Baterias de chumbo-ácido seladas na prática de rádio amador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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 Comentários do artigo

1. Primeiro pão de gengibre, depois chicotes ...

As baterias de chumbo-ácido seladas (SLA) são as fontes de energia secundárias (recarregáveis) mais acessíveis. Acessível, na economia atual, significa, em primeiro lugar, a disponibilidade de baterias padrão com tensão de 6V e 12V, com capacidade de um a mil Ah e, em segundo lugar, que para 1 u.u perene. você pode comprar de 1.5 a 6 Wh de capacidade nominal. O número menor corresponde a baterias pequenas, o maior a baterias grandes.

O que mais está no lado positivo? Auto-descarga relativamente lenta (não mais do que 5% da capacidade por mês à temperatura ambiente), durabilidade relativa sob a condição de ciclos de descarga rasos. Falta de "memória" (característica das baterias de níquel-cádmio). É permitida uma recarga "flutuante" constante no modo de espera (é assim que funcionam as baterias dos carros).

Em comparação com as baterias de chumbo-ácido úmidas, as baterias seladas naturalmente se beneficiam da segurança operacional (sem vapores nocivos, a operação em qualquer posição é aceitável). E ainda - uma bateria selada é menos crítica para as condições de carga, é mais difícil matá-la com uma carga analfabeta. O fato é que o eletrólito em gel é escolhido para que a bateria nunca fique totalmente carregada (do ponto de vista de um químico). Portanto, a liberação de gás durante a recarga não ocorre, pois simplesmente não há recarga. Isso não significa que você pode esquecer o controle do modo de carregamento. É proibido. Mais sobre isso mais tarde.

O que há de negativo? Em primeiro lugar, baixa capacidade específica - 25..35 Wh por quilograma de massa, ou 60..100 Wh por litro de volume. Em segundo lugar, uma redução significativa na vida útil da bateria durante os ciclos de descarga profunda, bem como durante a descarga sistemática com altas correntes. Em terceiro lugar, a dependência significativa de tensão e resistência interna na profundidade do ciclo.

2. Sobre a velhice prematura

Terminologia: na prática costuma-se designar intensidade de descarga na forma de "unidades C" adimensionais. 1C (one-tse) é numericamente igual à capacidade da bateria quando descarregada por corrente contínua por 20 horas. Uma descarga total é definida como uma descarga de 1.8 V por célula à temperatura ambiente (ou seja, até 5.4 e 10.8 V para baterias de 6 V e 12 V). O valor de 1.8V foi estabelecido empiricamente como o limite inferior, quando descarregado abaixo do qual por uma corrente de 0.05C, começa o envelhecimento prematuro irreversível da bateria.

Assim, se for determinado experimentalmente para uma bateria que, para descarregá-la de um estado totalmente carregado (20-2.1V por célula) para 2.3V por célula em 1.8 horas, é necessária uma corrente de descarga de 150mA, então a capacidade nominal da bateria está definido para 3.0 Ah (=0.15A * 20h).

A intensidade de corrente de 1C para esta bateria corresponde a uma corrente de descarga de 3A, 2C - a uma corrente de descarga de 6A, etc. Se a descarga for limitada a atingir uma tensão mínima pré-determinada, a mesma de 10.8V, verifica-se que a capacitância real a uma corrente de 1C será reduzida aproximadamente à metade em relação à nominal (ver gráfico). Mas o limiar de envelhecimento irreversível com alta intensidade de descarga (1C e acima), ao contrário, é significativamente reduzido - para 8V.

A descarga repetida da bateria para tensões abaixo da linha tracejada leva à falha da bateria.

Na prática, os SLAs operam em dois modos - buffer e cíclico. No modo de buffer, a bateria está permanentemente conectada ao carregador. Se houver tensão na rede elétrica, após o carregamento, a bateria fica sob a ação da tensão de carga final por um longo tempo. A baixa corrente que flui através das baterias compensa a auto-descarga da bateria e mantém a bateria totalmente carregada o tempo todo. Em caso de falha de energia na rede elétrica, a bateria é descarregada para a carga a ela conectada. O modo buffer de operação é típico para sistemas de alimentação ininterrupta de corrente contínua e alternada, que são amplamente utilizados para computadores, comunicações e produção contínua. E também - baterias de carro durante a operação regular do carro.

No ciclismo, a bateria é carregada e depois desconectada do carregador. A bateria é descarregada conforme necessário. O modo de operação cíclico é usado durante a operação de vários dispositivos portáteis ou transportáveis: lâmpadas elétricas, equipamentos de comunicação, instrumentos de medição. Os fabricantes de baterias geralmente indicam na lista de especificações para qual modo de operação uma determinada bateria se destina.

Portanto, se você decidir alimentar os filamentos de um amplificador valvulado com baterias, esse é um modo cíclico (que bom saber que você falou prosa a vida toda ...). Mas isso significa que você pode simplesmente descarregar a bateria até o máximo permitido lâmpadas 5.7 ou 11.4V? De fato, mesmo que este modo seja obviamente mais seguro do que descarregar para "emergência" 5.4 ou 10.8 V, se a bateria for escolhida incorretamente, isso levará a ciclos de descarga suficientemente profundos e, assim, encurtará sua vida útil..

Profundidade do ciclo a descarga é definida como a razão de ampères-hora realmente dados à carga para os amperes-hora correspondentes à descarga até o limite de envelhecimento irreversível. Os ampères-hora no denominador corresponderão à capacidade nominal apenas para uma intensidade de descarga de 0.05C. Na prática, é a capacitância nominal que é usada como denominador (especialmente porque a corrente de descarga constante nada mais é do que uma aproximação ideal).

A profundidade do ciclo (se for repetido de ciclo para ciclo) determina a vida útil das baterias. Em profundidade de ciclo de 100%, a vida útil do SLA não excederá 200-300 ciclos. Para referência, as baterias automotivas de eletrólito líquido raramente suportam mais de 20 ciclos profundos. A 30% de profundidade dos ciclos, seu número triplica. O famoso Optima garante a sobrevivência com 100 ciclos “zero” (o autor tem essa bateria pelo quarto ano, mas nunca houve um único ciclo “zero” profundo ...).

3. Exemplo da vida real

Agora vamos contar. Em cada canal do amplificador - um par de lâmpadas 6S4S (6V, 2A). Deve ser assegurado um tempo mínimo de operação de 8 horas entre cargas. Nesse caso, a tensão não deve cair abaixo de 5.7V (de acordo com as especificações da lâmpada), a profundidade do ciclo não é superior a 50%. Decorre do último requisito que a capacidade da bateria seja de pelo menos 32A * h por canal (= 2A * 8 h / 50%). A intensidade de descarga dessa bateria é de 0.06C (= 32A * h / 2). Segue-se do gráfico que em 8 horas sua tensão cairá para apenas 12.0-12.2V. Há estoque! Mas apenas com uma bateria nova. Se não esquecer de carregar a tempo, depois de cerca de 500 ciclos (um ano e meio de prazer diário), a tensão cairá para os mesmos 8V em 5.7 horas, senão pior ... Coloque a automação em desligue quando houver tensão insuficiente, certifique-se de configurá-lo! A propósito, 32A * h é suspeitamente próximo ao valor da capacidade de uma bateria de carro (50-65 A * h). Portanto, para correntes de 2A e acima, uma bateria de carro sem manutenção é uma alternativa completamente razoável (pelo preço). Eles têm problemas com o meio ambiente e a segurança. Por outro lado, se uma bateria grande não se encaixar no projeto, é totalmente seguro paralelizar várias baterias menores (de preferência, mas não necessariamente - da mesma série, um fabricante, uma "idade" desde o início da operação ).

Ou talvez tente o modo de buffer (standby) para carregar constantemente, sem nenhuma automação? Chave seletora para cima - a bateria está descarregada, as lâmpadas estão tocando, a chave seletora está abaixada - há uma carga, as lâmpadas ... estão desconectadas das baterias! O modo de carga normal é uma carga com tensão constante de 2.4-2.5V por jarra, haverá até 6V nos terminais da bateria de 7.5V - as lâmpadas não durarão muito (especialmente se a alimentação do ânodo estiver desligada).

Durante a operação do buffer, a duração da bateria depende muito da temperatura. A temperatura mais favorável para a bateria é considerada uma temperatura de 15 a 20 graus Celsius. Um aumento de 10 graus na temperatura reduz a vida útil da bateria pela metade. A figura mostra uma dependência típica do recurso da temperatura para baterias com um recurso estimado de 5 a 7 anos. Resumo - não coloque as baterias no mesmo estojo com lâmpadas, pentiums, etc. objetos quentes. Você pergunta - e sob o capô de um carro ... bem, em primeiro lugar, uma bateria de carro é especialmente projetada para uma ampla faixa de temperatura e, em segundo lugar, a capacidade de calor da bateria é tão alta que não é fácil aquecê-la mesmo sob o capô.

No exemplo mencionado, a vida útil de uma bateria de filamento com 50% de ciclos diários é de um ano e meio. E mais é possível? Em condições reais de operação de baterias estacionárias, é necessário levar em consideração a diminuição da vida útil da bateria no caso de um grande número de descargas testadas. Para baterias de 5 anos, a vida real não será superior a 3 anos se a bateria apresentar uma descarga média de 30% por dia ou uma descarga total por semana.

4. Saiba mais sobre a cobrança

O melhor modo de carga da bateria com uma profundidade de descarga pequena (não superior a 75%) - carga constante Voltagem. Diferentes fabricantes fornecem valores ligeiramente diferentes, a tensão geralmente aceita é de 2.4 V por célula quando carregada ciclicamente (14.4 V para uma bateria de 12 V). No modo buffer, a tensão pode ser menor, 2.3 V por célula.

Ao carregar uma bateria completamente descarregada, este modo leva a uma sobrecarga de corrente inicial, então um modo combinado de limite de corrente e tensão é usado. É comumente referido como o modo de carga IU. Uma bateria descarregada é primeiro carregada com uma corrente contínua, numericamente (em amperes) não excedendo 0.1-0.3 da capacidade nominal da bateria (em amperes-hora). Por exemplo, para uma bateria com capacidade de 100 A * h, a corrente de carga não deve exceder 10-30 amperes. À medida que a bateria carrega, a tensão na bateria aumenta (em corrente constante). Depois que a tensão na bateria atinge a tensão de carga final, a corrente de carga começa a diminuir, mantendo a tensão inalterada.

A tensão de carga final a uma temperatura de 20 graus Celsius é de 2.25-2.3 volts por célula de bateria. Para uma bateria com tensão nominal de 12 V (6 células), a tensão de carga final é de 13.5-13.8 V. tensão de até 2.2-2.25 V a uma temperatura de 40 graus. O uso dessa compensação de temperatura da tensão de carregamento permite aumentar a vida útil da bateria a 2.35 graus Celsius em 2.4%.

Para carregar totalmente uma bateria descarregada, é recomendável carregá-la em 24 horas. Se for necessária uma carga de bateria mais rápida (dentro de 8 a 10 horas) em caso de operação cíclica, a tensão de carga final é aumentada para 2.4-2.48 V / célula (a 20 graus Celsius) e o tempo de carga é necessariamente limitado de acordo com o carga restante da bateria antes de carregá-la.

Aqui está um exemplo de uma instrução semelhante para uma bateria Fiamm GS (fonte - slt.ru):

Carregador com tensão de carga constante Uma corrente relativamente grande é aplicada no estágio inicial de carregamento da bateria. Quando a tensão da bateria atinge o nível definido, o carregador muda do modo de corrente constante para o modo de tensão constante. Durante esta fase, a corrente de carga começa a diminuir até o nível da corrente de carga mínima, conhecida como corrente de flutuação. Os valores dados na tabela são tomados como padrão.

Valores elétricos padrão para o carregador com tensão de carga constante

 Observações: Para baterias usadas em modo cíclico, é recomendável usar um sensor que permita interromper o processo de carregamento quando um valor de tensão pré-definido é atingido ou um temporizador. O coeficiente de temperatura deve ser levado em consideração se a bateria for carregada em temperaturas abaixo de +10⁰C ou acima +30⁰С

Sistema de carregamento de reforço (somente baterias de ciclismo)Ao carregar a bateria, é necessário usar dispositivos equipados com uma unidade de compensação de temperatura e um fusível térmico para evitar que a bateria seja subcarregada em baixas temperaturas ou superaquecida em altas temperaturas ambientes.

Os valores padrão das quantidades elétricas para o modo de carregamento acelerado da bateria são fornecidos na tabela:

Observações: A bateria deve estar equipada com termostato ou fusível térmico, ou deve ser usado um temporizador para interromper o processo de carregamento a tempo. O valor máximo da corrente de carga inicial para baterias com capacidade superior a 10 Ah deve obedecer à seguinte relação: I = C máximo

Preste atenção no último parágrafo. Ele vale a pena. Especialmente se muitas baterias forem colocadas em uma caixa mal ventilada - o superaquecimento é possível mesmo com uma carga normal (não acelerada), embora não catastrófico, mas ainda encurtando a vida útil das baterias.

5. Carregador simples (IU de carga lenta)

Para carregar baterias pequenas, o mais conveniente é um circuito típico no IC da família LM117, LM 196, LM317 (142EN12, 1151EN1, 1157EN1). Fonte - "Microcircuitos para fontes de alimentação lineares", M, Dodeka, 1998, pp. 97, 122, etc.).

O limite de corrente é definido por R4 (levando em consideração a corrente permitida e a dissipação de energia do microcircuito). Na prática, quando uma fonte de alimentação para um determinado tipo de bateria é embutida diretamente no equipamento - não é necessário ajuste de limite de corrente, é possível eliminar completamente o circuito limitador de corrente (T2) transferindo esta função para a resistência de saída do filtro de alimentação.

Em altas correntes, é mais conveniente usar estabilizadores discretos com N-MIS de passagem ou transistores npn compostos controlados por um estabilizador integrado. A inconveniência do MIS - uma tensão de limite relativamente alta - em dispositivos de memória de baixa potência é resolvida aumentando a tensão da fonte de alimentação principal (única), em fontes potentes (veja a figura) - por um dobrador de tensão.

(clique para ampliar)

As classificações dos divisores do regulador de tensão (IC1) são indicadas para baterias de 6V, as classificações das capacitâncias do filtro e dos resistores do regulador de corrente (T2) são para cargas de corrente não superiores a 2.5A, o que é suficiente para baterias com capacidade de até 10-15 A * h. Transformador para tensão de saída 9V xx, corrente 5A. Os shunts comutáveis ​​no circuito base-emissor T2 definem o limite de corrente de carga. O diodo D11 - um diodo Schottky para uma corrente de pelo menos 10A - protege contra a reversão da bateria. A configuração se resume a definir a tensão de estabilização em uma carga equivalente a 10 ohms (R6) e selecionar shunts R5.

6. Fonte de tensão negativa no carro

Para alimentar crossovers, etc. dispositivos em um amplificador operacional com conexão direta, você pode colocar uma fonte de tensão negativa pulsada simples. Ou melhor ainda, uma bateria. Muito melhor! Mas esta bateria não deve ser de 12, mas de 6 Volts. Deixe-me explicar. Muito provavelmente, esta bateria fornecerá corrente quase sempre quando o motor estiver funcionando. E só pode ser cobrado no estacionamento. Mas não é possível carregar uma bateria de chumbo de 12V de outra bateria de 12V. Este nem é um regime tampão, mas uma greve de fome. Precisamos de um gerador que produza 14V, mas onde posso conseguir, no estacionamento...

Para alimentar um crossover com consumo de corrente de 20mA, basta uma bateria de 6V, 1.2Ah (pouco maior que um maço de cigarros). Modo de carga IU (200mA, 7.2V). Quando o sinal REMOTE está desligado, a bateria é constantemente carregada da rede de bordo (menos para o solo, mais para a saída do estabilizador - o estado dos optoacopladores conforme mostrado no diagrama). Quando o sinal REMOTO é ativado, a bateria é comutada por mais para o terra, menos para a carga (barramento de força do amplificador operacional). A corrente de carga é limitada pelo resistor R3 em 75 mA. Uma bateria Fiamm 10121 totalmente carregada nesse modo consome cerca de 15mA do sistema elétrico em temperatura ambiente. A cadeia R7-T1 bloqueia a descarga da bateria para o divisor R5-R6 quando desconectada da rede de bordo (presume-se, é claro, que o REM IN seja removido e a carga da bateria seja desconectada). Consumo de corrente no barramento REMOTO 20mA. O temporizador D1-C1-R1-IC1-IC2-FU1 atrasa a transmissão do sinal REM IN para a saída em 2 segundos. O resistor R0 é necessário apenas para descarregar a capacitância do temporizador; em circuitos práticos, pode ser excluído ou substituído por um circuito indicador com um LED. Diodos D1-3 - qualquer um para corrente contínua 1A.

Os optoacopladores KR293KP9A, KR293KP3A podem ser substituídos por qualquer optoacoplador MIS para uma corrente de pelo menos 200mA (293KP com a letra A). Ao trocar a bateria com o optoacoplador KR293KP9A com chaves "anti-fase" em um invólucro, não observei a passagem de corrente durante a troca, ao substituir por outros optoacopladores, verifique se não está lá. Fusíveis FU1, FU2 - auto-rearme para uma corrente de disparo de 200mA. No filtro de energia na saída da fonte -6V, você deve se limitar à capacitância mínima para não sobrecarregar os optoacopladores durante a comutação, aliás, eles adicionam 10 ohms à resistência de saída da bateria). A série 293 não é para correntes de ampères! Isto é para relés "adultos". Esse é o tópico do próximo projeto - um DAC totalmente alimentado por bateria... mas ainda é muito cedo...

Publicação: klausmobile.narod.ru

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