אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל תפעול סוללות Ni-Cd אטומות אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מטענים, סוללות, תאים גלווניים התפוצה הרחבה של סוללות Ni-Cd (דיסק וגלילי) אטומות הובילה גם לעניין רב בנושאי פעולתן, שיטות ומכשירים לטעינתן. מאמרים רבים פורסמו בנושאים אלו, כולל במגזין רדיו. בשנים האחרונות, עקב הופעתם של מכשירי חשמל ביתיים חדשים המופעלים באמצעות סוללות נטענות (AB), העניין בנושא זה גדל באופן משמעותי. עם זאת, אין הרבה מאמרים המוקדשים לתפעול של סוללות. הסיבה למצב זה היא אובייקטיבית למדי: ביצוע מחקר על פעולת AB היא משימה מאוד ארוכה ועתירת עבודה. ובאופן מלא זה מעבר ליכולות של חובבי רדיו. זה כמובן לא אומר שחובבי רדיו לא צריכים לעסוק בסוג כזה של עבודה - הם פשוט צריכים להתייחס לתוצאות המתקבלות בצורה ביקורתית ולא לעשות הכללות על סמך תוצאות בודדות. דוגמה טיפוסית היא השיטה הידועה לטעינת סוללות בזרם א-סימטרי [1, 2]. כולם היו מודעים היטב ליתרונותיו; רק דבר קטן אחד נותר לא ברור - מאיפה הוא הגיע, מה היה המקור המקורי. אבל "זוט" כזה בבירור לא הפריע לאיש, שכן לאחר שניים או שלושה פרסומים המבוססים על שיטה זו של מטענים, אפשר היה לכתוב בבטחה: "... כידוע, טעינת סוללות בזרם א-סימטרי מאפשרת..." ו בהמשך הטקסט. דוגמה נוספת היא שיטת וודברידג', שלעתים קרובות מתייחסים אליה. הוא פותח באותן שנים כאשר ייצור המוני של סוללות החל לענות על הצרכים של תעשיית הרכב המתפתחת ונושאי פעולתן הפכו כה דחופים עד שהצריכו מעורבות של המדע. טכניקה זו נוצרה עבור סוללות (חומצה) ספציפיות, והרציונל להרחבת היקף היישום שלה אינו ידוע. במילים אחרות, השימוש בטכניקה זו עבור סוללות אחרות אינו מוצדק. כתוצאה מכך, המצב היום הפך כל כך מבלבל עד שפשוט הפך להיות בלתי אפשרי להבין אותו. זה מאושש על ידי סקירות מצפוניות של כמה מחברים על הנושא וניסיונות להגיע למסקנות מעשיות על סמך זה - המחברים אפילו לא מבחינים בסתירות במקורות שהם מפנים אליהם. הרבה פחות נפוצים הם פרסומים רציניים באמת, הכוללים [3]. המאמר מציב משימה צנועה יותר, ולכן די ריאלית - להציג את הניסיון שצבר המחבר בנושא זה. הבה נזכיר לך שוב שהמאמר מוקדש רק לסוללות Ni-Cd אטומות מייצור מקומי, לכן, כאשר מיישמים את כל הוראותיו על סוללות אחרות, יש להיות ביקורתיים וזהירים. המאפיין העיקרי של סוללות חשמליות הוא כמות האנרגיה האצורה בהן, שלצורך מדידתה משתמשים בדרך כלל ביחידת מדידה מחוץ למערכת - קוט"ש או כפולותיה. בפועל, נוח יותר להשתמש במאפיין נוסף של סוללות - המטען האגור בהן. זה נקרא בדרך כלל קיבולת. במערכת SI, הטעינה נמדדת בקולומבים (1 C = 1A x 1 s), אך לעתים קרובות יותר הם משתמשים גם ביחידת מדידה שאינה מערכתית - Ah, ולסוללות בעלות קיבולת קטנה - mAh. אנשים כל כך רגילים לפרמטר הזה שלעתים קרובות הם שוכחים (או לא יודעים בכלל) שהאינדיקטור העיקרי של סוללה הוא כמות האנרגיה האצורה, ולא הקיבולת. הקשר בין אנרגיית הסוללה E לקיבולת C נקבע על ידי הנוסחה הפשוטה ביותר: E = C x Ucp, כאשר Ucp הוא מתח הסוללה הממוצע. ביטוי זה מספק דיוק מספיק לתרגול. ליתר דיוק, אנרגיה מחושבת באמצעות אינטגרל. הקיבולת הנומינלית היא הערך הטיפוסי שניתן במאפייני הסוללה. זה נקבע בעיקר על ידי עיצוב הסוללה וטכנולוגיית הייצור. הסיבה האחרונה (ליתר דיוק, שונות טכנולוגית במהלך הייצור) היא שמובילה לכך שלקיבולת הסוללות, אפילו באצוות ייצור אחת, יש וריאציה של עד פי שניים או יותר. בספרות מצוין לפעמים שסוללות מורכבות מסוללות בעלות יכולות דומות, אבל בתנאים של ייצור המוני זה כמובן פשוט לא ריאלי. בברית המועצות, הקיבולת הנומינלית נקבעה לעתים קרובות על פי העיקרון של "פחות מפחות", אשר סיפק רזרבה שאיפשרה לאורך זמן "להגדיל" את הקיבולת של AB 7D-0,1 וסוללות אחרות פשוט על ידי שינוי המספרים על התווית. כעת 7D-0,1 הפך ל-7D-0,125. חשוב לציין כי הקיבולת היא כמות רב-גורמית, שכן אפילו למקרה מסוים היא תלויה במספר פרמטרים: טמפרטורת הסביבה, מצבי טעינה ופריקה וכו'. לכן, כשמדברים על קיבולת הסוללה, מתודולוגיה להגדרות שלה, שכן רק על ידי שינוי המתודולוגיה לא קשה "לשנות" את הקיבולת מספר פעמים. אבל בדרך כלל זו המתודולוגיה שלא ניתנת. במהלך הפעולה, מתח הסוללה יורד ממקסימום למינימום. המתח המינימלי הוא המתח שבו האנרגיה (הטעינה) הנותרת של הסוללה אינה משמעותית והפעלה נוספת אינה מעשית, שכן זה גם מפחית בצורה חדה את המתח (כשהוא פרוק לחלוטין, הוא אפסי). עבור סוללות Ni-Cd, המתח המינימלי הוא בערך 1 V, וערך זה הוא קריטריון ברור להשלמת הפריקה. לפיכך, אזור העבודה של הסוללה הוא טווח המתח ממקסימום למינימום. באזור העבודה, האנרגיה (הטעינה) הנותרת יכולה להיקבע בערך לפי המתח על הסוללה. המתח הנומינלי הוא הממוצע בין המקסימום למינימום; זה מה שניתן בדרך כלל בנתוני ההתייחסות לסוללה. עבור סוללות Ni-Cd מתח זה הוא בערך 1,2 וולט. המתח המדורג של סוללה, כמו כל תא גלווני אחר, נקבע רק על ידי המערכת האלקטרוכימית שלה, כלומר, זוג גלווני ואלקטרוליט. זה בלתי אפשרי מבחינה מבנית או טכנולוגית לשנות את הערך הזה. לאחר סיום הטעינה והמטען כבוי, מתח הסוללה (UM3) הוא מקסימלי והוא בערך 1,43...1,45 V. הוא יורד במהירות ולאחר 10...25 דקות מגיע לערך יציב UMp השווה ל-1,37.. .1,39 V. ההתפשטות של ערכים אלו נובעת בעיקר משגיאת מדידה, אך אין צורך בדיוק רב יותר. הבעיה העיקרית בתפעול הסוללות קשורה לטעינתן ונובעת מהיעדר קריטריון אמין לסיומו. שימוש במתח הסוללה לשם כך אינו יעיל, מכיוון שניתן להגיע אליו לפני שהוא נטען במלואו. קריטריון זה שימש לעתים קרובות בעיצובים חובבים. פרסומים אחרונים מצביעים על כך שלא מספיק קריטריון אחד, יש צורך בקריטריון נוסף, ואחד מהם מציע למדוד את טמפרטורת הסוללה. טמפרטורה היא פרמטר חשוב, מכיוון שהיא מאפשרת לקבוע לאן "נוסע" החשמל - לטעינה או לחימום, כלומר, היא מאפשרת לקבוע את מצב הסוללה, אך לא את מידת הטעינה שלה. לכך ניתן גם להוסיף, שאם עוד דברים שווים, השפעת טמפרטורת הסביבה תתבטא במידה רבה. מהאמור לעיל נוכל להסיק מסקנה לא מאוד מנחמת - כיום אין קריטריונים מהימנים לסיום הטעינה. ליתר דיוק, עדיין יש קריטריון אחד כזה, ועליו נדון להלן, אבל עם כל הפשטות הנראית לעין, היישום שלו בעייתי מאוד. היעדר קריטריונים אמינים לסוף הטעינה בהחלט מאכזב מכיוון שהוא מונע מהסוללה להיטען במלואה. אבל הסוללות שימשו בהצלחה במשך עשרות שנים. והשאלה הראשונה שעולה היא כמה באמת יש צורך בטעינה מלאה? בתנאים אמיתיים, הבדל בקיבולת של עד 15% כמעט ואינו מורגש, וזה פחות משמעותית מהשונות בקיבולת בין עותקים שונים. העיצוב של סוללות אטומות נעשה בצורה כזו שהאטימה מובטחת על ידי לחץ גז בתוך הדיור. בעת הטעינה הלחץ הזה עולה, ואם הוא מגיע לנקודת התפוקה של חומר הדיור, הסוללה מתנפחת. במקרה זה, המגעים נשברים, מה שמוביל לכישלון מוחלט של הסוללה. עבור סוללות דיסק, לעיתים ניתן להחזיר את הפונקציונליות שלהן - יש לדחוס אותן במפתחות (באמצעות אטם מבודד) לגודלן הקודם. במקרים חמורים יותר, הסוללות נפתחות (פיצוץ שקט) ואינן ניתנות לשחזור. לחץ הגז יכול לשמש קריטריון מהימן לסיום הטעינה; בכל מקרה, הוא מאפשר לקבוע את הגבול שמעבר לו טעינה נוספת הופכת למסוכנת. אבל היישום המעשי של שיטה זו הוא בעייתי אפילו עבור סוללות בעלות קיבולת גבוהה, ועבור קטנות זה פשוט לא ריאלי. בתהליך הפריקה הלחץ יורד, ובמידה והמתח נמוך מהמינימום הוא יכול לרדת לרמה שאינה מספקת אטימה שתוביל לדליפה של האלקטרוליט. בין שאר הצרות, האלקטרוליט שדלף מסמן את אלקטרודות הסוללה, ולאחר מכן זרם הפריקה העצמית גדל עקב דליפות פני השטח. אחסון סוללה ריקה לאורך זמן יפגע בה. ידוע שסוללות שלא היו בשימוש זמן רב מאבדות קיבולת וביצועים. ניתן לשחזר אותם במספר מחזורי טעינה-פריקה. זה לא משנה איך בדיוק זה נעשה - "התחייה" תתרחש בכל מקרה. עם הזמן מתרחשים תהליכי הזדקנות טבעיים וביצועי הסוללה מתדרדרים. חיי השירות של סוללות הם בדרך כלל 3...5 שנים, אך במהלך שימוש רגיל הם פועלים באופן אמין במשך 10 שנים או יותר. בפועל, הנפוץ ביותר הוא מצב הטעינה הרגיל - 150% מהקיבולת הנומינלית "נשאבים" לתוך הסוללה, מטעין אותה במשך 15 שעות בזרם של 0,1 C. היעילות של סוללות, כלומר היחס בין האנרגיה המסופקת לאנרגיה המתקבלת, קשה מאוד לקבוע ממספר סיבות, ולכן אינדיקטור זה בדרך כלל אינו ניתן. עבור סוללות קטנות זה בדרך כלל לא חשוב, מכיוון שההפסדים במטען גדולים יותר. ניתן לקבוע אותו בקירוב בלבד על סמך מצב הטעינה הסטנדרטי המופיע לעיל - 0,65 (65%). המצב הסטנדרטי הוכיח את עצמו בפועל, והוא יכול להיחשב כמצב הייחוס. המטען שמיישם אותו יכול להיות פשוט ביותר ולהכיל דיודה מתקנת ונגד מרווה. היתרון של השיטה הוא שהיא מסוגלת לטעון אפילו סוללות "חצי מתות". עם זאת, יש לו גם שני חסרונות משמעותיים: זמני טעינה ארוכים וסכנת טעינת יתר. נכון, זה האחרון כבר לא קשור לשיטה, אלא לאדם - לעתים קרובות הם פשוט שוכחים לכבות את המטען בזמן. לשיטה זו יש רק נקודה אחת לא ברורה - מאיפה הגיע ה-0,1C הזה? אין תשובה ברורה, ובמשך השנים כמעט ולא ניתן להשיג כזו, כך שניתן רק להניח שמשטר כזה נבחר רק מטעמי פשרה. בזרם טעינה נמוך יותר זמן הטעינה גדל בצורה בלתי מתקבלת על הדעת (ב-0.05C - 30 שעות), ובזרם גבוה יותר היה צורך להגביר את הספק המטען ובהתאם את מידותיו, משקלו ומחירו. ניסויים שביצע המחבר עם AB 7D... הראו שטעינה בזרם השווה לקיבולת הסוללה אינה מובילה לנזק. שיטת טעינת הסוללות ממקור מתח יציב מאוד מעניינת ומבטיחה. כדי להיות ספציפיים, בואו נקרא לזה טעינת מתח יציבה (SVC). ניתן לבטל לחלוטין טעינת יתר באמצעות שיטת SSN, השווה למתח הסוללה המרבי. נכון, לא לגמרי ברור מה בדיוק צריך להיות המתח הזה: UM3 או UMp, ולביטוח עדיף לקחת את הנמוך שבהם - UMp. בתחילת הטעינה הזרם הוא מקסימלי, לאחר זמן קצר, ברוב המקרים, הוא עולה מעט (כנראה ההתנגדות הפנימית של הסוללה יורדת). לאחר מכן, כשהסוללה נטענת והמתח שלה עולה, הזרם יורד ובתום הטעינה מתקרב באופן אסימפטוטי לאפס, או ליתר דיוק, לזרם הפריקה העצמית של הסוללה. בעת טעינת סוללה ריקה לחלוטין, גל הזרם הראשוני עשוי להיות גדול באופן בלתי מקובל ויש להגביל אותו, למשל, על ידי הכללת נגד מגביל זרם במעגל הטעינה. החיסרון העיקרי של שיטה זו הוא שהיא מספקת תשלום של 60...70% מהקיבולת הנומינלית. לכן, רצוי להשתמש בו עבור סוללות גיבוי, למשל, בשעונים אלקטרוניים. הפחתה קלה בקיבולת הסוללה עבור מכשירים כאלה אינה משמעותית; חשוב הרבה יותר להבטיח פעולה ארוכת טווח ואמינה. בשיטה זו מומלץ להשתמש גם כאשר יש צורך להביא את הסוללה למצב עבודה תוך 15...20 דקות. הסיבה לכך שמצב זה אינו טוען במלואו את הסוללות היא די ברורה - יש צורך להגביר את מתח האספקה. במקרה זה, זרם הטעינה נוטה באופן אסימפטוטי לא לאפס, אלא לערך מינימלי כלשהו. זה, בעצם, ייצוב זרם הטעינה יכול לשמש קריטריון לסיום הטעינה. יש קריטריון נוסף, אמין יותר וקל יותר ליישום - הפחתת זרם הטעינה לערך קרוב למינימום. ליישום מעשי של השיטה המוצעת, יש צורך לבחור באופן ניסיוני את מצב הטעינה עבור סוללה ספציפית: לקבוע את מתח הטעינה ואת סוף זרם הטעינה. המעגל של המטען האוטומטי (CHD) מוצג באיור. 1. היא מאפשרת לטעון סוללות בכל דרגת פריקה, כולל סוללות פרוקות לחלוטין. זמן הטעינה הנומינלי לסוללות 7D-0.125, הפרוקות ל-1 V לסוללה, הוא כ-1,5 שעות. לסוללות בעלות דרגת פריקה נמוכה יותר, הוא מצטמצם בהתאם. הקיבולת אליה ניתן לטעון את הסוללה היא בערך 0,85...0,95 מהנומינלי. זה תלוי במצב הסוללה ובדיוק הגדרת הזרם שבו המכשיר נכבה. העבודה עם המטען פשוטה ביותר - לאחר חיבור ספק הכוח והסוללה המיועדת לטעינה, לחץ לחיצה קצרה על כפתור SB1. במקביל, נורית האות HL1 נדלקת והטעינה מתחילה. כאשר הסוללה נטענת, המכשיר יכבה אוטומטית, מה שמבטל לחלוטין את סכנת טעינת יתר, ונורית האות תכבה. הבסיס של המטען הוא מייצב מתח DA1. הערך המדויק של מתח המוצא נקבע עם נגד חיתוך R9. דיודה VD1 מונעת מהסוללה להתרוקן לאחר כיבוי המטען. כדי להפחית הפסדים, משתמשים בדיודה שוטקי, בעלת ירידת מתח נמוכה יותר בהשוואה לדיודות סיליקון קונבנציונליות. מחוון - LED HL10 - מחובר ליציאה של המטען דרך נגד מגביל זרם R1. קבל C2 מחליק את האדוות של מקור כוח לא מיוצב בכניסת המייצב, וגם מונע את התעוררותו העצמית. יחידת הכיבוי היא טריגר המורכב על טרנזיסטורים VT1 ו-VT2 של מבנים שונים. במצב הראשוני, לאחר חיבור מקור הכוח והסוללה בטעינה, ההדק כבוי. כדי להפעיל אותו, פשוט לחץ לחיצה קצרה על כפתור SB1. במקרה זה, טרנזיסטור VT1 נפתח וזרם האספן שלו דרך הנגד R2 פותח את הטרנזיסטור VT2 - המטען מתחיל לעבוד. הזרם הזורם דרך המכשיר יוצר מפל מתח על פני הנגד R5, אשר מסופק לבסיס הטרנזיסטור VT6 דרך הנגד R3 ומחלק המתח ההתנגדות R4R1. ההדק נדלק, והמכשיר ממשיך לעבוד גם לאחר שחרור הכפתור SB1. הנגד R5 "במשרה חלקית" מתפקד כמגביל זרם מרבי בתחילת טעינת סוללות פרוקות לחלוטין. בתהליך הטעינה המתח על הסוללה עולה, מה שמוביל לירידה בזרם הטעינה, וכאשר הוא מגיע לערך המינימלי שנקבע, נפילת המתח על הנגד R5 הופכת לא מספיקה כדי לשמור על ההדק במצב דלוק - המטען כבוי והטעינה נפסקת. הערך המדויק של הזרם המינימלי נקבע עם נגד חיתוך R4. קבל C1 מחליק את אדוות המתח על פני הנגד R5 המופיעות כאשר המטען מופעל ממקור מתח לא יציב. בגרסת המחבר נעשה שימוש במקור לא מיוצב לייצור ביתי BPN-12-1 עם מתח מוצא במעגל פתוח של 18 V להפעלת המטען, ניתן להשתמש בספקי כוח אחרים, כולל מיוצבים, עם מתח מוצא של כ-15 V (עבור ספקי כוח מיוצבים זה יכול להיות מעט פחות) בזרם של לפחות 0,2 A. המכשיר מותקן על לוח מעגלים מודפס העשוי מרבד מצופה פיברגלס חד צדדי בעובי 1,5 מ"מ. ציור המעגלים המודפסים מוצג באיור. 2. המכשיר משתמש נגדי כוונון SPZ-19a. נגד R5 - MLT-0,5 או MT-0,5, R2 - MLT-0,25 או MT-0,25; הם מותקנים בניצב ללוח. הנגדים הקבועים הנותרים הם ללא עופרת להרכבה על פני השטח, גודל 1206. הם מותקנים בצד המוליכים המודפסים. קבלים - K50-35 או מיובאים דומים. במקום דיודה VD1, אתה יכול להשתמש בכל דיודה Schottky עם זרם מותר של לפחות 1 A. כל LED. כפתור SB1 - כל ללא קיבוע. גם המחבר לחיבור ספק הכוח יכול להיות כל דבר - העיקר שהוא חייב להתאים למחבר של ספק הכוח. כדי להגדיר, תזדקק לנגד משתנה מתפתל עם התנגדות של 560 אוהם והספק של 1 W. הוא מחובר לפלט של המטען וההתנגדות מצטמצמת בהדרגה עד שההדק נשמר באופן אמין לאחר שהלחצן SB1 מופעל מְשׁוּחרָר. על ידי התאמת הנגד R9, מתח המוצא (הוא נמדד ישירות במוצא המייצב) מוגדר ל-10,9 V. קצת יותר קשה להגדיר את זרם הכיבוי. מכיוון שהשאנט של מיליאממטר מציג שגיאה גדולה בעת מדידת זרם הטעינה, יש לחבר את המיליאממטר בכניסה של המכשיר. ולמרות שבמקרה זה הזרם שצורך המטען עצמו מתווסף לזרם הטעינה עצמו, התוצאה מדויקת יותר. לשם כך, מדוד את הזרם בכניסה של המטען עם הנגד R4 של הגוזם במיקום האמצעי, ולאחר מכן הגדר אותו לכ-43 mA. פעולות אלו יצטרכו להתבצע מספר פעמים לפני השגת התוצאה הרצויה, מכיוון שאי אפשר "לתפוס" את זרם הכיבוי בבת אחת. ניתן לבצע התאמה מדויקת יותר על ידי עבודה ישירה עם הסוללה, ביצוע מספר מחזורי טעינה-פריקה בקרה. ניתן להחליף את המייצב KR142EN22 ב-KR142EN12A או KR142EN12B. יש להגביר את מתח האספקה של המטען ל-16...17V. ספרות
מחבר: A. Mezhlumyan, מוסקבה ראה מאמרים אחרים סעיף מטענים, סוללות, תאים גלווניים. תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה. חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה: עור מלאכותי לחיקוי מגע
15.04.2024 פסולת חתולים של Petgugu Global
15.04.2024 האטרקטיביות של גברים אכפתיים
14.04.2024
עוד חדשות מעניינות: ▪ שבב מיקרופלואידי הופך את חישובי ה-DNA לאוטומטי ▪ קבלים חדשים מסוג טנטלום פולימר אורגני SMD עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה
חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית: ▪ חלק באתר חשמל למתחילים. בחירת מאמרים ▪ מאמר מה הגוף עושה עם אוכל? תשובה מפורטת ▪ כתבה מכשיר לקביעת מידת עייפות העיניים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר ווסת מתח רשת חזק, 0-218 וולט 100 וואט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל כל השפות של דף זה בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר www.diagram.com.ua |