ÎNCĂRCAREA ACUMULATOARELOR

Principiul de funcţionare a bateriilor tip VRLA

Pe timpul încărcării bateriilor plumb-acid cu întreţinere, are loc electroliza apei din electrolit, însoţită de degajarea unui amestec exploziv de oxigen si hidrogen in camera de lucru, pierderile de apă, impun verificarea densităţii electrolitului după încărcare şi completarea periodică cu apă distilată (demineralizată). · Dacă încărcarea se face la curenţi mari, pot apare în camera de încărcare picături sau vapori de acid sulfuric, care produc fenomenul de coroziune asupra utilajelor din dotare.· Elementele VRLA (Valve regulated lead acid batteries) sunt echipate cu supape de reglare a presiunii interioare de lucru (la o anumita valoare optima, bine determinata prin calcul si realizata constructiv), la care are loc reacţia de recombinare totala a gazelor degajate prin electroliza. In acest fel dispar: degajarea de gaze in camera bateriei, necesitatea instalaţiei de ventilaţie forţata, necesitatea verificării densităţii si temperaturii electrolitului, necesitatea completării cu apa la sfârşitul încărcării.

Acidul sulfuric este înmagazinat in separatorul presat din fibra de sticla; care absoarbe si menţine electrolitul, reducând autodescărcarea şi pierderea de masă activă prin dizolvare datorita porozităţii mari, acesta va permite circulaţia uşoara a gazelor de la polul pozitiv spre polul negativ, unde are loc procesul de recombinare, pe timpul încărcării bateriei, deci suprapresiunea in baterie va fi mai mica, ceea ce face ca încărcarea sa aibă loc la tensiuni relativ joase 2,25-2,3V Separatorul tip AGM (Absorbant Glass Mat) rezolva de asemenea următoarele probleme:

2

- reduce rezistenta interna a acumulatorului;- reduce autodescărcarea si pierderea de capacitate datorata reacţiei masei active din placi cu acidul din electrolit; la suprafaţa de contact electrod-separator, se formează soluţii saturate, care împiedica difuzia si dizolvarea masei electrozilor in electrolit;construcţia electrozilor si aliajul plumb-calciu utilizat (0% antimoniu), reduc autodescărcarea bateriei, ceea ce face posibila conservarea fără a fi necesară încărcarea pe timpul depozitarii îndelungate, dar si un consum mai mic de curent pe timpul încărcării in regim tampon; REACTIA CHIMICĂ DE BAZĂ, care are loc in acumulatoarele plumb-acid este prezentată calitativ, astfel:

Încărcare

PbO + 2H SO + Pb PbSO + 2H O + PbSODescărcare

(dioxid de plumb) (acid sulfuric) (plumb) (sulfat de plumb) (apa) (sulfat de Pb)

Material Material Material MaterialActiv Electrolit Activ Activ Electrolit ActivPozitiv Negativ Pozitiv Negativ

· La descărcare, bioxidul de plumb in plăcile pozitive si plumbul spongios (poros) in plăcile negative, reacţionează cu acidul sulfuric din electrolit si se transforma treptat in sulfat de plumb, in timp ce densitatea acidului sulfuric scade.· La încărcare reacţia are loc în sens invers: sulfatul de plumb se transforma treptat in bioxid de plumb, respectiv in plumb spongios, eliberând acidul sulfuric care reintră in soluţie si se produce creşterea densităţii electrolitului.· Când încărcarea bateriei se apropie de încheiere, curentul de încărcare este consumat numai pentru descompunerea electrolitica a apei din electrolit, rezultând oxigen la placa pozitiva si hidrogen la placa negativa.

Degajările de gaze duc la reducerea cantităţii de apa din electrolit si la completarea cu apa, dar in cazul bateriei cu recombinare de gaze, oxigenul generat la electrodul pozitiv prin electroliza apei, va reacţiona rapid cu hidrogenul de la electrodul negativ, rezultând apă, ce intră in compoziţia electrolitului.

Acest fenomen, bine controlat permite construcţia etanşa (închisă a bateriei. Supapa de reglare a presiunii interioare de lucru nu permite accesul aerului din exterior, dar va permite degajarea de gaze din interior spre exterior, atunci când viteza de degajare a gazelor va fi mai mare decât viteza de recombinare, (curent mare de încărcare sau supraîncărcare)

Datele tehnice ale acumulatorului NP 7-6

3

Metode de încărcare a bateriilor VRLA

- cu tensiune constantă : metoda cel mai des folosită, când şi sarcina este conectat în paralel cu încărcătorul pe baterie. Curentul iniţial trebuie să fie limitat între 0,1- 0,25 C [A] .Tensiunea de încărcare recomandată la 20˚C este 2,275±0,005V cea ce este tensiunea medie, dar când se măsoară pe mai multe celule toleranţa este acceptată între 2,25-2,3 vpc.

- cu curent constant: această metodă nu este des folosită la încărcarea bateriilor VRLA, fiindcă necesită o mare atenţie, bateriile pot fi supraîncărcate foarte uşor cea ce conduce la micşorarea duratei de viaţă a bateriilor. De obicei este folosită la încărcare de egalizare, când se egalizează tensiunea între elemenţi.

4

- mixt : este metoda recomandată de încărcare, atunci când bateria este folosit în mod ciclic. În prima fază se încarcă cu o tensiune de 2,45Vpc(2,4-2,5vpc max) curentul fiind limitat la maxim 0,25C [A], când curentul scade la valoarea 0,05 C [A], tensiunea la bornele bateriei trebuie scăzut la 2,27vpc pentru a preveni degajarea masivă de gaze şi a ajuta recombinarea.

5

Schema bloc

Reacţie curent

Amplificator de eroare

Traductor de curent

Traductor de tensiuneComp

1Comp

2

Element reglaj serie

Gen. tensiune referinţă Circuit de semnalizareBaterie încărcată

Uin

Regulatorul de tensiune şi limitarea de curent

Ca regulator de tensiune am folosit circuitul integrat U2- LM 723 fiind nevoie de un tranzistor extern pentru că are curentul maxim la ieşirea Vomax =150 mA .Se determină tensiunea minimă la intrarea stabilizatorului:

În care este tensiunea la limita regiunii de saturaţie a tranzistorului compus în conexiune Darlington, , din circuitul integrat LM723.Tensiunea a tranzistorului extern de siliciu se adoptă de 0,9 V.

Rezerva de tensiune 0,8 ... 1 V introdusă în relaţie, asigură depărtarea de saturaţie a tranzistorului , ( la conexiunea Darlington numai primul tranzistor se poate satura) şi acoperă erorile de calcul şi de realizare de la stabilizator şi redresor.

Tensiunea reprezintă o valoare acoperitoare a căderii de tensiune pe rezistenţa de protecţie la scurtcircuit R9 în cazul unei limitări simple de curent. Tensiunea trebuie să fie mai mare decât 9,5V pentru ca circuitul integrat LM723 să funcţioneze normal.

Alegem ca tensiune de alimentare 12V.Se apreciază puterea disipată pe trazistorul extern în regim de limitare de curent, cu relaţia:

ILIM 2

IN+5 IN- 4

VREF6

FCOMP 13

ISEN 3

VZ 9

+V 12

VCC 11

VO 10

-V7

U2

LM723

Q22N3055

0.39R9

R10

R11

100pFC1

R4

R5

12V

P1

R6

10nFC2

În care drept curent de acţionare a protecţiei se adoptă o valoare cu 5-10% mai mare decât :

Se adoptă tranzistorul de siliciu tip npn 2N3055 având:;

puterea maximă disipată fără radiator

puterea maximă disipată cu radiator

Trebuie deci să utilizăm radiator pentru tranzistorul adoptat.

Factorul de amplificare minim al tranzistorului 2N3055în funcţie de curentul de colector

8

În prima fază A-B încărcătorul trebuie să furnizeze o tensiune 2,45 Vpc curentul limitat la 0,25 C [A], în cazul nostru

2,45 x 3 = 7.35 V0.25 x 7 = 1.75A

Tensiunea de 7.35 este asigurată prin:

La intrarea IN+ alegem ca referinţă 5V:Divizorul R10, R11:

=>

Am ales R10 = 2,4kΩ, R11 =5kΩ

Curentul prin divizor

Cu ajutorul divizorului R4,R5,R6,P1 pe intrarea IN+ trebuie să calculăm 5V ca

tensiune de referinţă. =>

9

Am ales R4=2kΩ, P1=500Ω pentru ajustarea tensiunii de ieşire la valoarea impusă, compensând dispersia tensiunii de referinţă, imprecizia rezistenţelor din care rezultă curentul I=0,95mA.

Limitarea de curent fără întoarcerea caracteristicii (Cl,Cs) :

A => am folosit curentul fiind limitat la 1.69A

Condensatorul C1 (ceramic, 100pF) realizează corecţia amplificatorului de eroare, eliminând autooscilaţia stabilizatorului (care reprezintă un sistem de reacţie negativă).Condensatorul C2 are rol de filtraj reducând zgomotul ce apare în tensiunea de referinţă şi prin aceasta zgomotul tensiunii stabilizate. De obicei se foloseşte condensator ceramic 10-100 nF sau electrolitic de 5uF.

Când curentul pe bornele bateriei scade sub 7 x 0,05C = 350 mA trebuie să reducem tensiunea de încărcare la 2,27vpc x 3 = 6.81V (Faza B-C)

Pentru acest lucru am folosit un ½ comparator LM393 care are la ieşire un tranzistor cu colectorul in gol care la sesizarea scăderii curentului de încărcare scurtcircuitează rezistenţa R6, care cu R5,R4,P1 formează un divizor de tensiune. Prin urmare se reduce tensiunea de intrare pe IN+ reducând şi tensiunea Uo.

Fiind tensiunea de ieşire mai mică, şi pe intrarea IN- se reduce tensiunea datorită divizorului R10, R11.

2

31

8

4

A

U1ALM393

R9

R10

R11

R8

R7

R3

VCC

R4

R5Q1BC337

R1

R2

P1

R6

Q2 e

Vref

IN+

IN-

10

Folosind un generator de curent constant pentru a prevenii oscilatia cînd se reduce tensiunea şi curentul pe ieşire , am realizat o tensiune de referinţă stabilă pe intrarea IN+ a CI LM393.Tensiunea Vref = 7.15V este divizată cu R1,R2 luând în considerare şi curentul de 15mA ce poate asigura LM723 pe ieşirea Uref.

=> ,

Valoarea rezistenţei R3 :

=> ,

Valoarea rezistenţei R7, R8 :

=> =>

; Ca să obţinem o tensiune de referinţă de 4,6V trebuie să alegem valoarea lui R6, în aşa fel încât scurtcircuitând cu ajutorul comparatorului, Uref să scadă de la 5V la 4,6V

=>

Am ales R5=3.9kΩ => R6 = 5k - 3.9k = 1,1kΩ

Când curentul scade la aproximativ 0,002 x 7 = 14 mA se consideră bateria încărcată, tensiunea pe R9 scade la 0,39 x 0,14 ~ 6 mV

R9

0.39

R8

R7

R3

VCC

Q1BC337

R1

R2

Vref

V Q2 eBat.

48

5

67B

U1BLM393

VCC

R12

LED3

11

.

Comparatorul compară cele două tensiuni şi cînd pe R9 scade sub 6.8 mV prin R4 se stinge LED3 indicînd terminarea încărcării.Bateria poate să rămână în continuare în încărcător, pe bornele lui fiind tensiunea de tampon care compensează şi pierderile datorate autodescărcării .R4 limitează curentul prin diodă la aproximativ 17 mA, R4=600Ω

Lista de piese

Description Designator Val. Quantity

Amplificator operational dual U1 LM393 1

Stabilitator de tensiune continuă U2 LM723 1

Tranzistor NPN de putere silicon- Q1 2N3055 1

Tranzistor NPN de mică putere silicon-

Q2 BC337 1

Potentiometru P1 500 1

Rezistor R1 4,5k 1

Rezistor R2 2,7k 1

Rezistor R3 2k 1

Rezistor R4 2k 1

Rezistor R5 3,9k 1

Rezistor R6 1,1k 1

Rezistor R7 130 1

Rezistor R8 6,8 1

Rezistor R9 0,39 1

Rezistor R10 2,4k 1

Rezistor R11 5k 1

Rezistor R12 390 1

Condensator C1 100pF 1

Condensator C2 10nF 1

Led Led3 1

12

BIBLIOGRAFIE

Colecţia de reviste – Rádiótechnika Colecţia de reviste – TehniumGermán Zoltán – Circuite integrate analogice – notiţe de curs - 1999Hamermaart- Motorcycle battery chargerM.Ciugudean – Circuite integrate liniare- Aplicaţii – 1986M.Ciugudean – Proiectarea unor circuite electronice - 1983Nicolae Drăgănescu – Agenda radioelectronistului – 1989Râpeanu R. - Circuite integrate analogice –Catalog - 1983Sabin Ionel – Introducere practică în electronică - 1988 Yuasa – Np - Valve regulated lead acid battery – Manual- 2004

13