2.1.3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРОВ
Заряд аккумулятора происходит, если к нему приложен потенциал, превышающий его напряжение. Ток заряда аккумулятора пропорционален разности приложенного напряжения и напряжения холостого хода. Скорость заряда аккумулятора может быть определена в терминах емкости. Если емкость аккумулятора С заряжается за время t, то скорость заряда определяется отношением С/t. Аккумулятор емкостью 100 Ач при разряде со скоростью С/5 полностью разрядится за 5 часов, при этом ток разряда составит 100/5, или 20 А. Если аккумулятор заряжается со скоростью C/10, то ток его заряда будет равен 100/10, или 10 А. Скорость заряда можно оценить в длительностях цикла. Так, если аккумулятор заряжается за 5 часов, то говорят, что он имеет цикл 5 часов. В зависимости от области применения аккумуляторы можно заряжать различными способами. При быстром заряде требуется от 4 до 6 часов, в то время как продолжительность разряда в штатном режиме варьируется от 10 до 15 часов. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда. Иногда используется плавающий заряд (плавающий заряд -- метод поддержания подзаряжаемой батареи при полном заряде путем подачи выбранного постоянного напряжения для компенсации в ней различных потерь), во время которого нагрузка и аккумулятор включаются параллельно, или компенсационный подзаряд (компенсационный подзаряд -- метод, при котором для приведения батареи в полностью заряженное состояние и поддержания ее в этом состоянии используется постоянный ток заряда), когда мощность постоянного тока подается в нагрузку, в то время как цепь заряда аккумулятора с нагрузкой не соединена. На практике чаще всего используется быстрый заряд аккумулятора (до 90% емкости) с последующим автоматическим переключением на меньшую скорость заряда (до полной емкости). Для маломощных аккумуляторов и заряда при постоянном напряжении можно использовать устройство [1], показанное на рис. 2.3. Для поддержания постоянного выходного напряжения, значение которого устанавливается резистором R2, применяется трехвыводной интегральный стабилизатор напряжения, например КР142ЕН5А. Для расчета схемы следует пользоваться выражением: oС
U0 = Uоп (1 + R1/R2) + IустR2, гдеoС
U0 -- напряжение равное разности максимального напряжения на заряженном аккумуляторе и выходного напряжения используемого интегрального стабилизатора напряжения;
Uоп -- выходное напряжение используемого интегрального стабилизатора напряжения;
Iуст -- ток внутреннего стабилизатора используемой интегральной микросхемы [6].
Возможно использование в качестве резистора R2 переменного резистора, но с обязательным шунтированием постоянным резистором (для блокирования дребезга движка резистора) т.о., чтобы их суммарное сопротивление равнялось расчетному. С его помощью поддерживается необходимое выходное напряжение и одновременно осуществляется защита схемы от тока короткого замыкания. Зарядное устройство с источником тока и автоматическим ограничением напряжения показано на рис. 2.4 [6]. Это устройство поддерживает постоянный ток заряда и отключает аккумулятор от зарядного устройства по достижении установленного напряжения заряда. Здесь источник тока выполнен на транзисторе VT2 и светодиоде VD1, который выполняет функцию индикатора (напряжение эмиттер-база транзистора VT2, задающее ток источника тока, определяется падением напряжения на светодиоде). Транзистор VT1 ограничивает напряжение на нагрузке, закрывая протекание тока через светодиод VD1 по достижении напряжения заряда аккумулятора, которое устанавливается подбором резистора R1. При номиналах, указанных на схеме, напряжение заряда аккумулятора 12 В при максимальном токе порядка 100 мА. Светодиод показывает степень заряда аккумулятора. При полностью заряженном аккумуляторе он гаснет. Такие зарядные устройства не требуют приборов измерения тока и напряжения, контроля окончания заряда и в конце заряда автоматически уменьшают ток, сообщая аккумулятору максимально возможный заряд. При необходимости заряжать аккумуляторные батареи большой емкости (например автомобильные) ток заряда нетрудно увеличить до 5 А. В этом случае транзистор VT2 необходимо заменить составным транзистором рис. 2.5, снабдив последний из них теплоотводом. Восстановление пассивированных аккумуляторных батарей В результате неправильной эксплуатации аккумуляторных батарей пластины их пассивируются и выходят из строя. Тем не менее известен способ восстановления таких батарей асимметричным током (при соотношении зарядной и разрядной составляющих тока 10 : 1 и отношении длительностей импульсов этих составляющих 1 : 2). Этот способ позволяет активизировать поверхности пластин старых аккумуляторов и проводить профилактику исправных [4]. На рис. 2.6 представлена схема заряда аккумуляторов асимметричным током, которая рассчитана на работу с 12 В аккумулятором и обеспечивает импульсный зарядный ток 5А и разрядный -0,5 А. Она представляет собой регулятор тока, собранный на транзисторах VT1...VT3. Питается устройство переменным током напряжением 22 В (амплитудное напряжение 30 В). При номинальном зарядном токе напряжение на заряженном аккумуляторе изменяется в пределах 13...15 В (среднее напряжение 14 В). За время одного периода переменного напряжения формируется один импульс зарядного тока (угол отсечки alpha) равен 60o, рис. 2.7). В промежутке между зарядными импульсами формируется разрядный импульс через резистор R3, подбором которого устанавливается амплитуда разрядного тока. Необходимо учитывать, что суммарный ток зарядного устройства должен равняться 1,1 от тока заряда аккумулятора, т.к. при заряде резистор R3 подключен параллельно аккумулятору. При использовании аналогового амперметра он будет показывать около одной трети от амплитуды импульса зарядного тока. Схема защищена от короткого замыкания выхода. Заряд аккумулятора ведут до тех пор, пока не наступит обильное газовыделение (кипение) во всех банках, а напряжение и плотность электролита будут постоянными в течение двух часов подряд. Это является признаком окончания заряда. Затем следует произвести уравнивание плотности электролита в секциях и продолжить заряд еще 30 минут для лучшего перемешивания. Во время заряда аккумулятора следует периодически проверять температуру электролита, чтобы не допустить ее повышения выше 45oC в холодных и умеренных климатических зонах и выше 50oC в жарких и теплых влажных. Так как при заряде кислотных аккумуляторов выделяется водород, следует проводить заряд аккумулятора в хорошо проветриваемом помещении, при этом не следует курить и пользоваться открытым пламенем. Образовавшаяся гремучая смесь обладает большой разрушительной силой.
.
