كيف يتم شحن البطاريات وعملها؟

تسمى عادة مدخرات في الهندسة الكهربائية المصادر الكيميائية للتيار ، والتي يمكن أن تتجدد ، وتستعيد الطاقة المستهلكة بسبب تطبيق مجال كهربائي خارجي.

تسمى الأجهزة التي تزود لوحات البطارية بالكهرباء ، وهي: تأتي بالمصدر الحالي إلى حالة صالحة للعمل ، وشحنه. لتشغيل البطارية بشكل صحيح ، من الضروري تقديم مبادئ عملها والشاحن.

كيف تعمل البطارية

يمكن لمصدر التيار الكيميائي المعاد تدويره أثناء التشغيل:

1. قم بتشغيل الطاقة المتصلة ، على سبيل المثال ، المصباح الكهربائي ، المحرك ، الهاتف المحمول وغيرها من الأجهزة ، وإنفاق الإمداد بالطاقة الكهربائية ؛

2. تستهلك الكهرباء الخارجية المتصلة بها ، وتنفقها على استعادة احتياطي قدرتها.

في الحالة الأولى ، يتم تفريغ البطارية ، وفي الحالة الثانية تحصل على شحنة. هناك العديد من تصميمات البطاريات ، لكن مبادئ التشغيل شائعة. دعونا دراسة هذا السؤال من خلال مثال على لوحات النيكل والكادميوم وضعت في محلول المنحل بالكهرباء.

بطارية منخفضة

تعمل دائرتان كهربائيتان في وقت واحد:

1. الخارجية ، تطبيقها على محطات الإخراج ؛

2. الداخلية.

عند تصريفها إلى مصباح كهربائي في دائرة خارجية مطبقة ، يتدفق التيار من الأسلاك وخيوط تشكلتها حركة الإلكترونات في المعادن ، وتتحرك الأنيونات والكاتيونات عبر المنحل بالكهرباء في الجزء الداخلي.

تشكل أكاسيد النيكل المضاف إليها الجرافيت أساس صفيحة موجبة الشحنة ، ويستخدم الكادميوم الإسفنجي في القطب السالب.

عند تفريغ البطارية ، يتم نقل جزء من الأكسجين النشط من أكاسيد النيكل إلى المنحل بالكهرباء وينتقل إلى لوحة الكادميوم ، حيث يتأكسدها ، مما يقلل من السعة الإجمالية.

شحن البطارية

غالبًا ما تتم إزالة الحمل من أطراف الإخراج للشحن ، على الرغم من أنه في الممارسة العملية يتم استخدام الطريقة عند توصيل الحمل ، مثل بطارية سيارة متحركة أو على هاتف محمول مشحون يتم التحدث إليه.

يتم توفير أطراف البطارية مع الجهد من مصدر خارجي للطاقة أعلى. له شكل ثابت أو ناعم ، ينبض ، يفوق الفرق المحتمل بين الأقطاب الكهربائية ، يتم توجيهه أحادي القطب معهم.

تتسبب هذه الطاقة في تدفق التيار في الدائرة الداخلية للبطارية في الاتجاه المعاكس للتفريغ ، عندما يتم "ضغط" جزيئات الأكسجين النشط من كادميوم الإسفنج ومن خلال الإلكتروليت يصل إلى مكانه الأصلي. بسبب هذا ، يتم استعادة السعة المستهلكة.

أثناء الشحن والتفريغ ، يتغير التركيب الكيميائي للصفائح ، ويعمل المنحل بالكهرباء كوسيلة انتقال لمرور الأنيونات والكاتيونات. تؤثر شدة التيار الكهربائي الذي يمر في الدائرة الداخلية على معدل استعادة خصائص الصفائح أثناء الشحن وسرعة التفريغ.

يؤدي التدفق المتسارع للعمليات إلى الإطلاق السريع للغازات ، والتدفئة المفرطة ، والتي يمكن أن تشوه تصميم اللوحات ، وتعطيل حالتها الميكانيكية.

ستؤدي التيارات الصغيرة جدًا أثناء الشحن إلى إطالة وقت الاسترداد للقدرة المستهلكة بشكل ملحوظ. مع الاستخدام المتكرر لشحنة متأخرة ، تزداد كبريتات الألواح وتقل السعة. لذلك ، يتم دائمًا أخذ الحمل المطبق على البطارية وقوة الشاحن في الاعتبار لإنشاء الوضع الأمثل.

تتم مراجعة مبادئ تشغيل بطاريات الليثيوم أيون هنا:مصادر التيار الكيميائي

كيف يعمل الشاحن

مجموعة البطاريات الحالية واسعة النطاق.لكل نموذج ، يتم اختيار التقنيات المثالية التي قد لا تكون مناسبة ، وتكون ضارة للآخرين. يقوم مصنعو المعدات الإلكترونية والكهربائية بدراسة ظروف عمل مصادر التيار الكيميائي بشكل تجريبي وإنشاء منتجات خاصة بهم تحتها ، والتي تختلف في المظهر والتصميم وخصائص الإخراج الكهربائي.

هياكل الشحن للأجهزة الإلكترونية المحمولة

تختلف أبعاد أجهزة الشحن للمنتجات المحمولة ذات السعات المختلفة اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض. أنها تخلق ظروف عمل خاصة لكل نموذج.

حتى بالنسبة لنفس النوع من بطاريات AA أو AAA ذات السعات المختلفة ، يوصى باستخدام وقت الشحن الخاص بك ، اعتمادًا على سعة وخصائص المصدر الحالي. تتم الإشارة إلى قيمها في الوثائق التقنية المرفقة.

تم تجهيز جزء معين من أجهزة الشحن والبطاريات للهواتف المحمولة بحماية تلقائية تعمل على إيقاف تشغيل الطاقة في نهاية العملية. ولكن ، لا يزال ينبغي السيطرة على عملهم بصريا.

هياكل شحن لبطاريات السيارات

يجب مراعاة تكنولوجيا الشحن بدقة خاصة عند تشغيل بطاريات السيارات المصممة للعمل في ظروف صعبة. على سبيل المثال ، في فصل الشتاء ، في الطقس البارد ، من خلال مساعدتهم ، من الضروري إلغاء ربط الدوار البارد لمحرك الاحتراق الداخلي بشحوم كثيفة من خلال محرك كهربائي متوسط.

عادةً لا تتعامل البطاريات المفرغة أو غير المعدة جيدًا مع هذه المهمة.

كشفت الطرق التجريبية عن العلاقة بين تيار الشحن لبطاريات حمض الرصاص والبطاريات القلوية. تعتبر القيمة المثلى لشحن (أمبير) من 0.1 قيمة السعة (ساعات أمبير) للنوع الأول و 0.25 للنوع الثاني.

على سبيل المثال ، تبلغ قدرة البطارية 25 أمبير ساعة. إذا كانت حمضية ، فيجب أن يتم شحنها بتيار يبلغ 0.1 ∙ 25 = 2.5 A ، وبالنسبة للقلوية - 0.25 ∙ 25 = 6.25 A. لإنشاء مثل هذه الظروف ، ستحتاج إلى استخدام أجهزة مختلفة أو استخدام واحد عالمي بكمية كبيرة وظائف.

يجب أن يدعم شاحن البطارية الحديث لبطاريات الرصاص الحمضية عددًا من المهام:

• مراقبة وتثبيت التهمة الحالية ؛

• تأخذ في الاعتبار درجة حرارة المنحل بالكهرباء ومنعها من التدفئة أكثر من 45 درجة من خلال إنهاء السلطة.

تعتبر إمكانية إجراء دورة تحكم وتدريب لبطارية حامضة لسيارة باستخدام شاحن وظيفة ضرورية ، تشمل ثلاث مراحل:

1. شحن بطارية كاملة إلى أقصى سعة ؛

2. التفريغ لمدة عشر ساعات مع تيار 9 ÷ 10 ٪ من القدرة الاسمية (الاعتماد التجريبي) ؛

3. إعادة شحن البطارية المفرغة.

عند إجراء CTC ، تتم مراقبة التغير في كثافة المنحل بالكهرباء ووقت الانتهاء من المرحلة الثانية. من خلال قيمته ، يحكمون على درجة تآكل اللوحات ، ومدة المورد المتبقي.

يمكن استخدام شواحن البطاريات القلوية في تصميمات أقل تعقيدًا ، لأن هذه المصادر الحالية ليست حساسة جدًا للشحن الزائد والشحن الزائد.

يوضح الرسم البياني للشحنة المثلى للبطاريات الحمضية القلوية للسيارات اعتماد مجموعة السعة على شكل التغييرات الحالية في الدائرة الداخلية.

في بداية عملية الشحن ، يوصى بالاحتفاظ بالتيار عند الحد الأقصى للقيمة المسموح بها ، ثم تقليل قيمته إلى الحد الأدنى للإكمال النهائي لتفاعلات الكيمياء الفيزيائية التي تستعيد القدرة.

حتى في هذه الحالة ، يلزم التحكم في درجة حرارة المنحل بالكهرباء وإدخال التعديلات البيئية.

يتم التحكم في إكمال دورة شحن بطاريات حمض الرصاص من خلال:

• استعادة الجهد على كل بنك 2.5 ÷ 2.6 فولت ؛

• تحقيق أقصى كثافة بالكهرباء ، والتي تتوقف عن التغيير ؛

• تشكيل تطور الغاز العنيف عندما يبدأ المنحل بالكهرباء في "الغليان" ؛

• تحقيق سعة البطارية ، تتجاوز 15 ÷ 20 ٪ من القيمة المعطاة أثناء التفريغ.

شاحن بطارية النماذج الحالية

شرط شحن البطارية هو أن الجهد يجب أن يطبق على لوحاته ، مما يخلق تيارًا في الدائرة الداخلية في اتجاه معين. يستطيع:

1. لها قيمة ثابتة ؛

2. أو تختلف في الوقت المناسب وفقا لقانون معين.

في الحالة الأولى ، تستمر العمليات الفيزيائية والكيميائية في السلسلة الداخلية دون تغيير ، وفي الحالة الثانية ، وفقًا للخوارزميات المقترحة مع النمو الدوري والتوهين ، والتي تخلق تأثيرات تذبذبية على الأنيونات والكاتيونات. يتم استخدام أحدث التقنيات لمكافحة الكبريت.

يتم توضيح جزء من تبعية الوقت الحالي للرسوم من خلال الرسوم البيانية.

تُظهر الصورة اليمنى السفلى اختلافًا واضحًا في شكل تيار الإخراج للشاحن ، والذي يستخدم التحكم في الثايرستور للحد من لحظة فتح الموجة نصف الجيبية. بسبب هذا ، يتم تنظيم الحمل على الدائرة الكهربائية.

بطبيعة الحال ، يمكن لشواحن حديثة عديدة إنشاء أشكال أخرى من التيارات التي لا تظهر في هذا المخطط.

مبادئ إنشاء الدوائر لأجهزة الشحن

عادة ما يتم استخدام شبكة 220 فولت أحادية الطور لتزويد أجهزة الشحن بالطاقة. يتم تحويل هذا الجهد إلى جهد سفلي آمن ، والذي يتم تطبيقه على أطراف إدخال البطارية من خلال المكونات الإلكترونية وأشباه الموصلات المختلفة.

هناك ثلاثة مخططات لتحويل الجهد الجيبي الصناعي في أجهزة الشحن بسبب:

1. استخدام محولات الجهد الكهروميكانيكية التي تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ؛

2. تطبيق المحولات الإلكترونية.

3. دون استخدام أجهزة المحولات على أساس المقسمات الجهد.

ممكن تقنيا تحويل الجهد العاكس ، والتي أصبحت تستخدم على نطاق واسع ل آلات لحام العاكسمحولات التردد التي تتحكم في المحركات. ولكن ، لشحن البطاريات ، هذه معدات باهظة الثمن.

دوائر الشاحن مع فصل المحولات

المبدأ الكهرومغناطيسي لنقل الطاقة الكهربائية من اللف الأولي 220 فولت إلى الثانوية يفصل تمامًا إمكانات دائرة التزويد عن تلك المستهلكة ، ويزيل ملامستها للبطارية والتلف في حالة حدوث عيوب في العزل. هذه الطريقة هي الأكثر أمانا.

المخططات الدائرة الكهربائية للأجهزة مع محول لديها العديد من التصاميم المختلفة. توضح الصورة أدناه ثلاثة مبادئ لإنشاء تيارات مختلفة لقسم الطاقة من أجهزة الشحن من خلال استخدام:

1. جسر الصمام الثنائي مع مكثف تموج تجانس.

2. الصمام الثنائي جسر دون تجانس تموج.

3. الصمام الثنائي الذي يقطع نصف الموجة السلبية.

يمكن استخدام كل من هذه المخططات بشكل مستقل ، ولكن عادةً ما يكون أحدها هو الأساس ، وهو الأساس لإنشاء مخطط آخر ، وأكثر ملاءمة للتشغيل والتحكم بحجم الضخامة الحالية.

يسمح استخدام مجموعات من الترانزستورات ذات الطاقة مع سلاسل التحكم في الجزء العلوي من الصورة في الرسم البياني بتقليل جهد الخرج عند أطراف دائرة الخرج في الشاحن ، والذي يوفر ضبط قيم التيارات المباشرة التي تمر عبر البطاريات المتصلة.

يظهر أحد الخيارات التالية لهذا التصميم للشاحن مع التحكم الحالي في الشكل أدناه.

تتيح لك نفس التوصيلات في الدائرة الثانية ضبط سعة التموج ، والحد منه في مراحل الشحن المختلفة.

تعمل نفس الدائرة المتوسطة بكفاءة عند استبدال اثنين من الثنائيات في جسر الصمام الثنائي مع الثايرستور التي تنظم بنفس القدر القوة الحالية في كل نصف دورة بالتناوب. ويتم تعيين القضاء على التوافقيات السلبية نصف إلى الثنائيات السلطة المتبقية.

يسمح استبدال الصمام الثنائي الفردي في الصورة السفلية بأبصار ثايرستور بأشباه الموصلات بدائرة إلكترونية منفصلة لقطب التحكم بتقليل نبضات التيار بسبب فتحها لاحقًا ، والذي يستخدم أيضًا في طرق مختلفة لشحن البطاريات.

يظهر أحد الخيارات لتنفيذ هذه الدائرة في الشكل أدناه.

تجميعها بيديك ليس بالأمر الصعب. يمكن تنفيذه بشكل مستقل عن الأجزاء المتاحة ؛ فهو يسمح بشحن البطاريات بتيارات تصل إلى 10 أمبير.

تعتمد النسخة الصناعية من دارة شاحن المحولات Electron-6 على ثايرستور KU-202N. لتنظيم دورات فتح نصف التوافقيات ، يكون لكل قطب تحكم دائرته الخاصة من عدة الترانزستورات.

من بين عشاق السيارات ، الأجهزة الشائعة التي لا تسمح فقط بشحن البطاريات ، ولكنها تستخدم أيضًا طاقة مصدر الطاقة الكهربائي البالغ 220 فولت لتوصيله لبدء تشغيل محرك السيارة ، أصبحت شائعة. يطلق عليهم قاذفات أو قاذفات. لديهم دائرة إلكترونية وقوة أكثر تعقيدًا.

دوائر المحولات الإلكترونية

يتم تصنيع هذه الأجهزة من قبل الشركات المصنعة لتزويد مصابيح الهالوجين بجهد 24 أو 12 فولت. أنها رخيصة نسبيا. يحاول بعض المتحمسين توصيلهم لشحن البطاريات منخفضة الطاقة. ومع ذلك ، لم يتم تطوير هذه التكنولوجيا على نطاق واسع ، ولها عيوب كبيرة.

دوائر الشاحن دون فصل المحولات

عند توصيل العديد من الأحمال في سلسلة بمصدر حالي ، يتم تقسيم إجمالي جهد الدخل إلى أقسام مكونة. بسبب هذه الطريقة ، تعمل المقسمات ، مما يؤدي إلى خفض الجهد إلى قيمة معينة في عنصر العمل.

بناءً على هذا المبدأ ، يتم إنشاء العديد من أجهزة الشحن ذات المقاومة السعوية للبطاريات منخفضة الطاقة. نظرًا للأبعاد الصغيرة للأجزاء المكونة ، فقد تم تصميمها مباشرةً في المصباح.

الدائرة الكهربائية الداخلية مغلقة بالكامل في علبة معزولة بالمصنع ، والتي تستبعد اتصال الإنسان بإمكانيات الشبكة عند الشحن.

يحاول العديد من المجربين تنفيذ نفس المبدأ لشحن بطاريات السيارات ، حيث يقدمون مخطط اتصال من شبكة منزلية من خلال مجموعة مكثف أو مصباح ساطع بقوة 150 واط و قوة الصمام الثنائينقل نبضات التيار من نفس القطبية.

يمكن العثور على تصميمات مماثلة على مواقع الويب الخاصة بمشغلي الخدمة الذين يشيدون بساطة الدائرة ، والتكلفة المنخفضة للأجزاء ، والقدرة على استعادة قدرة البطارية المفرغة.

لكنهم صامتون حول حقيقة أن:

• الأسلاك المفتوحة 220 يمثل خطر على حياة الإنسان;

• يؤدي ارتفاع حرارة خيوط المصباح الموجود تحت الجهد إلى تغيير مقاومته وفقًا لقانون غير موات لمرور التيارات المثالية عبر البطارية.

عند تشغيله تحت التحميل ، تمر التيارات الكبيرة جدًا عبر الخيط البارد والسلسلة المتصلة بالسلسلة بأكملها. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إكمال الشحن بتيارات صغيرة ، والتي لا تعمل أيضًا. لذلك ، فإن البطارية التي خضعت لعدة سلاسل من هذه الدورات تفقد بسرعة قدرتها وأدائها.

نصيحة لدينا: لا تستخدم هذه الطريقة!

تم تصميم أجهزة الشحن للعمل مع أنواع معينة من البطاريات ، مع مراعاة خصائصها وظروفها لاستعادة السعة. عند استخدام أجهزة عالمية متعددة الوظائف ، يجب عليك اختيار وضع الشحن الأمثل لبطارية معينة.