Batteries au plomb scellées dans la pratique de la radio amateur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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1. D'abord le pain d'épice, puis les fouets...

Les batteries au plomb scellées (SLA) sont les sources d’énergie secondaires (rechargeables) les plus abordables. Abordable, dans l'économie actuelle, signifie, d'une part, la disponibilité à la vente de batteries standard d'une tension de 6V et 12V, d'une capacité de un à mille Ah, et d'autre part, celle pour 1 cu à feuilles persistantes. vous pouvez acheter de 1.5 à 6 Wh de capacité nominale. Le plus petit nombre correspond aux petites piles, le plus grand nombre aux grosses.

Quel autre avantage ? Autodécharge relativement lente (pas plus de 5 % de la capacité par mois à température ambiante), durabilité relative soumise à des cycles de décharge peu profonds. Manque de « mémoire » (typique des batteries nickel-cadmium). Une recharge « flottante » constante en mode veille est autorisée (c'est ainsi que fonctionnent les batteries de voiture).

Par rapport aux batteries au plomb à électrolyte liquide, les batteries scellées bénéficient naturellement d'une sécurité de fonctionnement (pas de fumées nocives, le fonctionnement dans n'importe quelle position est acceptable). Et aussi : une batterie scellée est moins critique pour les conditions de charge, il est plus difficile de la tuer avec une charge mal adaptée. Le fait est que l’électrolyte gel est sélectionné de telle sorte que la batterie ne soit jamais complètement chargée (du point de vue d’un chimiste). Par conséquent, aucun dégagement de gaz ne se produit pendant la recharge, puisqu'il n'y a tout simplement pas de recharge. Cela ne signifie pas que vous pouvez oublier de contrôler le mode de charge. C'est interdit. Nous en reparlerons plus tard.

Quel est l'inconvénient ? Premièrement, une faible capacité spécifique - 25..35 Wh par kilogramme de masse, ou 60..100 Wh par litre de volume. Deuxièmement, une réduction significative de la durée de vie de la batterie lors de cycles de décharge profonde, ainsi que lors de décharges systématiques avec des courants élevés. Troisièmement, il existe une dépendance significative de la tension et de la résistance interne à la profondeur du cycle.

2. À propos de la vieillesse prématurée

Terminologie : en pratique il est d'usage de désigner intensité de décharge sous la forme d'"unités C" sans dimension. 1C (one-tse) est numériquement égal à la capacité de la batterie lorsqu'elle est déchargée en courant continu pendant 20 heures. Une décharge complète est définie comme une décharge allant jusqu'à 1.8 V par cellule à température ambiante (soit jusqu'à 5.4 et 10.8 V pour les batteries 6 V et 12 V). La valeur de 1.8 V a été établie empiriquement comme limite inférieure, lorsqu'elle est déchargée en dessous avec un courant de 0.05 C, un vieillissement prématuré irréversible de la batterie commence.

Ainsi, s'il est déterminé expérimentalement pour une batterie que pour la décharger d'un état complètement chargé (20-2.1 V par cellule) à 2.3 V par cellule en 1.8 heures, un courant de décharge de 150 mA est nécessaire, alors le courant nominal La capacité de la batterie est réglée sur 3.0 A*h (=0.15A * 20h).

L'intensité du courant 1C pour une batterie donnée correspond à un courant de décharge de 3A, 2C correspond à un courant de décharge de 6A, etc. Si vous limitez la décharge en atteignant une tension minimale donnée, la même 10.8V, il s'avère que la capacité réelle à un courant de 1C sera réduite d'environ la moitié par rapport à la nominale (voir graphique). Mais le seuil de vieillissement irréversible à haute intensité de décharge (1C et plus), au contraire, est considérablement réduit - à 8V.

Une décharge répétée de la batterie à des tensions inférieures à la ligne pointillée entraîne une panne de la batterie.

En pratique, les SLA fonctionnent selon deux modes : tampon et cyclique. En mode tampon, la batterie est constamment connectée au chargeur. S'il y a une tension dans le réseau électrique, après la charge, la batterie est exposée pendant une longue période à la tension de charge finale. Le faible courant circulant dans les batteries compense l'autodécharge de la batterie et maintient la batterie dans un état complètement chargé à tout moment. En cas de panne de courant, la batterie est déchargée vers la charge qui y est connectée. Le mode de fonctionnement tampon est typique des systèmes d'alimentation sans interruption en courant continu et alternatif, largement utilisés pour les ordinateurs, les communications et la production continue. Et aussi - les batteries de voiture lors d'une utilisation régulière de la voiture.

En fonctionnement cyclique, la batterie est chargée puis déconnectée du chargeur. La batterie est déchargée selon les besoins. Le mode de fonctionnement cyclique est utilisé lors du fonctionnement de divers appareils portables ou transportables : lampes électriques, équipements de communication, instruments de mesure. Les fabricants de batteries indiquent généralement dans la liste des caractéristiques techniques à quel mode de fonctionnement une batterie particulière est destinée.

Par conséquent, si vous décidez d'alimenter les piles à filament d'un amplificateur à tubes, alors il s'agit d'un mode cyclique (comme c'est agréable de savoir que vous avez parlé en prose toute votre vie...). Mais cela signifie-t-il que vous pouvez simplement décharger la batterie au maximum autorisé les lampes 5.7 ou 11.4V ? En effet, même si ce mode est évidemment plus sûr que la décharge « d'urgence » 5.4 ou 10.8 V, si la batterie est mal choisie, cela entraînera des cycles de décharge assez profonds, et réduira ainsi sa durée de vie..

Profondeur de cycle la décharge est définie comme le rapport des ampères-heures effectivement délivrés à la charge aux ampères-heures correspondant à la décharge au seuil de vieillissement irréversible. Les ampères-heures au dénominateur coïncideront avec la capacité nominale uniquement pour une intensité de décharge de 0.05C. En pratique, c'est la capacité nominale qui sert de dénominateur (d'autant plus que le courant de décharge constant n'est qu'une approximation idéale).

La profondeur du cycle (s'il est répété de cycle en cycle) détermine la durée de vie des piles. À une profondeur de cycle de 100 %, la durée de vie du SLA ne dépassera pas 200 à 300 cycles. Pour référence, les batteries de voiture à électrolyte liquide résistent rarement à plus de 20 cycles profonds. À 30 % de profondeur de cycle, leur nombre triple. La célèbre Optima garantit une survie pendant 100 cycles sans cycle (l'auteur possède une telle batterie depuis quatre ans, mais il n'y a pas eu un seul cycle zéro profond...).

3. Exemple concret

Maintenant, comptons. Chaque canal de l'amplificateur contient une paire de lampes 6C4C (6V, 2A). Une durée de fonctionnement minimale entre les charges de 8 heures doit être garantie. Dans ce cas, la tension ne doit pas descendre en dessous de 5.7 V (selon les spécifications de la lampe), la profondeur du cycle ne doit pas dépasser 50 %. De la dernière exigence, il résulte que la capacité de la batterie est d'au moins 32 Ah par canal (= 2A * 8h / 50 %). Le taux de décharge d'une telle batterie est de 0.06C (= 32A*h / 2). Il ressort du graphique qu'en 8 heures, sa tension chutera à seulement 12.0-12.2 V. Il y a du stock ! Mais seulement avec une batterie neuve. Si vous n'oubliez pas de le charger à temps, après environ 500 cycles (un an et demi de plaisir quotidien), la tension en 8 heures tombera au même 5.7 V, ou pire... Assurez-vous de régler l'automatique s'éteint en cas de tension insuffisante ! À propos, 32 A*h est étrangement proche de la capacité d’une batterie de voiture (50-65 A*h). Ainsi, pour des courants de 2 A et plus, une batterie de voiture sans entretien est une alternative tout à fait raisonnable (en termes de prix). Ils ont des problèmes d'environnement et de sécurité. D'un autre côté, si une grosse batterie ne rentre pas dans la conception, vous pouvez alors mettre en parallèle en toute sécurité plusieurs batteries plus petites (de préférence, mais pas nécessairement, de la même série, du même fabricant, du même « âge » depuis le début de l'exploitation) .

Ou peut-être essayer le mode tampon (veille) pour charger constamment, sans aucune automatisation ? Interrupteur à bascule vers le haut - la batterie se décharge, les lampes jouent, interrupteur à bascule vers le bas - la charge est en cours, les lampes... sont déconnectées des batteries ! Mode de charge normal - chargez avec une tension constante de 2.4-2.5 V par pot, aux bornes de la batterie 6 V, il y aura jusqu'à 7.5 V - les lampes ne dureront pas longtemps (surtout si l'alimentation de l'anode est coupée).

En mode tampon, la durée de vie de la batterie dépend fortement de la température. La température la plus favorable pour la batterie est considérée comme étant de 15 à 20 degrés Celsius. Une augmentation de la température de 10 degrés réduit la durée de vie de la batterie de moitié. La figure montre une dépendance typique de la durée de vie à la température pour les batteries dont la durée de vie est estimée à 5 à 7 ans. Résumé - ne mettez pas les piles dans le même boîtier que les lampes, les Pentium, etc. objets chauds. Vous vous demandez peut-être : qu'en est-il sous le capot d'une voiture... eh bien, premièrement, une batterie de voiture est spécialement conçue pour une large plage de températures, et deuxièmement, la capacité thermique de la batterie est si élevée qu'il n'est pas facile de réchauffez-le considérablement, même sous le capot.

Dans l'exemple ci-dessus, la durée de vie de la batterie à incandescence avec des cycles quotidiens de 50 % est d'un an et demi. Est-il possible de faire plus ? Dans les conditions réelles de fonctionnement des batteries stationnaires, il est nécessaire de prendre en compte la réduction de la durée de vie des batteries en cas de grand nombre de décharges testées. Pour les batteries de 5 ans, la durée de vie réelle ne dépassera pas 3 ans si la batterie subit en moyenne une décharge de 30 % par jour ou une décharge complète par semaine.

4. En savoir plus sur les frais

Le meilleur mode de charge de batterie pour une faible profondeur de décharge (pas supérieure à 75 %) est la charge constante. tension. Différents fabricants donnent des valeurs légèrement différentes, mais une tension généralement acceptée est de 2.4 V par cellule en cycle (14.4 V pour une batterie de 12 V). En mode tampon, la tension peut être inférieure, 2.3 V par cellule.

Lors du chargement d'une batterie complètement déchargée, ce mode entraîne une surcharge de courant initiale, c'est pourquoi un mode combiné de limitation de courant et de tension est utilisé. Il est généralement appelé mode de charge UI. Une batterie déchargée est d'abord chargée avec un courant continu, numériquement (en ampères) ne dépassant pas 0.1 à 0.3 de la capacité nominale de la batterie (en ampères-heures). Par exemple, pour une batterie d'une capacité de 100 A*heure, le courant de charge ne doit pas dépasser 10-30 ampères. À mesure que la batterie se charge, la tension aux bornes de la batterie augmente (à courant constant). Une fois que la tension de la batterie atteint la tension de charge finale, le courant de charge commence à diminuer, maintenant la tension constante.

La tension de charge finale à une température de 20 degrés Celsius est de 2.25 à 2.3 volts par cellule de batterie. Pour une batterie avec une tension nominale de 12 V (6 cellules), la tension de charge finale est de 13.5 à 13.8 V. Si la batterie fonctionne à d'autres températures, pour augmenter la durée de vie de la batterie, il est recommandé de réduire la tension de charge finale à 2.2-2.25 V/cellule à une température de 40 degrés et augmenter la tension jusqu'à 2.35-2.4 V à une température de 0 degrés. L'utilisation d'une telle compensation de température de la tension de charge vous permet d'augmenter de 40 % la durée de vie de la batterie à 15 degrés Celsius.

Pour charger complètement une batterie épuisée, il est recommandé de la charger pendant 24 heures. Si une charge de batterie plus rapide (dans un délai de 8 à 10 heures) est nécessaire en cas de fonctionnement cyclique, la tension de charge finale est augmentée à 2.4-2.48 V/el (à 20 degrés Celsius) et le temps de charge doit être limité conformément aux la charge restante de la batterie avant de la charger.

Voici un exemple d'instructions similaires pour une batterie Fiamm GS (source - slt.ru) :

Chargeur à tension constante Un courant relativement important est appliqué pendant la phase de charge initiale de la batterie. Lorsque la tension de la batterie atteint le niveau défini, le chargeur passe du mode courant constant au mode tension constante. Au cours de cette phase, le courant de charge commence à diminuer jusqu'à un niveau de courant de charge minimum, appelé courant d'entretien. Les valeurs indiquées dans le tableau sont prises comme standard.

Valeurs standards des grandeurs électriques pour un chargeur à tension de charge constante

 Notes: Pour les batteries utilisées en mode cyclique, il est recommandé d'utiliser un capteur qui permet d'interrompre le processus de charge lorsqu'une valeur de tension prédéfinie est atteinte, ou une minuterie. Le coefficient de température doit être pris en compte si la batterie est chargée à des températures inférieures à +10⁰À partir de +30⁰С

Système de charge rapide (uniquement pour les batteries fonctionnant en mode cyclique)Lors de l'accélération de la charge de la batterie, il est nécessaire d'utiliser des appareils équipés d'une unité de compensation de température et d'un fusible thermique pour éviter que la batterie ne soit sous-chargée à basse température ou surchauffe à des températures ambiantes élevées.

Les valeurs standards des grandeurs électriques pour le mode de charge accélérée de la batterie sont données dans le tableau :

Notes: La batterie doit être équipée d'un thermostat ou d'un fusible thermique, ou une minuterie doit être utilisée pour arrêter le processus de charge à temps. Le courant de charge initial maximum pour les batteries d'une capacité supérieure à 10 Ah doit correspondre au rapport suivant : I = C maximum

Faites attention au dernier paragraphe. Il en vaut la peine. Surtout si de nombreuses batteries sont enfermées dans une boîte mal ventilée, une surchauffe est possible même avec une charge normale (non accélérée), bien que non catastrophique, mais réduisant néanmoins la durée de vie des batteries.

5. Chargeur simple (charge lente UI)

Pour charger de petites batteries, le circuit standard le plus pratique est basé sur la famille de circuits intégrés LM117, LM 196, LM317 (142EN12, 1151EN1, 1157EN1). Source - "Microcircuits pour alimentations linéaires", M, Dodeka, 1998, pp. 97, 122, etc.).

Le seuil de limitation de courant est fixé par R4 (en tenant compte du courant admissible et de la puissance dissipée du microcircuit). En pratique, lorsque l'alimentation d'un type spécifique de batterie est intégrée directement à l'équipement - aucun réglage de la limite de courant n'est nécessaire, vous pouvez éliminer complètement le circuit de limitation de courant (T2), en transférant cette fonction à la résistance de sortie de l'alimentation. filtre.

À des courants élevés, il est plus pratique d'utiliser des stabilisateurs discrets avec des transistors pass-through N-MDS ou composites npn contrôlés par un stabilisateur intégré. L'inconvénient du MIS - une tension de seuil relativement élevée - dans les chargeurs de faible puissance est résolu en augmentant la tension de la source d'alimentation principale (unique), dans les chargeurs puissants (voir figure) - en doublant la tension.

(cliquez pour agrandir)

Les valeurs nominales des diviseurs stabilisateurs de tension (IC1) sont indiquées pour les batteries 6 V, les valeurs nominales des capacités de filtre et des résistances stabilisatrices de courant (T2) sont pour des courants de charge ne dépassant pas 2.5 A, ce qui est suffisant pour les batteries d'une capacité allant jusqu'à à 10-15 A*h. Transformateur pour tension de sortie 9V xx, courant 5A. Des shunts commutables dans le circuit base-émetteur T2 définissent le courant de charge maximum. La diode D11 - une diode Schottky avec un courant d'au moins 10A - protège contre l'inversion de polarité de la batterie. La configuration se résume à régler la tension de stabilisation à un équivalent de charge de 10 Ohms (R6) et à sélectionner les shunts R5.

6. Source de tension négative dans la voiture

Pour alimenter les crossovers, etc. appareils sur un ampli-op avec couplage direct, vous pouvez fournir une simple source de tension négative pulsée. Ou mieux encore, une batterie. Beaucoup mieux ! Mais cette batterie ne doit pas être de 12, mais de 6 Volts. Laisse-moi expliquer. Très probablement, cette batterie fournira du courant presque toujours lorsque le moteur tourne. Et il ne peut se recharger qu’en stationnement. Mais il est impossible de charger une batterie au plomb 12V à partir d’une autre batterie 12V. Il ne s’agit même pas d’un régime tampon, mais d’une grève de la faim. Il faut un générateur qui produise du 14V, mais où s'en procurer un, sur le parking...

Pour alimenter un crossover avec une consommation de courant de 20 mA, une batterie de 6 V, 1.2 Ah (la taille d'un peu plus qu'un paquet de cigarettes) est suffisante. Mode de charge UI (200 mA, 7.2 V). Lorsque le signal REMOTE est désactivé, la batterie est constamment chargée à partir du réseau de bord (moins à la masse, plus à la sortie du stabilisateur - l'état des optocoupleurs est tel qu'indiqué sur le schéma). Lorsque le signal REMOTE est activé, la batterie est commutée positivement à la masse et négative à la charge (bus d'alimentation de l'ampli-op). Le courant de charge est limité par la résistance R3 à 75 mA. Une batterie Fiamm 10121 entièrement chargée dans ce mode consomme environ 15 mA du réseau de bord à température ambiante. La chaîne R7-T1 bloque la décharge de la batterie vers le diviseur R5-R6 lorsqu'elle est déconnectée du réseau de bord (en supposant bien sûr que REM IN soit retiré et que la charge de la batterie soit déconnectée). Consommation de courant via le bus REMOTE 20mA. La minuterie D1-C1-R1-IC1-IC2-FU1 retarde la transmission du signal REM IN à la sortie de 2 secondes. La résistance R0 n'est nécessaire que pour décharger la capacité de la minuterie ; dans les circuits pratiques, elle peut être éliminée ou remplacée par un circuit indicateur avec une LED. Diodes D1-3 - toutes pour courant continu 1A.

Les optocoupleurs KR293KP9A, KR293KP3A peuvent être remplacés par n'importe quel optocoupleur MIS avec un courant d'au moins 200 mA (293KP avec la lettre A). Lors de la commutation de la batterie avec un optocoupleur KR293KP9A avec interrupteurs « anti-phase » dans un cas, je n'ai observé aucun courant traversant lors de la commutation ; lors de son remplacement par d'autres optocoupleurs, il faut s'assurer qu'il n'y en a pas. Les fusibles FU1, FU2 sont des fusibles à rétablissement automatique avec un courant de fonctionnement de 200 mA. Dans le filtre de puissance en sortie de la source -6V, il faut se limiter à une capacité minimale pour ne pas surcharger les optocoupleurs lors de la commutation ; d'ailleurs, ils ajoutent 10 Ohms à la résistance de sortie de la batterie). La série 293 n'est pas destinée aux courants ampères ! C'est pour les relais "adultes". C'est le sujet du prochain projet : un DAC entièrement alimenté par batterie... mais il est trop tôt pour cela...

Publication : klausmobile.narod.ru

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