Akumulatory.PDF
(
3254 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
Dodatnie Sprzężenie Zwrotne
odatnie Sprzężenie Zwrotne
Poczynając od tego numeru, co jakiś
czas w Elektronice dla Wszystkich
pojawiać się będzie rubryka,
zatytułowana właśnie “Dodatnie
sprzężenie zwrotne”. Rubryka ta
powstała pod wpływem Waszych
listów. Okazało się, że nie wszystkie
nadsyłane problemy i pytania uda się
poruszyć w Poczcie, ponieważ
niektóre wymagają szerszego
umówienia i wyjaśnienia.
Otrzymujemy także sporo próśb
o opracowanie i zaprezentowanie na
łamach EdW różnych układów
elektronicznych.
Według naszych planów, rubryka
“Dodatnie sprzężenie zwrotne”
będzie zawierać zarówno materiał
opisowy, wyjaśniający problemy
techniczne, jak też w jej ramach
będziemy przedstawiać projekty
opracowane w redakcji, niejako na
Wasze zamówienie.
Pierwszym tematem, który
bierzemy na warsztat, jest sprawa
ładowania akumulatorów. Listy
z prośbami dotyczącymi tego
zagadnienia nadesłali ostatnio
Dariusz Stępień, Stanisław Opoka,
Bogusław Łącki, Andrzej Adamczyk,
Andrzej Hoć.
Akumulatory, część 1
W naszej codziennej praktyce spoty−
kamy się z różnymi typami akumulato−
rów.
Od dawna znamy akumulatory oło−
wiowe, stosowane powszechnie we
wszelkich pojazdach samochodowych
oraz w systemach alarmowych.
Do najróżniejszych przenośnych urzą−
dzeń elektronicznych wykorzystuje się
powszechnie akumulatory kadmowo−ni−
klowe (oznaczane w skrócie CdNi lub
NiCd). Od kilku lat na rynek pomału
wchodzą akumulatory niklowo−wodorko−
we, oznaczane w skrócie NiMH. Coraz
więcej słyszymy też o akumulatorach li−
towo−jonowych (Li−Ion), a różne firmy
prezentują kolejne rozwiązania, oparte
na coraz to innych materiałach czynnych.
Obecnie najpopularniejsze są akumu−
latory ołowiowe, dlatego zajmiemy się
nimi na początku. W dalszej kolejności
poznamy bliżej akumulatory CdNi
i NiMH.
Akumulatory ołowiowe
Przed laty dostępne były jedynie aku−
mulatory ołowiowe przeznaczone do po−
jazdów samochodowych. Po zakupieniu
takiego akumulatora należało zalać go
przygotowanym samodzielnie elektroli−
tem o odpowiedniej gęstości i przepro−
wadzić pierwsze ładowanie. Od tego
pierwszego ładowania, zwanego formo−
waniem, zależały późniejsze parametry,
między innymi pojemność. Elektrolitem
był roztwór kwasu siarkowego w wodzie
destylowanej − stąd potocznie akumula−
tory takie nazywa się kwasowymi.
Na stacjach benzynowych można było
kupić aerometry − szklane przyrządy, któ−
re pozwalały sprawdzać gęstość elektro−
litu (powinna wynosić 1,26...1,28 g/cm
3
).
Przygotowanie elektrolitu wymagało
sporo ostrożności ze względu na żrące
właściwości kwasu siarkowego. Praw−
dopodobnie pamiętasz jeszcze z podsta−
wówki starą chemiczną rymowankę: jeś−
li nie chcesz zrobić szkody, zapamiętaj:
kwas do wody. Próba wlewania wody do
dużo gęściejszego kwasu może się
skończyć rozpryskiem kwasu i poparze−
niem.
Obsługa takich akumulatorów była
uciążliwa, bowiem należało kontrolować
poziom elektrolitu w poszczególnych ce−
lach akumulatora i co jakiś czas dolewać
wody destylowanej. Jedyną zaletą ta−
kich starych akumulatorów był fakt, że
można było w prosty sposób sprawdzać
stan naładowania akumulatora, mierząc
aerometrem gęstość elektrolitu.
Spektakularnym objawem pełnego
naładowania akumulatora kwasowego
jest tak zwane gazowanie elektrolitu
(elektroliza wody). Właśnie ono jest zna−
kiem, że akumulator jest pełny i ładowa−
nie należy przerwać.
Nie musisz znać i rozumieć reakcji
chemicznych, jakie zachodzą w akumu−
latorze, musisz jednak pamiętać o pew−
nej podstawowej zasadzie: w pełni nała−
dowany akumulator ma maksymalną
(nominalną) gęstość elektrolitu. Podczas
rozładowania gęstość elektrolitu maleje.
Można powiedzieć, że w akumulatorze
rozładowanym do granic możliwości,
elektrolitem jest... woda. Powinieneś to
zrozumieć i zapamiętać raz na zawsze.
Mówiąc w dużym uproszczeniu, pod−
czas rozładowania siarka z kwasu prze−
chodzi na płyty, a podczas ładowania
wraca z powrotem do elektrolitu. Można
to ująć nieco dokładniej − w czasie rozła−
dowania na płytach tworzy się siarczan
ołowiu, słabo przewodzący prąd. Pod−
czas ładowania siarczan w wyniku reak−
cji chemicznych zamienia się w kwas
siarkowy. Gdy “cała siarka” przejdzie do
elektrolitu, akumulator jest w pełni nała−
dowany i dalsze przepuszczanie przez
66
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96
Dodatnie Sprzężenie Zwrotne
odatnie Sprzężenie Zwrotne
niego prądu powoduje już tylko elektroli−
zę wody (gazowanie akumulatora).
W zasadzie proces tworzenia siarcza−
nu ołowiu jest odwracalny, ale wyobraź
sobie, że przy totalnym wyładowaniu
“elektrolit” to w rzeczywistości woda
destylowana, a płyty pokryte są siarcza−
nem ołowiu. Co się stanie przy próbie
naładowania takiego zupełnie rozładowa−
nego akumulatora? Dołączysz napięcie,
nawet znacznie wyższe od nominalnego
napięcia akumulatora, a prąd przez aku−
mulator (czytaj: wodę destylowaną) wca−
le nie chce płynąć − praktycy mówią, że
głęboko wyładowany akumulator nie
chce ruszyć. Prąd płynący przez głęboko
rozładowany akumulator z początku
rzeczywiście ma znikomą wartość, rzędu
mikroamperów, ale z czasem zacznie się
pomału zwiększać i niekiedy dopiero po
kilku godzinach,
czy nawet dniach,
uzyska sensowną
wartość. Nie zna−
czy to jednak, że
po takim nietypo−
wym, długim łado−
waniu, akumulator
odzyska pierwotną
pojemność. Na
pewno słyszałeś,
że płyty ulegają za−
siarczeniu, przez
co akumulator
przestaje spełniać
swoją rolę. Rzeczywiście, część siarcza−
nu ołowiu, o krystalicznej, zwartej budo−
wie, po prostu nie da się w czasie łado−
wania “wyrwać” z płyt i w konsekwen−
cji następuje stopniowe pogorszanie
właściwości akumulatora. Musisz wie−
dzieć, że proces zasiarczania zachodzi
we wszystkich akumulatorach kwaso−
wych, a jego szybkość zależy od warun−
ków pracy i ładowania: między innymi od
temperatury, stopnia rozładowywania
itd. Szczegóły w dalszej części artykułu.
Teraz już znasz podstawy działania
akumulatora ołowiowego.
Powróćmy do historii. Kolejnym kro−
kiem w rozwoju było wyprodukowanie
tzw. akumulatorów suchoładowanych,
których po wlaniu elektrolitu nie trzeba
było specjalnie formować. Ale dopiero
pojawienie się tzw. akumulatorów bez−
obsługowych oznaczało duży postęp.
W sumie ich bezobsługowość polega na
tym, że w przepisanych warunkach pra−
cy, ubytek wody wskutek gazowania
jest na tyle niewielki, iż nie trzeba usta−
wicznie kontrolować poziomu elektrolitu
i dolewać wody.
Z czasem okazało się, iż stosunkowo
tanie akumulatory ołowiowe można by−
łoby stosować o wiele szerzej, gdyby nie
istniała groźba wylania żrącego elektroli−
tu. Powstały więc nowe konstrukcje,
w których płynny elektrolit niejako uwię−
ziono, wypełniając wnętrze akumulatora
odpowiednim materiałem włóknistym.
Innym sposobem było dodanie do płyn−
nego elektrolitu pewnych substancji,
które zamieniły go w swego rodzaju ga−
laretę − żel. Tak oto doszliśmy do akumu−
latorów żelowych.
Obie ostatnie grupy to akumulatory
szczelne (ang. sealed), nie grożące wyla−
niem elektrolitu. Niektóre mogą praco−
wać w dowolnej pozycji. Takie akumula−
tory powszechnie stosuje się w rezer−
wowych źródłach zasilania, na przykład
w systemach alarmowych czy kompute−
rowych UPS−ach.
A teraz przechodzimy do analizy para−
metrów akumulatorów kwasowych.
Na początek dwie uwagi. Po pierw−
sze, podane dalej informacje bazują na
materiałach firmo−
wych dostarczo−
nych przez zagra−
niczne firmy, i do−
tyczą akumulato−
rów nowoczes−
nych, szczelnych.
Niestety, nie udało
mi się zdobyć sen−
sownych informa−
cji od krajowych pro−
ducentów, a dzwo−
niłem tak do Pias−
towa, jak i Pozna−
nia − po prostu tra−
fiłem na osoby niekompetentne, nie
umiejące odpowiedzieć na zadane pyta−
nia techniczne, zalecające mi lekturę sta−
rych książek; odsyłano mnie od Annasza
do Kajfasza, a jeden rozmówca twierdził
nawet, że nie może mi udzielić żadnych
informacji bez zgody dyrektora naczelne−
go. Przy takim podejściu do odbiorcy i ta−
kich kwalifikacjach personelu czarno wi−
dzę przyszłość rodzimego przemysłu.
Po drugie, z podanych informacji nale−
ży wyciągnąć ogólne wnioski i zrozu−
mieć istotę problemu, a nie oczekiwać
szczegółowych odpowiedzi typu: “jaką
maksymalną temperaturę może osiąg−
nąć elektrolit?”.
A teraz parę słów o najważniejszych
parametrach.
Definicje
Najważniejszy parametr to pojem−
ność akumulatora, oznaczana literą C.
Otrzymujemy ją mnożąc prąd rozładowa−
nia I przez czas rozładowania t:
C = I
rozł
x t
rozł
Prąd wyraża się w amperach, czas
w godzinach (ang. hour), stąd pojem−
ność podawana jest w amperogodzi−
nach (Ah) lub miliamperogodzinach
(mAh).
Jak się za chwilę okaże, pojemność
akumulatora nie jest stała (!), zależy bo−
wiem od prądu rozładowania. Żeby łat−
wo porównać różne akumulatory, przyję−
to określać pojemność nominalną przy
rozładowywaniu takim prądem, aby peł−
ne rozładowanie trwało 10 godzin (aku−
mulatory samochodowe), lub 20 godzin
(mniejsze akumulatory). Można więc po−
wiedzieć, że podawana w katalogach no−
minalna pojemność akumulatora C jest
pojemnością dziesięciogodzinną (albo
dwudziestogodzinną).
Dla ułatwienia, prądy ładowania i roz−
ładowania podawane są nie wprost
w amperach, tylko w odniesieniu do po−
jemności nominalnej C. Na przykład na−
potykamy zdanie: ładować przez 14 go−
dzin prądem 0,1C. Nie wiemy jaką war−
tość ma mieć prąd ładowania, dopóki nie
dowiemy się, jaka jest pojemność nomi−
nalna C takiego akumulatora. Gdy po−
jemność nominalna C wynosi, powiedz−
my, 20Ah, prąd 0,1C wynosi 0,1 x 20
= 2A.
Informacje na temat
akumulatorów ołowiowych nie
są użyteczne dla użytkowników
innych typów akumulatorów.
Popularne akumulatory
kadmowo−niklowe pracują na
zupełnie innej zasadzie, mają
inne charakterystyki
i wymagają odmiennych
sposobów ładowania.
Rys. 1. Charakterystyki rozładowania.
67
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96
Dodatnie Sprzężenie Zwrotne
odatnie Sprzężenie Zwrotne
Rys. 3. Krzywe samorozładowania.
rozładowania od temperatury. W wy−
ższej temperaturze akumulator szybko
traci swoją energię − po sześciu miesią−
cach przechowywania w temperaturze
+40°C w pełni naładowanego akumula−
tora, pozostanie w nim jedynie 45%
pierwotnej energii.
Ale to nie jest najgorsze, bo przecież
rozładowany akumulator można zawsze
podładować. Popatrz na rysunek 4
Rys. 2. Zależność pojemności od temperatury.
rysunek 4. Po−
kazuje on przybliżoną zależność czasu
pracy od temperatury. O ile akumulator
mógłby pracować w temperaturze
+20°C kilka lat, o tyle w temperaturze
+60°C straci pojemność już po kilku mie−
siącach! Nie pytaj więc drobiazgowo
o szczegóły − zapamiętaj, że wysokie
temperatury pracy są dla akumulatora
ołowiowego wręcz zabójcze.
Masz więc częściową odpowiedź na
pytanie, jaka może być maksymalna
temperatura elektrolitu: w miarę możli−
wości należy unikać wysokiej tempera−
tury, a także dużych prądów ładowania,
które powodowałyby znaczny wzrost
temperatury akumulatora.
I oto doszliśmy do metod ładowania.
Tematem tym zajmiemy się szczegóło–
wo za miesiąc.
rysunek 4
Charakterystyki
Wszystkie zamieszczone dalej rysunki
dotyczą nowoczesnych akumulatorów
ołowiowych brytyjskiej firmy Yuasa, któ−
re sprzedawane są w sieci firmowej
AVT. Bardzo podobne parametry mają
akumulatory ołowiowe innych dobrych
firm. Natomiast podane wiadomości są
zupełnie nieprzydatne użytkownikom
akumulatorów kadmowo−niklowych.
Na pewno wiesz, że nominalne napię−
cie jednego ogniwa, lub jak częściej mó−
wimy − jednej celi − wynosi 2V. Akumula−
tor 12−woltowy składa się z sześciu cel.
Na rysunku 1
rysunek 2,
przedstawiający zależność pojemności
akumulatora od temperatury pracy.
W wyższej temperaturze reakcje che−
miczne przebiegają szybciej i powoduje
to wzrost pojemności akumulatora.
W niższych temperaturach pojemność
radykalnie maleje − znajdź na rysunku
2 punkt Y. Przy rozładowaniu prądem 1C
w temperaturze 0°C rzeczywista pojem−
ność wyniesie tylko 35% pojemności
nominalnej! Teraz rozumiesz kłopoty
z rozruchem samochodu zimą, gdy
w temperaturze −20°C pobieramy z aku−
mulatora prąd rzędu 5...10C.
Przed chwilą cieszyliśmy się, że
w wyższych temperaturach akumulator
ma większą pojemność. Nie ma się
z czego cieszyć − popatrz na rysunek 3
A teraz przeanalizujmy rysunek 2
rysunek 2
rysunku 1 przedstawiono charak−
terystyki rozładowania. Z rysunku można
odczytać szereg cennych informacji. Po
pierwsze zauważ, że nominalną pojem−
ność uzyskuje się przy rozładowaniu prą−
dem dwudziestogodzinnym (0,05C) do
napięcia końcowego 10,5V, czyli 1,75V/
ogniwo. Ale przy większych prądach roz−
ładowania użyteczna pojemność jest
zdecydowanie mniejsza. Znajdź na ry−
sunku 1 punkt X; przy prądzie 2C pojem−
ność wynosi tylko 2C x 12minut = 2C
x 0,2h = 0,4C, czyli rzeczywista pojem−
ność wynosi w tych warunkach tylko
40% pojemności nominalnej, i to przy
rozładowaniu do napięcia 1,36V/ogniwo!
Po drugie, z rysunku 1 można odczy−
tać, do jakiego napięcia końcowego
można rozładowywać akumulator − gra−
nicę tę zaznaczono czerwoną linią prze−
rywaną. Przy mniejszych prądach jest to
napięcie 1,75V/ogniwo, przy większych
prądach może być mniejsze, nawet do
1,3V/ogniwo.
Po trzecie z charakterystyk można się
dowiedzieć, jak w czasie rozładowania
obniża się napięcie akumulatora. Jest to
istotne, gdyby akumulator miał współ−
pracować ze stabilizatorem lub bezpo−
średnio zasilać układ czuły na zmiany na−
pięcia zasilającego.
rysunku 1
rysunek 3.
Pokazuje on zależność szybkości samo−
rysunek 3
(red)
Rys. 4. Zależność trwałości od temperatury.
68
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96
Dodatnie Sprzężenie Zwrotne
odatnie Sprzężenie Zwrotne
W tej części artykułu zostaną
omówione wady i zalety
poszczególnych metod ładowania.
Wszystkie podane informacje
dotyczą tylko akumulatorów
ołowiowych (kwasowych).
Tekst i rysunki zawierają ogromną
ilość skondensowanego materiału,
dlatego warto poświęcić czas na
szczegółową i dogłębną analizę
podanych informacji.
Akumulatory, część 2
Wykorzystanie
prostownika
Najczęstszym sposobem ładowania
akumulatorów kwasowych jest użycie
transformatora i prostownika w układzie
z rysunku 5
do wartości około 2C. Prąd ten maleje
zresztą dość szybko do wartości około
1C. Pokazano to na rysunku 6
zaleca się, żeby tętnienia prądu ładowa−
nia nie przekraczały wartości 0,1C! Jeśli
ktoś z Was ma praktyczne doświadcze−
nia w tym zakresie, prosimy o listy −
chętnie je opublikujemy na łamach Fo−
rum.
Można jeszcze zadać sobie pytanie:
dlaczego obecnie dąży się do skrócenia
czasu ładowania? Przyczyną jest wyłącz−
nie nasza niecierpliwość − w dzisiejszym
zwariowanym świecie każdy chciałby na−
ładować akumulator jak najszybciej, naj−
lepiej w ciągu kilku minut czy nawet se−
kund. Dlatego współczesne akumulatory
są tak konstruowane, żeby można je by−
ło ładować względnie szybko. Póki co,
nawet ekspresowe ładowanie trwa jed−
nak około godziny, zresztą nie wszystkie
akumulatory je wytrzymują. Generalnie
akumulatory nie lubią dużych prądów ła−
dowania i jeśli to możliwe należy je łado−
wać prądami rzędu 0,1C − niewątpliwie
wyjdzie im to na zdrowie.
Dlatego do ładowania akumulatorów
można z powodzeniem stosować prosty
układ z rysunku 7
rysunku 6.
Należy jednak zauważyć, że wykres
z rysunku 6 dotyczy sytuacji, gdy dołą−
czono napięcie ładowania o stałej war−
tości 2,3V/ogniwo. W praktyce, w ukła−
dzie z rysunku 5 napięcie to może być
większe, i wtedy istnieje groźba uszko−
dzenia lub przynajmniej zmniejszenia
trwałości akumulatora. Odnotuj więc
ważny wniosek: warto kontrolować prąd
w pierwszych chwilach ładowania i sto−
sować prądy ładowania nie przekraczają−
ce 0,25C.
Ogólnie rzecz biorąc, korzystniejsze
jest ładowanie dłuższe, prądem rzędu
0,1C. Wniosek taki znajduje potwierdze−
nie w praktyce − często słyszy się zalece−
nia, żeby reanimować całkowicie rozła−
dowane i zasiarczone akumulatory ładu−
jąc je kilkadziesiąt godzin niewielkim prą−
dem. Po przeprowadzeniu kilku cykli po−
wolnego ładowania i rozładowania, aku−
mulator odzyska znaczną część swej no−
minalnej pojemności. Oczywiście nie
uda się uzyskać pojemności nominalnej −
całkowite rozładowanie zawsze nieko−
rzystnie odbija się na właściwościach
akumulatora.
Sprawa reanimowania zasiarczonych
“trupów” to oddzielny temat. Niektórzy
zalecają wtedy tzw. ładowanie pulsacyj−
ne. Z grubsza biorąc, wykorzystuje się tu
prostownik jednopołówkowy. W jednym
półokresie akumulator jest ładowany,
w drugim − rozładowywany, ale nieco
mniejszym prądem. W ten sposób przez
akumulator płyną znaczne prądy ładowa−
nia i rozładowania, a średni prąd ładowa−
nia jest niewielki. Jest to sposób znany
i zalecany w literaturze amatorskiej, ale
jak dotąd nie znamy żadnego producen−
ta, który zalecałby taki sposób ładowania
swoich wyrobów. Wprost przeciwnie −
dla małych, szczelnych akumulatorów
rysunku 6
rysunku 5. Akumulator jest ładowany
prądem tętniącym. Prąd ładowania
i zmiany prądu ładowania takiego pros−
townika są trudne do określenia, zależą
głównie od wydajności prądowej użyte−
go transformatora. W przypadku akumu−
latorów rozruchowych o pojemnościach
rzędu kilkudziesięciu amperogodzin
i prądzie ładowania rzędu kilku ampe−
rów, taki prosty sposób może być uza−
sadniony z uwagi na koszty. Ale w przy−
padku małych akumulatorów o pojem−
ności do kilku amperogodzin, takiej me−
tody nie powinno się stosować. General−
nie należy wtedy stosować rodzaj stabili−
zowanych zasilaczy, dostarczających
prądu o małych tętnieniach.
Nie mam dokładniejszych danych do−
tyczących akumulatorów rozruchowych,
ale zobacz, jak wygląda to w przypadku
szczelnych akumulatorów firmy YUASA.
Firma zaleca, aby ciągły prąd ładowania
nie przekraczał 0,25C. Jednak po dołą−
czeniu napięcia do rozładowanego aku−
mulatora, w pierwszych chwilach łado−
wania wyładowanego akumulatora prąd
może osiągnąć dużo większą wartość.
Mogłoby to spowodować przegrzanie
i uszkodzenie akumulatora. W przypad−
ku wyrobów wspomnianej firmy, przy
napięciu 2,3V/ogniwo, uszkodzenie nie
powinno nastąpić, bowiem konstrukcja
akumulatora ogranicza maksymalny prąd
rysunku 5
rysunku 7. Dobre wyniki uzysku−
je się, stosując tu transformator bezpie−
czeństwa 220V/24V. Żarówka umiesz−
czona w obwodzie uzwojenia pierwotne−
go transformatora ogranicza prąd łado−
wania do pewnej wartości, nie większej
niż 0,1C. Parametry transformatora
i moc żarówki decydują, jaka to będzie
wartość, i jak zmieniać się będzie prąd
rysunku 7
Rys. 5. Najprostszy układ ładowania.
Rys. 6.
63
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/96
Dodatnie Sprzężenie Zwrotne
odatnie Sprzężenie Zwrotne
W przypadku częściowego rozładowania
− zbyt duża dawka ładowania może nie−
korzystnie wpłynąć na jego parametry.
Przy głębokim, całkowitym rozładowa−
niu, porcja ładunku okaże się za mała dla
pełnego naładowania.
Dlatego sposób ładowania prądem
o niezmiennej wartości przez ustalony
czas nie jest polecany przez producen−
tów.
Ładowanie przy stałym
napięciu
Okazuje się, że pewniejszym i bez−
pieczniejszym sposobem jest ładowanie
przy stałym napięciu akumulatora. Ten
sposób jest zalecany jako prosty i skute−
czny. Elektroniczny regulator troszczy
się, by napięcie na akumulatorze stale
miało jednakową, ściśle określoną war−
tość. Urządzenie ładujące powinno mieć
możliwość regulacji tego napięcia w za−
kresie 2,25...2,5V/ogniwo.
Jak wskazano przy omawianiu rysun−
ku 6, przy stałym napięciu, na początku
ładowania prąd mógłby znacznie prze−
kroczyć zalecaną wartość 0,25C. Dlate−
go przy ładowaniu akumulatorów
o mniejszych pojemnościach zaleca się
ładowanie z ograniczeniem prądu do
wartości 0,1...0,25C. W przypadku aku−
mulatorów o pojemnościach rzędu kilku−
dziesięciu Ah, problem ograniczenia prą−
du zwykle nie jest tak ostry, ponieważ
sam transformator zasilający ma zwykle
ograniczoną wydajność, co skutecznie
zapobiega nadmiernemu wzrostowi prą−
du (np. przy 40Ah prąd 0,25C to 10A).
Zastosowanie ograniczenia prądowe−
go powoduje, że na początku ładowania,
nie jest to ładowanie przy stałym napię−
ciu, a raczej przy stałym prądzie. Ale po
częściowym naładowaniu napięcie aku−
mulatora wzrasta do nastawionego na−
pięcia ładowania i potem prąd zaczyna
się zmniejszać. Przebiegi napięć i prą−
dów podczas ładowania pokazano na
ry−
ry−
ry−
sunku 10
sunku 10. Liniami przerywanymi zazna−
czono charakterystyki przy ładowaniu
akumulatora rozładowanego tylko częś−
ciowo. Warto zauważyć, że przy takiej
metodzie nie występuje problem przeła−
dowania − po naładowaniu do określone−
go napięcia, prąd ładowania sam zmniej−
sza się do bezpiecznej, małej wartości.
Do jakiej wartości zmniejszy się prąd
ładowania, gdy akumalator stale dołączo−
ny będzie do urządzenia ładującego?
Zależy to od napięcia nastawionego
w urządzeniu ładującym. Przykładowo
rysunek 10 przedstawia charakterystykę
ładowania przy nastawionym napięciu
2,4V/ogniwo i prądzie maksymalnym
0,1C. Z rysunku widać, że po długim cza−
sie prąd ładowania ustabilizuje się na
wartości około 0,015C. Porównaj teraz
rysunek 11
Rys. 7. Układ ładowania z żarówką.
Rys. 8. Przebieg zmian napięcia i
prądu w układzie z rys. 5.
ładowania w zależności od napięcia aku−
mulatora.
Na rysunku 8
rysunek 11
rysunek 11, dotyczący sytuacji, gdy na−
pięcie końcowe zostało zwiększone do
2,5V/ogniwo. Jak widać akumulator nała−
duje się w tych warunkach nieco szyb−
ciej, ale prąd ładowania po długim czasie
ustabilizuje się na znacznej wartości rzę−
du 0,04C!
Czy to ma jakieś znaczenie? Tak, i to
duże! Pamiętaj bowiem, że akumulatory
pracują generalnie albo w sposób cyk−
liczny (ładowanie i rozładowanie), albo
jako akumulatory rezerwowe w układzie
z ciągłym doładowywaniem (tzw. praca
buforowa ang. float mode lub standby
mode).
Przy pracy cyklicznej zależy nam na
pełnym i szybkim naładowaniu akumula−
tora. W takim wypadku można stosować
prąd ładowania w zakresie 0,1...0,25C,
i należy ustawić nieco wyższe napięcie
ładowania − 2,4...2,5V/ogniwo.
Gdy jednak akumulator ma pracować
w urządzeniu, w którym będzie ciągle do−
ładowywany, nie wolno ustawiać tak du−
żego napięcia ładowania. Przy pracy bu−
forowej należy ustawić napięcie rzędu
rysunku 8 pokazano przykładowy
przebieg zmian w czasie prądu ładowa−
nia i napięcia akumulatora. Wykres ten
nie niesie istotnych informacji, pokazuje
tylko, że wskutek istnienia rezystancji
wewnętrznej prostownika, prąd ładowa−
nia maleje ze wzrostem napięcia akumu−
latora, czyli prąd ten zależy od stanu na−
ładowania akumulatora.
Przy takim sposobie, należy kontrolo−
wać czas ładowania (ewentualnie stan
naładowania akumulatora), aby uniknąć
przeładowania.
Ładowanie prądem
o stałej wartości
Wydawałoby się, że dla uniknięcia
przeładowania, najlepszym sposobem
jest ładowanie prądem o ustalonej war−
tości (powiedzmy 0,1C), przez ściśle
określony czas (np. 12...15 godzin).
Rzeczywiście, można skonstruować nie−
zbyt skomplikowany układ elektroniczny
z tranzystorami czy tyrystorami, który
niezależnie od napięcia akumulatora do−
starczałby prądu o określonej wartości.
Bez większego kłopotu można też skon−
struować układ czasowy odmierzający
potrzebny czas ładowania. Zmiany prądu
i napięcia przy takiej metodzie pokazane
są na rysunku 9
rysunku 8
rysunku 9
rysunku 9.
Taka metoda władowania określonej
ilości amperogodzin jest może i dobra,
ale tylko wtedy, gdy akumulator jest roz−
ładowywany w kontrolowany sposób.
rysunku 9
Rys. 9. Ładowanie prądem o stałej
wartości.
Rys. 10. Charakterystyki ładowania stałonapięciowego z ograniczeniem
prądowym (2,4V/ogniwo 0,1 C)
64
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/96
Plik z chomika:
sztywnyy
Inne pliki z tego folderu:
Tranzystory.PDF
(7420 KB)
Akumulatory.PDF
(3254 KB)
Indukcja.PDF
(1359 KB)
Kondensatory.PDF
(1549 KB)
Rezystory.PDF
(1728 KB)
Inne foldery tego chomika:
AVR
CNC
Eagle 5.6 + crack
Filmy,Seriale
Gry_Planszowe
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin