Opladning af bly-syre-akkumulatorer
|
Akkumulatorer - eller mere nutidig - batterier er en jungle at bevæge sig ind i. Derfor vil jeg i denne artikel holde mig til nogle stykker, som anvendes i biler, motorcykler, havetraktorer, og motorbåde. Det er et typisk startbatteri, som skal kunne holde til en stor strøm i kort tid. En bly-syre-akkumulator består af en serieforbindelse af celler med en spænding på 2,13 volt per celle ved 30 °C. Generelt kan man inddele disse akkumulatorer i tre spændings grupper: 6 volt (3 celler 6,4 volt) til motorcykler, 12 volt (6 celler 12,8 volt) til personbiler og 24 volt (12 celler 25,6 volt) til lastbiler, busser og visse personbiler med dieselmotor. En anden type batterier er disse, som bruges til "Backup" af elektronik, kørestole og forbrug i f.eks. campingvogne. Disse batterier skal afgive en "mindre" strøm i lang tid. Fremstillingen af disse to typer batterier ligger væsentligt i pladetykkelsen og afstanden mellem cellerne. Desuden findes batterier i forskellige udgaver -åben og lukket.
Åben våd udgave med en elektrolyt af 37 % svovlsyre og 63 % destilleret vand, som med tiden skal efterfyldes med destilleret vand. Det er kun vandet der fordamper og ikke svovlsyren. Kaldes også for et åbent system. Batteriet kendes på en "prop" med et lille hul i, en prop for hver celle, og proppen skal skrues af under opladning. Batteriets tilstand kan aflæses med en syremåler. Temperaturen skal være 20 °C eller den temperatur, som syremåleren er kalibreret til. Hvis der lige er fyldt destilleret vand på, skal man vente 1 time inden prøven tages. Husk at måle alle celler og kom væsken tilbage igen i den samme celle. Frysepunktet for et fuldt opladt batteri er omkring -70 °C. Frysepunktet stiger efterhånden som batteriet aflades og ved 80 % er frysepunktet steget til ca. -15 °C. Se mit Excel regneark over batterier: Beregninger på bly-syre akkumulatorer. Den er uden Makro. Ventil reguleret bly-syre-batteri (VRLA batteri) er et lukket system også kaldet vedligeholdelsesfrie batterier, hvor elektrolytten består af gele med silica støv (Gel celler) eller tynde små glasfiber måtter fyldt med gele (AGM) mellem blypladerne. Begge typer har en sikkerhedsventil, som åbner ved overtryk. Fælles for begge typer er, at man ikke kan (skal) påfylde destilleret vand. Nogle typer har en katalysator indbygget, som omdanner ilt og brint (knaldgas) til vand. De to typer akkumulatorer har hver sin opladekarakteristik, som skal overholdes for at få den maksimale ladning. Derfor skal ladestrømmen indstilles i forhold til batteriets evne til at absorbere energien. De åbne akkumulatorer bør have 14,4 volt og de lukkede akkumulatorer bør have 14,7 volt ladespænding. Strømmen bør max. være 10 % af akkumulatorens kapacitet. For en akkumulator på 65 Ah vil en max. ladestrøm være 6,5 A. Strømmen er høj i begyndelsen af ladetiden, hvorefter den falder ned mod 0, når batteriet er opladt 100 %. Man kan i nødstilfælde foretage en "lynopladning", med en max. strøm på 30 % af akkumulatorens kapacitet, her 20 A, men pas på, at elektrolytten ikke koger. Akkumulatoren vil på længere sigt tage skade af en lynopladning. Så brug kun "lynopladning" i nødstilfælde. De nyeste oplader kaldes intelligente oplader eller "Smart Charger", som tager hensyn til hvilken akkumulator, som skal oplades. Min gamle oplader ABSAAR 124D1 gik itu - ensretteren brændte af. Jeg besluttede at renovere denne og indføre en power SCR for "Automatic off" opladning for at beskytte akkumulatoren for over-opladning. En beskrivelse af den renoverede batterilader med indbygget elektronik følger senere. Jeg kunne ikke vente på at få mit batteri til havetraktoren opladet - græsset gror jo, så jeg købte en Branford SDC-55 batteri lader/starter hos H.N. på tilbud til 249,00 DKK. De ovennævnte batterioplader med nettransformatorer har en stor mangel eller skal jeg sige fejl. De forsynes med spænding/strøm fra en nettransformator tilsluttet lysnettet, som mange gange kan variere 10 % på primærsiden. Det gør sig særligt gældende for småbådssejler, som får sin strøm yderst på molen. Denne variation gør sig også gældende på sekundærsiden, så batteriet opnår måske ikke sin fulde kapacitet. De nye opladere hedder switch-mode batterilader, som er ufølsom overfor netspændingsvariationer på 10 % til 20 %. Nogle batterilader kan være tilsluttet hele tiden for således at vedligeholde batteriet. Firma CTEK fremstiller disse små batteriladere og de forhandles af T-Hansen, Tempo Bådudstyr og flere Autoforhandler. Tjek denne website CTEK. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Beskrivelse af den Automatiske Off 12 Volt oplader med Power SCR |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diagram for automatisk Off 12 Volt oplader med Power SCR |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Diagrammet ovenfor viser med få komponenter, hvordan jeg har renoveret den gamle ABSAAR 124D1 batterilader fra 1970'erne. Den bestod i realiteten kun af 4 komponenter: Nettrafo, brokoblet ensretter, viserinstrument og termosikring på 4 Amp. I min version har jeg beholdt nettrafo, viserinstrument og termosikring. Ensretteren er udskiftet med en "kraftkarl" KBPC1506, som jeg havde liggende i skuffen. Hvis du ikke har en nettrafo liggende, har jeg angivet en RKT8015, som kan kobles til 15volt/5,3amp. Hvis du anvender en nettrafo med indbygget termosikring er F1 ikke nødvendig. Med RKT8015 er F2 8A, D1 15A og SCR1 16A. Men ellers er komponent valget ikke så kritisk.
D1 ensretter sekundær spændingens AC positiv halvbølge og AC negativ halvbølge (50 Hz) og addere disse to halvbølger til en positiv pulserende DC på 100 Hz. Se billedet nedenfor. Bemærk: der er ingen filterkondensator. Hvis denne indsættes, kan SCR1 ikke gå i "Off". LED1 (rød) viser, at der er spænding på kredsløbet. LED2 (grøn): Slukket, batteriet oplades, tændt, batteriet er fuldt opladet. En bemærkning: Inden du begynder at montere P1, som jeg har valgt multiturns, stil den til 50 %. Når alt er monteret og tjekket, kan du forbinde en 12 Ohm/12 W modstand mellem P og N og sætte spænding på kredsløbet. P1 indstilles således, at spændingen i TP2 er 7,3 V til 7,4 V. Fjern straks modstanden og udskift denne med et 12 V batteri (akkumulator). Hvis LED2 ikke lyser, oplades batteriet, hvis LED2 lyser, er batteriet opladet. Mål spændingen på Tp1, den er ca. 14,4 V. Mål igen på TP2 og kontroller, at den ligger inden for området 7,3 V til 7,4 V. Efterjuster hvis det er nødvendigt. Hvordan fungere kredsløbet? Når der sættes spænding på kredsløbet vil SCR1 gå i "ON" fordi G får strøm gennem R3 og "trigger" SCR1. Når SCR1 er "trigget", vil den forblive i "On", så længe dens holdestrøm (IH max 40mA) er over sin værdi. Da forsyningsspændingen er en pulserende 100 Hz DC fra 0 V til 15 V, vil der på et tidspunkt opstå en mindre holdestrøm, så SCR1 går i "Off". Men G "trigger" igen SCR1, så batteriet oplades stadigvæk. Dette under forudsætning af, at batteriet trænger til opladning. Når batteriet er fuldt opladt, vil spændingen stige i TP1 og på et tidspunkt vil ZD1 zenerpunkt blive brudt og SCR2 G bliver positiv og "trigger" SCR2. SCR2 går i "On" og lægger A til Ground. LED2 vil lyse og G på SCR1 kan ikke "trigge" SCR1, som derefter går i "Off". Derfor er en korrekt indstilling af P1 vigtig. Man anser en tomgangsspænding på et fuldt opladt 12 volt syreholdigt batteri til at være 12,6 volt, og et vedligeholdelsesfrit batteri til 12,9 volt. Er spændingen på 12,3 volt bør batteriet oplades. Under 12 volt skal batteriet oplades straks. 11 volt og under er batteriet fladt eller total ødelagt. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PCB over reguleringselektroniken med en SCR |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Det øverste billede viser PCB med komponent layout, og det underste billede er til print fremstilling. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, modstande, dioder, små kondensatorer, LED, transistorer, IC el. IC sokler, sikringer, klemrækker, omskifter/afbryder, relæ, høje radiale el. lytter og nettrafo. På printet her findes ingen relæ eller nettrafo, da strømforsyningen sker fra den bestående nettrafo. Ensretteren er også udenfor printet. Den højeste komponent er Heat Sink.
|
|
Efterskrift: Jeg har bemærket, at den gamle trafo ikke kan give en "stiv" spænding på 15 V ved en belastning på 4 A. Derfor vil en ny trafo RKT 8015 anbefales. Du kan på mit Excel regneark beregne denne trafo - og flere andre - ved at indsætte få kendte værdier: Beregning af en nettransformator.
Trafoen er koblet som single: Pri. 230 V, Sec. 15 V, Imax. 5,320 A og 80VA. Gå ind på Ark "Data Single " og find type 50051, her finder du de indsatte værdier for trafoen. Gå tilbage til Ark "Gerth Single" og find i gul celle A4 i listen Type 50051 og tast dette nr. Beregningen udføres og nu kan du aflæse en "stiv" spænding på 15 V ved Ireal på 5,858 A. (De røde tal). Man kan lave en Hvad hvis-analyse på de to værdier. Regnearket er beskyttet med Password. Ønsker du dette, skal du sende mig en e-mail. |
Beskrivelse af den automatiske 12 volt batteri oplader med auto Off funktion med et relæ
Diagram for automatiske 12 volt batteri oplader med auto Off funktion med et relæ |
|
En anden oplader med et relæ vil jeg beskrive her. Foruden forskellen mellem et relæ og en SCR, er der også den forskel, at kredsløbet med et relæ, har en filterkondensator (C1 og C2). Kredsløbet med en SCR har ingen filterkondensator. Hvis der monteres en sådan, vil spændingen aldrig gå til 0 Volt og SCR vil ikke slukke. Standard formel til beregning af filterkondensator: C = I/(2*f*Vpp) [I Amp. f Hz Vpp volt] C kommer ud i Farad. Løses formlen m.h.t. Vpp = I/(2*f*C) fås Vpp (rippel) = 4/(2*100*0,0044) = 4,55 Vpp.
Personligt foretrækker jeg en "Afbryder" med en SCR i stedet for et relæ, fordi der ikke er nogen form for mekanisk bevægelse i en SCR. Men hvis kredsløbet med et relæ laves korrekt, så relæet ikke står og "klapper" ved on/off, så er det OK med et relæ. IC TL431C er en form for en justerbar Zener Diode og det er den, der skal indstilles med P1, P2, P3 eller P4 til at afbryde for batteriet ved 13,2 V, 13,8 V, 14,4 V eller 15,5 V. Jeg har valgt disse 4 muligheder, fordi der er forskel på lade spændingen ved forskellige batteri typer og forskellige temperaturer - Bly, AGM og Gele. Se EXIDE Batteries web site for nogle gode råd. Husk også, at det er nettrafoen der bestemmer, hvor mange amp. der kan trækkes ved en bestemt udgangsspænding. En trafo på 12V og 4A er mærket med 48VA, så ved 13,2V er max strøm 3,63A, ved 13,8V er max strøm 3,47A, ved 14,4V er max strøm 3,33A og ved 15,5V er max strøm 3,1A. Se mit Excel regneprogram for Beregning af en nettransformator. Strømforsyningen er ikke indeholdt på printkortet, den må man lave selv. Jeg har "slagtet" Branford SDC-55 batteri lader, som jeg købte hos H.N. på tilbud til 249,00 DKK. Den gik i stykker kort efter brug og den er også udgået af produktionen. Når jeg er færdig med "produktionen", vil jeg komme med billeder og en beskrivelse over dele som jeg har genanvendt. Når PCB'en er lavet skal P1, P2, P3 og P4 indstilles til de 4 nævnte spændinger. Hertil skal man benytte en variabel strømforsyning. Tilslut denne til Vcc IN+ og IN- med 14,4 volt. Sæt omskifteren i stilling S3/S7 og juster P3 til den røde LED D6 lyser op. Dette gentages nu i de 3 andre stillinger med de anførte værdier. På diagrammet ses ca. værdier af de andre indstillinger. Tip: indstil disse potentiometre til disse værdier inden de monteres. Det er værdien mellem pin 1 og pin 2. Dreje omskifteren er en LORLIN med 2 dæk og 6 stillinger eller 3 dæk og 4 stillinger, de to dæk følger hinanden. For at måle ladestrømmen skal der bruges et amperameter op til 10A F.S.D. Eller et voltmeter over en modstand R9 0,01 Ohm. V=I*R = 10*0,01=0,1V = 100mV F.S.D. Jeg har ikke besluttet mig for, hvad jeg vil bruge. |
Simulator diagram for relæ kredsløbet i ON og Off |
|
Det øverste diagram viser opladeren i stilling "ON". Batterispændingen er kun 14,0 volt og P3 er indstillet til 14,4 volt. Relæet er i hvilestilling og batteriet bliver derfor opladet. Bemærk! Modstandene med en bogstavbetegnelse er fiktive modstande, som kun er til for at måle strømmene i de viste punkter.
Det underste diagram viser opladeren i stilling "Off". Når spændingen når 14,4 volt, her vist med 14,6 volt, går opladningen i "Off". BC557B går i on og trækker strøm gennem relæet (her vist ved R7 og D6). Relæet er aktiveret og afbryder spændingen til batteriet, men giver spænding til den røde LED D6. Det samme vil ske i stilling P1, P2 og P4 men blot med lidt andre spændings- og strømværdier. Jeg havde først valgt 14,4 volt som den største lade spænding for et 12 volts batteri ved 24 °C, da denne har 6 celler og ved 2,4 volt per celle begynder gas punktet - 6 x 2,4 = 14,4 volt. Men jeg havde en stilling mere på omskifteren, så derfor kom 15,5 V til. Gas punktet er den grænseværdi, hvor vanddelingen sker og der dannes ilt og brint. Det kaldes i daglig tale "Knaldgas" og brænder eksplosionsagtigt, så pas på helbredet. Hvis du bor i meget kolde områder med temperaturer under minus 20 °C, skal du måske bruge 15,5 volt som største lade spænding. Så kan du blot justere P4 til 15,5 volt. Beregnet bliver den 52,2 % eller 5,22 K Ohm. |
PCB over reguleringselektroniken med et relæ. PCB mål er 140 mm x 80 mm |
|
Det øverste billede viser PCB med komponent layout, og det underste billede er til print fremstilling. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, modstande, dioder, små kondensatorer, LED, transistorer, IC el. IC sokler, sikringer, klemrækker, omskifter/afbryder, relæ, høje radiale el. lytter og nettrafo. På printet her findes ingen nettrafo, da strømforsyningen sker fra den bestående nettrafo. Ensretteren og omskifteren er også udenfor printet. De højeste komponenter er relæet, C1/C2 og R8.
|
|
LÆS DENNE ANSVARSFRASKRIVELSE:
Du er velkommen til at bygge disse Automatiske Off 12 Volt oplader med Power SCR og Relæ til akkumulatorer efter diagrammerne og mine PCB udlæg, men du skal ikke forvente hjælp, hvis det går "galt". Kredsløbene anvender potentielt dødelige niveauer af spænding og strøm fra 230VAC nettet. VÆR FORSIGTIG! Hvis du ikke er sikker på, hvad du gør, især når det kommer til kredsløb med strøm fra 230VAC. DET ER DIT ANSVAR: At hente hjælp, at forlade projektet, ikke komme til skade, ikke bygge sjusket kredsløb, ikke såre andre, ikke starte brande. Denne information stilles til rådighed som en service til enhver person. Et hvert ansvar for sikker og korrekt anvendelse for disse kredsløb fraskrives. |
[Website] [Danmark] [Hvor i Danmark] [Sverige] [Hvor i Sverige] [Norge] [Hvor i Norge]
one.com |