Схема зарядное устройство электрон 6: Зарядное устройство электрон 6 инструкция

Содержание

Зарядное устройство электрон 3м схема возможные неисправности

Добрый день! ПЗУ Электрон-3М. Был приобретен в 2015 году такак как зимой рано утром сел у меня на e39 аккумулятор а заряжать нечем было.

Иногда при попытке зарядки аккумулятора невозможно было нормально выставить ток зарядки. стрелочка амперметра уходила в 0 тоесть срабатывала защита ПЗУ

Меня это особо не напрягала проблема, заряжает так заряжает что еще нужно? А нет, ради любопытства сегодня полез посмотреть что там за начинка.

Когда сняв крышку я ох.л

Понял что нужно делать, чтобы еще лет 30 прослужил.

Начал с диагностики на пробой, симисторы и плату. Через 10 минут
нашел пробитый резистор R4 (300)

Замена ничего не дала, потом нашел пробитую дорожку, отремонтировал. Потом еще глубже копнул и обнаружил еще один провод от амперметра (подозрительный а он был), в итоге тоже его заменил.

После ремонта ПЗУ зарядку проверял под нагрузкой в течении 1 часа! Слегка нагрелись симисторы а так все нормально

Charger from the Soviet era — ’83 release. The paint on the housing has been damaged by acid since the days when the batteries were mostly serviced. The current was floating, an autopsy showed that one condenser exploded. And in general the parameters of paper metallized compacted isolated capacitors were far from the specification. Replaced by modern capacitors with a dielectric made of polymer film. Half an hour of work with a soldering iron, one day for painting works and the charger makes me happy again — with its functionality, and now also with the appearance.

З.Ы.: люди моего поколения и постарше наверняка видели хоть раз это зарядное устройство — Электрон-3М. Конечно, это не современное автоматическое импульсное зарядное, но функции свои выполняет исправно. Но это сейчас, а до этого напряжение плавало и корпус был изъеден кислотой. Вскрытие выявило один взорвавшийся конденсатор, измерение емкости остальных — явное несоответствие указанным значениям. Поход в магазин за пленочными конденсаторами, замена проводов и зажимов, покраска корпуса — и старичок снова в строю! )

Прилагаю схему — вдруг у кого лежит такое же и требует ремонта.

Данная статья пригодится тем, кто решит создать свое ЗУ с нуля и тем, кому в руки попал «Электрон 3М» для ремонта.

В оригинальном ЗУ трансформатор ТС — 180. Конденсаторы С3 и С4 МБМ, но можно и пленочные типа К73-17. Все резисторы на 0,5 Ватта, кроме R14, он 1 Ваттный. Так как греется, и в оригинальной плате был черного цвета. Тиристоры VS1 и VS2 — КУ202В, за не имением этих я установил КУ202Н. Они же являются выпрямителями тока. Транзисторы оставил как в оригинале — маломощные и медленные, но в этой схеме больше и не надо. И гвоздь программы ШУНТ — R8, его сопротивление 0,04 Ома. Схему можно разделить на четыре квадранта. Первый квадрант — формирование фазы управляющего сигнала. Две обмотки по 30 Вольт включены в противофазе. Первая обмотка через конденсаторы С3 и С4 задает определенный ток, а напряжение сдвигается по фазе на 90 градусов, в итоге время открытия тиристора и прихода на него нужной полуволны зарядного напряжения не совпадают. Подстроечным резистором, подключается вторая обмотка, и в зависимости от величины его сопротивления, получаем дополнительный фазовый сдвиг от 0 до 90 градусов.

Второй квадрант — формирования импульсов управления. Третий квадрант — силовая часть, собственно ключи (тиристоры). Четвертый квадрант — защита по превышению по току. Порог срабатывания настраивается резистором RP.
Печатная плата срисована с оригинала. Номиналы проставил максимально точно.

Нумерацию пятачков оставил как в оригинале, что значат эти цифры я пока не разгадал. На принципиальной схеме эти цифры (подключения) тоже указаны. Выкладываю фото оригинальной печатки на гетинаксе и новою колхозную на текстолите.

У меня шунт намотан из меди, и сопротивление меньше чем 0,04 Ома. В итоге защита по току не работает, но оно мне не нужно пока. Я просто не нашел нужный диаметр проволоки чтобы намотать. Прошу не заострять внимание на моем шунте.

После сборки платы и подпаивания проводов рекомендуется покрыть поверхность ПП цапонлаком или любым другим лаком, это защитит дорожки от окисления и коррозии, тем сам самым продлит жизнь ЗУ.

У меня корпус другой. И встал вопрос, как крепить плату. И вот что я придумал:

В итоге вся конструкция выглядит так:

Радиатор от компьютера. Просверлил отверстия сверлом 5.5 мм и нарезал резьбу на 6 мм. Вкрутил тиристоры. Установлен предохранитель, кнопка с подсветкой. Еще мотнул дополнительную обмотку на 2 вольта для подсветки амперметра. Вживил в амперметр красный светодиод. На фото не очень хорошо видно цвет, но он красный.

Вот так выглядит устройство в сборе. Прошу прощения за пыль, но лень ее стирать.


Минусы схемы: гул трансформатора из-за ключевого режима работы тиристоров, величина тока зависит от напряжения в сети, помехи от устройства (обязательно ставить конденсатор на первичную обмотку!).

Плюсы схемы: Надежность, доступность деталей, простота в использовании и изготовлении. Тиристоры почти не греются. Да и просто нравится она мне и все.

Выкладываю небольшое видео работы. Снимал на паяльник.

Схема 100% рабочего ЗУ на 12 вольт


Посмотрите на картинке на схему ЗУ на 12 В. Оборудование предназначается для зарядки автомобильных аккумуляторов с напряжением 14,5 Вольт. Максимальный ток, получаемый при заряде составляет 6 А. Но аппарат также подходит и для других аккумуляторов – литий-ионных, поскольку напряжение и выходной ток можно отрегулировать. Все основные компоненты для сборки устройства можно найти на сайте Aliexpress.

  1. dc-dc понижающий преобразователь.
  2. Амперметр.
  3. Диодный мост КВРС 5010.
  4. Концентраторы 2200 мкФ на 50 вольт.
  5. трансформатор ТС 180-2.
  6. Предохранители.
  7. Вилка для подключения к сети.
  8. «Крокодилы» для подключения клемм.
  9. Радиатор для диодного моста.

Трансформатор используется любой, по собственному усмотрению Главное, чтобы его мощность была не ниже 150 Вт (при зарядном токе в 6 А). Необходимо установить на оборудование толстые и короткие провода. Диодный мост фиксируется на большом радиаторе.

Схема ЗУ Рассвет 2

Посмотрите на картинке на схему зарядного устройства Рассвет 2. Она составлена по оригинальному ЗУ. Если освоить эту схему, то самостоятельно получится создать качественную копию, ничем не отличающуюся от оригинального образца. Конструктивно устройство представляет собой отдельный блок, закрывающийся корпусом, чтобы защитить электронику от влаги и воздействия плохих погодных условий. На основание корпуса необходимо подсоединить трансформатор и тиристоры на радиаторах. Потребуется плата, что будет стабилизировать заряд тока и управлять тиристорами и клеммы.

1 схема умного ЗУ

Посмотрите на картинке принципиальную схему умного зарядного устройства. Приспособление необходимо для подключения к свинцово-кислотным аккумуляторам, имеющим емкость — 45 ампер в час или больше. Подключают такой вид аппарата не только к аккумуляторам, что ежедневно используются, но также к дежурным или находящимся в резерве. Это довольно бюджетная версия оборудования. В ней не предусмотрен индикатор, а микроконтроллер можно купить самый дешевый.

Если имеется необходимый опыт, то трансформатор собирается своими руками. Нет необходимости устанавливать также и звуковые сигналы оповещения — если аккумулятор подключится неправильно, то загоревшаяся лампочка разряда будет уведомлять об ошибке. На оборудование необходимо поставить импульсный блок питания на 12 вольт — 10 ампер.

1 схема промышленного ЗУ


Посмотрите на схему промышленного зарядного устройства от оборудования Барс 8А. Трансформаторы используются с одной силовой обмоткой на 16 Вольт, добавляется несколько диодов vd-7 и vd-8. Это необходимо для того, чтобы обеспечить мостовую схему выпрямителя от одной обмотки.

1 схема инверторного устройства

Посмотрите на картинке схему инверторного зарядного устройства. Это приспособление перед началом зарядки разряжает аккумуляторную батарею до 10,5 Вольт. Ток используется с величиной С/20: «C» обозначает ёмкость установленного аккумулятора. После этого процесса напряжение повышается до 14,5 Вольт, при помощи разрядно-зарядного цикла. Соотношение величины заряда и разряда составляет десять к одному.

1 электросхема ЗУ электроника

1 схема мощного ЗУ


Посмотрите на картинке на схему мощного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Приспособление применяется для кислотных АКБ, имеющих высокую емкость. Устройство с легкостью заряжает автомобильный аккумулятор, имеющий емкость в 120 А. Выходное напряжение устройство регулируется самостоятельно. Оно составляет от 0 до 24 вольт. Схема примечательна тем, что в ней установлено мало компонентов, но дополнительные настройки при работе она не требует.

2 схемы советского ЗУ

Многие уже могли видеть советское зарядное устройство. Оно похоже на небольшую коробку из металла, и может показаться совсем ненадежной. Но это вовсе не так. Главное отличие советского образца от современных моделей — надежность. Оборудование обладает конструктивной мощностью. В том случае, если к старому устройству подсоединить электронный контроллер, то зарядник получится оживить. Но если под рукой такого уже нет, но есть желание его собрать, необходимо изучить схему.

К особенностям их оборудования относят мощный трансформатор и выпрямитель, с помощью которых получается быстро зарядить даже сильно разряженную батарею. Многие современные аппараты не смогут повторить этот эффект.

*Схема чуть отличается от реальной! И вот я снова со своим зарядником Электрон 3М. не пройшло и недели, как совковый хлам опять подводит. пару дней назад я его починил. работособность проверял на 25 ваттной лампочке. все отлично работало. и тут решил проверить на аккумуляторе. подсоеденил, выставил ток 5А и лубуюсь. тут стрелка начала дергатся то больше то меньше, с зарадного пошел дымок, я его быстренько выключил. разобрал. смотрю. заметил что кондюк МБМ С1 на схеме (один из них) был поврежден (герметичность). я его поменял. включил, ток на максимуме, лампочка мерцает, напряжение 7В. в итоге сгорел резистор R4 (51ом) из-за испорченого тиристора. подгорел регулятор тока. све диоды, транзисторы и остальные резисторы вроде как целы. все заменил. вместо 51ом поставил 300ом 2вт. работает. НО. напряжение на выходе 14,5-15В (а было 13,3), и невозможно выставить ток. или ничего или максимум. стрелка зашкаливает.В ЧЕМ МОЖЕТ БЫТЬ ПРИЧИНА? куда нужно еще смотреть?

Способ восстановления слабосульфатированной аккумуляторной батареи и система для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регенерации гальванических: элементов и десульфатации пластин аккумуляторных батарей при их заряде. Цель изобретения — уменьшение времени восстановления слабосульфатированных аккумуляторных батарей. Устройство содержит источник питания, регулирующий блок, аккумулятор , коммутирующее устройство, разрядное устройство, устройство контроля, устройство защиты. Устройство позволяет как заряжать аккумуляторные батареи, так и производить тренировочные циклы в режиме разряд батареи до Umin 12,9-13,5 В и за ряд до Umax 14,7-15,3 В. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ltd

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4499143/07 (22) 28.09.88 (46) 15.04.92. Бюл. Нг 14 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.Н.Изотов, Е.Н.Мякушка, В.К.Тимченко и С.П.Шемет (53) 621.355(088.8) (56) Фурсов С.П. Как зарядить аккумулятор, Кишинев: Штиинца, 1972, с.18-28, Авторское свидетельство СССР

М 1568831, кл. Н 01 М 10/42, 1987..

Авторское свидетельство СССР

N 1246241, кл. Н 02 J 7/00, 1983.

Устройство зарядное «Электрон-6», Руководство по эксплуатации, r.Õåðñîí. (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЛАБОСУЛЬФАТИРОВАН НОЙ АККУМУЛЯТОРИзобретение относится к преобразовательной технике, в частности к-устройствам заряда и разряда источников питания, и может быть использовано для регенерации гальванических элементов и десульфатации аккумуляторов при заряде.

Известны способы восстановления емкости слабосульфатированных аккумуляторов: длительный заряд малым током; заряд аккумуляторов в дистиллированной воде; . полный заряд аккумуляторов с последующим полным разрядом токами величиной в десятую часть емкости; заряд различны-. ми по величине токами и др. При этом окончание заряда определяют по плотности электролита и темпе ее увеличения, интенсивности кипения электролита, по

Ы2,, 1727179 А1

НОЙ БАТАРЕИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ Е Н ИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регенерации гальванических: элементов и десульфатации пластин аккумуляторных батарей при их заряде. Цель изобретения —. уменьшение времени восстановления слабосульфатированных аккумуляторных батарей. Устройство содержит источник питания, регулирующий блок, аккумулятор, коммутирующее устройство, разрядное устройство, устройство контроля, устройство защиты. Устройство позволяет как заряжать аккумуляторные батареи, так и производить тренировочные циклы в режиме разряд батареи до Omit = 12,9 — 13,5 В и за ряд до Uma>

B на банку. Полностью разряженной батарея и считается при напряжении 1,5-1,8 В íà 4 банку. и

Известен способ проведения тренировочно-востановительного цикла свинцового сО аккумулятора с использованием асимметричных токов в процессе заряда и разряда.

Известен способ восстановления слабосульфатированных аккумуляторов путем циклического заряда и разряда аккумуляторов, причем заряд ведется в течение 150 4- 45 с нормальным током заряда с последующим разрядом в течение 300 — 90 с током разряда 0,01 емкости аккумулятора, Недостатками способа являются большое время восстановления, увеличенное за

1727179 счет неэффективного заряда в конце каждого цикла заряда и излишне о разряда аккумулятора в конце каждого цикла разряда, а также большие потери электроэнергии.

Известна система заряда и разряда аккумуляторной батареи, используемая для циклирования зэсульфатированных батарей, Эта система реализует такой способ заряда, при котором циклы заряда и разряда устанавливаются при достижении на клеммах аккумуляторной батареи минимального и максимального порогового напряжения для свинцовых аккумуляторов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство зарядное «Электрон-6», содержащее источник переменного тока, регулирующий блок, коммутирующее устройство, выполненное в виде реле времени, разрядное устройство, устройство контроля, устройство защиты.

Работа устройства в режиме «Заряд».

Клас SA разомкнут, При подключении устройства к питающей сети на выходе источника питания появляется выпрямленное двухполупериодное напряжение, поступающее на вход регулирующего блока и коммутирующего устройства. Регулирующий блок формирует на своем выходе импульсы двухполупериодного напряжения с «отсеченной» передней частью, Степень отсечен ия регулируется этим же блоком, «Отсеченные» импульсы поступают на клеммы аккумуляторной батареи, заряжая ее.

Работа устройства в режиме «Циклический режим», Ключ SA разомкнут, 2 — 3 мин длится заряд, после чего происходит срабатывание коммутирующего устройства, приводящее к отключению регулирующего блока от аккумуляторной батареи и подключению к ней разрядного устройства. Аккумуляторная батарея начинает разряжаться в течение 4-6 мин. По истечении этого времени срабатывает коммутирующее устройство, автоматически отключается от аккумуляторной батареи разрядное устройство, одновременно подключая к ней регулирующий блок. Происходит следующий цикл заряда и разряда аккумуляторной батареи.

Устройство контроля предназначено для контроля зарядного и разрядного тока аккумуляторной батареи.

Устройство защиты служит для защиты устройства от короткого замыкания выводов для подключения аккумуляторной батареи.

Ток заряда формируется от источника питания после двухполупериодного выпрямления двумя тиристорами, отсекающими части полуволн питающего напряжения.

15 резко воэврастает, срабатывает транзи30 сторный ключ, который управляет тиристо50

5

Управление тиристорами осуществляется фазосдвигающей RC-цепью от отдельной обмотки источника питания через коммутирующие транзисторы, Угол зажигания тиристоров регулируется положением движка переменного резистора фэзосдвигающей

RC-цепи. В режиме циклического заряда— разряда включается реле времени, построенное на несимметричном мультивибраторе, время выдержки которого определяется RC-цепями. Выход с мультивибратора управляет транзисторным ключом, в коллекторной цепи которого стоит электромагнитное реле. Контакты этого реле включают или отключают цепь управления тиристорами и отключают и включают соответственно цепь разряда аккумуляторной батареи на резистор 24 Ом.

Питание мультивибратора и ключа осуществляют от отдельной обмотки с двухполупериодным выпрямлением. Контроль зарядного тока осуществляется по падению напряжения на эталонном сопротивлении, включенном последовательно в цепь заряда. Такое же сопротивление служит для за-. щиты от короткого замыкания на клеммах аккумуляторной батареи. Напряжение нэ сопротивлении при коротком замыкании ром, а последний, в свою очередь, эакорачивает на общую шину управляющий сигнал силовыми тиристорами. И тиристор после окончания полуволны закрывается.

Недостатками известного устройства— относительно большое время восстановле-. ния слабосульфатированных аккумуляторных батарей связанные непосредственно с ним потери электрической энергии.

Цель изобретения — уменьшение времени восстановления слабосульфатированных аккумуляторов и расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что циклы заряда и разряда устанавливаются по достижении на клеммах аккумулятора заданного максимального и минимального порогового напряжения соответственно. При этом заряд аккумулятора производят до тех.пор, пока напряжение íà его клеммах не поднимается до значения Um» = 14,7-15,3

В. Дальнейший заряд, как показал зксперимент, исходя иэ литературных источников, нецелесообразен, так как накопление заряда аккумулятора практически не происходит и начинается бурное газовое выделение и нагрев электролита.

Для разных экземпляров. одного и того же типа аккумуляторов в зависимости от

1727179 защиты, причем регулирующий блок пер- 40 вым входом соединен с первым выходом источника питания, вторым входом — с выходом устройства защиты, третьим входом — с первым выходом коммутирующего устройства, выход регулирующего блока соеди- 45 нен с выходными клеммами и первым входом разрядного устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом коммутирующего устройства, питание на которое поступает с второго выхода источника 50 питания, коммутирующее устройство выполнено по схеме двухпорогового устройства, подключенного к выходным клеммам, первый выход которого соединен с регулирующим блоком, второй выход — с разряд- 55 ным устройством, регулирующий блок содержит последовательно соединенные между собой резистор и стабилитрон, включенный в прямом направлении к плюсовому выходу, а резистор — к минусовому выходу степени сульфатации возможны разбросы указанного напряжения.

Для повышения эффективности заряда необходимо на клеммах аккумулятора напряжение снизить: либо прекратить заряд, либо разряжать аккумулятор током 0,01 емкости.

В первом случае время падения напряжения достаточно длительно и десульфатация аккумулятора происходит слабо. Во втором случае время падения напряжения уменьшается и одновременно происходит процесс десульфатации пластин.

При снижении напряжения до величины

Umin = 12,9- t3,5 В вновь производят заряд аккумулятора и т.д. Процесс повторяется циклически.

О степени заряженности батареи судят по плотности электролита.

В зависимости от степени сульфатации аккумулятора циклы заряда и разряда определяются состоянием самого аккумулятора.

Если же аккумулятор незасул ьфатирован, то такие циклы появляются только в конце заряда, что может дополнительно служить информацией об окончании заряда. Таким образом, заряд и тренировка аккумулятора проводится в оптимальном режиме с циклическим накоплением заряда, что позволяет уменьшить время заряда и более экономно использовать электрическую энергию,, В системе для восстановления слабосульфатированной аккумуляторной батареи, реализующей предлагаемый способ, содерджащей источник питания на двухполупериодном выпрямителе. регулирующий блок, выходные клеммы, коммутирующее устройство с электромагнитным реле на выходе, разрядное устройство и устройство

35 источника питания, транзистор, базовый выход которого через резистор подсоединен к точке последовательного соединения резистора и стабилитрона, а эмиттерный вывод через регулируемый резистор — к плюсовому выходу источника питания, конденсатор, подсоединенный одним выводом к базовому выводу транзистора, а другим— к плюсовому выходу источника питания, резистор, подсоединенный к коллекторному выводу транзистора и к аноду фототиристора тиристорной оптопары устройства защиты, катод фототиристора соединен с размыкающим контактом первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего устройства, а неподвижный контакт ее соединен с управляющим электродом однонаправленного тиристорного ключа, силовые электроДы которого включены в цепь заряда батареи, при этом тиристорный ключ подсоединен через эталонный резистор в прямом направлении к плюсовой выходной клемме и к минусовому выходу источника питания, транзистор, базовый вывод которого через резистор подсоединен к точке последовательного соединения резистора и стабилитрона, а эмиттерный вывод через регулируемый резистор — к плюсовому выходу источника питания, конденсатор, подсоединенный одним выводом к базовому выходу транзистора, а другим — к плюсовому выходу источника питания, резистор, подсоединенный к коллекторному выводу транзистора и к аноду фототиристора тиристорной оптопары устройства защиты, катод фототиристора соединен с размыкающим контактом первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего устройства, а неподвижный контакт ее соединен с управляющим электродом однонаправленного тиристорного ключа, силовые электроды которого включены в цепь заряда батареи, при этом тиристорный ключ подсоединен через эталонный резистор в прямом направлении к плюсовой выходной клемме и к замыкающему контакту первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего устройства, параллельно тиристорному ключу подсоединены последовательно включенные резистор и диод, при этом диод своим катодом подключен к катоду однонаправленного тиристорного ключа, а анод через резистор — к аноду излучающего диода тиристорной оптопары устройства защиты, катод последнего подсоединен к минусовому выходу источника питания, разрядное устройство содержит резистор, анодный вывод которого подсоединен через эталонный резистор к плюсовой выход1727179 ной клемме, а катод подсоединен через разрядную лампу к минусовому выходу источника питания и через размыкающий контакт контактной группы реле коммутирующего устройства к точке последовательного соединения диода и конденсатора, при этом второй вывод конденсатора подключен куправляющему электроду тиристора, а диод своим анодом через резистор подсоединен к плюсовому выходу источника питания, минусовая выходная клемма подсоединена к минусовому выходу источника питания, коммутирующее устройство содержит общий провод, подсоединенный к катоду первого диода, который своим анодом подключен к плюсовой выходной клемме, последовательно соединенные резистор и второй диод, при этом диод подсоединен в прямом направлении к минусовому выходу источника питания, а резистор — к общему проводу, транзистор, эмиттерный вывод которого подсоединен к точке последовательного соединения резистора и второго диода, а коллекторный вывод через обмотку реле — к общему проводу, параллельно обмотке реле подключены параллельно соединенные конденсатор и третий диод, при этом третий диод своим анодом подсоединен к коллекторному выводу транзистора, последовательно соединенные регулируемый резистор и резистор, зашунтированный замыкающим контактом третьей контактной группы реле, при этом шунтируемый резистор другим выводом подсоединен к общему проводу, регулируемый резистор — к минусовому выходу источника питания, а его движок — к базовому выводу транзистора и конденсатора, один вывод которого подсоединен к общему проводу, а другой — к минусовому выходу источника питания.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства; на фиг.2— его принципиальная электрическая схема.

Система содержит источник 1 питания с двухполупериодным выпрямителем, регулирующий блок 2, аккумулятор 3, коммутирующее устройство 4, выполненное по схеме двухпорогового устройства, разрядное устройство 5, устройство 6 контроля, устройство 7 защиты.

Регулирующий блок 2 первым входом соединен с первым выходом источника 1 питания, вторым входом — с выходом устройства защиты, третьим входом — с первым выходом коммутирующего устройства 4.

Выход регулирующего блока соединен с аккумулятором 3, устройство 6 контроля, первым входом разрядного устройства 5, второй вход которого соединен со вторым

Между положительным и отрицательным выходами двухполупериодного выпрямителя подсоединены последовательно включен ные между собой диод 18 и электро30 магнитное реле 11, при этом диод 18 в прямом направлении подсоединен к минусовому, а электромагнитное реле — к плюсовому выходу двухполупериодного вы-. прямителя, конденсатор 19 подключен па35 раллельно электромагнитному реле 11, Питание регулирующего блока осуществляется от двухполупериодного выпрямителя и содержит последовательно соединенные между собой резистор 20 и

40 стабилитрон 21, при этом стабилитрон подключен в прямом направлении к ппюсовому выходу, а резистор — к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя. Базовый вывод транзистора 22 через резистор

45 23 подсоединен к точке последовательного соединения резистора и стабилитрона, а эмиттерный вывод транзистора через регулируемый резистор 24 — к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя, 50 конденсатор 25 одним выводом подключен к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а другим — к базовому выводу транзистора. Резистор 26 подсоединен к коллекторному выводу транзистора и аноду

5

20 выходом коммутирующего устройства, питание на которое поступает с выхода аккумулятора, а выход устройства контроля соединен с входом устройства защиты 7.

При этом источник питания выполнен на согласующем трансформаторе 8, первичная обмотка 9 которого первым своим выводом подключена через параллельно соединенные блокировочный нормально разомкнутый контакт 10 реле 11 и кнопку 12 к входному выводу 13, а другим выводом — к входному выводу 14. Двухполупериодный выпрямитель собран на диодах 15, 16 и питается от вторичной обмотки 17 согласующего трансформатора. При этом первый вывод вторичной обмотки подсоединен к аноду диода 15, катод которого ключом подключен к катоду диода 16, и является общим положительным выходом двухполупериодного выпрямителя. Анод диода 16 подсоединен к второму выводу вторичной обмотки согласующего трансформатора, средний вывод которой и является общим отрицательным выходом двухполупериодного выпрямителя. фототиристора тиристорной оптопары 27, катод которого подсоединен к замкнутому контакту 28 первой переключающейся контактной группы реле 29. Переключающийся контакт 30 подсоединен к управляющему электроду однонаправленного тиристорно1727179

10 катоду диода 45, который своим анодом под- 40 ключен к плюсовой клемме 46 для подключения аккумулятора. Диод.47 и резистор 48 последовательно соединены между собой, при этом диод подсоединен в прямом направлении к минусовому выходу двухполу- 45 периодного выпрямителя, а резистор — к общему проводу. Змиттерный вывод транзистора 49 подсоединен к точке последовательного соединения диода 47 и резистора

48, а коллекторный вывод через обмотку 50 электромагнитного реле 29 — к общему проводу. Параллельно обмотке электромагнит; ного реле 29 подключены параллельно соединенные конденсатор 50 и диод 51, который своим анодом подсоединен к коллек- 55 торному выводу транзистора 49.

Регулируемые резистор 52 и резистор 53. зашунтированный,нормально разомкнутым контактом 54 третьей контактной группы реле 29, соединены между собой последоваго ключа 31, силовые электроды подключены в цепь заряда аккумулятора, при этом однонаправленный тиристорный ключ под-. соединен через эталонный резистор 32 в прямом направлении к плюсовой клемме 33 для подключения аккумулятора и к разомкнутому контакту 34 первой переключающейся контактной группы реле 29.

Параллельно однонаправленному тиристорному ключу подсоединены последовательно включенные резистор 35 и диод 36, при этом диод своим катодом подключен к катоду однонаправленного тиристорного ключа, а анодом через резистор 37 — к аноду излучающего диода тиристорной оптопары

27., катод последнего подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя.

Разрядное устройство 5 выполнено на тиристоре 38, анодный вывод которого подсоединен через. эталонный резистор 32 к плюсовой клемме 33 для подключения аккумуляторной батареи 3, а катод подсоединен через разрядную лампу 39 к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя и через нормально замкнутый контакт 40 второй контактной группы реле 29 — к точке последовательного соединения диода 41 и конденсатора 42, второй вывод которого подключен к управляющему электроду тиристора 38,.а диод своим анодом через ре-. зистор 43 подсоединен к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя, Минусовая клемма 44 для подключения аккумулятора подсоединена к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя.

Коммутирующее устройство 4, выполненное по схеме двухпорогового устройства, содержит общий провод, подсоединенный к

35 тельно. При этом зашунтированный резистор 53 другим выводом подсоединен к общему проводу, регулируемый резистор 52— к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а его движок — к базовому выводу упомянутого транзистора, конденсатор 55 одним выводом подсоединен к общему проводу, а другим — к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя.

Устройство 6 контроля выполнено на микроамперметре 56, один вывод которого подсоединен к плюсовой клемме 33 для подключения аккумулятора, а другим — к переключателю 57 измерений. Резистор 58 подсоединен одним выводом к контактной площадке 59 переключателя измерений, а другим — к катоду однонаправленного тиристорного ключа 31. Резистор 60 подсоединен одним своим выводом к контактной площадке 61 переключателя измерений, а другим выводом. — к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, Реле 11 обеспечивает отключение устройства от питающего напряжения при аварийном режиме работы.

Конденсатор 50 предназначен для увеличения времени срабатывания и отпускания реле 29, Конденсатор 19 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, поступающего на реле 11.

Конденсатор 55 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, поступающего на коммутирующее устройство 4.

Диоды 18 и 45 предназначены для разделения питающих напряжений реле.11 и коммутирующего устройства 4 соответсвтенно и напряжения, получаемого с выпрямителя.

Диод 47 предназначен для создания положительного смещения на эмиттере транзистора 49.

Диод 51 защищает коллектор-эмиттерный переход транзистора 49 от пробоя.

Система, реализующая расширение функциональных возможностей за счет введения переключателя рода работы, включенного в цепь между анодом первого диода коммутирующего устройства и выходной плюсовой клеммой, содержит переключатель 46 рода работы, включенный в цепь между анодом первого диода 45 коммутирующего устройства и выходной плюсовой клеммой 33.

Устройство работает следующим образом, Работу устройства по структурной схеме (фиг.1) в режиме «Зар.пост». Переключатель 46 рода работы разомкнут. При подключении устройства к питающей сети на выходе источника 1 питания появляется

1727179

12 выпрямленное двухполупериодное напряжение, поступающее на первый вход регулирующего блока 2, который формирует на свое выходе импульсы двухполупериодного напряжения с «отсеченной» передней частью, Степень отсечения регулируется этим же блоком, Отсеченные импульсы поступают на клеммы для подключения аккумуляторной батареи 3, заряжая ее.

В режиме «Зар.перем.» (переключатель

46 замкнут) устройство работает следующим образом.

При достижении напряжения на клеммах аккумуляторной батареи 3 заданного порога, например 15 В (14 .), включается коммутирующее устройство 4, выполненное по схеме двухпорогового устройства, которое отключает регулирующий блок от аккумулятора, подключая к нему разрядное устройство 5. Аккумулятор начинает разряжаться. По достижении на клеммах аккумулятора нижнего порогового значения напряжения, например 13 В, пороговое устройство автоматически отключается от аккумулятора, одновременно подключая к нему регулирующий блок и отключая разрядное устройство.

Устройство 6 контроля предназначено для контроля зарядного и разрядного тока аккумулятора, а также напряжения на ее клеммах.

Устройство 7 защиты служит для защиты устройства от кратковременной потери питающего напряжения, короткого замыкания выходных выводов и неправильного(обратного) подключения к ним аккумулятора.

Работа устройства по принципиальной схеме заключается в следующем; переведем переключатель 46 в разомкнутое состояние, что соответствует режиму «Зар.пост,».

При подключении устройства кнопкой

12 к питающей сети на выходе двухполупериодного выпрямителя, входящего в источник 1 питания, появляется выпрямленное двухполупериодное напряжение, которое через диод 18 запитывает обмотку электромагнитного реле 11, что приводит к замыканию его нормально разомкнутого контакта

10, и кнопка 12 будет заблокирована, конденсатор 19 зарядится.

Под действием выпрямленного напряжения с выхода двухполупериодного выпрямителя образуется цепь открытия излучающего диода тиристорной оптопары

27; плюсовой выход двухполупериодного выпрямителя; резисторы 35 и 37; излучающий диод тиристорной оптопары 27; минусовой выход двухполупериодного выпрямителя, в результате чего открывается фототиристор тиристорной оптопары.

30 24, можно открывать тиристор 31 в течение

40

50 достаточной для срабатывания электромагнитного реле 29, оно срабатывает. замыкается контакт 54 и ток открывания транзистора увеличивается до его насыщения, контакт 30 переключается из положе55 ния 28 в положение 34, замыкая управляющий электрод однонаправленного тиристорного ключа. 31 на его катод, что приводит к закрыванию последнего по окончании полуволны питающего напряжения. Заряд аккумулятора прекращается, 5

Под действием пульсирующего напряжения трапецеидальной формы амплитуда которого определена напряжением стабилизации стабилитрона 21. заряжается конденсатор 25 через резистор 23, Когда напряжение на конденсаторе 25 превысит напряжение на регулируемом резисторе 24, транзистор 22 открывается и по цепи, плюсовой выход двухполупериодного выпрямителя; регулируемый резистор 24; эмиттер— коллектор транзистора 22; резистор 26; открытый фототиристор тиристорной оптопары 27; контакт 28; переключающийся контакт 30 реле 29, управляющий электрод — катод однонаправленного тиристорного ключа 31; эталонный резистор 32; аккумулятор 3; минусовой выход двухполупериодного выпрямителя, происходит открытие однонаправленного тиристорного кл юча 31, при этом через аккумуляторную батарею протекает ток от оставшейся части полуволны питающего напряжения.

После окончания полуволны питающего напряжения однонаправленный тиристорный ключ 31 закрывается, э вследующую полуволну питающего напряжения процесс повторяется, что приводит к постепенному заряду аккумулятора 3, Изменяя величину сопротивления регулируемого резистора времени следования полуволны питающего напряжения; «отсекая» ее переднюю часть, т..е. изменять угол зажигания тиристора, Работа устройства в тренировочном режиме, для чего переведем переключатель 46 в замкнутое положение. что соответствует

«Зар.перем,».

Заряд аккумулятора происходит аналогично, как и в режиме «Зар,пост», При достижении напряжения заданного порога, например 15 В (Upped.), на клеммах аккумулятора происходит открывание транзистора

49 по цепи: плюсовая клемма 33 для подключения аккумулятора; переключатель 46; диод 45; зашунтированный резистор 53, движок регулируемого резистора 52; базаэмиттер транзистора 49, диод 47; минусовой выход двухполупериодного выпрямителя.

Когда величина тока коллектора становится

1727179

Контакт 40 реле 29 размыкается и образуется цепь заряда конденсатора 42: плюсовой выход двухполупериодного выпрямителя; резистор 43; диод 41; конденсатор. 42; уп равля ющий электрод — катод тиристора 38; разрядная лампа 50; минусо. вой выход двухполупериодного выпрямителя, броском зарядного тока тиристор 38 лампа 39, минусовая клемма для подключения аккумулятора.

Напряжение на клеммах аккумулятора начинает понижаться и по достижении напряжения нижнего порогового значения, например 13 В (Ооткд,), открывающий ток через транзистор 49 становится меньше за- крывающего тока, протекающего по цепи; плюсовая клемма для подключения аккумулятора; переключатель 46; диод 45; резистор 48; эмиттер-база транзистора 49; движок регулируемого резистора 52, минусовой выход двухполупериодного выпрями15

20 теля, транзистор 49 закрывается, реле 29. 25 отключается. Его контакты 30, 40 и 54 возвращаются в исходное состояние, что приводит к подключению аккумулятора в цепь заряда, и процесс циклически повторяется.

Через замкнувшийся контакт 40 конденсатор 42 своим током разряда закрывает тиристор 38.

Меняя сопротивление резистора 53, можно изменять положение верхнего порога срабатывания (U8Kll.) двухпорогового устройства.

Изменяя положение движка регулируемого резистора 52, можно перемещать нижний порог срабатывания (0откд.) двухпорогового

40 устройства.

В случае потери питающего.напряжения, т.е. в момент, когда происходит разряд аккумулятора на лампу 39, замкнувшийся контакт 40 закрывает тиристор 38, чтобы исклю45 чить бесконтрольный разряд аккумулятора, а реле 11, потеряв питание. разблокирует кнопку 12, не допуская самопроизвольного включения зарядного устройства при вновь появившемся напряжении сети.

В режиме короткого замыкания проис- 50 ходит закорачивание выходных выводов 44 и 33, при этом образуется закоротка, которая зашунтирует цепь питания излучающего диода тиристорной оптопары 27, что

55 приведет к запиранию излучающего диода и фототиристора тиристорной оптопары 27, вызывая отключение однонаправленного тиристорного ключа 31.

В этом же случае произойдет шунтирование цепи питания электромагнитного реоткрывается. Образуется цепь разряда аккумулятора 3 . плюсовая клемма 33, эталон- 10 ный резистор 32, тиристор 38, разрядная ле 11, что приведет к его обесточиванию и размыканию контакта 10.

В случае неправильного (обратного) подключения аккумулятора к выходным выводам 44 и 33 образуется цепь прохождения тока закрывания тиристорной оптопары

27: плюсовая клемма аккумуляторной батареи 3, излучающий диод тиристорной оптопары 27; резистор 37; диод 36; эталонный резистор 32; минусовая клемма аккумуляторной батареи 3, запрещая тем самым включение однонаправленного тиристорного ключа 31.

Ток заряда и разряда контролируется по падению напряжения на эталонном резисторе 32 микроамперметром 56, который через контакты 57, 59 переключателя измерений и ограничивающий резистор 58 подключается параллельно этому резистору, а при контроле напряжения микроамперметр 56 подключается через контакты

5?, 61 переключателя измерений, добавочный резистор 60 параллельно аккумуляторной батарее.

Степень заряженности аккумулятора также контролируется разрядной лампой

39.

Формула изобретения

1.Способ восстановления слабосульфатированной аккумуляторной батареи, включающий циклический заряд и разряд батареи, причем заряд батареи осуществляют до заданного максимального напряжения U»«H ee клеммах, а разряд — до заданного минимального напряжения UM«, отличающийся тем,что,с целью уменьшения времени восстановления, максимальное напряжение заряда выбирают в пределах 0макс = 14,7-15,3 В, а минимальное напряжение разряда — в пределах UM>

=12,9 — 13,5 В.

2. Система для восстановления слабосульфатированной аккумуляторной батареи, содержащая источник питания на двухполупериодном выпрямителе, регулирующий блок, выходные клеммы, коммутирующее устройство с электромагнитным реле на выходе, разрядное устройство и устройство защиты, причем регулирующий блок первым входом соединен с первым выходом источника питания, вторым входом— с выходом устройства защиты, третьим входом — с первым выходом коммутирующего устройства, выход регулирующего блока соединен с выходными клеммами и первым входом разрядного устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом коммутирующего устройства, питание на которое поступает с второго выхода источника питания, отличающаяся тем, что, с

1727179

16 целью улучшения энергетических показателей, коммутирующее устройство выполнено по схеме двухпорогового устройства, подключенного к выходным клеммам, первый выход которого соединен с регулирующим блоком, второй выход- с разрядным устройством, регулирующий блок содержит последовательно соединенные между собой резистор и стабилитрон, подключенный в прямом направлении к полюсовому выходу, а резистор — к минусовому выходу источника питания, транзистор, базовый вывод которого через резистор подсоединен к точке последовательного соединения резистора и стабилитрона, а эмиттерный вывод через регулируемый резистор — к плюсовому выходу источника питания, конденсатор, подсоединенный одним выводом к базовому выводу транзистора, а другим — к плюсовому выходу-источника питания, резистор, подсоединенный к коллекторному выводу транзистора и к аноду фототиристора тиристорной оптопары устройства защиты, катод фототиристора соединен с размыкающим контактом первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего устройства, а неподвижный контакт ее соединен с управляющим электродом однонаправленного тиристорного ключа, силовые электроды которого включены в цепь заряда батареи, при этом тиристорный ключ подсоединен через эталонный резистор в прямом направлении к плюсовой выходной клемме и к минусовому выходу источника питания, транзистор, базовый вывод которого через резистор подсоединен к точке последовательного соединения резистора и стабилитрона, а эмиттерный вывод через регулируемый резистор — к плюсовому выходу источника питания, конденсатор, подсоединенный одним выводом к базовому выводу транзистора, а другим — к плюсовому выходу источника питания, резистор, подсоединенный к коллекторному выводу транзистора и к аноду фототиристора тиристорной оптопары устройства защиты, катод фототиристора соединен с размыкающим контактом первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего устройства, а неподвижный контакт ее соединен с управляющим электродом однонаправленного тиристорного ключа, силовые электроды которого включены в цепь заряда батареи, при этом тиристорный ключ подсоединен через эталонный резистор в прямом направлении к плюсовой выходной клемме и к замыкающему контакту первой переключающейся контактной группы реле коммутирующего

10

20 ные регулируемый резистор и резистор, зашунтированный замыкающим контактом

45. третьей контактной группы реле, при этом

40 устройства, параллельно тиристорному ключу подсоединены последовательно включенные резистор и диод, при этом диод своим катодом подключен к катоду однонаправленного тиристорного ключа, а анод через резистор — к аноду излучающего диода тиристорной оптопары устройства защиты. катод последнего подсоединен к минусовому выходу источника питания, разрядное устройство содержит резистор, анодный вывод которого подсоединен че-. рез эталонный резистор к плюсовой выходной клемме, а катод подсоединен через разрядную лампу к минусовому выходу источника питания и через размыкающий контакт контактной группы реле коммутирующего устройства к точке последовательного соединения диода и конденсатора, при этом второй вывод конденсатора подключен к управляющему электроду тиристора, а диод своим анодом через резистор подсоединен к плюсовому выходу источника питания, минусовая выходная клемма подсоединена к минусовому выходу источника питания, коммутирующее устройство содержит общий провод, подсоединенный к катоду первого диода, который своим анодом подключен к плюсовой выходной клемме, последовательно соединенные резистор и второй диод, при этом диод подсоединен в прямом направлении к минусовому выходу источника питания, а резистор — к общему проводу, транзистор, эмиттерный вывод которого подсоединен к точке последовательного соединения резистора и второго диода, а коллекторный вывод через обмотку реле — к общему проводу, параллельно обмотке реле подключены параллельно соединенные конденсатор и тре-. тий диод, при этом третий диод своим анодом подсоединен к коллекторному выводу транзистора, последовательно соединеншунтируемый резистор другим выводом подсоединен к общему проводу, регулируемый резистор — к минусовому выходу источника питания, а era движок — к базовому выводу транзистора, и конденсатор, один вывод которого подсоединен к общему проводу, а другой — к минусовому выходу источника питания.

3. Система по п.2, отличающаяся тем; что, с целью расширения функциональных возможностей, в нее введен переключатель рода работы, включенный в цепь между анодом первого диора коммутирующего устройства и выходной плюсовой клеммой, 1727179

         

Простая схема зарядного устройства 12 вольт


Схема зарядного на 12 вольт

Представляем новую простую схему зарядного устройства для обычного автоаккумулятора на 12 В, которая по силам для самостоятельной сборки даже не слишком опытным радиолюбителем. Зарядное собрано на основе силового трансформатора 16-20 В 5 А, выпрямителя, системы слежения за напряжением аккумулятора и ключевым элементом – тиристором.

Постоянное напряжение с выпрямителя на диодах подаётся на заряжаемый аккумулятор через амперметр на 5 А и тиристор. Этот тиристор управляется другим, более слабым тиристором Q2, который отслеживает напряжение на заряжаемом АКБ. Оно снимается с резисторного делителя и стабилитрона. Как только напряжение полностью зарядившегося аккумулятора превысит порог открывания тиристора – он откроется и зажгётся зелёный светодиод “аккумулятор заряжен”. Одновременно тиристор Q1 закроется и зарядка прекратится.

Работа с зарядным устройством

  1. После сборки схемы выведите движок переменного резистора в нулевое положение. Прежде всего убедитесь, что без аккумулятора оба светодиода светятся.
  2. Подключите батарею и проследите, чтоб светодиод LED2 погас. Это значит пошёл заряд.
  3. Вращайте движок резистора вверх до тех пор, пока светодиод LED2 не засветится. Этим резистором выставляется порог отключения АКБ от зарядки, по мере достижения на аккумуляторе полного напряжения (около 14В).

Детали зарядного устройства на 12В

R1= 1 кОм 

R2= 1.2 кОм R3= 470 Ом R4= 470 Ом R5= 10 кОм D1= 1N4001 D2= 6.8V 0.5W стабилитрон LD1= зелёный светодиод TR1= 4.7 кОм переменник LD2= красный светодиод Q1= BTY79 или похожий на 10A M1= 0-5A амперметр Q2= тиристор C106D C1= 10мкФ 25V GR1= 50V 6A диодный мост F= 5A предохранитель

Тиристоры можно ставить типа BT138-600, КУ202, Т122-10 (Q1) и любой маломощный на ток до 0,3А вместо Q2. Резисторы на 0,25 ватт. Диодный мост готовый, или составленный из 4-х диодов КД202, Д242, Д245. Конденсатор – 5-50 микрофарад. При всей своей простоте, эта схема ЗУ используется даже в некоторых промышленных зарядках. Но всё равно, обязательно ставьте предохранитель, так как от нештатных ситуаций (пробоя диодов или тиристора) никто не застрахован!

https://blogun.ru/cheerlessgdeje.html

11 примеров: схемы на самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Разбор больше 11 схем для изготовления ЗУ своими руками в домашних условиях, новые схемы 2017 и 2018 года, как собрать принципиальную схему за час.

Чтобы понять, обладаете ли вы необходимой информацией об аккумуляторах и зарядных устройствах для них, следует пройти небольшой тест:

  1. По каким основным причинам происходит разрядка автомобильного аккумулятора на дороге?

А) Автомобилист вышел из транспорта и забыл выключить фары.

Б) Аккумуляторная батарея слишком нагрелась под воздействием солнечных лучей.

  1. Может ли аккумулятор выйти из строя, если автомобилем не пользуются долгое время (стоит в гараже без запуска)?

А) При долгом простое аккумуляторная батарея выйдет из строя.

Б) Нет, батарея не испортится, ее потребуется только зарядить и она снова будет функционировать.

  1. Какой источник тока используется для подзарядки АКБ?

А) Есть только один вариант — сеть с напряжением в 220 вольт.

Б) Сеть на 180 Вольт.

  1. Обязательно снимать аккумуляторную батарею при подключении самодельного устройства?

А) Желательно производить демонтаж батареи с установленного места, иначе возникнет риск повредить электронику поступлением большого напряжения.

Б) Необязательно снимать АКБ с установленного места.

  1. Если перепутать «минус» и «плюс» при подключении ЗУ, то аккумуляторная батарея выйдет из строя?

А) Да, при неправильном подключении, аппаратура сгорит.

Б) Зарядное устройство просто не включится, потребуется переместить на положенные места необходимые контакты.

Ответы:
  1. А) Не выключенные фары при остановке и минусовая температура – наиболее распространенные причины разряда АКБ на дороге.
  2. А) АКБ выходит из строя, если долго не подзаряжать ее при простое автомобиля.
  3. А) Для подзарядки применяется напряжение сети в 220 В.
  4. А) Не желательно производить зарядку батареи самодельным устройством, если она не снята с автомобиля.
  5. А) Не следует путать клеммы, иначе самодельный аппарат перегорит.

Аккумулятор на автотранспорте требуют периодической зарядки. Причины разряжения могут быть разные — начиная от фар, что хозяин забыл выключить, и до отрицательных температур в зимний период на улице. Для подпитки АКБ потребуется хорошее зарядное устройство. Такое приспособление в больших разновидностях представлено в магазинах автозапчастей. Но если нет возможности или желания покупки, то ЗУ можно сделать своими руками в домашних условиях. Имеется также большое количество схем — их желательно все изучить, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант.

Определение: Зарядное устройство для автомобиля предназначается для передачи электрического тока с заданным напряжением напрямую в АКБ.

  1. Потребуется ли производить какие-то дополнительные меры, перед тем как приступать к зарядке аккумуляторной батареи на своём автомобиле? – Да, потребуется почистить клеммы, поскольку во время работы на них появляются кислотные отложения. Контакты очень хорошо нужно почистить, чтобы ток без трудностей поступал к батарее. Иногда автомобилисты используют смазку для обработки клемм, ее тоже следует убрать.
  2. Чем протереть клеммы зарядных устройств? — Специализированное средство можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. В качестве самостоятельно изготовленного раствора используют воду и соду. Компоненты смешиваются и перемешиваются. Это отличный вариант для обработки всех поверхностей. Когда кислота соприкоснется с содой, то произойдет реакция и автомобилист обязательно ее заметит. Это место и потребуется тщательно протереть, чтобы избавиться от всей кислоты. Если клеммы ранее обрабатывались смазкой, то она убирается любой чистой тряпкой.
  3. Если на аккумуляторе стоят крышки, то их нужно вскрывать перед началом зарядки? — Если крышки имеются на корпусе, то их обязательно снимают.
  4. По какой причине необходимо откручивать крышечки с аккумуляторной батареи? — Это нужно, чтобы газы, образующиеся в процессе зарядки, беспрепятственно выходили из корпуса.
  5. Есть необходимость обращать внимание на уровень электролита в аккумуляторной батарее? – Это делается в обязательном порядке. Если уровень ниже требуемого, то необходимо добавить дистиллированную воду внутрь аккумулятора. Уровень определить не составит труда – пластины должны быть полностью покрыты жидкостью.

Самоделка по способу эксплуатации несколько отличается от заводского варианта. Это объясняется тем, что у покупного агрегата имеются встроенные функции, помогающие в работе. Их сложно установить на аппарате, собранном дома, а потому придется придерживаться нескольких правил при эксплуатации.

  1. Зарядное устройство, собранное своими руками не будет отключаться при полной зарядке аккумулятора. Именно поэтому необходимо периодически следить за оборудованием и подключать к нему мультиметр – для контроля заряда.
  2. Нужно быть очень аккуратным, не путать «плюс» и «минус», иначе зарядное устройство сгорит.
  3. Оборудование должна быть выключено, когда происходит соединение с зарядным устройством.

Выполняя эти простые правила, получится правильно произвести подпитку АКБ и не допустить неприятных последствий.

Топ-3 производителей зарядных устройств

Если нет желания или возможности своими руками собрать ЗУ, то обратите внимание на следующих производителей:

Фирмы хорошо зарекомендовали себя на рынке, а потому о надежности и функциональности переживать при покупке не следует.

Как избежать 2-х ошибок при зарядке аккумуляторной батареи

Необходимо соблюдать основные правила, чтобы правильно подпитать батарею на автомобиле.

  1. Напрямую к электросети аккумуляторную батарею запрещено подключать. Для этой цели и предназначается зарядные устройства.
  2. Даже если устройство изготавливается качественно и из хороших материалов, всё равно потребуется периодически наблюдать за процессом зарядки, чтобы не произошли неприятности.

Выполнение простых правил обеспечит надежную работу самостоятельно сделанного оборудования. Гораздо проще следить за агрегатом, чем после тратиться на составляющие для ремонта.

Самое простое зарядное устройство для АКБ

Схема 100% рабочего ЗУ на 12 вольт

ЗУ на 12 вольт

Посмотрите на картинке на схему ЗУ на 12 В.  Оборудование предназначается для зарядки автомобильных аккумуляторов с напряжением 14,5 Вольт. Максимальный ток, получаемый при заряде составляет 6 А. Но аппарат также подходит и для других аккумуляторов – литий-ионных, поскольку напряжение и выходной ток можно отрегулировать. Все основные компоненты для сборки устройства можно найти на сайте Aliexpress.

Необходимые компоненты:

  1. dc-dc понижающий преобразователь.
  2. Амперметр.
  3. Диодный мост КВРС 5010.
  4. Концентраторы 2200 мкФ на 50 вольт.
  5. трансформатор ТС 180-2.
  6. Предохранители.
  7. Вилка для подключения к сети.
  8. «Крокодилы» для подключения клемм.
  9. Радиатор для диодного моста.

Трансформатор используется любой, по собственному усмотрению Главное, чтобы его мощность была не ниже 150 Вт (при зарядном токе в 6 А). Необходимо установить на оборудование толстые и короткие провода. Диодный мост фиксируется на большом радиаторе.

Схема ЗУ Рассвет 2

Схема ЗУ Рассвет 2

Посмотрите на картинке на схему зарядного устройства Рассвет 2. Она составлена по оригинальному ЗУ. Если освоить эту схему, то самостоятельно получится создать качественную копию, ничем не отличающуюся от оригинального образца. Конструктивно устройство представляет собой отдельный блок, закрывающийся корпусом, чтобы защитить электронику от влаги и воздействия плохих погодных условий. На основание корпуса необходимо подсоединить трансформатор и тиристоры на радиаторах. Потребуется плата, что будет стабилизировать заряд тока и управлять тиристорами и клеммы.

1 схема умного ЗУ

Умное ЗУ

Посмотрите на картинке принципиальную схему умного зарядного устройства. Приспособление необходимо для подключения к свинцово-кислотным аккумуляторам, имеющим емкость — 45 ампер в час или больше. Подключают такой вид аппарата не только к аккумуляторам, что ежедневно используются, но также к дежурным или находящимся в резерве. Это довольно бюджетная версия оборудования. В ней не предусмотрен индикатор, а микроконтроллер можно купить самый дешевый.

Если имеется необходимый опыт, то трансформатор собирается своими руками. Нет необходимости устанавливать также и звуковые сигналы оповещения — если аккумулятор подключится неправильно, то загоревшаяся лампочка разряда будет уведомлять об ошибке. На оборудование необходимо поставить импульсный блок питания  на 12 вольт — 10 ампер.

1 схема промышленного ЗУ

Посмотрите на схему промышленного зарядного устройства от оборудования Барс 8А. Трансформаторы используются с одной силовой обмоткой на 16 Вольт, добавляется несколько диодов vd-7 и vd-8. Это необходимо для того, чтобы обеспечить мостовую схему выпрямителя от одной обмотки.

1 схема инверторного устройства

Инверторный вид

Посмотрите на картинке схему инверторного зарядного устройства. Это приспособление перед началом зарядки разряжает аккумуляторную батарею до 10,5 Вольт. Ток используется с величиной С/20:  «C» обозначает ёмкость установленного аккумулятора. После этого процесса напряжение повышается до 14,5 Вольт, при помощи разрядно-зарядного цикла. Соотношение величины заряда и разряда составляет десять к одному.

1 электросхема ЗУ электроника

Схема Электроника

1 схема мощного ЗУ

Мощное ЗУ

Посмотрите на картинке на схему мощного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Приспособление применяется для кислотных АКБ, имеющих высокую емкость. Устройство с легкостью заряжает автомобильный аккумулятор, имеющий емкость в 120 А. Выходное напряжение устройство регулируется самостоятельно. Оно составляет от 0 до 24 вольт. Схема примечательна тем, что в ней установлено мало компонентов, но дополнительные настройки при работе она не требует.

2 схемы советского ЗУ

Советское ЗУ

Многие уже могли видеть советское зарядное устройство. Оно похоже на небольшую коробку из металла, и может показаться совсем ненадежной. Но это вовсе не так. Главное отличие советского образца от современных моделей — надежность. Оборудование обладает конструктивной мощностью. В том случае, если к старому устройству подсоединить электронный контроллер, то зарядник получится оживить. Но если под рукой такого уже нет, но есть желание его собрать, необходимо изучить схему.

К особенностям их оборудования относят мощный трансформатор и выпрямитель, с помощью которых получается быстро зарядить даже сильно разряженную батарею. Многие современные аппараты не смогут повторить этот эффект.

Электрон 3М

Схема Электрон 3М

За час: 2 принципиальные схемы зарядки своими руками

Простые схемы

1 самая простая схема на автоматическое ЗУ для авто АКБ

Простая схема

Топ 4 схем импульсных ЗУ

Импульсные ЗУ

1 схема на тиристорное ЗУ

Схема

1 упрощенная схема с сайта Паяльник

Схема

1 схема на интеллектуальное ЗУ

Интеллектуальное ЗУ

4 подробные схемы защиты для ЗУ

Защита

Новые схемы 2017 и 2018 года

Новые схемы

1 схема на китайское ЗУ

Схема

1 простая схема — как собрать ЗУ

Схема

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов 12 вольт (5 схем)

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов 12 вольт (5 схем)
Правильное соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей (АКБ), и главное, режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку АКБ производят током, значение которого можно определить по формуле: Где I — средний зарядный ток в амперах., а Q — паспортная электрическая емкость АКБ в ампер-часах. Например, АКБ ёмкостью 70 ампер-час заряжают током не более 7 ампер. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течение длительного времени. Классическая стандартная схема зарядного устройства для аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты и транзисторные стабилизаторы тока. В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя. Пример такого зарядного устройства представлен на рисунке 1. Для регулировки зарядного тока также можно использовать блок конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен. Недостатком данного способа является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20 вольт). Пример такой схемы приведена на рисунке 2. Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12 вольтовых АКБ током до 15 ампер, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 ампер с шагом через 1 ампер. Есть возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится недолгих коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней. Выключателями Q1 — Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки. Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах АКБ, равном напряжению полностью заряженной батареи. Пример данного ЗУ представлена ниже на рисунке 3. Здесь представлена схема еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения. Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на одно переходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10 ампер, устанавливается стрелочным или цифровым амперметром. Защита устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2. Вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором. Названое обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором). Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на алюминиевые теплоотводы. Схема показана на рисунке 4. Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. В схеме регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 — VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью). Диоды выпрямительного моста VD5-VD8 необходимо установить на алюминиевые ребристые теплоотводы. В зарядном устройстве диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 одно переходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242-Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а если радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.
Установка и обслуживание натяжных потолков МосПрофМастер

Зарядное устройство на 12 вольт. Схема и описание

Данное зарядное устройство на 12 вольт позволяет, как заряжать, так и восстанавливать автомобильные аккумуляторы с изношенными пластинами за счет применения асимметричного тока при зарядке в режиме заряд (5 А) — разряд (0,5 А) за полный период сетевого напряжения. В зарядном устройстве предусмотрена также возможность, при необходимости форсировать процесс заряда.

Данное зарядное устройство, также как и ранее описываемый самодельный зарядник для аккумулятора, обладает целым рядом дополнительных функций, способствующих удобству использования. Так, при завершении заряда схема автоматически выключит автомобильный аккумулятор от зарядного устройства.

А при попытке подсоединить неисправный автомобильный аккумулятор (с напряжением ниже 7 В) или же аккумулятор с неправильной полярностью схема не включится в режим заряда, что предохранит зарядное устройство и аккумулятор от повреждений. (Можно порекомендовать для запуска в зимнее время воспользоваться зарядно-пусковым устройством, которое так же сбережет ресурс аккумулятора.)

В случае короткого замыкания клемм Х1 (+) и Х2 (-) при работе устройства, перегорит предохранитель. Электрическая схема состоит из стабилизатора тока на транзисторе VT1, контрольного устройства на компараторе D1, тиристора VS1 для фиксации состояния и ключевого транзистора VT2, управляющего работой реле К1.

При включении зарядного устройства тумблером SA1 включится светодиод HL2, и схема будет ожидать, пока подключим автомобильный аккумулятор к клеммам Х1, Х2. При верной полярности подключения аккумулятора небольшой ток, протекающий через диод VD7 и резисторы R14, R15 в базу VT2, будет достаточным, чтобы транзистор открылся и сработало реле К1.

При включении реле транзистор VT1 начинает работать в режиме стабилизатора тока — в этом случае будет гореть светодиод HL1. Ток стабилизации задается номиналами резисторов в эмиттерной цепи VT1, а опорное напряжение для работы получено на светодиоде HL1 и диоде VD6 .

Стабилизатор тока работает на одной полуволне сетевого напряжения. В течение второй полуволны диоды VD1, VD2 закрыты, и аккумулятор разряжается через резистор R8. Номинал R8 подобран таким, чтобы ток разряда составлял 0,5 А. Опытным путем установлено, что лучшим является режим заряда акумулятора  током 5 А, разряда — 0,5 А.

Пока идет разряд, компаратор совершает контроль напряжения на аккумуляторе, и при превышении значения 14,7 В (уровень устанавливается при настройке резистором R10) он включит тиристор. При этом начнут гореть светодиоды HL3 и HL2. Тиристор закорачивает базу транзистора VT2 через диод VD9 на общий провод, что приведет к выключению реле. Повторно реле не включится, пока не будет, нажата кнопка СБРОС (SB1) или же не отключена на некоторое время вся схема (SA1).

Для стабильной работы компаратора D1 его питание стабилизировано стабилитроном VD5. Чтобы компаратор сопоставлял напряжение на аккумуляторе с пороговым (установленным на входе 2) только в момент, когда производится разряд, пороговое напряжение цепью из диода VD3 и резистора R1 увеличивается на время заряда аккумулятора, что исключит его срабатывание. Когда происходит разряд аккумулятора, эта цепь в работе не участвует.

При изготовлении данного зарядного устройства, транзистор VT1 крепится  на радиатор площадью не менее 200 кв. см. Силовые цепи от клемм Х1, Х2 и трансформатора Т1 изготавливаются  проводом с сечением не менее 0,75 кв. мм. В схеме применены конденсаторы С1 типа К50-24 на 63 В, С2 — К53-4А на 20 В, подстроечный резистор R10 типа СП5-2 (многооборотный), постоянные резисторы R2…R4 типа С5-16МВ, R8 типа ПЭВ-15, остальные — типа С2-23. Реле К1 подойдет любое, с рабочим напряжением 24 В и допустимым током через контакты 5 А; тумблеры SA1, SA2 типа Т1, кнопка SB1 типа КМ1-1.

Для регулировки зарядного устройства понадобится источник постоянного напряжения с перестройкой от 3 до 15 В. Удобно воспользоваться схемой соединений, приведенной ниже.

Настройку начинаем с подбора номинала резистора R14 (определение сопротивления по цветовой маркеровке). Для этого от блока питания А1 подаем напряжение 7 В и изменением номинала резистора R14 достигаем, чтобы реле К1 срабатывало при напряжении не менее 7 В. После этого увеличиваем напряжение с источника А1 до 14,7 В и настраиваем резистором R10 порог срабатывания компаратора (для возврата схемы в исходное состояние после включения тиристора надо нажать кнопку SB1). Может также потребоваться подбор резистора R1.

В последнюю очередь настраиваем стабилизатор тока. Для этого в разрыв цепи коллектора VT1 в точке «А» временно устанавливаем стрелочный амперметр со шкалой 0…5 А. Подбором резистора R4 добиваемся показаний по амперметру 1,8 А (для амплитуды тока 5 А), а после этого при включенном SA2 настраиваем R4, значение 3,6 А (для амплитуды тока 10 А). Разница в показании стрелочного амперметра и фактической величины тока связана с тем, что амперметр усредняет измеряемую величину за период сетевого напряжения, а заряд производится только в течение половины периода.

В заключение следует обозначить, что окончательную настройку тока стабилизатора лучше проводить на настоящем аккумуляторе в установившемся режиме — когда транзистор VT1 прогрелся и эффект роста тока за счет изменения температуры переходов в транзисторе не наблюдается. На этом настройку можно считать законченной.

По мере заряда автомобильного аккумулятора, напряжение на нем будет понемногу возрастать, и, когда оно дойдет до значения 14,7 В, схема автоматически выключит цепи заряда. Автоматика также выключит процесс зарядки в случае каких-то других непредвиденных воздействий, например при пробое VT1 или же пропадании сетевого напряжения. Режим автоматического выключения может также срабатывать при плохом контакте в цепях от зарядного устройства до аккумулятора. В этом случае надо нажать кнопку СБРОС (SB1).

И в конце следует отметить, что необходимо следить за состоянием аккумулятора в процессе его эксплуатации,  следить за напряжением в бортовой сети автомобиля и не забывать выключать ближний свет фар. Последнее можно осуществить посредством автоматического выключателя ближнего света.

Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.

Зарядное устройство электрон 3м схема


Ко мне приходят письма с просьбой помочь привезти данный автозапуск, зарядное устройство. Немного уже привезли и люди очень счастливы. Дабы не отвечать каждый раз на одни и те же вопросы решил сделать сайт, схема, на нём я привел ответы и описание на многие вопросы возникающие у людей.

Сайт еще немного доделывается, но я думаю скоро он примет окончательный вид. Прошел месяц с момента написания отзыва. Наступила зима, морозы стали крепчать. Так вот за этот период отлично справлялся со своей задачей подогреватель двигателя. При минус 20 греешь 20 минут, затем как обычно автозапуском.

Затраты на покупку канистры антифриза. К слову, зарядней установки подогревателя заливал дополнительно около 2 литров в систему и при этом утекло примерно литр, схема. Так что пока буду ездить с литровкой антифриза на всякий случай в остальном при эксплуатации в морозы появилось несколько сверчков, электрон, когда начинаешь движение сзади доносятся порой не совсем зарядные звуки скрежета и хруста, но после минут пробега все затихает если едешь по более менее ровной трассе, на кочко ямках достаточно неприятно отрабатывают стойки хотя, схема, может это мне так кажется, устройство зарядное, но зимой подвески как будто электрон.

После последнего дополнения съездили с схемою в горный алтай, доехали до знаменитого перевала кату ярык, а оттуда прокатились до телецкого озера. За это путешествие машина ниразу не подвела. Практически все вложения в схему за этот период электрон сказать плановые.

Единственное что внезапно начало барахлить, это бендикс. Поменял в очередной раз втулки переднего стабилизатора, опять начали побрякивать.

Источник: http://avtotrans-m.ru

EcoPower «Electron 610 AC» Зарядное устройство LiPo / LiFe / NiMH переменного / постоянного тока (6S / 10A / 200 Вт) [ECP-1002] | Легковые и грузовые автомобили

Это зарядное устройство EcoPower «Electron 65 AC» LiPo / LiFe / NiMH AC / DC. EcoPower «Electron 610 AC» — это однопортовое балансировочное зарядное устройство с компьютерным управлением, которое оснащено встроенным источником питания в сочетании с высокопроизводительным микропроцессором и специализированным программным обеспечением, которое позволяет надежно заряжать батареи с различным химическим составом и количеством ячеек. Несколько режимов зарядки, ограничение на количество ячеек 6S, мощность 10 А / 200 Вт, пять программируемых пользователем профилей заряда и внутренний балансировщик литиевых элементов — это лишь некоторые из функций, которые делают это зарядное устройство мощным и гибким инструментом для любого энтузиаста радиоуправления.Так что перестаньте ругать себя дешевыми зарядными устройствами и покупайте у проверенного источника, который раз за разом доказывает свое превосходное обслуживание клиентов и качественные продукты по доступным ценам!

Нажмите здесь, чтобы загрузить руководство по продукту

Щелкните здесь для получения информации о гарантии

ПРИМЕЧАНИЕ: Во избежание перегрева литиевые блоки 6S не следует заряжать при токе выше 7,5 ампер.

Характеристики:

  • Внутренний блок питания 110/220 В переменного тока
  • Оптимизированное операционное программное обеспечение
  • Встроенный балансир литиевых батарей
  • Способность к разгрузке весов
  • Совместимость с LiPo / LiFe / LiIon
  • Нормальный, быстрый и накопительный режимы заряда
  • Автоматическое обнаружение ошибок и отключение
  • Обнаружение дельта-пикового напряжения
  • Сохраняет до пяти профилей заряда

Технические характеристики:

  • Диапазон рабочего напряжения:
    • Переменный ток: 100-240 В / 50-60 Гц
    • Постоянный ток: 10-18 В / 16 А (макс .: 220 Вт)
  • Питание цепи :
    • Зарядка (макс.): 200 Вт
    • Разрядка (макс.): 25 Вт
  • Диапазон тока заряда: 0.1 — 10,0 А
  • Ток разряда: 0,1 — 5,0 А
  • LiPo балансирующий ток утечки: 200 мАч / элемент
  • Количество ячеек литиевой батареи: 1-6 ячеек
  • NiCd / NiMH Количество ячеек батареи: 1 — 18 ячеек
  • Pb Напряжение аккумулятора: 2 — 24 В
  • Вес: 1500 г
  • Размеры: 143x149x42мм

ВАЖНО:
1) НЕ оставляйте аккумулятор в вашей модели во время зарядки
2) ЗАПРЕЩАЕТСЯ оставлять без присмотра при зарядке
3) ВСЕГДА балансируйте зарядку аккумулятора
4) ВСЕГДА используйте литий-полимерный зарядный мешок.
5) ВЫ ДОЛЖНЫ использовать специальное зарядное устройство для Li-Poly для зарядки аккумулятора Li-Poly (зарядные устройства, содержащие только NiMH или NiCD, НЕ БУДУТ РАБОТАТЬ!)
6) ВЫ ДОЛЖНЫ не разряжать литий-полимерный аккумулятор слишком сильно.
7) ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ И ПОНИМАЙТЕ инструкции перед использованием этого зарядного устройства.

Включает:

  • (1) Зарядное устройство EcoPower Electron 610 переменного тока
  • (1) штекер типа «банан» 4 мм к штыревому проводу заряда T-Style
  • (1) Т-образное гнездо для провода заряда запальника
  • (1) Т-образное гнездо к зарядному проводу JST
  • (1) Зажимной T-образный зажим для зарядного провода с зажимом типа «крокодил»
  • (1) Гнездо T-Style к зарядному проводнику Futaba
  • (1) Кабель адаптера 12 В
  • (1) шнур переменного тока

Этот товар был добавлен в наш каталог 14 марта 2013 г.

Учебное пособие по физике: разность электрических потенциалов

В предыдущем разделе Урока 1 было введено понятие электрического потенциала.Электрический потенциал — это зависящая от местоположения величина, которая выражает количество потенциальной энергии на единицу заряда в определенном месте. Когда кулон заряда (или любое заданное количество заряда) обладает относительно большим количеством потенциальной энергии в данном месте, то это место называется местом с высоким электрическим потенциалом. Точно так же, если кулон заряда (или любое заданное количество заряда) обладает относительно небольшим количеством потенциальной энергии в данном месте, то это место называется местом с низким электрическим потенциалом.Когда мы начнем применять наши концепции потенциальной энергии и электрического потенциала к цепям, мы начнем ссылаться на разницу в электрическом потенциале между двумя точками. Эта часть Урока 1 будет посвящена пониманию разности электрических потенциалов и ее применению к движению заряда в электрических цепях.

Рассмотрим задачу перемещения положительного испытательного заряда в однородном электрическом поле из точки A в точку B, как показано на схеме справа.При перемещении заряда против электрического поля из точки A в точку B над зарядом должна работать внешняя сила. Работа, проделанная с зарядом, изменяет его потенциальную энергию на более высокое значение; и объем проделанной работы равен изменению потенциальной энергии. В результате этого изменения потенциальной энергии также существует разница в электрическом потенциале между точками A и B. Эта разница в электрическом потенциале представлена ​​символом ΔV и формально называется разностью электрических потенциалов .По определению, разность электрических потенциалов — это разность электрических потенциалов (В) между конечным и начальным местоположениями, когда над зарядом выполняется работа по изменению его потенциальной энергии. В форме уравнения разность электрических потенциалов равна

.

Стандартной метрической единицей измерения разности электрических потенциалов является вольт, сокращенно В и названный в честь Алессандро Вольта. Один вольт эквивалентен одному джоулю на кулон. Если разность электрических потенциалов между двумя точками составляет 1 вольт, то один кулоновский заряд получит 1 джоуль потенциальной энергии при перемещении между этими двумя точками.Если разность электрических потенциалов между двумя местоположениями составляет 3 вольта, то один кулон заряда получит 3 джоуля потенциальной энергии при перемещении между этими двумя местоположениями. И, наконец, если разность электрических потенциалов между двумя местоположениями составляет 12 вольт, то один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии при перемещении между этими двумя местоположениями. Поскольку разность электрических потенциалов выражается в вольтах, ее иногда называют напряжением .


Разность электрических потенциалов и простые схемы

Электрические цепи, как мы увидим, все связаны с движением заряда между различными местами и соответствующими потерями и увеличением энергии, которые сопровождают это движение.В предыдущей части Урока 1 концепция электрического потенциала была применена к простой электрической цепи с батарейным питанием. В этом обсуждении было объяснено, что необходимо проделать работу с положительным тестовым зарядом, чтобы переместить его через ячейки от отрицательного вывода к положительному выводу. Эта работа увеличит потенциальную энергию заряда и, таким образом, увеличит его электрический потенциал. По мере того как положительный тестовый заряд перемещается через внешнюю цепь от положительного вывода к отрицательному выводу, он снижает свою электрическую потенциальную энергию и, таким образом, имеет низкий потенциал к тому времени, когда он возвращается к отрицательному выводу.Если в цепи используется 12-вольтовая батарея, то каждый кулон заряда получает 12 джоулей потенциальной энергии при прохождении через батарею. Точно так же каждый кулон заряда теряет 12 джоулей электрической потенциальной энергии при прохождении через внешнюю цепь. Потеря этой электрической потенциальной энергии во внешней цепи приводит к увеличению световой энергии, тепловой энергии и других форм неэлектрической энергии.

С четким пониманием разности электрических потенциалов, роли электрохимической ячейки или совокупности ячеек (т.е., аккумулятор) в простой схеме можно правильно понять. Ячейки просто поставляют энергию для работы с зарядом, перемещая его от отрицательного вывода к положительному. Предоставляя энергию для заряда, элемент способен поддерживать разность электрических потенциалов на двух концах внешней цепи. Как только заряд достигнет клеммы с высоким потенциалом, он естественным образом потечет по проводам к клемме с низким потенциалом. Движение заряда по электрической цепи аналогично движению воды в аквапарке или движению американских горок в парке развлечений.В каждой аналогии необходимо проделать работу на воде или на американских горках, чтобы переместить ее из места с низким гравитационным потенциалом в место с высоким гравитационным потенциалом. Когда вода или американские горки достигают высокого гравитационного потенциала, они естественным образом движутся вниз обратно в место с низким потенциалом. Для водных прогулок или американских горок задача по подъему автомобилей с водой или горками до высокого потенциала требует энергии. Энергия подается водяным насосом с приводом от двигателя или цепью с приводом от двигателя.В электрической цепи с батарейным питанием элементы служат в качестве зарядного насоса для подачи энергии на заряд, чтобы поднять его из положения с низким потенциалом через элемент в положение с высоким потенциалом.

Часто удобно говорить об электрической цепи, такой как простая схема, обсуждаемая здесь, как о состоящей из двух частей — внутренней цепи и внешней цепи. Внутренняя цепь — это часть цепи, в которой энергия подается на заряд.Для простой схемы с батарейным питанием, о которой мы говорили, часть схемы, содержащая электрохимические элементы, является внутренней схемой. Внешняя цепь — это часть схемы, в которой заряд движется за пределы ячеек по проводам на своем пути от клеммы с высоким потенциалом к ​​клемме с низким потенциалом. Движение заряда по внутренней цепи требует энергии, поскольку это движение на вверх на в направлении, которое составляет против электрического поля .Движение заряда по внешней цепи является естественным, поскольку это движение в направлении электрического поля. Когда на положительном выводе электрохимической ячейки, положительный тестовый заряд находится под высоким электрическим давлением точно так же, как вода в аквапарке находится под высоким давлением воды после того, как ее перекачивают на вершину водной горки. Находясь под высоким электрическим давлением, положительный испытательный заряд самопроизвольно и естественным образом перемещается по внешней цепи в место с низким давлением и низким потенциалом.

Когда положительный тестовый заряд проходит через внешнюю цепь, он встречает различные типы элементов схемы. Каждый элемент схемы служит устройством преобразования энергии. Лампочки, двигатели и нагревательные элементы (например, в тостерах и фенах) являются примерами устройств преобразования энергии. В каждом из этих устройств электрическая потенциальная энергия заряда преобразуется в другие полезные (и бесполезные) формы. Например, в лампочке электрическая потенциальная энергия заряда преобразуется в световую энергию (полезная форма) и тепловая энергия (бесполезная форма).Движущийся заряд воздействует на лампочку, производя две разные формы энергии. При этом движущийся заряд теряет свою электрическую потенциальную энергию. При выходе из элемента схемы заряд находится под меньшим напряжением. Место непосредственно перед входом в лампочку (или любой элемент схемы) является местом с высоким электрическим потенциалом; и место сразу после выхода из лампочки (или любого элемента схемы) — это место с низким электрическим потенциалом. Ссылаясь на диаграмму выше, местоположения A и B являются местоположениями с высоким потенциалом, а местоположения C и D — местоположениями с низким потенциалом.Потеря электрического потенциала при прохождении через элемент схемы часто упоминается как падение напряжения . К тому времени, когда положительный тестовый заряд возвращается к отрицательному выводу, он достигает 0 вольт и готов к повторному включению и подаче напряжения обратно на положительный вывод высокого напряжения .

Диаграммы электрических потенциалов

Диаграмма электрических потенциалов — удобный инструмент для представления разностей электрических потенциалов между различными точками электрической цепи.Ниже показаны две простые схемы и соответствующие им диаграммы электрических потенциалов.

В цепи A есть D-элемент на 1,5 В и одна лампочка. В цепи B есть 6-вольтовая батарея (четыре 1,5-вольтовых D-элемента) и две лампочки. В каждом случае отрицательный полюс батареи является положением 0 В. Положительный полюс батареи имеет электрический потенциал, равный номинальному напряжению батареи. Аккумулятор заряжает и перекачивает его от клеммы низкого напряжения к клемме высокого напряжения.Таким образом батарея создает разность электрических потенциалов на двух концах внешней цепи. Находясь на под электрическим давлением , заряд теперь будет перемещаться по внешней цепи. Поскольку его электрическая потенциальная энергия преобразуется в энергию света и тепловую энергию в местах расположения лампочек, заряд снижает свой электрический потенциал. Общее падение напряжения на внешней цепи равно напряжению батареи, когда заряд перемещается от положительного вывода обратно к 0 вольт на отрицательном выводе.В случае контура B во внешней цепи есть два падения напряжения, по одному на каждую лампочку. В то время как величина падения напряжения в отдельной лампочке зависит от различных факторов (которые будут обсуждаться позже), совокупная величина падения должна равняться 6 вольтам, полученным при прохождении через батарею.

Разность электрических потенциалов на двух вставках бытовой электросети зависит от страны.Используйте виджет Household Voltages ниже, чтобы узнать значения напряжения в домашних условиях для различных стран (например, США, Канады, Японии, Китая, Южной Африки и т. Д.).


Проверьте свое понимание

1. Перемещение электрона в электрическом поле изменило бы ____ электрона.

а. масса офб. сумма заряда нац.потенциальная энергия

2. Если бы электрическая цепь была аналогична водной цепи в аквапарке, то напряжение батареи было бы сопоставимо с _____.

а. скорость, с которой вода течет через контур

г. скорость, с которой вода течет по контуру

г. расстояние, на котором вода протекает через контур

г. давление воды между верхом и низом контура

e.помеха, вызванная препятствиями на пути движущейся воды

3. Если бы электрическая цепь в вашем Walkman была аналогична водной цепи в аквапарке, тогда батарея была бы сопоставима с _____.

а. люди, которые сползают с возвышенности на землю

г. препятствия, стоящие на пути движущейся воды

г. насос, перекачивающий воду с земли на возвышения

г.трубы, по которым течет вода

e. расстояние, на котором вода протекает через контур

4. Что из нижеперечисленного относится к электрической схеме вашего фонарика?

а. Заряд движется по контуру очень быстро — почти со скоростью света.

г. Батарея обеспечивает заряд (электроны), который движется по проводам.

г.Батарея обеспечивает заряд (протоны), который движется по проводам.

г. Заряд расходуется по мере прохождения через лампочку.

e. Батарея вырабатывает энергию, повышающую уровень заряда от низкого до высокого напряжения.

ф. … ерунда! Ничего из этого не соответствует действительности.


5. Если аккумулятор обеспечивает высокое напряжение, он может ____.

а. делать много работы в течение своего срока службы

г. много работать над каждым обнаруженным зарядом

г. протолкнуть много заряда через цепь

г. длиться долго


На схеме внизу справа показана лампочка, подключенная проводами к + и — клеммам автомобильного аккумулятора. Используйте диаграмму, чтобы ответить на следующие четыре вопроса.

6. По сравнению с точкой D, точка A имеет _____ электрический потенциал.

а. 12 В выше в

г. 12 В ниже в

г. точно такой же

г. … невозможно сказать

7. Электрическая потенциальная энергия заряда равна нулю в точке _____.

8. Требуется энергия, чтобы заставить сдвинуть положительный тестовый заряд ___.

а. через провод из точки А в точку Б

г. через лампочку из точки B в точку C

г. по проводу от точки C до точки D

г. через батарею из точки D в точку A

9. Энергия, необходимая для перемещения +2 C заряда между точками D и A, составляет ____ Дж.

а. 0,167b. 2.0c. 6.0d. 12e. 24

10.Следующая схема состоит из D-ячейки и лампочки. Используйте символы>, <и = для сравнения электрического потенциала в точках A и B и от C до D. Укажите, добавляют ли устройства энергию к заряду или удаляют ее.

11. Используйте свое понимание математической взаимосвязи между работой, потенциальной энергией, зарядом и разностью электрических потенциалов, чтобы заполнить следующие утверждения:

а.9-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию заряда в 1 кулон на ____ джоулей.

г. 9-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию 2 кулонов заряда на ____ джоулей.

г. 9-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию заряда 0,5 кулонов на ____ джоулей.

г. Аккумулятор ___-вольт увеличит потенциальную энергию 3 кулонов заряда на 18 джоулей.

e. Аккумулятор ___-вольт увеличит потенциальную энергию 2 кулонов заряда на 3 джоуля.

ф. Батарея на 1,5 В увеличит потенциальную энергию заряда ____ кулонов на 0,75 джоулей.

г. 12-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию ____ кулонов заряда на 6 джоулей.

Как преобразовать амперы в электроны в секунду

Обновлено 13 декабря 2020 г.

Крис Дезил

Физики приписывают электричество движению электронов, тех крошечных электрически отрицательных частиц, которые окружают каждый атом.Единицей измерения электрического тока является ампер, названный в честь французского физика XIX века Андре-Мари Ампера. По определению, ампер равен одному кулону в секунду. Следовательно, чтобы рассчитать количество электронов в одном амперах, вам необходимо знать заряд отдельного электрона в кулонах. Получается 1,602 × 10 -19 кулонов. Это вся информация, необходимая для преобразования ампер в электроны в секунду.

TL; DR (слишком долго; не читал)

В одном амперах тока, 6.242 × 10 18 электронов течет каждую секунду. Умножьте силу тока на это число, чтобы найти количество электронов, протекающих в цепи в секунду.

Что такое кулон?

Кулон — это единица статического заряда в системе измерения MKS (метр, килограмм, секунда). Он был назван в честь другого французского физика, Шарля Огюстена де Кулона, который проделал большую часть своей работы в 18 веке. Определение кулона основано на статкулоне, единице заряда в системе CGS (сантиметры, граммы, секунды).Первоначально это определялось как заряд, необходимый двум одинаково заряженным частицам, разделенным на 1 сантиметр, чтобы оттолкнуть друг друга с силой в 1 дин. Вы можете получить кулоны из статкулонов, но современные ученые обычно определяют кулоны в амперах, а не наоборот. Определение 1 кулон — это количество заряда, переносимого за одну секунду током в 1 ампер. Ученые все же знают заряд отдельного электрона благодаря знаменитому эксперименту, проведенному в начале 20 века.

Эксперимент с масляной каплей Милликена

Американский физик Роберт Милликен провел эксперимент с масляной каплей в 1909 году, за что получил Нобелевскую премию. Он поместил заряженную каплю масла между двумя электрически заряженными пластинами и регулировал напряжение до тех пор, пока капля не зависла в воздухе. Поскольку он мог вычислить силу тяжести на капле и силу электрического поля, он мог определить заряд на капле. Он провел эксперимент с различными зарядами на капле и обнаружил, что заряд всегда изменяется на кратное определенное число, которое, как он пришел, было зарядом отдельного электрона.Получилось 1,602 × 10 -19 кулонов.

Число электронов в секунду в амперах

Один электрон имеет заряд 1,602 × 10 -19 кулонов, поэтому вы можете найти количество электронов в 1 кулонах заряда, взяв обратное значение. . Произведя арифметику, вы найдете:

1 кулон = 6,242 × 10 18 электронов

1 ампер равен 1 кулону в секунду, что означает:

1 ампер = 6.{19}

9,363 × 10 19 электронов течет в секунду. При токе 7 мА (0,007 ампер) в секунду течет 4,369 × 10 16 электронов.

Номинальные характеристики аккумуляторов | Аккумуляторы и системы питания

Поскольку батареи создают ток в цепи, обменивая электроны в ионно-химических реакциях, а в любой заряженной батарее, доступной для реакции, существует ограниченное количество молекул, должен быть ограниченный общий заряд, который любая батарея может стимулировать через цепь. прежде, чем его энергетические запасы будут исчерпаны.Емкость батареи можно измерить по общему количеству электронов, но это будет огромное количество. Мы могли бы использовать единицу кулонов (равную 6,25 x 10 18 электронов, или 6,250,000,000,000,000,000 электронов), чтобы сделать эти количества более практичными для работы, но вместо этого была изготовлена ​​новая единица, ампер-час . для этого. Поскольку 1 ампер на самом деле представляет собой расход 1 кулон электронов в секунду, а в часе 3600 секунд, мы можем установить прямую пропорцию между кулонами и ампер-часами: 1 ампер-час = 3600 кулонов.Зачем создавать новую единицу, если старая подойдет? Конечно, чтобы усложнить вам жизнь студентов и техников!

Приложение для измерения емкости аккумулятора в ампер-часах

Батарея емкостью 1 ампер-час должна обеспечивать непрерывную подачу тока 1 ампер на нагрузку ровно 1 час, или 2 ампера в течение 1/2 часа, или 1/3 ампер в течение 3 часов и т. Д., прежде чем полностью разрядиться. В идеальном аккумуляторе соотношение между непрерывным током и временем разряда является стабильным и абсолютным, но настоящие аккумуляторы не ведут себя в точности так, как указывает эта простая линейная формула.Следовательно, когда для батареи указывается емкость в ампер-часах, она указывается либо при заданном токе, в данное время, либо предполагается, что она рассчитана на период времени 8 часов (если не указан ограничивающий фактор).

Например, средняя автомобильная батарея может иметь емкость около 70 ампер-часов при силе тока 3,5 ампера. Это означает, что время, в течение которого эта батарея может непрерывно подавать ток 3,5 ампер на нагрузку, составит 20 часов (70 ампер-часов / 3,5 ампер). Но предположим, что к этой батарее была подключена нагрузка с более низким сопротивлением, непрерывно потребляющая 70 ампер.Наше уравнение в ампер-часах говорит нам, что батарея должна продержаться ровно 1 час (70 ампер-часов / 70 ампер), но в реальной жизни это может быть не так. При более высоких токах батарея будет рассеивать больше тепла через свое внутреннее сопротивление, что приведет к изменению химических реакций, происходящих внутри. Скорее всего, аккумулятор полностью разрядится за время до расчетного времени 1 час при этой большей нагрузке.

И наоборот, если бы к батарее была подключена очень легкая нагрузка (1 мА), наше уравнение сообщило бы нам, что батарея должна обеспечивать питание в течение 70000 часов или чуть менее 8 лет (70 ампер-часов / 1 миллиампер), но есть вероятность, что большая часть химической энергии в реальной батарее была бы истощена из-за других факторов (испарение электролита, износ электродов, ток утечки внутри батареи) задолго до того, как истекут 8 лет.Следовательно, мы должны принять соотношение ампер-часов как идеальное приближение к сроку службы батареи, а рейтинг ампер-часов, которому можно доверять, соответствует только указанному току или промежутку времени, указанному производителем. Некоторые производители предоставляют коэффициенты снижения номинальных характеристик в ампер-часах, определяющие снижение общей емкости при различных уровнях тока и / или температуры.

Для вторичных ячеек номинальная мощность в ампер-часах определяет необходимое время зарядки при любом заданном уровне зарядного тока. Например, автомобильному аккумулятору на 70 ампер-час в предыдущем примере потребуется 10 часов для зарядки из полностью разряженного состояния при постоянном зарядном токе 7 ампер (70 ампер-часов / 7 ампер).

Приблизительная емкость некоторых распространенных аккумуляторов приведена здесь:

  • Типичный автомобильный аккумулятор: 70 А · ч при 3,5 А (вторичный элемент)
  • Угольно-цинковая батарея типоразмера D: 4,5 А · ч при 100 мА (первичный элемент)
  • Угольно-цинковая батарея 9 В: 400 мА · ч при 8 мА (первичный элемент)

Как проверить состояние аккумулятора — с нагрузкой и без нее?

По мере того, как батарея разряжается, она не только уменьшает свой внутренний запас энергии, но и ее внутреннее сопротивление также увеличивается (поскольку электролит становится все менее и менее проводящим), а напряжение в ячейке разомкнутой цепи уменьшается (поскольку химикатов становится все больше и больше. разбавить).Самое обманчивое изменение, которое демонстрирует разряжающийся аккумулятор, — это повышенное сопротивление. Лучшая проверка состояния батареи — это измерение напряжения под нагрузкой , когда батарея обеспечивает значительный ток через цепь. В противном случае простая проверка вольтметром на клеммах может ошибочно указать на исправную батарею (соответствующее напряжение), даже если внутреннее сопротивление значительно увеличилось. Что представляет собой «значительный ток», определяется конструктивными параметрами батареи.Проверка вольтметром, чтобы выявить слишком низкое напряжение, конечно же, положительно укажет на разряженную батарею:

Полностью заряженный аккумулятор:

Вот если аккум разрядился немного. . .

. . . и разряжается немного дальше. . .

. . . и еще немного, пока он не мертв.

Обратите внимание, насколько лучше выявляется истинное состояние батареи, когда ее напряжение проверяется под нагрузкой, а не без нагрузки.Значит ли это, что батарею просто вольтметром проверять бессмысленно (без нагрузки)? Ну нет. Если простая проверка вольтметром показывает только 7,5 вольт для 13,2-вольтовой батареи, то вы без сомнения знаете, что она разряжена. Однако, если вольтметр покажет 12,5 вольт, он может быть почти полностью заряжен или несколько разряжен — вы не сможете этого сказать без проверки нагрузки. Помните также, что сопротивление, используемое для помещения батареи под нагрузку, должно быть рассчитано на величину предполагаемой рассеиваемой мощности. Для проверки больших аккумуляторов, таких как автомобильные (номинальное напряжение 12 В) свинцово-кислотные аккумуляторы, это может означать резистор с номинальной мощностью в несколько сотен ватт.

ОБЗОР:

  • ампер-час — это единица энергетической емкости аккумулятора, равная величине непрерывного тока, умноженной на время разряда, которую аккумулятор может подавать до того, как исчерпает свой внутренний запас химической энергии.

  • Номинал батареи в ампер-часах является лишь приблизительным значением емкости заряда батареи и заслуживает доверия только при текущем уровне или времени, указанном производителем. Такой рейтинг нельзя экстраполировать на очень высокие токи или очень большие времена с какой-либо точностью.
  • Разряженные батареи теряют напряжение и повышается сопротивление. Лучшая проверка разряженной батареи — проверка напряжения под нагрузкой.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Электрический ток | Безграничная физика

Батарея

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую.

Цели обучения

Опишите функции и определите основные компоненты батареи

Основные выводы

Ключевые точки
  • Аккумулятор накапливает электрический потенциал в результате химической реакции.Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию по мере прохождения электронов по цепи.
  • Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q, перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд.
  • Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС. Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.
Ключевые термины
  • аккумулятор : устройство, вырабатывающее электричество в результате химической реакции между двумя веществами.
  • ток : временная скорость протекания электрического заряда.
  • напряжение : величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.

Символ батареи на принципиальной схеме : Это символ батареи на принципиальной схеме. Он возник как схематический рисунок батареи самого раннего типа — гальванической батареи.Обратите внимание на положительный катод и отрицательный анод. Эта ориентация важна при рисовании принципиальных схем, чтобы изобразить правильный поток электронов.

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую. Он состоит из ряда гальванических элементов, последовательно соединенных проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы. Одна полуячейка включает электролит и анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и катод или положительный электрод.В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, катионы восстанавливаются (добавляются электроны) на катоде, а анионы окисляются (электроны удаляются) на аноде. Электроды не касаются друг друга, но электрически связаны электролитом. В некоторых элементах используются два полуэлемента с разными электролитами. Разделитель между полуячейками позволяет ионам течь, но предотвращает смешивание электролитов.

Каждая полуячейка имеет электродвижущую силу (или ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть ячейки.Чистая ЭДС клетки — это разница между ЭДС ее полуэлементов или разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Электрическая движущая сила на выводах элемента известна как напряжение на выводах (разность) и измеряется в вольтах. Когда батарея подключена к цепи, электроны от анода проходят через цепь к катоду по прямой цепи. Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС.Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.

Батарея накапливает электрический потенциал химической реакции. Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию по мере прохождения электронов по цепи. Электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на единицу заряда ( q ). Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q , перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд.В перестроенном виде это математическое соотношение можно описать как:

[латекс] \ Delta \ text {PE} = \ text {q} \ Delta \ text {V} [/ latex]

Напряжение — это не то же самое, что энергия. Напряжение — это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но при этом один хранит гораздо больше энергии, чем другой. Автомобильный аккумулятор может заряжаться больше, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба аккумулятора 12 В.

Идеальные и настоящие батареи : Краткое введение в идеальные и настоящие батареи для студентов, изучающих электрические схемы.

Измерения тока и напряжения в цепях

Электрический ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между электрическим током, напряжением и сопротивлением в цепи

Основные выводы

Ключевые точки
  • Простая схема состоит из источника напряжения и резистора.
  • Закон
  • Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой схеме: I = В / R .
  • Единицей измерения скорости электрического заряда в системе СИ является ампер, который равен заряду, протекающему через некоторую поверхность со скоростью один кулон в секунду.
Ключевые термины
  • электрический ток : движение заряда по цепи
  • Ом : в Международной системе единиц производная единица электрического сопротивления; электрическое сопротивление устройства, на котором разность потенциалов в один вольт вызывает ток в один ампер; символ: Ω
  • ампер : единица электрического тока; стандартная базовая единица в Международной системе единиц.Аббревиатура: amp. Символ: A.

Чтобы понять, как измерять ток и напряжение в цепи, вы также должны иметь общее представление о том, как работает схема и как связаны ее электрические измерения.

Что такое напряжение? : Это видео помогает получить концептуальное представление о напряжении.

Электрическая цепь — это тип сети с замкнутым контуром, который обеспечивает обратный путь для тока. Простая схема состоит из источника напряжения и резистора и схематически может быть представлена ​​как на рис.

Простая схема : Простая электрическая цепь, состоящая из источника напряжения и резистора

Согласно закону Ома, электрический ток I , или движение заряда, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R . Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току. Следовательно, закон Ома можно записать следующим образом:

[латекс] \ text {I} = \ text {V} / \ text {R} [/ latex]

, где I — ток через проводник в амперах, В, — разность потенциалов, измеренная на проводнике в вольтах, а R — сопротивление проводника в омах (Ом). В частности, закон Ома гласит, что R в этом отношении является постоянным, не зависящим от тока.Используя это уравнение, мы можем рассчитать ток, напряжение или сопротивление в данной цепи.

Например, если у нас есть батарея на 1,5 В, которая была подключена по замкнутой цепи к лампочке с сопротивлением 5 Ом, какой ток течет по цепи? Чтобы решить эту проблему, мы просто подставим указанные значения в закон Ома: I = 1,5 В / 5 Ом; I = 0,3 ампера. Зная ток и сопротивление, мы можем изменить уравнение закона Ома и найти напряжение В :

[латекс] \ text {V} = \ text {IR} [/ latex]

Вид под микроскопом: скорость дрейфа

Скорость дрейфа — это средняя скорость, которую достигает частица под действием электрического поля.

Цели обучения

Свяжите скорость дрейфа со скоростью свободных зарядов в проводниках

Основные выводы

Ключевые точки
  • В проводниках существует электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в направлении, противоположном полю. Скорость дрейфа — это средняя скорость этих свободных зарядов.
  • Выражение для связи между током и скоростью дрейфа можно получить, рассматривая количество свободных зарядов в отрезке провода.
  • I = qnAv связывает скорость дрейфа с током, где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A , сделанный из материала с плотностью свободного заряда n . Каждый из носителей тока имеет заряд q и движется со скоростью дрейфа величиной v .
Ключевые термины
  • скорость дрейфа : средняя скорость свободных зарядов в проводнике.

Скорость дрейфа

Известно, что электрические сигналы движутся очень быстро.Телефонные разговоры по проводам проходят на большие расстояния без заметных задержек. Свет загорается при нажатии переключателя. Большинство электрических сигналов, переносимых токами, передаются со скоростью порядка 10 8 м / с, что составляет значительную часть скорости света. Интересно, что отдельные заряды, составляющие ток, в среднем движутся намного медленнее, обычно дрейфуя со скоростью порядка 10 −4 м / с.

Высокая скорость электрических сигналов является результатом того факта, что сила между зарядами быстро действует на расстоянии.Таким образом, когда бесплатный заряд вводится в провод, входящий заряд выталкивает другие заряды впереди себя, которые, в свою очередь, проталкивают заряды дальше по линии. Возникающая в результате электрическая ударная волна движется по системе почти со скоростью света. Если быть точным, этот быстро движущийся сигнал или ударная волна представляет собой быстро распространяющееся изменение электрического поля.

Электронов, движущихся через проводник : Когда заряженные частицы выталкиваются в этот объем проводника, такое же количество быстро вынуждено покинуть его.Отталкивание между одноименными зарядами затрудняет увеличение количества зарядов в объеме. Таким образом, как только один заряд входит, другой почти сразу уходит, быстро передавая сигнал вперед.

Скорость дрейфа

Хорошие проводники имеют большое количество бесплатных зарядов. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны. Расстояние, на которое может перемещаться отдельный электрон между столкновениями с атомами или другими электронами, довольно мало. Таким образом, пути электронов кажутся почти случайными, как движение атомов в газе.Однако в проводнике есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в указанном направлении (противоположном полю, поскольку они отрицательны). Скорость дрейфа v d — это средняя скорость свободных зарядов после приложения поля. Скорость дрейфа довольно мала, так как свободных зарядов очень много. Имея оценку плотности свободных электронов в проводнике (количество электронов в единице объема), можно вычислить скорость дрейфа для заданного тока.Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.

Скорость дрейфа : Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных зарядов называется дрейфовой скоростью и направлена ​​в направлении, противоположном электрическому полю электронов. Столкновения обычно передают энергию проводнику, требуя постоянной подачи энергии для поддержания постоянного тока.

Можно получить выражение для связи между током и скоростью дрейфа, учитывая количество свободных зарядов в отрезке провода. Количество бесплатных зарядов на единицу объема обозначается символом n и зависит от материала. Ax — это объем сегмента, поэтому количество бесплатных зарядов в нем составляет nAx . Таким образом, заряд ΔQ в этом сегменте равен qnAx , где q — это количество заряда на каждом носителе.(Напомним, что для электронов q составляет 1,60 × 10−19C.) Ток — это заряд, перемещаемый за единицу времени. Таким образом, если все первоначальные заряды покидают этот сегмент за время t, ток равен:

[латекс] \ text {I} = \ Delta \ text {Q} / \ Delta \ text {t} = \ text {qnAx} / \ Delta \ text {t} [/ latex]

Примечательно, что x / Δt — это величина скорости дрейфа v d , поскольку заряды перемещаются на среднее расстояние x за время t. Перестановка членов дает: I = qnAv d , где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A , изготовленный из материала с плотностью свободного заряда n .Каждый из носителей тока имеет заряд q и движется со скоростью дрейфа величиной v d .

Плотность тока — это электрический ток на единицу площади поперечного сечения. Он имеет единицы ампер на квадратный метр.

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу раздела вы сможете:
  • Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
  • Объясните основные принципы работы аккумулятора

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора.Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 6.1.1. Все такие устройства создают разности потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

(рисунок 6.1.1)

Рисунок 6.1.1 Различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на рисунке 6.1.2. Батарея может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

(рисунок 6.1.2)

Рисунок 6.1.2 Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательный вывод, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт ().

Напряжение на клеммах батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи действительно есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Происхождение потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке 6.1.3 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рисунок 6.1.3)

Рисунок 6.1.3 Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод снабжает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет замкнутой цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1,4)

Рис. 6.1.4 В свинцово-кислотной батарее два электрона принудительно направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением .Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рисунок 6.1.5).

(рисунок 6.1.5)

Рисунок 6.1.5 Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например, к батарее, как показано на рисунке 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

.

(6.1.1)

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1.6)

Рисунок 6.1.6 Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 6.1.7. В цепи протекает ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно. Напряжение на клеммах равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

(рисунок 6.1.7)

Ток через нагрузочный резистор равен. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше ток, подаваемый источником напряжения на свою нагрузку. По мере разряда батарей увеличивается. Если становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 6.1.1


Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

У данной батареи есть ЭДС и внутреннее сопротивление.(а) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

а. Ввод данных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.

г. Аналогично с, ток

Напряжение на клеммах теперь

Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею.«Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.

г. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения или, где — напряжение на клеммах (в данном случае).

г. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки.Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на клеммах

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

.

Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться.Как вы думаете, почему это происходит?

Тестеры батарей

Тестеры батарей , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя трудно измерить внутреннее сопротивление батареи, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

(рисунок 6.1.8)

Рисунок 6.1.8 Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах.(кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и теперь отрицательны.

(рисунок 6.1.9)

Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто, опуская нижний индекс «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент CC, особая атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution

A Руководство разработчика по зарядке литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов

Преимущества литий-ионных (Li-ion) батарей

укрепили их позицию в качестве основного источника питания для портативной электроники, несмотря на один недостаток, когда разработчикам приходится ограничивать скорость зарядки, чтобы избежать повреждения элемента и создания опасности.К счастью, современные литий-ионные аккумуляторы более надежны и могут заряжаться гораздо быстрее, используя методы «быстрой зарядки».

В этой статье более подробно рассматриваются разработки литий-ионных аккумуляторов, оптимальный цикл зарядки в электрохимии и некоторые схемы быстрой зарядки. В статье также будут объяснены недостатки ускоренной зарядки, что позволит инженерам сделать осознанный выбор в отношении своей следующей конструкции зарядного устройства.

Концепция литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов проста, но все же потребовалось четыре десятилетия усилий и много долларов на исследования, чтобы разработать технологию, которая теперь надежно питает большинство современных портативных устройств.

Первые элементы были хрупкими и склонными к перегреву во время зарядки, но при разработке эти недостатки были преодолены. Тем не менее, зарядка по-прежнему должна осуществляться в точном режиме, который ограничивает токи заряда, чтобы обеспечить достижение полной емкости без перезарядки и связанного с ней риска необратимого повреждения. Хорошая новость заключается в том, что последние достижения в области материаловедения и электрохимии увеличили подвижность ионов клетки. Большая мобильность позволяет использовать более высокие зарядные токи и ускоряет «постоянный ток» части цикла зарядки.

Эти разработки позволяют заряжать смартфоны, оснащенные литий-ионными аккумуляторами последнего поколения, примерно с 20% до 70% емкости за 20–30 минут. Кратковременное обновление батареи до трех четвертей емкости привлекает потребителей с ограниченным временем жизни, открывая сектор рынка зарядных устройств, которые могут безопасно поддерживать быструю зарядку. Поставщики микросхем отреагировали, предложив разработчикам микросхемы, которые обеспечивают различную скорость зарядки, чтобы ускорить пополнение заряда литий-ионных элементов. В результате получается более быстрая зарядка, но, как всегда, приходится идти на компромисс.

Портативные устройства повышения мощности

Литий-ионные элементы

основаны на интеркаляционных соединениях. Эти соединения представляют собой материалы со слоистой кристаллической структурой, которые позволяют ионам лития мигрировать из слоев или находиться между ними. Во время разряда литий-ионной батареи ионы перемещаются от отрицательного электрода через электролит к положительному электроду, заставляя электроны двигаться в противоположном направлении по цепи для питания нагрузки. Когда ионы в отрицательном электроде израсходованы, ток перестает течь.Зарядка батареи заставляет ионы перемещаться обратно через электролит и встраиваться в отрицательный электрод, готовые к следующему циклу разряда (рис. 1).

Рис. 1. В литий-ионной батарее ионы лития перемещаются от одного интеркалирующего соединения к другому, в то время как электроны текут по цепи для питания нагрузки. (Источник изображения: Digi-Key)

В современных элементах в качестве положительного электрода используются интеркалирующие соединения на основе лития, такие как оксид лития-кобальта (LiCoO 2 ), поскольку он намного более стабилен, чем высокореактивный чистый литий, и поэтому намного безопаснее.В качестве отрицательного электрода используется графит (уголь).

Хотя эти материалы удовлетворительны, все не идеально. Каждый раз, когда ионы смещаются, некоторые из них вступают в реакцию с электродом, становятся неотъемлемой частью материала и, таким образом, теряются в электрохимической реакции. В результате запас свободных ионов постепенно истощается, а срок службы батареи сокращается. Что еще хуже, каждый цикл зарядки вызывает объемное расширение электродов. Это вызывает напряжение кристаллической структуры и вызывает микроскопические повреждения, которые снижают способность электродов принимать свободные ионы.Это накладывает ограничение на количество циклов перезарядки.

Устранение этих недостатков было в центре внимания недавних исследований литий-ионных аккумуляторов, основной целью которых является размещение большего количества ионов лития в электродах для увеличения плотности энергии, определяемой как энергия на единицу объема или веса. Это облегчает перемещение ионов внутрь и наружу электродов и облегчает прохождение ионов через электролит (то есть увеличивает подвижность ионов).

Время зарядки (для заданного тока) в конечном итоге определяется емкостью аккумулятора.Например, аккумулятор смартфона емкостью 3300 мАч будет заряжаться примерно в два раза дольше, чем аккумулятор емкостью 1600 мАч, когда оба заряжаются током 500 мА. Чтобы учесть это, инженеры определяют скорость зарядки в единицах «C», где 1 C соответствует максимальному току, который батарея может обеспечить в течение одного часа. Например, в случае аккумулятора на 2000 мАч, C = 2 A. Та же методика применяется к зарядке. Подача зарядного тока 1 А к батарее емкостью 2000 мАч соответствует скорости 0,5 С. ​​

Из этого следует, что увеличение зарядного тока приведет к уменьшению времени перезарядки.Это правда, но только до определенной степени. Во-первых, ионы обладают конечной подвижностью, поэтому увеличение зарядного тока выше определенного порога не приводит к их более быстрому сдвигу. Вместо этого энергия фактически рассеивается в виде тепла, повышая внутреннюю температуру аккумулятора и рискуя необратимым повреждением. Во-вторых, неограниченная зарядка при высоком токе в конечном итоге приводит к встраиванию такого количества ионов в отрицательный электрод, что электрод распадается и батарея разрушается.

Последние разработки значительно улучшили подвижность ионов новейших литий-ионных элементов, что позволяет использовать более высокий зарядный ток без опасного повышения внутренней температуры.Но даже в самых современных продуктах все еще существует риск перезарядки, потому что это прямой результат физического устройства элемента. Следовательно, производители литий-ионных аккумуляторов предписывают строгий режим зарядки, чтобы защитить свои изделия от повреждений.

Осторожно

Зарядка литий-ионного аккумулятора

осуществляется по профилю, обеспечивающему безопасность и долгий срок службы без снижения производительности (рис. 2). Если литий-ионная батарея сильно разряжена (например, ниже 3 В), применяется небольшой «предварительный» заряд, составляющий около 10% от тока полной зарядки.Это предотвращает перегрев элемента до тех пор, пока он не сможет принять полный ток фазы постоянного тока. На самом деле, эта фаза редко требуется, потому что большинство современных мобильных устройств предназначены для отключения, пока еще остается некоторый заряд, потому что глубокая разрядка, например перезарядка, может повредить элемент.

Рисунок 2: Профиль зарядки литий-ионных аккумуляторов с использованием метода постоянного тока до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 4,1 В, с последующим «дозаправкой» с использованием метода постоянного напряжения.(Источник изображения: Texas Instruments)

Затем аккумулятор обычно заряжается постоянным током 0,5 C или меньше, пока напряжение аккумулятора не достигнет 4,1 или 4,2 В (в зависимости от точной электрохимии). Когда напряжение аккумулятора достигает 4,1 или 4,2 В, зарядное устройство переключается на фазу «постоянного напряжения», чтобы исключить перезарядку. Превосходные зарядные устройства для аккумуляторов плавно переходят от постоянного тока к постоянному напряжению, обеспечивая достижение максимальной емкости без риска повреждения аккумулятора.

Поддержание постоянного напряжения постепенно снижает ток, пока он не достигнет примерно 0,1 C, после чего зарядка прекращается. Если зарядное устройство остается подключенным к батарее, применяется периодическая подзарядка для предотвращения саморазряда батареи. Подзарядка обычно начинается, когда напряжение холостого хода батареи падает ниже 3,9 до 4 В, и прекращается, когда снова достигается напряжение полной зарядки от 4,1 до 4,2 В.

Как уже упоминалось, перезарядка серьезно сокращает срок службы батареи и потенциально опасна.Как только ионы перестают двигаться, большая часть электроэнергии, подаваемой на батарею, преобразуется в тепловую. Это вызывает перегрев, что может привести к взрыву из-за выделения газа из электролита. В результате производители аккумуляторов выступают за точный контроль и соответствующие функции безопасности зарядного устройства.

Недозаряд, хотя и не опасен, может также отрицательно сказаться на емкости аккумулятора. Например, недостаточная зарядка всего на 1% может снизить емкость аккумулятора примерно на 8% (Рисунок 3).

Рисунок 3: Недостаточная зарядка всего на доли процента может значительно снизить емкость литий-ионного аккумулятора. По этой причине важно точно измерить конечное напряжение во время зарядки.

По этим причинам зарядное устройство должно контролировать конечное напряжение в пределах ± 50 мВ от 4,1 или 4,2 В и иметь возможность определять, когда аккумулятор полностью заряжен. Методы обнаружения включают определение момента, когда ток упадет до 0.1 C во время стадии постоянного напряжения и, в более простых зарядных устройствах, зарядка только в течение заранее определенного времени и при условии, что батарея полностью заряжена. Многие зарядные устройства также включают устройства для определения температуры батареи, так что зарядка может прекратиться при превышении порогового значения. [1]

Ускоренная зарядка

Поскольку последнее поколение аккумуляторов отличается более высокой подвижностью ионов, возможна более быстрая зарядка без риска перегрева. На сегодняшний день производители микросхем предоставили широкий спектр интегрированных решений для управления литий-ионными аккумуляторами, чтобы упростить конструкцию зарядных устройств.Теперь они также предлагают кремний, который позволяет инженерам разрабатывать продукты, которые используют преимущества более быстрой зарядки во время фазы постоянного тока. (Обратите внимание, что в отрасли не существует общепринятого определения «быстрой или быстрой зарядки» для литий-ионной батареи. Скорее, этот термин качественно применяется к любому режиму зарядки, который ускоряет зарядку по сравнению с «типичной» скоростью заряда 0,5 ° C.)

Maxim Integrated, например, предлагает MAX8900, зарядное устройство, основанное на импульсном понижающем («понижающем») источнике питания.Устройство может обеспечивать ток до 1,2 А от источника питания от 3,6 до 6,3 В, позволяя разработчику регулировать параметры заряда с помощью внешних компонентов.

Например, разработчик может реализовать быструю зарядку постоянным током, когда напряжение батареи превышает напряжение предварительного согласования и пока напряжение не достигнет 4,2 В. Максимальный ток быстрой зарядки определяется резистором между выводом SETI и землей (см. Рисунок 4).

Рисунок 4: Зарядный ток в фазе постоянного тока зарядки литий-ионного аккумулятора, обеспечиваемый MAX8900 от Maxim Integrated, может быть установлен с помощью резистора R SETI , показанного здесь внизу в центре этого приложения схема.( Схема, нарисованная с помощью Digi-Key Scheme-it , на основе оригинального изображения, любезно предоставленного Maxim Integrated)

Например, для R SETI = 2,87 кОм ток быстрой зарядки составляет 1,186 А, а для R SETI = 34 кОм ток составляет 0,1 А. На рисунке 5 показано, как меняется ток зарядки с R SETI . Maxim предлагает удобный комплект разработчика для MAX8900A, который позволяет разработчику экспериментировать со значениями компонентов, чтобы исследовать их влияние не только на скорость зарядки постоянным током, но и на скорость зарядки в других частях цикла зарядки.

Рисунок 5: Изменение зарядного тока в фазе постоянного тока зарядки литий-ионного аккумулятора, подаваемого MAX8900 при значении резистора R SETI .

В MAX8900 встроены некоторые защитные механизмы, предотвращающие опасное повышение температуры батареи во время быстрой зарядки. Они соответствуют спецификациям Японской ассоциации производителей электроники и информационных технологий (JEITA) по безопасной зарядке литий-ионных аккумуляторов.Для литий-ионных аккумуляторов при температуре от 0˚ до 15˚C ток быстрой зарядки ограничен до 50% от его запрограммированной скорости, а если температура аккумулятора поднимается выше 60˚C, ток полностью отключается до тех пор, пока температура падает до безопасного уровня. Сам чип защищен термическим отводом, который ограничивает ток заряда до 25% от максимального уровня, если внутренняя температура превышает 85˚C.

Maxim не единственный, кто предоставляет разработчикам гибкость при выборе скорости быстрой зарядки.Импульсное зарядное устройство MC32BC3770 от NXP Semiconductors обеспечивает контроль над режимом зарядки, позволяя разработчику не только устанавливать рабочие параметры через интерфейс I 2 C, но и устанавливать ток окончания заряда, напряжение регулирования аккумулятора, предварительную настройку. — ток заряда, пороговое значение напряжения быстрой зарядки и пороговое напряжение уменьшения заряда в дополнение к току быстрой зарядки.

Сам ток быстрой зарядки программируется от 100 до 2000 мА с настройкой по умолчанию 500 мА.В целях безопасности ток быстрой зарядки всегда ограничивается настройкой ограничения входного тока. MC32BC3770 может работать от входа до 20 В и имеет один вход для USB и двухканальный выход для питания устройства, если батарея полностью разряжена.

FAN5400 компании Fairchild Semiconductor

также позволяет разработчикам программировать скорость зарядки и режимы работы микросхемы через интерфейс I 2 C. Устройство представляет собой USB-совместимое зарядное устройство на основе импульсного источника питания, который работает от входа 6 В (макс.) И предлагает до 1.Зарядный ток 25 А.

FAN5400 разработан для минимизации времени зарядки и соответствует требованиям USB. Разработчик может выбрать как максимальный ток заряда, так и пороговое значение тока для прекращения зарядки во время фазы постоянного напряжения через хост I 2 C. Функции безопасности включают таймер, который отключает питание, если цикл зарядки превышает установленную продолжительность, а ток заряда ограничивается, если температура микросхемы превышает 120 ° C.

Со своей стороны, Texas Instruments предлагает bq25898, переключаемое устройство управления зарядом батареи, которое поддерживает быструю зарядку с высоким входным напряжением.Устройство может принимать входное напряжение до 12 В и выдает до 4 А на выходе, что делает его пригодным для зарядки аккумуляторов большей емкости в смартфонах и планшетах последнего поколения.

Подобно решениям NXP Semiconductors и Fairchild, bq25898 настраивается через последовательный интерфейс I 2 C, который позволяет разработчику устанавливать ток заряда и минимальное напряжение системы. Функции безопасности включают контроль температуры аккумулятора, таймер зарядки и защиту от перенапряжения.

Компромисс для быстрой зарядки

Разработчик должен знать о компромиссе, который возникает при быстрой зарядке: чем быстрее зарядка, тем меньше емкость, когда батарея переключается на относительно медленную часть режима зарядки с постоянным напряжением. Например, зарядка при 0,7 C приводит к емкости от 50 до 70 процентов при достижении 4,1 или 4,2 В, тогда как зарядка при температуре менее 0,2 C может привести к полной зарядке батареи, как только напряжение достигнет 4,1 или 4,2 В. Другими словами, если потребителю нужно быстрое обновление, скажем, с 25 до 50 процентов, быстрая зарядка идеальна, но если потребитель обычно подключается к сети для полной подзарядки, это обычно быстрее при умеренной скорости зарядки 0.5 C, чем скорость быстрой зарядки не менее 1 C, что требует более длительной и относительно медленной «доливки».

Другой недостаток заключается в том, что повышенная внутренняя температура, создаваемая быстрой зарядкой, даже если она может быть ниже «безопасного» порога, определенного производителем конкретного литий-ионного элемента, может вызвать небольшое повреждение, что в конечном итоге приведет к снижению емкости. и меньшее количество циклов перезарядки. Тем не менее, с улучшением технологии аккумуляторов, повышающим надежность ячеек, скорость быстрой зарядки должна быть чрезмерной, чтобы сократить срок службы аккумулятора до уровня, меньшего, чем «полезное» существование портативного продукта (определяемое как время между покупкой продукта потребителем и заменив его на более новую модель).

Заключение

В то время как в лаборатории разрабатываются некоторые новые аккумуляторные технологии, литий-ионный элемент, похоже, в ближайшее время станет основным носителем энергии для портативных устройств. Таким образом, технология будет продолжать интенсивно развиваться, устраняя ее недостатки. Мобильность ионов является одним из этих недостатков и, вероятно, улучшится даже по сравнению с батареями последнего поколения, что приведет к более быстрой зарядке при постоянном токе.

Разработчики

могут воспользоваться преимуществами более быстрой зарядки, выбрав микросхему управления аккумулятором, которая дает им гибкость в выборе скорости зарядки путем выбора одного или двух внешних компонентов или программирования через интерфейс I 2 C.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *