.

Il nostro consiglio: non usare questo metodo!

I caricabatterie sono progettati per funzionare con determinati tipi di batterie, tenendo conto delle loro caratteristiche e condizioni per il ripristino della capacità. Quando si utilizzano dispositivi universali e multifunzionali, è necessario scegliere la modalità di ricarica ottimale per una particolare batteria.