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
871257625.169.png 871257625.180.png 871257625.191.png 871257625.202.png 871257625.001.png 871257625.012.png 871257625.022.png 871257625.033.png 871257625.044.png
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
871257625.054.png 871257625.065.png 871257625.076.png 871257625.087.png 871257625.098.png 871257625.109.png 871257625.120.png 871257625.131.png 871257625.133.png 871257625.134.png 871257625.135.png 871257625.136.png 871257625.137.png 871257625.138.png 871257625.139.png 871257625.140.png 871257625.141.png 871257625.142.png 871257625.143.png 871257625.144.png 871257625.145.png 871257625.146.png 871257625.147.png 871257625.148.png 871257625.149.png 871257625.150.png 871257625.151.png 871257625.152.png 871257625.153.png 871257625.154.png 871257625.155.png 871257625.156.png 871257625.157.png 871257625.158.png 871257625.159.png 871257625.160.png 871257625.161.png 871257625.162.png 871257625.163.png 871257625.164.png 871257625.165.png 871257625.166.png
 
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
871257625.167.png 871257625.168.png 871257625.170.png 871257625.171.png 871257625.172.png 871257625.173.png 871257625.174.png 871257625.175.png 871257625.176.png 871257625.177.png 871257625.178.png 871257625.179.png 871257625.181.png 871257625.182.png 871257625.183.png 871257625.184.png 871257625.185.png 871257625.186.png 871257625.187.png 871257625.188.png 871257625.189.png 871257625.190.png 871257625.192.png 871257625.193.png 871257625.194.png 871257625.195.png 871257625.196.png 871257625.197.png 871257625.198.png 871257625.199.png 871257625.200.png 871257625.201.png 871257625.203.png 871257625.204.png 871257625.205.png 871257625.206.png 871257625.207.png 871257625.208.png 871257625.209.png 871257625.210.png 871257625.211.png 871257625.212.png 871257625.002.png 871257625.003.png 871257625.004.png 871257625.005.png 871257625.006.png 871257625.007.png 871257625.008.png 871257625.009.png 871257625.010.png 871257625.011.png 871257625.013.png 871257625.014.png 871257625.015.png 871257625.016.png 871257625.017.png 871257625.018.png 871257625.019.png 871257625.020.png
 
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
871257625.021.png 871257625.023.png 871257625.024.png 871257625.025.png 871257625.026.png 871257625.027.png 871257625.028.png 871257625.029.png 871257625.030.png 871257625.031.png 871257625.032.png 871257625.034.png 871257625.035.png 871257625.036.png 871257625.037.png 871257625.038.png 871257625.039.png 871257625.040.png 871257625.041.png 871257625.042.png 871257625.043.png 871257625.045.png 871257625.046.png 871257625.047.png 871257625.048.png 871257625.049.png 871257625.050.png 871257625.051.png
 
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
871257625.052.png 871257625.053.png 871257625.055.png 871257625.056.png 871257625.057.png 871257625.058.png 871257625.059.png 871257625.060.png 871257625.061.png 871257625.062.png 871257625.063.png 871257625.064.png 871257625.066.png 871257625.067.png 871257625.068.png 871257625.069.png 871257625.070.png 871257625.071.png 871257625.072.png 871257625.073.png 871257625.074.png 871257625.075.png 871257625.077.png 871257625.078.png 871257625.079.png 871257625.080.png 871257625.081.png 871257625.082.png 871257625.083.png 871257625.084.png 871257625.085.png 871257625.086.png 871257625.088.png 871257625.089.png 871257625.090.png 871257625.091.png 871257625.092.png 871257625.093.png 871257625.094.png 871257625.095.png 871257625.096.png 871257625.097.png 871257625.099.png 871257625.100.png 871257625.101.png 871257625.102.png 871257625.103.png 871257625.104.png 871257625.105.png 871257625.106.png 871257625.107.png 871257625.108.png 871257625.110.png 871257625.111.png 871257625.112.png 871257625.113.png 871257625.114.png 871257625.115.png 871257625.116.png 871257625.117.png 871257625.118.png 871257625.119.png 871257625.121.png 871257625.122.png 871257625.123.png 871257625.124.png 871257625.125.png 871257625.126.png 871257625.127.png 871257625.128.png 871257625.129.png 871257625.130.png 871257625.132.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin