Carica automatica di celle galvaniche e batterie con corrente asimmetrica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche

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Ai lettori vengono presentati due design di caricabatterie che differiscono per la quantità di corrente di carica, ma hanno un unico metodo di recupero: corrente asimmetrica.

Come sapete, il recupero di celle e batterie galvaniche viene effettuato al meglio caricando con una corrente asimmetrica. In questo caso, la corrente di carica è 10 volte maggiore della corrente di scarica e la durata è due volte inferiore [1, 2].

I dispositivi possono essere caricati con lunghe interruzioni, ad esempio a causa di un'interruzione di corrente. Quando viene applicata l'alimentazione, la ricarica riprenderà automaticamente. I dispositivi non temono cortocircuiti accidentali dei jack di uscita. Quando si conservano le batterie per lungo tempo, è possibile utilizzare dispositivi per mantenerle cariche.

La carica termina automaticamente al raggiungimento della tensione impostata sull'elemento in carica. I dispositivi consentono di impostare all'interno di un ampio intervallo senza strumenti (con precisione sufficiente per la pratica) la corrente di carica e scarica, nonché la tensione di terminazione della carica.

Primo disegno progettato per caricare singole piccole batterie tipo D-0,1; RE-0,25; RE-0,55; TsNK-0,45; NGCC-1,8 o le loro controparti importate e batterie costituite da essi, nonché celle galvaniche del tipo 316, 322, 343, 373, batterie costituite da esse e batterie 3336, "Krona", "Korund", ecc. . Il numero di celle galvaniche caricate contemporaneamente - 7 pezzi e batterie ricaricabili - 9 pezzi.

Il diagramma schematico del dispositivo è mostrato in Fig.1. Consiste in un alimentatore su un trasformatore T1, un ponte raddrizzatore su diodi VD1-VD4 e un condensatore di filtro C1.

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Lo stabilizzatore di corrente di carica è realizzato sui transistor VT2, VT4, insieme al diodo Zener VD9 e al resistore R22, è una sorgente di corrente. Il valore corrente è regolato dal resistore R18.

Lo stabilizzatore della corrente di scarica è realizzato sui transistor VT1, VT5 e LED HL2, che funge contemporaneamente da sorgente di tensione di riferimento fornita alla base del transistor VT5 e da indicatore della corrente di scarica. La corrente di scarica è impostata dal resistore R23.

La corrente di carica (in ampere) di solito corrisponde a 0,1 e la scarica - 0,01 della capacità in amperora. Ad esempio, per le celle 316, 332 o le loro batterie, la corrente di carica è di 60 mA e la corrente di scarica è di 6 mA, per le celle 343, 373 o le loro batterie, rispettivamente di 200 mA e 20 mA.

Un generatore di impulsi rettangolare che genera impulsi di correnti di carica e scarica è assemblato su elementi DD1.2 e DD1.3, resistori R9, R10, diodi VD7, VD8. Il rapporto tra la durata degli impulsi di alto livello e le pause tra di essi è 1:2. La durata degli impulsi è determinata dal resistore R9 e la durata della pausa dipende dal resistore R10. La frequenza di oscillazione è di circa 100 Hz (a seconda del condensatore C5). Il generatore si avvia quando è presente un segnale di livello alto all'uscita dell'elemento DD1.1.

Sul comparatore integrale DA1 è realizzata un'unità per lo spegnimento e la ricarica automatica (AOD e AVZ). Confronta la tensione di riferimento (presa dal motore R4) dello stabilizzatore parametrico VD5R2 o VD6R3 fornito all'ingresso invertente con la tensione variabile sul partitore R20, R21, proporzionale alla tensione della cella o batteria galvanica carica, che viene applicata all'ingresso non invertente DA1.

Poiché la tensione di riferimento è presa da un altro stabilizzatore parametrico VD5R2, per il primo intervallo (1 ... La tensione AOS è impostata dal resistore R6. Per comodità, i limiti dell'unità di automazione sono divisi in due intervalli: 4 ... 1 V e 6 ... 6 V. L'intervallo è selezionato dall'interruttore SA13.

Funzionamento del dispositivo. Quando si collega una cella o batteria galvanica scarica, la tensione sull'ingresso non invertente DA1 è inferiore al riferimento su quello invertente, che è impostato dal resistore R4. Pertanto, l'uscita a collettore aperto (pin 9) del comparatore è impostata su una tensione di basso livello e l'uscita dell'inverter DD1.1 è impostata su una tensione di alto livello, che consente al generatore di impulsi di funzionare. Allo stesso tempo, un segnale di alto livello appare all'uscita dell'elemento DD1.3, aprendo i transistor chiave VT2 e VT3. L'apertura del transistor VT2 porterà alla comparsa di tensione sul diodo zener VD9, il che significa che il transistor VT4 si aprirà e una corrente di carica preimpostata scorrerà attraverso l'elemento in carica. Allo stesso tempo, un segnale di basso livello dall'uscita DD1.2 andrà all'ingresso inferiore dell'elemento DD1.4 secondo il circuito. All'ingresso superiore dell'elemento DD1.4 secondo lo schema, è presente un segnale di livello alto, che viene mantenuto fino alla fine della carica.

Di conseguenza, all'uscita dell'elemento DD1.4 appare un segnale di alto livello, che chiuderà il transistor VT1. Di conseguenza, anche il transistor VT5 si chiuderà, il che rende impossibile il flusso della corrente di scarica. Con la comparsa di un segnale di basso livello all'uscita dell'elemento DD1.3, i transistor VT2 e VT3 si chiuderanno. La corrente di carica si interromperà.

Allo stesso tempo, verrà ricevuto un segnale di alto livello dall'uscita dell'elemento DD1.2 all'ingresso inferiore dell'elemento DD1.4 (il segnale di alto livello continua ad essere ricevuto all'ingresso superiore), che aprire i transistor VT1 e VT5. Ciò consente alla corrente di scarica di fluire. L'arrivo del prossimo impulso positivo dall'uscita del generatore renderà possibile il flusso della corrente di carica e l'impossibilità di scaricarsi.

Pertanto, il processo di carica-scarica continuerà fino a quando la tensione sull'elemento in carica raggiunge il valore del funzionamento dell'unità AOD. Di conseguenza, il comparatore cambierà e alla sua uscita la tensione cambierà da bassa ad alta. L'uscita dell'inverter DD1.1 sarà un segnale di basso livello. Il generatore smetterà di funzionare. Per questo motivo verrà impostato un segnale di livello basso all'uscita di DD1.3. I transistor VT2 e VT4 si chiuderanno e la ricarica si interromperà.

A causa del funzionamento dell'unità AOD e dell'arresto del generatore, viene impostato un segnale di livello alto all'uscita dell'elemento DD1.2, e quindi dell'elemento inferiore DD1.4 secondo il circuito. Poiché c'è un segnale di basso livello all'uscita dell'elemento DD1.1, e quindi all'ingresso superiore dell'elemento DD1.4 secondo il circuito, l'uscita dell'elemento DD1.4 sarà un segnale di alto livello . VT1 e VT5 saranno chiusi. Lo scarico si fermerà.

Quando scorre la corrente dell'impulso di carica, la tensione sulla cella galvanica o sulla batteria sale a un valore superiore alla soglia per il funzionamento dell'unità AOD, il che porterà allo spegnimento prematuro del caricabatterie. Ciò può causare un significativo sottocaricamento. Per evitare che ciò accada, la tensione sull'elemento caricato viene confrontata con quella di riferimento in assenza di corrente di carica, che consente la ricarica a piena capacità. Al momento della carica, il transistor VT3 si apre e shunt il resistore R21, che aumenta la soglia di commutazione del comparatore. Quando si verifica la scarica, i transistor VT2 e VT3 sono chiusi. Il comparatore confronta la tensione effettiva sull'elemento che viene caricato con la tensione di riferimento. Quando viene raggiunto il valore di tensione impostato dell'AOS, la corrente di carica si interromperà completamente. La corrente di scarica attraverso il divisore R20, R21, VT3 e il transistor VT5 è insignificante e per un elemento di 1,5 V è solo 10 μA e per 7 elementi - 200 μA.

Tuttavia, al termine dei processi chimici, la tensione sulla cella elettrochimica o sulla batteria in carica diminuisce lentamente, il che attiverà il comparatore, poiché la tensione di riferimento supera la tensione di uscita. Per escludere tale inclusione del caricabatterie, viene introdotto un resistore R7, che serve a creare un'isteresi, la differenza tra le tensioni dell'AOD e dell'AVR. L'isteresi assicura che il caricabatterie si riavvii quando la batteria viene scaricata più profondamente. Quando si sceglie il valore di R7, è necessario tenere conto del fatto che quando la tensione sull'elemento scaricato è inferiore alla tensione AVZ, il generatore si avvia quando il caricabatterie è collegato alla rete, indipendentemente dal fatto che l'elemento da caricare sia collegato prima o dopo che il dispositivo è connesso alla rete. Quando la tensione sull'elemento scaricato è maggiore della tensione AVZ, il generatore si avvia solo quando il dispositivo è collegato alla rete, seguito dal collegamento dell'elemento o della batteria.

Per un funzionamento stabile del comparatore e del generatore, la loro alimentazione è stabilizzata dallo stabilizzatore parametrico VD5R2. Il diodo VD10 impedisce la scarica attraverso il caricabatterie in caso di interruzione di corrente nel circuito di alimentazione. I condensatori C3 e C4 proteggono il dispositivo da false operazioni quando si verifica un rumore impulsivo nella rete.

Il dispositivo è assemblato su un circuito stampato in lamina di fibra di vetro con uno spessore di 1,5 mm. Il disegno della scheda è mostrato in Fig.2.

Sul pannello frontale sono presenti i LED HL1-HL3 e i resistori variabili R4, R18 e R23 con scale stampate su di essi, oltre a un interruttore SA1. Il transistor VT4 è montato su una piastra dissipatrice di dimensioni 40×25 mm e 6 mm di spessore. TS-10-ZM1 è stato utilizzato come trasformatore di rete, è adatto anche qualsiasi altro che fornisca una tensione di 16 ... 18 V sull'avvolgimento secondario con una corrente di almeno 250 mA.

Dettagli. Il dispositivo non contiene parti fatte in casa o difficili da trovare. L'interruttore SA1 può essere di qualsiasi tipo. Condensatori C1, C2 tipo K50-6; C3-C5 tipo KM. Resistori fissi del tipo MLT, variabili PP3-11 del gruppo A. Il microcircuito DD1 è sostituibile da K561LE5, il comparatore DA1 è K521CA3. Invece del LED verde AL307V, AL307G, AL307NM andrà bene, e invece del LED rosso AL307B - AL307K, AL307BM. I diodi D9B possono essere sostituiti da D220, D311, KD503, KD509 con qualsiasi indice di lettere. Invece del diodo zener KS512A, è possibile utilizzare due KS156A collegati in serie. Il transistor KT3102B sostituirà il KT315G o KT3117 con qualsiasi indice di lettere e, invece del transistor KT3107B, è possibile utilizzare il KT361 con qualsiasi indice di lettere, ad eccezione di A. KT814B può essere sostituito con KT814V, G, KT816B, G.

Regolazione. Se l'installazione è stata completata senza errori, quando il dispositivo è connesso alla rete, i LED HL1, HL2, HL3 dovrebbero accendersi. È possibile osservare gli impulsi collegando un oscilloscopio all'uscita del generatore DD1.3. Aumentando temporaneamente il valore del condensatore C5 a 1 ... 2 μF, la frequenza del generatore viene ridotta e le fluttuazioni possono essere viste dal lampeggio dei LED.

Quindi viene stabilito AOP. Ciò richiederà un'alimentazione stabilizzata con una corrente di carico di almeno 0,2 A e una tensione di 0 ... 15 V. La tensione di uscita è controllata da un voltmetro CC. Innanzitutto, i limiti per la regolazione della tensione dell'automazione sono impostati nell'intervallo I (6 V) e II (13 V). Per fare ciò, saldare il catodo del diodo VD10. Il resistore R15 è saldato da R14 e DD1.3 e il resistore R12 è dall'elemento DD1.4 e collegato al terminale di alimentazione negativo. Allo stesso tempo, VT5 si apre e VT3 si chiude, che corrisponde alla modalità di scarica, quando l'elemento in carica viene monitorato.

Il cursore del resistore R23 è impostato nella posizione inferiore secondo il diagramma per ridurre il carico sull'unità stabilizzata.

Forniamo tensione dalla sorgente ausiliaria alle prese XS1, XS2. Il resistore R4 viene prima posizionato nella posizione più in alto, quindi nella posizione più in basso in base al circuito e, applicando la tensione dalla sorgente, assicurarsi che i limiti di regolazione della tensione dell'automazione siano compresi tra 1 ... 6 V (intervallo I ) e 6 ... 13 B (II gamma). Il limite di tensione inferiore dell'AOD è specificato da una selezione di resistori R5 e R6 (a seconda degli intervalli I e II, rispettivamente) e il limite superiore è determinato utilizzando VD5 e VD6. Gli interruttori del comparatore corrispondono al valore di tensione al quale il led HL3 si spegne (il led HL2 è sempre acceso durante la regolazione).

Successivamente, la scala del resistore R4 "Tensione di fine carica" ​​viene calibrata in entrambi i range fornendo varie tensioni dall'alimentazione ausiliaria. Per questo, il motore del resistore R4 viene trasferito nella posizione superiore secondo lo schema. La tensione corrispondente al valore di impostazione viene impostata all'uscita della sorgente ausiliaria e il cursore del resistore R4 viene spostato lentamente nella posizione inferiore secondo lo schema. La tensione AOZ corrisponde alla posizione del cursore del resistore R4, alla quale il LED HL3 si spegne. Aumentando leggermente la tensione, e poi diminuendola gradualmente, viene verificata l'effettiva soglia di commutazione del comparatore. Se necessario, queste operazioni vengono ripetute. Riducendo uniformemente la tensione della sorgente, la tensione dell'AVZ viene controllata dall'accensione del LED HL3. Se necessario, selezionare il resistore R7.

Successivamente, procedono alla graduazione della scala del resistore R23 "Corrente di scarica". Collegando un milliamperometro con un limite di misura di almeno 1 mA nell'intercapedine della presa XS20 e l'uscita positiva della sorgente di alimentazione ausiliaria, viene applicata tensione e, modificando la resistenza del resistore R23, la scala viene calibrata secondo il valore della corrente attraverso il dispositivo.

Quindi calibrare la scala del resistore R18 "Corrente di carica". Per fare ciò, R14 viene saldato da DD1.3 e collegato all'uscita positiva dello stabilizzatore (+12 V). Collegare un milliamperometro con limite di almeno 10 mA al catodo del diodo VD2 e alla presa XS200 e, variando il valore della resistenza R18 in funzione del valore della corrente attraverso il dispositivo, tarare la scala. Successivamente, i resistori R12, R14, R15 e il diodo VD10 vengono saldati in posizione.

Durante il funzionamento, la tensione AOS è impostata al tasso di 1,7 ... 1,9 V per una cella galvanica carica e 1,35 ... 1,45 V per una batteria.

Secondo disegno Progettato per caricare batterie per auto. La sua differenza sta nell'uso di un potente stabilizzatore per la corrente di carica e la corrente di scarica.

Il diagramma schematico è mostrato in Fig.3. Concentriamoci solo su alcune delle caratteristiche. Il resistore R4 aumenta l'isteresi. Una semplice sorgente di corrente potente viene utilizzata come stabilizzatore della corrente di carica [3]. Tuttavia, l'alimentazione viene fornita all'amplificatore operazionale tramite VT2, poiché quando Uin = 0, all'uscita di DA2 rimane una piccola tensione di uscita, che porta all'apertura del transistor VT4.

(clicca per ingrandire)

Il dispositivo elettronico è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro unilaterale di 1,5 mm di spessore. Il disegno della scheda è mostrato in Figura 4. I diodi VD1-VD4 e il transistor VT6 sono installati su dissipatori di calore con un'area di almeno 100 cm2, il transistor VT4 è installato su un dissipatore di calore con un'area di almeno 200 cm2.

Trasformatore T1 seriale TN-61220 / 127-50 o altro con una tensione sull'avvolgimento secondario di 15 ... 18 V a una corrente di 7 ... 8 A. Trasformatore T1, condensatore C1, resistori R18, R23, diodi VD1 -VD4, VD5, così come i transistor VT4 e VT6 sono montati separatamente. I resistori variabili R15, R19 e R22, nonché i LED HL1, HL3 sono posizionati sul pannello frontale.

Dettagli. I diodi D231 possono essere sostituiti da D243, D245, KD213A e altri per una corrente di almeno 5 A. Condensatori C1, C2 di tipo K50-6, K50-16. Invece del diodo zener D818E, è possibile utilizzare il diodo zener KS191 con qualsiasi indice di lettere. Resistenza R18 tipo C5-16MV, R20 tipo PEV15. Sostituiremo l'amplificatore operazionale K553UD2 K153UD2 o KR140UD18. È importante che l'intervallo della tensione di ingresso sia fino alla tensione di alimentazione positiva. I circuiti di potenza sono realizzati con filo di rame con sezione di almeno 0,75 mm2.

La struttura è simile al primo progetto. Iniziano con l'unità di automazione (AOZ e AVZ). Per questo, il catodo del diodo VD10, il resistore R10 sono saldati dall'elemento DD1.4 e il resistore R13 dal resistore R12 e dall'elemento DD1.3. I resistori R10 e R13 sono collegati al cavo di alimentazione negativo. Il resistore R22 è posizionato in basso e il resistore R19 in alto secondo il diagramma di posizione. Una sorgente stabilizzata è collegata ai terminali di uscita con una corrente di carico di almeno 0,5 A e una tensione di uscita di 10 ... 15 V. La tensione di uscita è controllata da un voltmetro CC. Viene fornito il valore di tensione richiesto (14,2 ... 14,8 V) e il cursore R19 viene ruotato lentamente nella posizione inferiore secondo lo schema fino allo spegnimento del LED HL3. Questo valore è annotato sulla scala R19 "Tensione di fine carica". Quindi, riducendo gradualmente la tensione della sorgente, controllano che il dispositivo sia acceso a 12,4 ... 12,8 V (se necessario selezionare R4, R5).

Successivamente, viene calibrata la scala del resistore R22 "Corrente di scarica". Per fare ciò, un milliamperometro per una corrente di 0 ... 500 mA è incluso nello spazio tra il terminale positivo e la fonte di alimentazione ausiliaria e, modificando il valore del resistore R22, viene impostata la corrente richiesta e la scala è calibrato.

Successivamente, calibrare la scala del resistore R15 "Corrente di carica". Per fare ciò, il resistore R12 viene saldato dall'elemento DD1.3 e collegato al filo positivo del regolatore di tensione +12 V. La batteria è collegata al negativo del caricabatterie con un terminale negativo. Al catodo del diodo VD5 e al filo positivo della batteria è collegato un amperometro con limite di misura di almeno 10 A. Accendere il dispositivo e, modificando il valore della resistenza R15, impostare la corrente richiesta e calibrare la bilancia.

Successivamente, il diodo VD10, i resistori R10, R12 e R13 vengono ripristinati. La batteria scarica è collegata al dispositivo. Quindi viene impostata la corrente di carica e scarica richiesta, nonché la tensione AOD, quindi il dispositivo viene collegato alla rete. Se lo si desidera, è possibile inserire un LED per il collegamento errato della batteria.

letteratura:

1. Bogomolov B. La seconda vita di gabbie galvaniche//Radio. - 1991. - N. 5.S.65-67.
2. Gazaev M. Dispositivo automatico per la ricarica e il ripristino delle batterie: sab. Aiuto per un radioamatore. - M.: DOSAAF, 1986. Numero 94. - P.3-7.
3. Uspensky B. Stabilizzatori di tensione e corrente sui circuiti integrati: Sat. Aiuto per un radioamatore. - M.: DOSAAF, 1985. Numero 91. - P.39-53.

Autore: N.I. Mazepa

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