Аккумуляторной батареи схема – СТО 70238424.29.220.20.001-2009 Аккумуляторные установки электрических станций. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования

Содержание

Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства. Аккумуляторные сборки для хранения электроэнергии

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

последовательное соединение аккумуляторных батарей с формулами

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

пример последовательного соединения акб

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

параллельное соединение акб батарей с формулами

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

пример параллельного соединения акб батарей

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей с расчетом

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

пример монтажа накопителя энергии на литийонных батареях

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

  • электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
  • рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
  • эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
  • сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

принцип работы аккумуляторной батарей и схема АКБ

Прототип современного аккумулятора был изобретён в начале 19 века во Франции. С тех пор, где бы ни были сделаны аккумуляторные батареи (в Японии, России или Германии), все они используют один принцип действия аккумулятора. Он основан на протекании химической реакции, называемой двойной сульфатацией. В этой статье будут даны ответы на вопросы, как устроен и как работает аккумулятор.

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор

Типы аккумуляторов

Электротехническое оборудование, являющееся источником электричества, называют аккумулятором. В результате химических реакций освобождённая энергия преобразуется в электрический ток. АКБ прочно вошли во многие сферы деятельности человека. Например, без аккумуляторной батареи любой транспорт будет обездвижен. На сегодня можно выделить 4 группы мобильных источников тока:

  1. Свинцово-кислотные.
  2. Литий-ионные.
  3. Никель-кадмиевые.
  4. Никель-железные.

Читателей больше интересуют те аккумуляторы, с которыми они сталкиваются в быту. Это акб, которые применяются для:

  • автомобилей;
  • шуруповёртов;
  • мобильных телефонов и ноутбуков;
  • пальчиковые акб.

Кислотный аккумулятор для автомобилей

Устройство аккумулятора для автомобиля состоит из следующих компонентов:

  1. Корпус сделан из кислотоупорного пластика.
  2. Сверху установлена крышка с заливочными отверстиями и двумя разнополюсными клеммами.
Схема строения АКБ

Схема строения АКБ

  1. Внутри контейнера находится 6 банок.
  2. В каждой банке – пакет из свинцовых пластин и пластинок из диоксида свинца. Между ними проложены диэлектрические сепараторные прокладки.
  3. Все банки залиты электролитом – водным раствором серной кислоты.
  4. Заливные отверстия имеют книзу форму конуса, в донышках которых сделан паз. Это нужно для визуального контроля уровня электролита.
  5. Последовательно соединённые свинцовыми дорожками группы пакетов (плюсовые и минусовые) выведены на клеммы аккумулятора.
  6. Отверстия в банках закрыты завинчивающими пробками с воздушными клапанами. В случае перегрузки пары кипящего электролита выбрасываются через них в атмосферу.

Принцип работы аккумулятора основан на том, что в результате взаимодействия электролита с катодными и анодными пластинами возникает электрический ток, который поступает на внешние полюсные выводы. В результате протекания электрохимической реакции плотность электролита падает, и вода начинает испаряться. На положительных свинцовых пластинах появляется слой сульфата свинца.

При подключении акб к зарядному прибору возобновляется процесс в обратном порядке: сульфат преобразуется обратно в свинец, и повышается плотность электролита.

Важно! Нужно регулярно проверять высоту поверхности электролита. Донышко конуса должно быть вровень с уровнем жидкости. Если оно сухое, то необходимо долить дистиллированную воду. В противном случае оголившиеся пластины внутри банки будут разрушаться, и АКБ выйдет из строя.

Щелочная аккумуляторная батарея

Принцип действия аккумулятора со щелочным электролитом ничем не отличается от работы свинцово-кислотной батареи. Различие заключается в том, что вместо раствора серной кислоты в батарею заливают раствор едкого кали. Кроме того, отрицательные пластинки сделаны из кадмия губчатой структуры с примесью железа. Анодные пластинки выполнены из никеля в смеси с чешуйчатым графитом. Установленные в банках пары пластинок параллельно соединены между собой.

Во время зарядки валентность никеля меняет своё значение с 2 до 8, и он становится гидратом окиси. Окиси кадмия и железа становятся металлами. Когда аккумулятор разряжается, процессы протекают в обратном порядке.

По сравнению с кислотными собратьями, щелочные источники электроэнергии устойчиво переносят нагрузки механического характера – тряску и удары. Испарение вредных газов происходит в незначительном количестве. Батареи легко переносят перезарядку.

К сведению. Единственным недостатком щелочного электрооборудования из-за применения дорогостоящих материалов является его высокая стоимость (в 4 раза дороже кислотных батарей).

Аккумулятор шуруповёрта

Мобильный шуруповёрт не связан кабелем с электросетью. Его питание осуществляется за счёт аккумуляторного блока, который вставляют в рукоятку электроинструмента. Компактное расположение акб снизу ручки позволяет легко и удобно пользоваться шуруповёртом.

Аккумуляторный блок шуруповёрта

Аккумуляторный блок шуруповёрта

Блок питания оснащён выступом, на котором видно расположение контактных клемм. Они служат, как для подключения питания к самому инструменту, так и для подсоединения к зарядному устройству. Внутри контейнера помещены сами аккумуляторные батарейки. Они относятся к классу литиево-ионных аккумуляторов. Элементы сделаны в неразборном исполнении, и они не подлежат ремонту.

Батареи объединены проводами от плюса к минусу, приваренными к выводам точечной сваркой. Брендовые устройства оснащены термодатчиками, которые отключают питание в случае перегрева батарей (свыше 500С), как при работе инструмента, так и во время зарядки.

Внутри зарядного устройства находятся электронная плата управления процессом зарядки и микросхема, отвечающая за отключение и возобновление работы зарядного устройства.

Ремонт аккумуляторного блока шуруповёрта
  1. Контейнер вскрывают, вывинчивая винты в его корпусе.
  2. Отрезают провода от блока аккумуляторных батарей.
  3. Новые батарейки оборачивают скотчем в том же порядке, в каком было расположение старых элементов.
  4. На выводы полюсов накладывают полоску из никеля.
  5. Точечной сваркой соединяют никелевую дорожку с полюсами батареек.
  6. Также приваривают соединительные провода к концевым выводам акб и клеммам корпуса.
  7. Блок устанавливают в контейнер и закрывают крышкой.
  8. Новый аккумулятор вставляют в зарядное устройство.
  9. По окончании зарядки аккумулятор готов к работе.

Дополнительная информация. Для того чтобы заменить старые аккумуляторные элементы на новые батареи, нужно использовать только точечную сварку.

АКБ для мобильных телефонов

Простые мобильные телефонные аппараты вытесняются из сферы пользования смартфонами. Все они в своих корпусах имеют литиевые батареи. На них нанесена маркировка – Li-ion battery. Они бывают разных размеров, различной ёмкости, в зависимости от модели телефона и производителя.

Внутри алюминиевого корпуса батареи помещены плёнки из графита и диоксида лития. Электролит выглядит в виде густой смазки, который заполняет пространство между листками. На одной из сторон акб установлена электронная плата управления.

Аккумулятор для смартфона

Аккумулятор для смартфона

Батарея мобильного телефона во время зарядки остаётся на своём месте. Телефон подключают кабелем к бытовой электросети. Полная зарядка аппарата будет видна на его экране в виде заполненного окошка.

Телефонные аккумуляторы не подлежат ремонту и разборке. При вскрытии корпуса можно отравиться ядовитыми испарениями электролита. Поэтому важна их утилизация отдельно от бытового мусора.

Следует заметить! Аккумуляторы для ноутбуков устроены таким же образом.

Аккумуляторная батарея для ноутбука

Аккумуляторная батарея для ноутбука

Пальчиковые аккумуляторные батарейки

Самый распространённый стандарт пальчиковых батарей – это аккумуляторы 18650. Цифры на маркировке обозначают размеры устройства: 18 мм – диаметр, 65 мм – длина корпуса.

Пальчиковая акб состоит из графитовой плёнки (анода) и расположенного внутри неё алюминиевого катода. Пространство между катодом и анодом заполнено густой смазкой из электролита. Всё это заключено в прочный алюминиевый корпус. По сторонам цилиндра находятся выводы батарейки. Плюсовая клемма выглядит в виде диска с цилиндрическим выступом, минусовый полюс сделан плоским пятачком.

Под плюсовой клеммой установлена микро плата – контроллер. Электронная схема, покрытая фольгой, служит для того, чтобы не допускать перегрев и перезаряд батареи во время процесса её зарядки.

В брендовых изделиях изготовитель вставляет предохранительные клапаны, которые сбрасывают избыточное давление паров электролита при перегрузке акб.

АКБ 18650

АКБ 18650

Дополнительная информация. В дешёвых батарейках отсутствует защитная плата, что может вызвать разрушение содержимого аккумулятора. «Выгодная» покупка может обернуться различными неприятностями, вплоть до взрыва пальчиковой батареи.

Ремонт пальчиковых аккумуляторных батареек

Бывает, что практически новая дорогостоящая батарея перестаёт полноценно работать. Во всём виновата перегоревшая защитная плата.

Отремонтировать такую батарейку можно следующим образом:

  1. С корпуса удаляют полимерную оболочку.
  2. Кусачками удаляют контактную ленту.
  3. Вокруг плюсовой клеммы прорезают острым ножом щель. Осторожно приподнимают её.
  4. Из-под клеммы удаляют защитную плату.
  5. Плюсовой вывод ставят на место.
  6. Восстанавливают полимерное покрытие. Если нет фирменной плёнки, то батарею можно обернуть скотчем.

Важно! Отремонтированный аккумулятор нужно эксплуатировать с учётом того, что защита на нём отсутствует. Если элемент не перегружать, то он прослужит не один год.

Видео

цоколевка аккумуляторной батареи и схема контроллера АКБ

Распиновка аккумулятора ноутбука Благодаря аккумуляторной батарее ноутбук стал мобильным устройством. Пользователи нередко встречаются с различными проблемами, связанными с АКБ.

Эти неприятности отличаются своей сложностью, и в некоторых ситуациях приходится посещать сервисный центр. Однако некоторые недостатки могут быть устранены самостоятельно, но для этого необходимо знать распиновку аккумулятора ноутбука.

Типы аккумуляторов

Все АКБ работают по одному принципу – обратимости протекающих в них реакций. Говоря проще, химическая реакция проходит в одном направлении, а заряд идет в противоположном.

Сегодня в лэптопах используется 2 типа аккумуляторов:

  1. Литий-ионные, или Li-Ion.
  2. Литий-полимерные, или Li-Pol.

Второй вид АКБ является более современным и используется производителями все чаще. В начале эры мобильных устройств активно использовались никель-кадмиевые батареи.

Однако в их состав входит кадмий, обладающий высокой токсичностью. В результате возникали серьезные проблемы с утилизацией вышедших из строя аккумуляторов.

Им на замену пришли никель-металлогидридные батареи, лишенные некоторых недостатков никель-кадмиевых. Но показатель их энергоемкости все же был невелик, как и число циклов перезарядки.

Литий-ионные АКБ обладают высокой энергетической плотностью и низким показателем саморазряда. Однако и они не лишены недостатка: литий постепенно разрушается, и уже через год емкость батареи снижается. На практике срок эксплуатации аккумуляторов этого типа составляет 2-3 года, а не заявленные производителями 5 лет.

Устройство батареи

Современные АКБ лэптопов подключаются с помощью интерфейса SMBus. Они имеют минимум 5 контактов, два из которых предназначены для передачи напряжения. Еще два пина позволяют обмениваться информацией об уровне заряда батареи, отработанных циклах перезарядки и т. д.

Аккумулятор состоит из следующих элементов:

  • термостат;
  • контроллер;
  • аккумуляторные элементы;
  • контактная площадка;
  • предохранители.

Контроллер предназначен для отключения АКБ от зарядного устройства при достижении максимального заряда или при падении напряжения до 2,5 вольт.

Во втором случае отключение необходимо для предотвращения необратимых химических изменений в аккумуляторных батареях. В современных АКБ установлено большое количество датчиков, призванных обеспечить надежную защиту источника питания.

Схемы распиновки

Современные батареи имеют от 5 до 9 контактов. Распиновка аккумулятора ноутбука Samsung или другого лэптопа может отличаться в зависимости от модели. Именно поэтому пользователи ищут схему для своего мобильного девайса на официальных сайтах компаний-производителей.

Если в батарее установлен семипиновый разъем, то его цоколевка может иметь следующий вид:

  • Семипиновый разъемID.
  • NC.
  • SCL/SDA — используется для связи микросхем.
  • BATT_IN — передача сигнала о подключении.
  • SMB — линия, предназначенная для передачи информации о состоянии АКБ.
  • DATA- — ноль.
  • DATA+ — основное питание.

Однако следует помнить, что в зависимости от модели распиновка аккумулятора ноутбука Acer, Lenovo, Toshiba и других производителей, может отличаться в зависимости от конкретной модели.

Схема распиновки батареи a32 на 9pin для лэптопов Asus.

Схема распиновки батареи a32 на 9pin для лэптопов Asus

Чтобы найти распиновку батареи ноутбука HP, Dell или другой компании, пользователю придется посетить официальный сайт производителя.

Если там отыскать нужную информацию не удастся, то предстоит зайти на форму владельцев лэптопов конкретного производителя.

В качестве примера можно привести распиновку mu06 notebook battery, используемой в устройствах компании НР.

Распиновка аккумулятора и схема контроллера батареи ноутбука

Сброс контроллера

Даже если распиновка батареи ноутбука Acer или другого производителя известна, этого может оказаться недостаточным для устранения неисправности. Не менее важно иметь представление о контроллере аккумулятора — это микросхема, которая взаимодействует с контроллером материнской платы самого лэптопа и передает ОС всю необходимую информацию о работе и состоянии АКБ.

Вот схема контроллера батареи ноутбука, основанного на микросхеме DW 01-З.

Схема контроллера батареи ноутбука

Если контроллер начинает работать некорректно, то ОС получает неверную информацию. В результате могут возникнуть различные неприятности, например, лэптоп отключится быстрее, чем положено при 100% заряда. Такое поведение девайса необязательно говорит о выходе АКБ из строя, и проблема может быть решена с помощью сброса контроллера ноутбуковой батареи (калибровки).

Решить задачу можно двумя способами:

  • Программным.
  • Ручным.

В первом случае используется специальный софт, например, программа Battery EEPROM Works. Это мощная утилита, которая зачастую буквально реанимирует батарею.

Однако для ее использования необходимо разбираться в микросхемах.

Ручная калибровкаВ домашних условиях для большинства пользователей лучшим выбором станет ручная калибровка.

Если есть возможность, то можно использовать специальные утилиты для управления питанием ноутбука от производителя устройства.

После ее запуска необходимо выбрать опцию сброса контроллера и строго следовать инструкциям.

Если такая программа не была найдена, калибровку можно провести вручную. Для этого ноутбук отключается от сети и переводится в режим БИОС. После этого устройство необходимо оставить включенным до полного разряда АКБ, не выключая лэптоп, его необходимо поставить на зарядку и дождаться полного восстановления емкости батареи. Если эти манипуляции не вернули аккумулятор к жизни, то его придется заменить.

Простейший индикатор уровня заряда батареи

Самое удивительное то, что схема индикатора уровня заряда аккумуляторной батареи не содержит ни транзисторов, ни микросхем, ни стабилитронов. Только светодиоды и резисторы, включенные таким образом, что обеспечивается индикация уровня подведенного напряжения.

Схема индикатора


Схема индикатора уровня заряда батареи
Работа устройства основывается на начальном напряжении включения светодиода. Любой светодиод — это полупроводниковый прибор, который имеет граничную точку напряжения, только превысив которую он начинает работать (светить). В отличии от лампы накаливания, которая имеет почти линейные вольтамперные характеристики, светодиоду очень близка характеристика стабилитрона, с резкой крутизной тока при увеличении напряжения.
Если включить светодиоды в цепь последовательно с резисторами, то каждый светодиод начнет включаться только после того, как напряжение превысит сумму светодиодов в цепи для каждого отрезка цепи в отдельности.
Порог напряжения открытия или начала загорания светодиода может колебаться от 1,8 В до 2,6 В. Все зависит от конкретной марки.
В итоге, каждый светодиод загорается только после того, как загорелся предыдущий.

Сборка индикатора уровня заряда батареи


Сборка индикатора уровня заряда батареи
Схему я собрал на универсальной монтажной плате, спаяв вывода элементов между собой. Для лучшего восприятия я взял светодиоды разных цветов.
Такой индикатор можно сделать не только на шесть светодиодов, а к примеру, на четыре.
Использовать индикатор можно не только для аккумулятора, но для создания индикации уровня на музыкальных колонках. Подключив устройство к выходу усилителя мощности, параллельно колонке. Тем самым можно отслеживать критические уровни для акустической системы.
Возможно найти и другие применения этой, по истине, очень простой схемы.
Простейший индикатор уровня заряда батареи

Смотрите видео работы и сборки индикатора уровня


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *