Что такое эдс батареи на зарядном устройстве

Устройство автомобилей

Характеристикой зарядки аккумуляторной батареи называют зависимости изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения батареи от времени зарядки при постоянной силе зарядного тока (рис. 1).

Характеристики зарядки снимают при зарядке аккумулятора постоянной силой тока, соответствующего 10 % номинальной емкости аккумулятора. Для зарядки аккумулятора необходимо, чтобы напряжение зарядного устройства превышало ЭДС аккумулятора (Е_аб). В процессе зарядки силу зарядного тока с помощью реостата поддерживают постоянной. Через равные промежутки времени измеряют напряжение U_З на зажимах аккумулятора, а также плотность электролита ρ.
ЭДС аккумулятора измеряют при разомкнутой внешней цепи, а ЭДС покоя (Е₀) подсчитывают по формуле.

Причины изменения величин ρ, Е₀, Е_аб и U_З аккумуляторной батареи следующие.

Вследствие того, что в процессе зарядки постоянной силой тока в порах активной массы пластин в единицу времени выделяется одинаковое количество серной кислоты и уменьшается количество воды, плотность электролита ρ, а вместе с ней и ЭДС покоя (Е₀) аккумулятора будут прямо пропорционально расти (рис. 1б).

В начале зарядки плотность электролита в порах пластин быстро увеличивается, а вместе с тем растет ЭДС аккумулятора Е_аб. При дальнейшей зарядке из-за растворения кристаллов PbSO₄ увеличиваются проходные сечения пор в активной массе, что способствует свободному доступу менее плотного электролита в поры пластин.

Когда установится равновесие между образованием серной кислоты в порах пластин и притоком в поры электролита с меньшей плотностью, то в течение длительного времени зарядки разность плотностей электролита в порах активной массы и вокруг пластин будет оставаться почти неизменной. В течение этого времени рост ЭДС тоже почти прекратится.

Постепенное повышение плотности электролита в баке аккумуляторной батареи сопровождается увеличением его вязкости, что замедляет процесс диффузии в поры активной массы пластин, поэтому в порах несколько повысится плотность электролита, а вместе с тем увеличится и ЭДС.

В конце зарядки аккумулятора большая часть активной массы пластин превратится в двуокись свинца (PbO₂) и чистый свинец (Pb), при этом часть ионов кислорода и водорода, выделяющаяся на пластинах не вступит в химическую реакцию с массой пластин и нейтрализуется, что характеризуется «кипением» электролита и означает окончание процесса зарядки.

Газообразование начинается при напряжении аккумулятора 2,4 В, интенсивно увеличивается до напряжения 2,7 В, после чего продолжается до момента прекращения зарядки.

В период газообразования положительные ионы водорода, выделяющиеся на отрицательных пластинах, присоединяют к себе недостающие электроны с некоторым запаздыванием, поэтому в конце зарядки аккумулятора вокруг отрицательных пластин будет сосредоточиваться большое количество положительных ионов водорода, в следствие чего между отрицательными пластинами и электролитом создается дополнительная разность потенциалов (около 0,33 В), увеличивающая напряжение аккумуляторов до 2,7 В.

Напряжение U_З на зажимах заряжаемого аккумулятора будет больше ЭДС покоя Е₀ на величину прироста ЭДС (ΔЕ) и величину падения напряжения внутри аккумулятора I_ЗR_аб:

При достижении напряжения аккумулятора 2,7 В и в целях более полного использования активной массы пластин зарядку аккумулятора продолжают при сильном газообразовании, пока напряжение и плотность электролита будут оставаться постоянными в течение 2 часов, что служит признаком окончания зарядки аккумулятора.

При зарядке исправного аккумулятора электричества затрачивается на 10…15 % больше, чем он отдает при разрядке.

После выключения цепи напряжение на зажимах аккумулятора резко падает на величину I_ЗR_аб, затем ЭДС снижается на 0,33 В вследствие нейтрализации ионов водорода и кислорода на пластинах. В дальнейшем ЭДС аккумулятора снижается несколько медленнее до значения Е₀ по мере выравнивания плотности электролита, находящегося в порах пластин и между пластинами.

Зарядное устройство

Для питания переносных устройств нередко используют аккумуляторные элементы и батареи из них. Их ёмкость может быть различной, поэтому для зарядки требуется разный зарядный ток. А ЭДС, достижение которой означает полную заряженность, зависит от числа последовательно соединённых элементов в батарее. Возникает потребность в зарядном устройстве с широкими интервалами изменения этих параметров.

Предлагаемое устройство позволяет заряжать щелочные аккумуляторные элементы ёмкостью от 5 до 10000 мА·ч и батареи из них, содержащие 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14 или 16 элементов, соединённых последовательно. Далее в статье для обозначения и заряжаемых элементов, и батарей используется один термин — аккумулятор.

Устройство предоставляет возможность заряжать аккумулятор как прерывистым постоянным током, так и асимметричным током переменной полярности. Способ зарядки асимметричным током довольно часто рассматривался в литературе, например, в [1-3]. О его преимуществах и недостатках сказано много. Иногда он позволяет восстановить аккумулятор, потерявший ёмкость. Зарядный ток задают галетным переключателем на 11 положений. Значения этого тока фиксированы: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 и 1000 мА. Нужное значение обычно численно равно десятой доле выраженной в миллиампер-часах номинальной ёмкости аккумулятора.

Структурная схема зарядного устройства показана на рис. 1. Генератор вырабатывает прямоугольные импульсы. Они поступают на вход распределителя, формирующего интервалы времени для измерения ЭДС аккумулятора, его зарядки и разрядки. Эти три интервала образуют один зарядный цикл. Их длительности при зарядке асимметричным током относятся как 1:2:2, где первая цифра — относительная длительность измерения ЭДС, вторая — относительная длительность протекания зарядного тока 1з, третья — относительная длительность протекания разрядного тока 1р. Когда асимметрия выключена, это соотношение равно 1:2:0 (интервал разрядки исключён), зарядный ток при этом прерывистый.

Рис. 1. Структурная схема зарядного устройства

Измерение ЭДС заряжаемого аккумулятора происходит при отключённых стабилизаторах зарядного и разрядного тока. За ней следит компаратор напряжения. По достижении номинальной ЭДС он срабатывает, в результате чего узел управления останавливает распределитель в состоянии измерения ЭДС. В нём он может оставаться неограниченное время. Если ЭДС аккумулятора снизится, распределитель вновь будет запущен и начнётся зарядка.

Значения зарядного и разрядного тока задают соответствующие стабилизаторы в зависимости от положения имеющегося в устройстве переключателя. При этом ток зарядки всегда в десять раз больше тока разрядки. Чтобы упростить сопряжение микросхем зарядного устройства со стабилизаторами тока, их питание сделано двухполярным относительно общего провода. Сами стабилизаторы тоже питают двухполярным напряжением, причём положительное напряжение — регулируемое в зависимости от числа элементов в заряжаемой батарее. Это позволяет снизить мощность, рассеиваемую стабилизатором зарядного тока при зарядке аккумуляторов большой ёмкости, но малого напряжения.

Схема зарядного устройства показана на рис. 2. На элементах DD1.1, DD1.3, DD1.4собран генератор импульсов частотой около 150 Гц. Они поступают на счётчик DD3, на котором выполнен распределитель импульсов. Диоды VD5 и VD6 выполняют логическую функцию ИЛИ для сигналов с выходов 0 и 1 счётчика (выводы 3 и 2), формируя этим интервал времени для измерения ЭДС аккумулятора. Четыре диода VD7-VD10, выполняющих ту же функцию для сигналов с выходов 2-5 счётчика (выводы 4, 7, 10, 1), формируют интервал протекания зарядного тока. Ещё четыре диода VD11-VD14 объединяют сигналы с остальных выходов счётчика, формируя интервал разрядки.

Рис. 2. Схема зарядного устройства

Как уже было сказано, измерение ЭДС заряжаемого аккумулятора выполняется, когда цепи зарядки и разрядки от него отключены. По достижении номинальной ЭДС уровень напряжения на выходе компаратора напряжения на ОУ DA1 становится высоким (около +15 В). Это напряжение через ограничитель из резистора R22 и диодов VD3 и VD4 поступает на один из входов элемента DD2.2. На нём и на элементах DD1.2, DD1.5 и DD2.1 собран узел управления распределителем. Логически высокий уровень, установленный на входе (выводе 5) элемента DD2.2 компаратором, и такой же уровень, пришедший на второй вход (вывод 6) того же элемента с распределителя в интервале измерения ЭДС, переводят элемент DD2.2 в состояние с низким уровнем на выходе, что останавливает распределитель в положении измерения ЭДС.

Для надёжной фиксации распределителя в остановленном состоянии компаратор DA1 охвачен положительной обратной связью через резистор R20.

Эта связь создаёт небольшой гистерезис в характеристике переключения компаратора, что увеличивает его помехоустойчивость. ЭДС, при которой зарядка прекращается, равна 1,35. 1,4 В на один аккумуляторный элемент. Этот уровень регулируют подстроечным резистором R19.

Заряжать можно и аккумуляторы с ЭДС, при которой зарядку следует прекращать, отличающейся от установленной в зарядном устройстве, но тогда за процессом зарядки придётся следить самостоятельно. Выключатель SA2 в замкнутом состоянии исключает воздействие компаратора DA1 на работу распределителя, в результате чего тот продолжает работу независимо от ЭДС заряжаемого аккумулятора.

Диоды VD1, VD2 и резистор R21 защищают входную цепь ОУ от повреждения высоким напряжением. Источник образцового напряжения для компаратора состоит из резисторов R1-R11 и переключателя SA1.1. Числа, обозначающие положения переключателя, соответствуют числу элементов в заряжаемой батарее.

Логический элемент DD2.3 инвертирует разрешающий зарядку сигнал с распределителя, элемент DD1.6 ещё раз инвертирует его, усиливает по току и подаёт на базу транзистора VT6, управляющего стабилизатором зарядного тока. О разрешении зарядки сигнализирует светодиод HL1 зелёного цвета свечения.

Элемент DD2.4 инвертирует сигнал интервала разрядки с распределителя перед подачей его на базу транзистора VT7, управляющего стабилизатором разрядного тока. О том, что работа этого стабилизатора разрешена, сигнализирует светодиод HL2 жёлтого цвета свечения. Когда зарядка аккумулятора завершена, светодиод HL1 гаснет, а если она выполнялась в режиме асимметричного тока, то гаснет и светодиод HL2. Диоды VD15 и VD16 ограничивают обратное напряжение на базах транзисторов VT6 и VT7, когда они закрыты.

Отключить асимметрию зарядного тока можно выключателем SA3. Когда его контакты замкнуты, элемент DD2.4 блокирует сигнал включения стабилизатора разрядного тока, а элементы DD1.2, DD1.5 и DD2.1 формируют сигнал, переводящий распределитель в состояние измерения ЭДС. Поэтому интервал разрядки в цикле работы зарядного устройства отсутствует, а ток зарядки прерывистый. Светится только светодиод HL1.

На транзисторах VT1, VT3 и VT4 собран стабилизатор зарядного тока. Значение тока зависит от сопротивления резисторов R29-R42, выбранных переключателем SA4.1. Транзисторы VT2 и VT5 стабилизируют разрядный ток, зависящий от сопротивления резисторов R47-R59, выбранных переключателем SA4.2.

Схема узла питания зарядного устройства показана на рис. 3. Большинство питающих напряжений получают из переменного напряжения обмотки 3-5 трансформатора T1, выпрямленного диодами моста VD19. Стабилизатор напряжения +/-15 В для питания ОУ DA1 выполнен на стабилитронах VD21-VD24 и резисторах R62, R63. Стабилитроны VD26, VD27 и резисторы R64, R65 образуют стабилизатор напряжения +/-4,7 В для цифровых микросхем .

Рис. 3. Схема узла питания зарядного устройства

Для питания стабилизатора зарядного тока предназначен выпрямитель на диодном мосте VD20 со ступенчатой регулировкой выпрямленного напряжения. Она производится переключением отводов вторичной обмотки 6-10 трансформатора T1 переключателем SA1.2, спаренным с SA1.1. Стабилизатор разрядного тока питается от обмотки 11-12 трансформатора T1 через нестабилизированный выпрямитель на диодном мосте VD25.

Собрано зарядное устройство в стальном корпусе размерами 180х200х х165 мм. На его передней панели размещены все переключатели, светодиоды и зажимы для подключения аккумулятора. На задней панели установлен держатель плавкой вставки ВПБ6-1 (FU1) и выведен сетевой шнур. Внутри корпуса находятся трансформатор T1 и монтажная плата размерами 170×190 мм. К плате прикреплён ребристый с одной стороны теплоотвод размерами 80х80 мм, с плоской стороны которого закреплены без каких-либо прокладок транзисторы VT3-VT5.

Трансформатор T1 мощностью 30. 40 ВА изготовлен из предназначенного для питания галогенных ламп. Он имеет тороидальный стальной маг-нитопровод. Его первичная обмотка сохранена, а вторичная на 12 В удалена. Обмотка 3-5 намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,28 мм и содержит 180 витков с отводом от середины. Напряжение на каждой половине этой обмотки — 14 В. Обмотка 11-12 состоит из 39 витков такого же провода, её напряжение — 6,6 В. Многовыводная обмотка 6-10 намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,67 мм. Всего в ней 132 витка — по 33 в каждой из четырёх секций. Напряжение между выводами 6 и 10 — 22 В. Между выводами 9 и 10 — 5,5 В, между выводами 8 и 10 — 11 В, между выводами 7 и 10 — 16,5 В.

Переключатели SA1 и SA4 — галет-ные ПМ 11П2Н, выключатели SA2, SA3 — МТ1 или аналогичные импортные, SA5 — ТП1-2. В качестве зажимов XT1 и XT2 для подключения заряжаемого аккумулятора GB1 использован пружинный разъём для акустических колонок с двумя зажимами — красным и чёрным. К красному зажиму подключают плюсовой полюс аккумулятора, к чёрному — минусовый.

В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ, подстроечный резистор СП3-38а, оксидные конденсаторы К50-16 и аналогичные импортные, керамические конденсаторы К10-7в. Диодные мосты КЦ407А и RS107 можно заменить другими, аналогичными по параметрам.

Налаживание устройства начните с подборки резистора R26. Для этого подключите к зажимам XT1 и XT2 многопредельный миллиамперметр. Затем соедините двумя проволочными перемычками базу с эмиттером каждого из транзисторов VT6 и VT7. Подбирая резистор R26, добейтесь отсутствия тока через транзистор VT2.

Перед регулировкой стабилизатора тока зарядки соедините одной проволочной перемычкой коллектор и эмиттер транзистора VT6, а другой — базу и эмиттер транзистора VT7. Проследите за показаниями миллиамперметра в каждом положении переключателя SA4. Если ток значительно, более чем на ±5 %, отличается от требуемого, то подборкой соответствующего резистора доведите его до нормы.

Стабилизатор разрядного тока проверьте точно так же, но соединив перемычками базу транзистора VT6 с его эмиттером, а также коллектор с эмиттером транзистора VT7. Ток разрядки должен быть в десять раз меньше тока зарядки, устанавливаемого переключателем SA4. Если это не так, подберите соответствующие резисторы в стабилизаторе разрядного тока.

После выполнения описанных операций не забудьте удалить все перемычки. Теперь нужно отрегулировать пороговую ЭДС, при которой будет прекращаться зарядка. Для этого подключите плюсом к зажиму XT2, а минусом — к зажимуXT1 внешний регулируемый стабилизированный источник напряжения, нагруженный резистором, например, 100 Ом мощностью 1 Вт. Установите переключателем SA4 зарядный ток 2 мА, а переключателем SA1 — число заряжаемых элементов, равное шести, движок подстроечного резистора R19 переведите в положение минимального сопротивления (левое по схеме). Подстроеч-ным резистором добейтесь уверенного отключения зарядного тока при напряжении внешнего источника 8,1 . 8,4 В. Светодиод HL1, а если выключателем SA3 включён режим асимметричной зарядки, и светодиод HL2 при превышении этого напряжения должны гаснуть.

Чтобы после этой регулировки получить приемлемые значения ЭДС прекращения зарядки и в других положениях переключателя SA1, нужно подобрать резисторы R1-R11 со значениями сопротивления, максимально близкими к указанным на схеме, или использовать резисторы повышенной точности.

1. Скриндевский Н. Автоматическое зарядное устройство аккумуляторной батареи. — Радио, 1991, № 12, с. 28-30.

2. Яковлев Е. Низковольтное автоматическое зарядное устройство. — Радиоама-тор, 2005, № 7, с. 21.

3. Коновалов В. Пульсирующее зарядновосстановительное устройство. — Радиолюбитель, 2007, № 5, с. 30, 31.

Автор: А. Вишневский, г. Луганск, Украина

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Что такое эдс батареи на зарядном устройстве

Электродвижущая сила аккумулятора

Можно ли по ЭДС точно судить о степени заряженности аккумулятора?

Электродвижущей силой (ЭДС) аккумулятора называется разность его электродных потенциалов, измеренная при разомкнутой внешней цепи:

где φ+ и φ– – соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов при разомкнутой внешней цепи.

ЭДС батареи, состоящей из n последовательно соединённых аккумуляторов:

В свою очередь, электродный потенциал при разомкнутой цепи в общем случае состоит из равновесного электродного потенциала, характеризующего равновесное (стационарное) состояние электрода (при отсутствии переходных процессов в электрохимической системе), и потенциала поляризации.

Этот потенциал в общем случае определяется как разность между потенциалом электрода при разряде или заряде и его потенциалом в равновесном состоянии в отсутствии тока. Однако следует отметить, что состояние аккумулятора сразу после выключения зарядного или разрядного тока не является равновесным вследствие различия концентрации электролита в порах электродов и межэлектродном пространстве. Поэтому электродная поляризация сохраняется в аккумуляторе довольно длительное время и после отключения зарядного или разрядного тока и характеризует в этом случае отклонение электродного потенциала от равновесного значения за счёт переходного процесса, то есть в основном вследствие диффузионного выравнивания концентрации электролита в аккумуляторе от момента размыкания внешней цепи до установления равновесного стационарного состояния в аккумуляторе.

Химическая активность реагентов, собранных в электрохимическую систему аккумулятора, и, следовательно, изменение ЭДС аккумулятора весьма незначительно зависит от температуры. При изменении температуры от –30°С до+50°С (в рабочем диапазоне для АКБ) электродвижущая сила каждого аккумулятора в батарее изменяется всего на 0,04 В и при эксплуатации аккумуляторов им можно пренебречь.

С повышением плотности электролита ЭДС повышается. При температуре +18°С и плотности 1,28 г/см3 аккумулятор (имеется в виду одна банка) обладает ЭДС равной2,12 В. Аккумуляторная батарея из шести элементов обладает ЭДС равной 12,72 В(6 ? 2,12 В = 12,72 В).

По ЭДС нельзя точно судить о степени заряженности аккумулятора.
ЭДС разряженного аккумулятора с большей плотностью электролита будет выше, чем ЭДС заряженного аккумулятора, но имеющего меньшую плотность электролита. Величина ЭДС исправного аккумулятора зависит от плотности электролита (степени его заряженности) и изменяется от 1,92 до 2,15 В.

При эксплуатации аккумуляторных батарей путём измерения ЭДС можно обнаружить серьёзную неисправность аккумуляторной батареи (замыкание пластин в одной или нескольких банках, обрыв соединительных проводников между банками и тому подобное).

ЭДС измеряют высокоомным вольтметром (внутреннее сопротивление вольтметране менее 300 Ом/В). В ходе выполнения измерений вольтметр присоединяют к выводам аккумулятора или батареи. При этом через аккумулятор (батарею) не должен протекать зарядный или разрядный ток!

***
Электродвижущая сила (ЭДС) – скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока.
ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах.

Зарядное устройство ЗУ-75М

Устройство предназначено для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей емкостью от 40 до 75 А/ч. На передней панели ЗУ-75М расположен двухпозиционный переключатель зарядного тока и индикатор зарядного тока, с пределом показаний от 0 до 10А. Для удобства зарядное устройство ЗУ-75М оснащено индикатором ЭДС, который поможет оценить состояние аккумулятора (Подробная инструкция указана в Руководстве по эксплуатации).

Характеристики:

• Ток заряда: 0-10А
• Емкость заряжаемого аккумулятора: 40–75 А/ч
• Защита от неправильной полярности
• Защита от короткого замыкания
• Индикатор ЭДС
• Ток, потребляемый в режиме холостого хода, не более 0,15А, при напряжении питания 220 В ±10%, (50±1)Гц
• Режим работы при зарядном токе 6 А, не менее 6 часов.
• Отключение при аварийном режиме работы, при выходном токе в цепи нагрузки более (10±’0)А, через 2-5 секунд
• Номинальное выходное постоянное напряжение (13,5±1.2) В, при напряжении питания. от 198 В до 242 В
• Номинальный ток заряда 6,0±0,5-0,1А
• Потребляемая мощность, при токе заряда 6 А, не более 100 Вт
• Степень защиты от поражения электрическим током II

• Габаритные размеры(Ш/В/Г): 210/140/87 мм
• Масса прибора не более, 1,7 кг
• Срок службы не менее 10 лет.

Запрещается эксплуатация устройства при повреждении шнура питания!

Указания по эксплуатации:

• Устройство зарядное ЗУ-75M предназначено для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей емкостью от (40 до 75) А/ч.
• Клемму аккумулятора, не подсоединенную к шасси, следует подсоединять к зарядному устройству первой, другое подсоединение должно быть сделано к шасси вдали от аккумулятора и топливной линии затем зарядное устройство батарей присоединяют к питающей сети.
• Устройство зарядное работает от сети переменного тока частотой 50 Герц и напряжением 220 Вольт.
• Условия эксплуатации в закрытых проветриваемых помещениях при температуре от -10°C до +35°C и относительной влажности до 85%.

Требования по безопасности:

При эксплуатации зарядного устройства ЗУ-75М необходимо соблюдать требования руководства по эксплуатации.

• Запрещается снимать кожух устройства во время работы.
• Запрещается проводить какой-либо ремонт устройства аварийного отключения зарядного устройства.
• Запрещается замыкать или блокировать механически устройство защитного отключения.
• Во время заряда аккумуляторной батареи выделяются взрывоопасные газы, проветривайте периодически помещение.
• Зарядное устройство располагайте на расстоянии около 1 метра от заряжаемой батареи.
• Отключайте зарядное устройство от сети питания перед тем, как присоединяете или отключаете заряжаемый аккумулятор.
• Помните, что оставленный без надзора на долгое время заряжаемый аккумулятор, представляет опасность.
• Устройство зарядное ЗУ-75M имеет устройство защитного отключения по вторичной цепи и отключает зарядную цепь при превышении зарядного тока более 10А.
• Предупреждение о невозможности перезарядки неперезаряжаемых батарей.

Порядок работы:

Подготовка:

1. При всех подготовленных операциях устройство должно быть отключено от сети.
2. Установите зарядное устройство на расстоянии около 1 метра от заряжаемого аккумулятора.
3. Присоединяйте зажимы зарядного устройства к клеммам аккумулятора, соблюдая полярность и оцените его состояние с помощью индикатора ЭДС.
4. Установите переключатель тока заряда в положение соответствующее емкости заряжаемой батареи: — для аккумуляторов — 55 — 75 А/ч — (4-6)А.

Применение:

1. После выполнения операций, по подготовке, зарядное устройство подключается к сети питания, и процесс зарядки начался.
2. Не рекомендуется производить заряд и подзарядку аккумуляторной батареи повышенным током.
3. Придерживайтесь рекомендаций завода-изготовителя аккумулятора.
4. После завершения зарядки начнет светиться светодиод индикатора ЭДС со значением.
5. Отключите ЗУ-75М от сети питания, отсоедините зажимы от клемм аккумулятора. Прибор готов к хранению.

Комплект поставки:

• Зарядное устройство ЗУ-75M с соединительными проводами 1шт.
• Зажимы для подключения к аккумуляторной батарее 2 шт.
• Упаковка зарядного устройства 1 шт.
• Руководство по эксплуатации. 1 шт.