|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Bộ điều chỉnh sạc pin cho pin mặt trời. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Nguồn năng lượng thay thế Nhiều thiết bị khác nhau có thể được cấp nguồn trực tiếp từ pin mặt trời. Tuy nhiên, việc kết nối pin mặt trời đơn giản như vậy chỉ có thể thực hiện được nếu thiếu ánh sáng mặt trời và do đó, việc cung cấp điện trên thực tế không dẫn đến những hậu quả không mong muốn. Trong nhiều trường hợp, các thiết bị, đồ dùng điện cần phải hoạt động ngay cả khi không có ánh nắng mặt trời. Để làm được điều này, năng lượng mặt trời tạo ra trong ngày cần được lưu trữ trong pin để sử dụng sau này. Pin axit chì là phù hợp nhất cho những mục đích này. Pin axit chì Pin axit chì thực sự được tạo thành từ một số tế bào riêng lẻ được kết nối nối tiếp. Mỗi phần tử phát triển điện áp lên tới 2 V, chứa hai tấm chì đặt trong dung dịch axit sulfuric yếu. Khi dòng điện chạy qua phần tử, một phản ứng điện hóa thuận nghịch xảy ra và năng lượng điện được lưu trữ trong phần tử, sau này có thể được sử dụng nếu cần thiết. Mặc dù có vẻ đơn giản nhưng trên thực tế, quá trình sạc pin khá phức tạp. Pin axit chì là một thiết bị điện nhạy cảm cần được xử lý cẩn thận, đặc biệt là khi sạc. Để chứng minh điều này, chúng ta hãy xem xét các giai đoạn khác nhau của một chu kỳ sạc thông thường. Quá trình sạc pin bắt đầu khi điện áp được đặt vào các tấm của tế bào, do đó dòng điện bắt đầu chạy qua nó. Nó dẫn đến phản ứng điện hóa làm thay đổi thành phần hóa học của các tấm và chất điện phân của pin. Tốc độ của phản ứng này phụ thuộc vào cường độ dòng điện nạp. Dòng điện càng lớn thì phản ứng xảy ra càng nhanh. Cuối cùng, điện tích liên quan đến dòng điện này sẽ được lưu trữ trong tế bào để sử dụng sau này. Pin tích lũy ngày càng nhiều điện tích và cuối cùng xảy ra hiện tượng bão hòa. Về cơ bản, phản ứng hóa học được ổn định hoặc cân bằng và sự tích lũy điện tích tiếp theo sẽ chấm dứt. Trạng thái cân bằng xảy ra khi hầu hết các ion sunfat được các tấm chì hấp thụ từ dung dịch axit sulfuric trong chu kỳ xả pin được đưa trở lại từ các tấm vào dung dịch. Trong trường hợp này, các tấm lại thu được các đặc tính kim loại và bắt đầu hoạt động giống như các điện cực được đặt trong dung dịch nước (một môi trường tuyệt vời để điện phân). Dòng sạc bắt đầu phân hủy nước trong chất điện phân thành các thành phần cơ bản (hydro và oxy). Quá trình này có thể được chú ý mà không hề biết đến sự tồn tại của nó bằng cách quan sát cái gọi là "sôi" của pin. Thuật ngữ này bị sử dụng nhầm vì sự giống nhau bên ngoài giữa sự sủi bọt của bọt khí trong quá trình điện phân và sôi. Gọi hiệu ứng này là tiến hóa khí thì đúng hơn. Quá trình xả khí bắt đầu khi pin còn khoảng 70-80% mức sạc đầy. Nếu pin được sạc với tốc độ như nhau, quá trình thoát khí sẽ làm hỏng pin. Tuy nhiên, tốc độ điện phân gây ra sự thoát khí tỷ lệ thuận với dòng điện chạy qua tế bào. Dòng điện càng thấp, nước phân hủy càng chậm và quá trình thoát khí càng yếu. Bạn có thể giảm đáng kể tác hại của việc thoát khí bằng cách giảm dòng sạc khi xảy ra hiện tượng thoát khí. Mặc dù nó chỉ dừng hoàn toàn khi không có dòng điện nhưng lượng dòng sạc có thể giảm xuống mức không làm giảm chất lượng của pin khi điện tích tích tụ. Ở giai đoạn sạc cuối cùng, pin được sạc với dòng điện thường bằng một phần nhỏ so với dòng sạc ban đầu. Dòng điện này sẽ sạc pin từ từ và do đó ngăn chặn sự giải phóng khí mạnh. Sau khi pin được sạc đầy, nó có thể bị ngắt khỏi nguồn điện. Do sự hiện diện của tạp chất trong chất điện phân và sự thay đổi thành phần hóa học của các tấm, dòng điện bên trong phát sinh trong tế bào pin, làm giảm điện tích tích lũy theo thời gian. Pin cuối cùng sẽ tự xả. Bộ điều chỉnh sạc pin Rõ ràng, dòng điện cần thiết để sạc pin phụ thuộc vào trạng thái sạc của pin. Điều này ngụ ý sự cần thiết phải tạo ra một bộ điều chỉnh sạc để đánh giá trạng thái xả của pin và tùy thuộc vào nó sẽ điều khiển dòng sạc. Có ba cách được biết để sạc pin axit chì. Khi sạc từ pin mặt trời, phương pháp phù hợp nhất là chu trình sạc hai giai đoạn (Hình 1).
Trước hết, hãy giả sử rằng pin đã xả hết. Hãy bắt đầu truyền dòng điện qua các phần tử. Vì chu kỳ sạc của pin phải tương ứng với khoảng thời gian pin mặt trời tạo ra năng lượng điện hữu ích nên pin được sạc trong thời gian ngắn nhất có thể. Chế độ sạc tối ưu sẽ là chế độ trong đó quá trình tạo khí bắt đầu khoảng 4 giờ sau khi pin bắt đầu sạc. Thời gian này tương ứng với cường độ bức xạ mặt trời cao nhất vào ban ngày, thường trong khoảng 10-14 giờ, bất kể sự thay đổi theo mùa và điều kiện thời tiết, chính vào thời điểm này trong ngày mới có thể đạt được hiệu quả tối đa từ pin mặt trời. Thời gian sạc này tương ứng về mặt số với dòng sạc 20 A cho mỗi 100 Ah dung lượng pin, tất nhiên nếu pin mặt trời cho phép nhận được dòng điện như vậy. Ví dụ: pin 75 Ah phải được sạc ở mức 15 A. Sau khi sạc trong 4 giờ ở tốc độ cố định cho đến khi bắt đầu xả khí, pin sẽ còn 80% mức sạc đầy. Bước tiếp theo là giảm dòng sạc xuống mức thấp hơn. Độ lớn của dòng điện này thường bằng 2-5% dung lượng pin. Đối với pin 75 Ah được lấy làm ví dụ, dòng sạc ở giai đoạn sạc cuối cùng có thể là 1,5-3,75 A. Tùy thuộc vào dòng điện đã chọn, sẽ mất thêm 4-10 giờ nữa để sạc pin lần cuối. Với tốc độ này, phải hơn một ngày mới sạc đầy pin. Tuy nhiên, trong các thiết bị năng lượng tiên tiến, pin thường ở trạng thái được sạc đầy trong phần lớn thời gian hoạt động và việc xả hết pin là cực kỳ hiếm. Sạc dự phòng (bù) pin Sau lần sạc cuối cùng của pin, nên cung cấp thêm cho pin một dòng sạc dự phòng (bù). Độ lớn của dòng điện này thường bằng 1-2% toàn bộ dung lượng của pin. Giai đoạn sạc pin bổ sung thứ ba này làm tăng thêm độ phức tạp cho thiết kế bộ điều chỉnh sạc. Bạn có thể thoát khỏi tình trạng này bằng cách kết hợp giai đoạn sạc thứ hai và thứ ba, sử dụng cùng dòng điện với dòng cuối cùng hoặc dòng sạc dự trữ, giá trị của nó là 2% dung lượng pin. Kết quả là thiết kế của bộ điều chỉnh được đơn giản hóa và độ tin cậy của nó được tăng lên. Thiết kế bộ điều chỉnh Để bộ điều chỉnh sạc hoạt động bình thường đáp ứng các yêu cầu về dòng sạc được liệt kê ở trên, cần có thông tin về trạng thái sạc của pin bất cứ lúc nào. May mắn thay, chính pin chính là chìa khóa để giải quyết vấn đề này: có một mối quan hệ được thiết lập đáng tin cậy giữa lượng điện tích được lưu trữ trong pin và điện áp trên nó. Như có thể thấy từ hình. 2, mối quan hệ này hầu như luôn tuyến tính.
Vùng sạc mà chúng ta quan tâm nằm trong khoảng 70-80% lượng pin đầy. Khi đạt đến mức tích điện này, quá trình tiến hóa khí bắt đầu và cần phải thay đổi dòng sạc. Đối với pin 12 volt, điện áp tại thời điểm này là 12,6 V. Pin được sạc đầy sẽ tạo ra điện áp 13,2 V. Bằng cách xác định điện áp trên pin, bạn có thể điều chỉnh dòng sạc. Nếu điện áp dưới 12,6 V thì pin có mức sạc dưới 80% và bộ điều chỉnh sẽ cung cấp dòng sạc đầy. Khi điện áp trên ắc quy tăng lên trên 12,6 V, cần giảm dòng sạc xuống mức dòng cấp vào. Điện áp trên pin được theo dõi bởi một thiết bị đặc biệt (bộ so sánh), không gì khác hơn là một bộ khuếch đại thông thường có mức tăng rất cao. Thật vậy, bộ so sánh có trong mạch ở hình 3. XNUMX, có thể được sử dụng như một bộ khuếch đại hoạt động.
Bộ so sánh so sánh hai điện áp - điện áp đo được và điện áp tham chiếu, được cung cấp cho đầu vào của nó. Điện áp tham chiếu từ diode zener D2 được cung cấp cho đầu vào đảo ngược của bộ so sánh (-). Điện áp này đặt mức phản hồi của thiết bị. Điện áp của pin được chia cho các điện trở R1 và R2 sao cho xấp xỉ bằng điện áp ổn định của diode D2. Điện áp chia cho các điện trở được cung cấp cho đầu vào không đảo (+) của bộ so sánh từ thanh trượt chiết áp để tinh chỉnh ngưỡng chuyển mạch. Nếu điện áp pin giảm nhiều đến mức tín hiệu ở đầu vào không đảo giảm xuống dưới giới hạn được xác định bởi diode D2, đầu ra của bộ so sánh sẽ đặt thành điện áp âm. Nếu điện áp pin tăng cao hơn điện áp tham chiếu, điện áp dương sẽ được thiết lập ở đầu ra của bộ so sánh. Việc chuyển đổi dấu của điện áp ở đầu ra của bộ so sánh sẽ cung cấp sự điều chỉnh cần thiết cho dòng sạc. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh sạc Dòng sạc được điều chỉnh bằng rơle điện từ. Rơle được điều khiển thông qua bóng bán dẫn QI bằng điện áp đầu ra của bộ so sánh. Điện áp âm ở đầu ra bộ so sánh có nghĩa là pin đã hết và cần dòng sạc đầy (bóng bán dẫn Q1 tắt). Do đó, dòng thu bằng XNUMX và rơle bị tắt. Các tiếp điểm rơle thường đóng bỏ qua điện trở giới hạn dòng điện R. Khi rơle tắt, điện trở sẽ được tháo ra khỏi mạch và toàn bộ dòng điện từ pin mặt trời sẽ chảy vào pin. Khi trạng thái sạc tăng lên, điện áp trên pin cũng tăng lên. Quá trình tạo khí bắt đầu khi điện áp đạt 12,6 V. Bộ so sánh, được đặt ở mức này, sẽ chuyển mạch (đầu ra của bộ so sánh là dương). Transitor bật và dòng thu bật rơle. Các tiếp điểm rơle bỏ qua điện trở R mở.
Bây giờ dòng sạc từ pin mặt trời phải vượt qua điện trở của điện trở giới hạn. Giá trị của điện trở này được chọn sao cho dòng sạc bằng 2% dung lượng ắc quy. Trong bảng ở Hình. Hình 4 hiển thị các giá trị Rs tùy thuộc vào dung lượng pin. Có một số điểm không chắc chắn xung quanh điện áp chuyển mạch của bộ so sánh. Ví dụ: giả sử điện áp trên pin tăng lên 12,6 V, vượt quá ngưỡng đáp ứng. Trong điều kiện bình thường, điện áp đầu ra của bộ so sánh sẽ thay đổi, rơle sẽ hoạt động và dòng sạc sẽ giảm. Tuy nhiên, điện áp đầu ra của pin không chỉ phụ thuộc vào trạng thái sạc mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác, và do đó, không có gì lạ khi quan sát thấy điện áp giảm nhẹ sau khi tắt dòng sạc lớn. Ví dụ, rất có thể điện áp sẽ giảm vài phần trăm vôn (lên tới 12,55 V). Kế hoạch sẽ hoạt động như thế nào trong trường hợp này? Rõ ràng, bộ so sánh sẽ chuyển trở lại và chế độ dòng sạc cao sẽ được khôi phục. Vì điện áp của pin rất gần với 12,6 V nên dòng điện tăng đột ngột chắc chắn sẽ khiến điện áp tăng vọt lên mức lớn hơn 12,6 V. Điều này sẽ khiến rơle tắt lại. Trong những điều kiện này, bộ so sánh sẽ chuyển đổi qua lại gần điện áp kích hoạt. Để loại bỏ hiệu ứng không mong muốn này, được gọi là "yaw", một phản hồi dương nhỏ được đưa vào bộ khuếch đại bằng điện trở, tạo ra dải chết kích động. Khi có hiện tượng trễ, cần phải thay đổi điện áp lớn hơn để bộ so sánh hoạt động so với trước đây. Như trước đây, bộ so sánh sẽ chuyển sang điện áp 12,6 V, nhưng để nó trở về trạng thái ban đầu, điện áp trên pin phải giảm xuống 12,5 V. Điều này giúp loại bỏ hiệu ứng dao động. Việc đưa tuần tự diode D1 vào mạch sạc sẽ ngăn không cho pin phóng điện qua pin mặt trời trong bóng tối (vào ban đêm). Diode này cũng ngăn chặn bộ điều chỉnh sạc lấy năng lượng từ pin. Bộ điều chỉnh được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng pin mặt trời. thiết bị chỉ thị Một thiết bị chỉ báo được bao gồm trong bộ điều chỉnh sạc, được thiết kế để hiển thị chế độ hoạt động của bộ điều chỉnh bất cứ lúc nào. Mặc dù chỉ báo không phải là một bộ phận cần thiết của thiết bị (bộ điều chỉnh sẽ hoạt động nếu không có nó), nhưng sự hiện diện của nó vẫn làm tăng sự thuận tiện khi làm việc với bộ điều chỉnh. Thiết bị chỉ báo (Hình 3) bao gồm hai bộ so sánh và hai điốt phát sáng (đèn LED). Đầu vào đảo ngược của một bộ so sánh và đầu vào không đảo của bộ so sánh kia được kết nối với một diode zener tạo ra điện áp tham chiếu. Các đầu vào còn lại của bộ so sánh được kết nối với đầu ra của bộ so sánh điều khiển dòng sạc. Bộ so sánh phía trên được kích hoạt và bật đèn LED LED1 khi bộ điều chỉnh hoạt động ở chế độ dòng sạc cao. Nếu bộ điều chỉnh chuyển sang chế độ dòng cấp nguồn, bộ so sánh phía trên sẽ tắt và bộ so sánh phía dưới sẽ được kích hoạt và bật đèn LED2. Thiết kế bộ điều chỉnh sạc Bộ điều chỉnh điện tích được gắn trên một bảng mạch in (Hình 5), vị trí của các thành phần mạch trên đó được hiển thị trong Hình. 6. Cần đặc biệt chú ý đến việc bố trí các phần tử bán dẫn (để tránh nối nhầm các chân). Mạch hoàn chỉnh được đặt trong bất kỳ vỏ nào (tốt nhất là không thấm nước). Một hộp nhựa nhỏ khá phù hợp cho những mục đích này. Nếu vỏ máy mờ đục, nên khoan một lỗ cho đèn LED trên nắp của nó để chỉ ra các chế độ hoạt động. Cũng cần phải tạo một lỗ ở mặt bên của vỏ để cho các dây dẫn kết nối thoát ra ngoài.
Bộ điều chỉnh mạnh mẽ Bộ điều chỉnh được mô tả có thể điều khiển dòng sạc khoảng 5 A. Giá trị của nó bị giới hạn bởi các đặc tính của công tắc tơ của rơle điện từ được sử dụng. Các tiếp điểm rơle được thiết kế cho dòng điện lên đến 3 A và khá tự nhiên khi đặt câu hỏi tại sao nên sử dụng chúng lên đến 5 A. Điều này có thể được giải thích như sau. Khi các tiếp điểm mở mạch điện, một hồ quang điện nhỏ thường xuất hiện giữa chúng. Hồ quang dẫn đến hiện tượng tương tự như hàn điện, xuất hiện các rãnh trên bề mặt các tiếp điểm. Dòng điện chạy qua càng lớn thì tác dụng của hồ quang điện càng mạnh. Để ngăn chặn quá trình như vậy trong mạch của bộ điều chỉnh được mô tả, các tiếp điểm rơle được bắc cầu bằng một điện trở nhỏ. Do đó, một phần năng lượng đáng kể được điện trở hấp thụ thay vì tiêu tán trong hồ quang điện. Do đó, các tiếp điểm không bị phá hủy có thể điều chỉnh dòng điện vượt quá định mức. Nếu cần tăng dòng điện điều chỉnh thì cần sử dụng rơle mạnh hơn trong mạch, được bật bằng các tiếp điểm của rơle dòng điện thấp, như trong Hình. 7.
Để lắp đặt rơle thứ hai, phải thực hiện những thay đổi phù hợp đối với thiết kế bảng mạch in. Bắt đầu bằng cách tháo các jumper đi đến các tiếp điểm rơle. Điều này ngắt kết nối các tiếp điểm khỏi điện trở giới hạn dòng điện. Bây giờ hãy sử dụng các tiếp điểm này để điều khiển rơle mạnh hơn. Cũng cần thay thế diode D1 và điện trở giới hạn dòng Rs bằng diode và điện trở có khả năng chịu được dòng điện cao. Sẽ hợp lý hơn nếu đặt cả hai phần tử này ở ngoài bo mạch gần rơle, vì chúng tản nhiệt nhiều hơn các phần tử mạch trước đó. Kết nối trực tiếp pin và pin mặt trời với rơle mạnh bằng dây dày và sử dụng dây mỏng để cấp nguồn cho mạch điều chỉnh từ cực dương của pin mặt trời. Bộ điều chỉnh điện năng thấp Có thể năng lượng điện của một cục pin mặt trời nhỏ thậm chí không đủ để cấp nguồn cho rơle. Sau đó, rơle có thể được thay thế bằng một bóng bán dẫn. Với mục đích này, bạn có thể tháo rơle RL1 và bóng bán dẫn Q1 điều khiển nó và kết nối bóng bán dẫn pnp với điện trở R và đế của nó với điện trở R5. Trong bộ lễ phục. Hình 8 thể hiện sơ đồ điện sau khi sửa đổi hoàn toàn.
Khi điện áp ở đầu ra của bộ so sánh là dương, bóng bán dẫn sẽ được bật và dòng sạc đầy sẽ chạy vào pin. Khi bộ điều chỉnh chuyển sang chế độ tăng sạc, điện áp ở đầu ra của bộ so sánh trở nên âm, bóng bán dẫn tắt và dòng sạc lúc này chỉ chạy qua điện trở Ra, bỏ qua bóng bán dẫn. Ưu điểm của mạch này so với mạch rơle là hoạt động của nó không bị giới hạn ở điện áp 12 V. Thiết bị có thể điều chỉnh việc sạc pin được thiết kế cho điện áp 3-30 V. Tất nhiên, cần phải thay đổi các giá trị của điện trở và R2 và loại diode D2 nhằm đưa giá trị sụt áp đến gần hơn trên chiết áp VR1 và giá trị tham chiếu trên diode zener. Dòng điện được giới hạn ở khoảng 250 mA. Bản thân bảng mạch in đóng vai trò như một bộ tản nhiệt cho phép loại bỏ nhiệt dư thừa khỏi bóng bán dẫn đang sử dụng. Tản nhiệt được hình thành ở mặt sau của bo mạch và không cần bất kỳ vật liệu cách nhiệt nào. Hiệu chuẩn Để kết nối bộ điều chỉnh, chỉ cần thực hiện bốn kết nối. Hai - đến cực dương và cực âm của pin mặt trời và hai - tương ứng với cực dương và cực âm của pin. Sau khi lắp bộ điều chỉnh vào bộ sạc, cần hiệu chỉnh mạch và đặc biệt là điều chỉnh độ nhạy của nó với những thay đổi điện áp để dòng điện chuyển mạch đúng lúc. Để thực hiện việc này, trước tiên hãy để pin xả nhẹ. Sau đó thanh trượt chiết áp VR1 được quay theo chiều kim đồng hồ cho đến khi dừng lại (theo sơ đồ ở vị trí phía trên). Trong trường hợp này, các tiếp điểm rơle sẽ đóng lại. Điện áp trên pin khi sạc lại được theo dõi bằng vôn kế. Khi đạt tới 12,6 V, chiết áp VR1 quay theo chiều ngược lại cho đến khi rơle tắt. Điều này sẽ tương ứng với phí "cho ăn". Thật không may, điện áp sạc pin cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Pin càng lạnh thì càng cần nhiều điện áp để sạc. Điều này làm thay đổi điện áp ngưỡng mà bộ điều chỉnh sẽ hoạt động. Đồ thị trong hình. Hình 9 cho thấy sự phụ thuộc của điện áp kích hoạt vào nhiệt độ.
Về nguyên tắc, lỗi trong việc thiết lập điện áp đáp ứng có thể được bỏ qua. Nếu nhiệt độ của pin trong quá trình sạc tương đối ổn định và dương, điều này có thể được đảm bảo bằng cách này hay cách khác, chẳng hạn như bằng cách che chắn tốt, thì những thay đổi nhỏ về nhiệt độ sẽ hầu như không ảnh hưởng đến hoạt động của bộ điều chỉnh.
Tác giả: Byers T.
Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang
05.05.2024 Bàn phím Primium Seneca
05.05.2024 Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới
04.05.2024
▪ Điện thoại thông minh bình dân Nokia 2.3 ▪ Đồng hồ siêu chính xác được đồng bộ hóa ở khoảng cách kỷ lục ▪ Phobos sẽ bị phá hủy bởi sao Hỏa
▪ phần của trang web Nguồn điện. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết Tưởng thốt ra là dối trá. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Những hành động bất tử Magdeburg burgomaster Otto von Guericke? đáp án chi tiết ▪ bài báo Giáo viên. Mô tả công việc ▪ bài viết Nhiệt kế trên vi điều khiển. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài viết Cải tiến cần điều khiển SEGA. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này