akumulatory w praktyce cz3.pdf

Podstawy

w praktyce elektronika

Akumulatory kwasowo−ołowiowe

c z ę ś ć 3

Akumulatory kwasowe można ładować

prądem o dowolnej wartości w zakresie

0,1C...0,3C, a sygnałem pełnego naładowa−

nia będzie napięcie ogniwa równe 2,4...2,5V ,

co dla akumulatora 12−woltowego daje

14,4...15,0V , a dla 6−woltowego: 7,2...7,5V.

W praktyce wystarczy zastosować stabili−

zator o napięciu wyjściowym 15V (14,4....

15V) z ogranicznikiem prądowym. Ideę ilu−

struje w uproszczeniu rysunek 8 . Na począt−

ku ładowania, gdy akumulator jest prawie

pusty, prąd ładowania jest maksymalny i wy−

nosi 0,25C (0,1...0,3C). Napięcie na akumu−

latorze jest niższe od ustalonego 14,7V.

Z czasem napięcie wzrasta do tej wartości

i jednocześnie prąd ładowania zmniejsza się

poniżej 0,25C, bo akumulator „nie chce” już

tyle prądu. W związku ze wzrostem napięcia

akumulatora, prąd samoczynnie stopniowo

zmaleje do znikomej wartości. Przebiegi prą−

du i napięcia przy ładowaniu prądem

0,25C będą wyglądać jak na rysunku 9 . Li−

nie ciągłe dotyczą ładowania akumulatora

rozładowanego, linie przerywane – akumula−

tora, w którym pozostało jeszcze 50% ładun−

ku. Jak widać, nie można przeładować aku−

mulatora, bo napięcie szybko dochodzi do

ustawionej granicy i prąd spada do bezpiecz−

nej wartości.

Sposób jest bardzo dobry, skuteczny

i szybki, jednak wymaga stabilizatora o regu−

lowanym napięciu wyjściowym z ograniczni−

kiem prądowym. Sygnałem zakończenia ła−

dowania będzie spadek prądu poniżej warto−

ści 0,03C – wystarczy w szereg z akumulato−

rem włączyć amperomierz.

W zasadzie można byłoby wykorzystać

dowolny zasilacz regulowany o znacznej wy−

dajności prądowej bez ogranicznika prądo−

wego, a za to z rezystorem ograniczającym

prąd (na początku ładowania, przy rozłado−

wanym akumulatorze) do wartości

0,25...0,3C według rysunku 10 . W praktyce

wartość takiego rezystora będzie mała, nawet

rzędu ułamka oma, zależnie od pojemności

akumulatora. Jeśli rezystor Rx ograniczy

prąd do wartości 0,25C na początku ładowa−

nia, gdy napięcie akumulatora wynosi około

12V, to podczas ładowania prąd będzie syste−

matycznie malał, jak pokazuje rysunek 11 .

Sposób z zasilaczem i rezystorem według ry−

sunku 11 nie jest jednak optymalny Ze

względu na stopniowe zmniejszanie prądu

czas do pełnego naładowania będzie z ko−

nieczności długi (nawet ponad 20 godzin).

Zdecydowanie lepszy jest sposób z wcze−

śniejszego rysunku 8, bo przez większość

czasu ładowania prąd ma dużą wartość i czas

ładowania jest w miarę krótki (kilka godzin).

Nie trzeba do tego wcale fabrycznego zasila−

cza z ograniczeniem prądowym – rolę ogra−

nicznika prądu może z powodzeniem pełnić

rezystor o dobranej wartości i mocy umie−

szczony „przed” stabilizatorem. Idea pokaza−

na jest na rysunku 12 .

Rys. 12

We wszystkich przypadkach z rysunków

8...12 nie ma obawy przeładowania, byle tyl−

ko stabilizator był tak ustawiony, żeby koń−

cowe napięcie akumulatora nie przekroczyło

15V. Nie są tu konieczne żadne układy czaso−

we czy sygnalizatory – dzięki obecności sta−

bilizatora układ sam kończy ładowanie, stop−

niowo zmniejszając prąd. Zmniejszenie prą−

du (do wartości poniżej 0,02...0,05C) jest też

sygnałem pełnego naładowania.

Opisaną zasadę ładowania akumulatorów

prądem o wartości do 0,2...0,3C do napięcia

2,4...2,5V/ogniwo (14,4...15V dla akumula−

tora 12−woltowego) można zrealizować sa−

modzielnie na wiele różnych sposobów.

Trzeba tylko zwrócić uwagę, żeby po zaniku

napięcia sieci akumulator nie został rozłado−

wany przez stabilizator. W każdym wypadku

trzeba zadbać, by nie przekroczyć maksymal−

nego prądu ładowania (pustego) akumulatora

wynoszącego liczbowo około 0,3 jego po−

jemności (0,3C). Trzeba uwzględnić dodat−

kowe czynniki: zależnie od prądu maksymal−

nego stabilizator i tranzystor regulacyjny na−

leży wyposażyć w stosowny radiator. Prakty−

ka pokazuje, że jednym z istotnych proble−

mów jest ochrona ładowarki przed zwarciem.

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 11

Październik 2002

Elektronika dla Wszystkich

Akumulatory

Podstawy

Przy zwarciu zacisków, w elementach łado−

warki wydzielą się nadmierne ilości ciepła.

Jeszcze groźniejsze bywa odwrotne podłą−

czenie akumulatora, powodujące przepływ

ogromnego prądu z akumulatora przez obwo−

dy wyjściowe ładowarki. Zwykle kończy się

to jej uszkodzeniem.

Warto zwrócić uwagę, że pokazane ukła−

dy ładują akumulator prądem stałym, a nie

impulsowym. Nie powinno się więc ich na−

zywać prostownikami, a raczej ładowarkami.

Problem, czy ładować prądem stałym, czy

pulsującym, od dawna zaprząta uwagę użyt−

kowników. W literaturze, zwłaszcza amator−

skiej, pojawiło się mnóstwo publikacji o „cu−

downych” sposobach ładowania impulsowe−

go różnych akumulatorów. Tymczasem nie−

którzy producenci zdecydowanie zalecają ła−

dowanie prądem stałym z zawartością tętnień

poniżej 10%! Przy prawidłowej eksploatacji

na pewno dobry jest prąd stały.

Dociekliwi eksperymentatorzy mogą

stwierdzić, że w praktyce sytuacja nie zawsze

jest aż tak klarowna, jak w przedstawionym

opisie. Jeśli ktoś chce eksperymentować ze

starymi, zasiarczonymi czy głęboko rozłado−

wanymi akumulatorami kwasowymi, może

wykorzystać sposoby impulsowe, w tym ta−

kie, że przez chwilę akumulator jest ładowany,

a później przez następną chwilę nieco rozłado−

wany. Profesjonaliści traktują takie akumula−

tory jako nieprzydatne, niespełniające warun−

ków, natomiast hobbyści często mają do czy−

nienia właśnie z takimi egzemplarzami, gdzie

właściwie każdy przypadek jest inny.

Gdy akumulator kwasowy jest rozłado−

wany całkowicie (do zera), elektrolitem jest

czysta, destylowana woda, która bardzo nie−

chętnie przewodzi prąd. Taki zupełnie rozła−

dowany akumulator podłączony do źródła

napięcia będzie się ładował znikomym prą−

dem o wartości... pojedynczych mikroampe−

rów. Nie znaczy to wcale, że akumulator jest

nieodwracalnie uszkodzony. Trzeba go po−

zostawić pod napięciem na dłuższy czas, na−

wet kilku dni. Jeśli to możliwe, warto

zwiększyć napięcie na akumulatorze nawet

dwukrotnie, włączając w szereg rezystor

ograniczający (np. 220

(2,45± 0,05V/ogniwo)

do trybu buforowego 13,5...13,8V

(2,275± 0,025V/ogniwo).

5W).

W znacznej części akumulatorów po pew−

nym czasie prąd zacznie narastać i akumula−

tor zacznie się zachowywać normalnie, o ile

nie został wcześniej kompletnie uszkodzo−

ny. Niektóre głęboko rozładowane akumula−

tory kwasowe, pozostające całe miesiące

bez napięcia, dają się w ten najprostszy spo−

sób z powodzeniem reanimować i pomimo

zmniejszonej pojemności mogą być jeszcze

długo wykorzystane. Inne mają zwarte nie−

które cele albo odwrotnie, w ogóle nie chcą

„ruszyć” nawet przy kilkudniowym podłą−

czeniu do ładowarki. Napięcia ładowania

i rozładowania różnych tak reanimowanych

akumulatorów mogą nie do końca odpowia−

dać podanym wskazówkom. Wtedy infor−

macje z artykułu należy potraktować jako

wytyczne, a warunki ładowania i napięcia

końcowe danego egzemplarza dobrać do−

świadczalnie.

Przy wszelkich eksperymentach z akumu−

latorami kwasowymi należy przestrzegać

podstawowych reguł: Prąd ładowania nie po−

winien przekraczać 0,3C. W nowych akumu−

latorach na koniec cyklu ładowania napięcie

powinno wynosić:

dla trybu cyklicznego 14,4...15V

1W albo 47

Dla dociekliwych

W publikacjach można znaleźć wskazówki,

że napięcie pracy buforowej i końcowe napię−

cie ładowania jednego ogniwa w trybie cy−

klicznym przy wzroście temperatury powinno

się zmniejszać ze współczynnikiem

−3...−4 miliwoltów na stopień Celsjusza. Inne

źródła podają, że dla akumulatora 12V współ−

czynnik ten powinien wynosić –10mV/ o C.

Materiały firmowe podają wartość −3...−

5mV/K odnoszącą się dla jednego ogniwa, co

dla akumulatora 12V da −18...−30mV/K, czyli

znacznie większą niż wspominane –10mV/K.

Jednocześnie materiały producentów aku−

mulatorów zawierają niedwuznaczne stwier−

dzenia, że przy eksploatacji akumulatora

w warunkach domowych, np. w centralce

alarmowej czy UPS−ie, nie ma potrzeby

wprowadzania obwodów kompensacji tem−

peratury. Średnia temperatura w ciągu roku

wynosi nieco ponad 20 o C. Wystarczy usta−

wić niezmienne napięcie pracy buforowej.

Zalecana wartość to 2,275V/ogniwo, w żad−

nym wypadku nie więcej niż 2,5V/ogni−

wo (ma to być rzeczywiste napięcie akumu−

latora, a nie napięcie wyjściowe zasilacza bez

obciążenia, które może być nieco inne).

Jedynie gdyby akumulator miał pracować

w trudnych warunkach, w temperaturach wy−

kraczających poza zakres +5...+40 o należy

uzależnić napięcie ładowania od temperatury,

stosownie do zaleceń producenta.

Jerzy Częstochowski

Elektronika dla Wszystkich

Październik 2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: