Charge automatique des cellules galvaniques et des batteries à courant asymétrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques

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Les lecteurs se voient proposer deux modèles de chargeurs qui diffèrent par la quantité de courant de charge, mais qui disposent d'une seule méthode de récupération : le courant asymétrique.

Comme vous le savez, la récupération des cellules et batteries galvaniques se fait mieux en les chargeant avec un courant asymétrique. Dans ce cas, le courant de charge est 10 fois supérieur au courant de décharge et la durée est deux fois plus courte [1, 2].

Les appareils peuvent être chargés lors de longues interruptions, par exemple en raison d'une panne de courant. Lorsque l’alimentation est appliquée, la charge reprendra automatiquement. Les appareils n'ont pas peur des courts-circuits accidentels des prises de sortie. Lors du stockage des batteries pendant une longue période, des appareils peuvent être utilisés pour les maintenir chargées.

La charge s'arrête automatiquement lorsque la tension réglée est atteinte sur l'élément en cours de charge. Les appareils vous permettent de régler dans une large plage sans instruments (avec une précision suffisante pour la pratique) le courant de charge et de décharge, ainsi que la tension de fin de charge.

Première conception conçu pour charger des petites batteries individuelles de type D-0,1 ; D-0,25 ; D-0,55 ; TsNK-0,45 ; NGCC-1,8 ou leurs homologues importés et les batteries qui en sont constituées, ainsi que les cellules galvaniques du type 316, 322, 343, 373, les batteries qui en sont constituées, et les batteries 3336, "Krona", "Korund", etc. . Le nombre de cellules galvaniques chargées simultanément - 7 pièces et de batteries rechargeables - 9 pièces.

Le diagramme schématique de l'appareil est présenté sur la figure 1. Il est constitué d'une alimentation sur un transformateur T1, d'un pont redresseur sur diodes VD1-VD4 et d'un condensateur de filtrage C1.

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Le stabilisateur de courant de charge est réalisé sur les transistors VT2, VT4, ainsi que la diode Zener VD9 et la résistance R22, constituent une source de courant. La valeur actuelle est régulée par la résistance R18.

Le stabilisateur de courant de décharge est réalisé sur les transistors VT1, VT5 et LED HL2, qui sert simultanément de source de tension de référence fournie à la base du transistor VT5, et d'indicateur du courant de décharge. Le courant de décharge est réglé par la résistance R23.

Le courant de charge (en ampères) correspond généralement à 0,1 et celui de décharge à 0,01 de la capacité en ampères-heures. Par exemple, pour les cellules 316, 332 ou leurs batteries, le courant de charge est de 60 mA et le courant de décharge est de 6 mA, pour les cellules 343, 373 ou leurs batteries, de 200 mA et 20 mA, respectivement.

Un générateur d'impulsions rectangulaires qui génère des impulsions de courants de charge et de décharge est assemblé sur les éléments DD1.2 et DD1.3, les résistances R9, R10, les diodes VD7, VD8. Le rapport entre la durée des impulsions de haut niveau et les pauses entre elles est de 1:2. La durée des impulsions est déterminée par la résistance R9, et la durée de la pause dépend de la résistance R10. La fréquence d'oscillation est d'environ 100 Hz (dépend du condensateur C5). Le générateur démarre lorsqu'il y a un signal de niveau haut à la sortie de l'élément DD1.1.

Sur le comparateur intégré DA1, une unité d'arrêt et de remise en charge automatique (AOD et AVZ) est réalisée. Il compare la tension de référence (extraite du moteur R4) du stabilisateur paramétrique VD5R2 ou VD6R3 fourni à l'entrée inverseuse avec la tension variable sur le diviseur R20, R21, proportionnelle à la tension de la cellule galvanique chargée ou de la batterie, qui est appliquée à l'entrée non inverseuse DA1.

Puisque la tension de référence est extraite d'un autre stabilisateur paramétrique VD5R2, pour la première plage (1 ... La tension AOS est définie par la résistance R6. Pour plus de commodité, les limites du nœud d'automatisation sont divisées en deux plages : 4 ... 1 V et 6 ... 6 V. La plage est sélectionnée par le commutateur SA13.

Fonctionnement de l'appareil. Lors de la connexion d'une cellule galvanique ou d'une batterie déchargée, la tension à l'entrée non inverseuse DA1 est inférieure à la référence à l'entrée inverseuse, qui est fixée par la résistance R4. Par conséquent, la sortie à collecteur ouvert (broche 9) du comparateur est réglée sur une tension de bas niveau et la sortie de l'onduleur DD1.1 est réglée sur une tension de haut niveau, ce qui permet au générateur d'impulsions de fonctionner. Dans le même temps, un signal de haut niveau apparaît à la sortie de l'élément DD1.3, ouvrant les transistors clés VT2 et VT3. L'ouverture du transistor VT2 entraînera l'apparition d'une tension sur la diode Zener VD9, ce qui signifie que le transistor VT4 s'ouvrira et qu'un courant de charge prédéfini traversera l'élément en cours de charge. Dans le même temps, un signal de bas niveau provenant de la sortie DD1.2 ira à l'entrée inférieure de l'élément DD1.4 selon le circuit. À l'entrée supérieure de l'élément DD1.4, selon le schéma, se trouve un signal de niveau haut, qui est maintenu jusqu'à la fin de la charge.

En conséquence, un signal de niveau haut apparaît à la sortie de l'élément DD1.4, qui fermera le transistor VT1. En conséquence, le transistor VT5 se fermera également, ce qui rendra impossible la circulation du courant de décharge. Avec l'apparition d'un signal de bas niveau à la sortie de l'élément DD1.3, les transistors VT2 et VT3 se fermeront. Le courant de charge s'arrêtera.

Dans le même temps, un signal de haut niveau sera reçu de la sortie de l'élément DD1.2 vers l'entrée inférieure de l'élément DD1.4 (le signal de haut niveau continue d'être reçu à l'entrée supérieure), ce qui ouvrez les transistors VT1 et VT5. Cela permet au courant de décharge de circuler. L'arrivée de la prochaine impulsion positive de la sortie du générateur permettra la circulation du courant de charge et l'impossibilité de décharger.

Ainsi, le processus de charge-décharge se poursuivra jusqu'à ce que la tension sur l'élément en cours de charge atteigne la valeur de fonctionnement de l'unité AOD. En conséquence, le comparateur commutera et à sa sortie, la tension passera de faible à élevée. La sortie de l'onduleur DD1.1 sera un signal de faible niveau. Le générateur cessera de fonctionner. Pour cette raison, un signal de niveau bas sera défini à la sortie du DD1.3. Les transistors VT2 et VT4 se fermeront et la charge s'arrêtera.

En raison du fonctionnement de l'unité AOD et de l'arrêt du générateur, un signal de niveau haut est établi à la sortie de l'élément DD1.2, et donc de l'élément inférieur DD1.4 selon le circuit. Puisqu'il y a un signal de bas niveau à la sortie de l'élément DD1.1, et donc à l'entrée haute de l'élément DD1.4 selon le circuit, la sortie de l'élément DD1.4 sera un signal de haut niveau . VT1 et VT5 seront fermés. La décharge s'arrêtera.

Lorsque le courant d'impulsion de charge circule, la tension sur la cellule galvanique ou la batterie augmente jusqu'à une valeur dépassant le seuil de fonctionnement de l'unité AOD, ce qui entraînera un arrêt prématuré du chargeur. Cela peut entraîner une sous-facturation importante. Pour éviter que cela ne se produise, la tension sur l'élément chargé est comparée à celle de référence en l'absence de courant de charge, ce qui permet de charger à pleine capacité. Au moment de la charge, le transistor VT3 s'ouvre et shunte la résistance R21, ce qui augmente le seuil de commutation du comparateur. Lorsqu'une décharge se produit, les transistors VT2 et VT3 sont fermés. Le comparateur compare la tension réelle sur l'élément chargé avec la tension de référence. Lorsque la valeur de tension réglée de l'AOS est atteinte, le courant de charge s'arrête complètement. Le courant de décharge à travers le diviseur R20, R21, VT3 et le transistor VT5 est insignifiant et pour un élément de 1,5 V n'est que de 10 μA, et pour 7 éléments - 200 μA.

Cependant, à mesure que les processus chimiques se terminent, la tension sur la cellule électrochimique ou la batterie en cours de charge diminue lentement, ce qui provoquera le déclenchement du comparateur, car la tension de référence dépassera la tension de sortie. Pour exclure une telle inclusion du chargeur, une résistance R7 est introduite, qui sert à créer une hystérésis - la différence entre les tensions de l'AOD et de l'AVR. L'hystérésis garantit que le chargeur redémarre lorsque la batterie est déchargée plus profondément. Lors du choix de la valeur de R7, il convient de tenir compte du fait que lorsque la tension sur l'élément déchargé est inférieure à la tension AVZ, le générateur démarre lorsque le chargeur est connecté au réseau, que l'élément en cours de charge soit connecté ou non avant ou une fois l'appareil connecté au réseau. Lorsque la tension sur l'élément déchargé est supérieure à la tension AVZ, le générateur ne démarre que lorsque l'appareil est connecté au réseau, suivi de la connexion de l'élément ou de la batterie.

Pour un fonctionnement stable du comparateur et du générateur, leur alimentation est stabilisée par le stabilisateur paramétrique VD5R2. La diode VD10 empêche la décharge via le chargeur en cas de panne de courant dans le circuit d'alimentation. Les condensateurs C3 et C4 protègent l'appareil contre les faux fonctionnements en cas d'apparition de bruit impulsionnel dans le réseau.

L'appareil est assemblé sur un circuit imprimé en feuille de fibre de verre d'une épaisseur de 1,5 mm. Le dessin de la planche est illustré à la Fig.2.

Sur le panneau avant se trouvent les LED HL1-HL3 et les résistances variables R4, R18 et R23 avec des échelles imprimées dessus, ainsi qu'un interrupteur SA1. Le transistor VT4 est monté sur une plaque de dissipateur thermique de 40 × 25 mm et de 6 mm d'épaisseur. TS-10-ZM1 a été utilisé comme transformateur de réseau, tout autre fournissant une tension de 16 ... 18 V sur l'enroulement secondaire à un courant d'au moins 250 mA convient également.

Détails. L'appareil ne contient pas de pièces faites maison ou difficiles à trouver. Le commutateur SA1 peut être de n'importe quel type. Condensateurs C1, C2 type K50-6 ; C3-C5 type KM. Résistances fixes de type MLT, variables PP3-11 du groupe A. Le microcircuit DD1 est remplaçable par K561LE5, le comparateur DA1 est K521CA3. Au lieu de la LED verte AL307V, AL307G, AL307NM fera l'affaire, et au lieu de la LED rouge AL307B - AL307K, AL307BM. Les diodes D9B peuvent être remplacées par D220, D311, KD503, KD509 avec n'importe quelle lettre d'index. Au lieu de la diode Zener KS512A, deux KS156A connectées en série peuvent être utilisées. Le transistor KT3102B remplacera le KT315G ou KT3117 par n'importe quelle lettre d'index, et au lieu du transistor KT3107B, vous pouvez utiliser le KT361 avec n'importe quelle lettre d'index, à l'exception de A. KT814B peut être remplacé par KT814V, G, KT816B, G.

Ajustement. Si l'installation s'est terminée sans erreur, lorsque l'appareil est connecté au réseau, les LED HL1, HL2, HL3 doivent s'allumer. Vous pouvez observer les impulsions en connectant un oscilloscope à la sortie du générateur DD1.3. En augmentant temporairement la valeur du condensateur C5 à 1 ... 2 µF, la fréquence du générateur est réduite et les fluctuations sont visibles par le clignotement des LED.

Ensuite, l'AOP est établie. Cela nécessitera une alimentation stabilisée avec un courant de charge d'au moins 0,2 A et une tension de 0 ... 15 V. La tension de sortie est contrôlée par un voltmètre DC. Tout d'abord, les limites de régulation de la tension de l'automatisme sont fixées dans la plage I (6 V) et II (13 V). Pour ce faire, soudez la cathode de la diode VD10. La résistance R15 est soudée à partir de R14 et DD1.3, et la résistance R12 provient de l'élément DD1.4 et est connectée à la borne d'alimentation négative. Dans le même temps, VT5 s'ouvre et VT3 se ferme, ce qui correspond au mode de décharge, lorsque l'élément en cours de charge est surveillé.

Le curseur de résistance R23 est réglé en position basse selon le schéma afin de réduire la charge sur l'unité stabilisée.

Nous fournissons la tension de la source auxiliaire aux prises XS1, XS2. La résistance R4 est d'abord placée dans la position la plus haute, puis dans la position la plus basse selon le circuit et, en appliquant la tension de la source, s'assurer que les limites de régulation de tension de l'automatisation sont comprises entre 1 ... 6 V (plage I) et 6 ... 13 B (gamme II). La limite inférieure de tension de l'AOD est spécifiée par une sélection de résistances R5 et R6 (en fonction des plages I et II, respectivement), et la limite supérieure est déterminée à l'aide de VD5 et VD6. Les interrupteurs du comparateur correspondent à la valeur de tension à laquelle la LED HL3 s'éteint (la LED HL2 est allumée en permanence pendant le réglage).

Ensuite, l'échelle de la résistance R4 "Tension de fin de charge" est calibrée dans les deux plages en fournissant différentes tensions à partir de l'alimentation auxiliaire. Pour cela, le moteur de la résistance R4 est transféré en position haute selon le schéma. La tension correspondant à la valeur de réglage est réglée à la sortie de la source auxiliaire, et le curseur de la résistance R4 est lentement déplacé vers la position inférieure selon le schéma. La tension AOZ correspond à la position du curseur de la résistance R4, à laquelle la LED HL3 s'éteint. En augmentant légèrement la tension, puis en la diminuant progressivement, on vérifie le seuil de commutation réel du comparateur. Si nécessaire, ces opérations sont répétées. En réduisant progressivement la tension de la source, la tension de l'AVZ est vérifiée par l'éclairage de la LED HL3. Si nécessaire, sélectionnez la résistance R7.

Après cela, ils procèdent à la graduation de l'échelle de la résistance R23 "Courant de décharge". En connectant un milliampèremètre avec une limite de mesure d'au moins 1 mA dans l'espace de la prise XS20 et la sortie positive de la source d'alimentation auxiliaire, une tension est appliquée et, en modifiant la résistance de la résistance R23, la balance est calibrée selon la valeur du courant traversant l'appareil.

Calibrez ensuite l'échelle de la résistance R18 "Courant de charge". Pour ce faire, R14 est soudé à partir de DD1.3 et connecté à la sortie positive du stabilisateur (+12 V). Connectez un milliampèremètre avec une limite d'au moins 10 mA à la cathode de la diode VD2 et à la prise XS200 et, en modifiant la valeur de la résistance R18 en fonction de la valeur du courant traversant l'appareil, calibrez la balance. Après cela, les résistances R12, R14, R15 ainsi que la diode VD10 sont soudées.

Pendant le fonctionnement, la tension AOS est réglée à raison de 1,7 ... 1,9 V par cellule galvanique rechargeable et de 1,35 ... 1,45 V par batterie.

Deuxième conception Conçu pour charger les batteries des voitures. Sa différence réside dans l'utilisation d'un puissant stabilisateur de courant de charge et de courant de décharge.

Le diagramme schématique est présenté sur la figure 3. Concentrons-nous simplement sur certaines fonctionnalités. La résistance R4 augmente l'hystérésis. Une simple source de courant puissante est utilisée comme stabilisateur de courant de charge [3]. Cependant, l'alimentation est fournie à l'amplificateur opérationnel via VT2, car lorsque Uin = 0, une petite tension de sortie reste à la sortie de DA2, ce qui conduit à l'ouverture du transistor VT4.

(cliquez pour agrandir)

Le dispositif électronique est assemblé sur un circuit imprimé en fibre de verre simple face de 1,5 mm d'épaisseur. Le dessin de la planche est présenté à la figure 4. Les diodes VD1-VD4 et le transistor VT6 sont installés sur des dissipateurs thermiques d'une superficie d'au moins 100 cm2, le transistor VT4 est installé sur un dissipateur thermique d'une superficie d'au moins 200 cm2.

Transformateur T1 série TN-61220 / 127-50 ou autre avec une tension sur l'enroulement secondaire de 15 ... 18 V à un courant de 7 ... 8 A. Transformateur T1, condensateur C1, résistances R18, R23, diodes VD1 -VD4, VD5, ainsi que les transistors VT4 et VT6 sont montés séparément. Des résistances variables R15, R19 et R22, ainsi que des LED HL1, HL3 sont placées sur la face avant.

Détails. Les diodes D231 peuvent être remplacées par D243, D245, KD213A et autres pour un courant d'au moins 5 A. Condensateurs C1, C2 de type K50-6, K50-16. Au lieu de la diode Zener D818E, vous pouvez utiliser la diode Zener KS191 avec n'importe quelle lettre d'index. Résistance R18 type C5-16MV, R20 type PEV15. Nous remplacerons l'amplificateur opérationnel K553UD2 K153UD2 ou KR140UD18. Il est important que la plage de tension d'entrée corresponde à la tension d'alimentation positive. Les circuits de puissance sont réalisés avec du fil de cuivre d'une section d'au moins 0,75 mm2.

L'établissement est similaire à la première conception. Ils commencent par l'unité d'automatisation (AOZ et AVZ). Pour cela, la cathode de la diode VD10, la résistance R10 sont soudées à partir de l'élément DD1.4 et la résistance R13 à partir de la résistance R12 et de l'élément DD1.3. Les résistances R10 et R13 sont connectées au fil d'alimentation négatif. La résistance R22 est placée en bas, et la résistance R19 en haut selon le diagramme de position. Une source stabilisée est connectée aux bornes de sortie avec un courant de charge d'au moins 0,5 A et une tension de sortie de 10 ... 15 V. La tension de sortie est contrôlée par un voltmètre CC. La valeur de tension requise est fournie (14,2 ... 14,8 V) et le curseur R19 est lentement tourné vers la position inférieure selon le schéma jusqu'à ce que la LED HL3 s'éteigne. Cette valeur est notée sur l'échelle R19 « Tension de fin de charge ». Ensuite, en réduisant progressivement la tension de la source, ils vérifient que l'appareil est allumé à 12,4 ... 12,8 V (si nécessaire, sélectionnez R4, R5).

Après cela, l'échelle de la résistance R22 "Courant de décharge" est calibrée. Pour ce faire, un milliampèremètre pour un courant de 0 ... 500 mA est inclus dans l'espace entre la borne positive et la source d'alimentation auxiliaire et, en modifiant la valeur de la résistance R22, le courant requis est réglé et l'échelle est calibré.

Ensuite, calibrez l'échelle de la résistance R15 "Courant de charge". Pour ce faire, la résistance R12 est soudée à partir de l'élément DD1.3 et connectée au fil positif du régulateur de tension +12 V. La batterie est connectée au moins du chargeur avec une borne négative. Un ampèremètre avec une limite de mesure d'au moins 5 A est connecté à la cathode de la diode VD10 et au fil positif de la batterie. Allumez l'appareil et, en modifiant la valeur de la résistance R15, réglez le courant requis et calibrez la balance.

Après cela, la diode VD10, les résistances R10, R12 et R13 sont restaurées. La batterie déchargée est connectée à l'appareil. Ensuite, le courant de charge et de décharge requis est défini, ainsi que la tension AOD, puis l'appareil est connecté au réseau. Si vous le souhaitez, vous pouvez saisir une LED en cas de connexion incorrecte de la batterie.

Littérature

1. Bogomolov B. La seconde vie des cellules galvaniques//Radio. - 1991. - N° 5.S.65-67.
2. Gazaev M. Dispositif automatique de chargement et de restauration des batteries : Sat. Aide pour un radioamateur. - M. : DOSAAF, 1986. Numéro 94. - P.3-7.
3. Uspensky B. Stabilisateurs de tension et de courant sur CI : Sat. Aide pour un radioamateur. - M. : DOSAAF, 1985. Numéro 91. - P.39-53.

Auteur : N.I. Mazepa

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