29. May, 2020.
Hasan Helja

Hasan Helja


Čovek je biće prakse!

U mom nedavnom autorskom članku na ovom portalu ( 21.01.2019. ) pisao sam o nekim prednostima sporog punjenja akumulatora sa potpunom kontrolom napona i struje punjenja koja se donekle razlikuje od vrste i konstrukcije akumulatorske baterije. Povod analizi i detaljnijem istraživanju ove problematike bila je promotivna gradnja dva brza punjača koju je u pripremi realizacije podgrejao uvaženi doktor energetske elektronike iz Beograda, gospodin Slavko Radosavljević, koji se godinama bavi ovom temom. Brzi punjači takve vrste, koji   snižavaju naizmenični napon pomoću dijaka i trijaka, a potom ga ispravljaju preko grec-spoja pokazali su se u proveri nesigurnim i nepredvidivim prilikom punjenja akumulatora. Jedina dobra strana im je što brzo napune svaku bateriju, ali je, ipak, oštete posle nekoliko punjenja. Eksperimenti su vršeni sa olovnim i sa NiCd akumulatorom sa namerom da se detaljno ispita i analizira priroda problema.

brzipunjac

Komparativna shema sporog i brzog punjača Acu baterije

 Prema navedenoj šemi, koja je rezultat mog eskperimentisanja na radnom stolu, sagrađen je u istoj kutiji spori i brzi punjač akumulatora. Spori punjač ima transformator, dvostrano ispravljanje, nekoliko stabilizatora napona ( IC )  i njegovu filtraciju. Njime se prilikom punjenja postiže do 5 A jačine struje sa bilo kojim odabranim naponom, dok brzi punjač može dati do 20 A, pri čemu se akumulator veoma brzo napuni ( 5 - 10 min. ), ali se kod struje preko 5 A javljaju burne hemijske reakcije na pločama olovnog akumulatora, što može dovesti do ključanja elektrolita. Kod NiCd i litijum-jonskih baterija, zbog protoka jake struje, dolazi do grejanja. Ako je veća struja, kraće je vreme punjenja, ali je izvesnije oštećenje naponskih ćelija bilo kog akumulatora. Na Acu bateriji naznačeni su propisani napon i struja punjenja i bilo kakvo prekoračenje tih vrednosti dovodi do neželjenih posledica. Sa nekoliko brzih punjenja i pražnjenja čeličnog ( NiCd ) akumulatora primetio sam promenu kapaciteta ( Ah ), što se nije moglo odmah primetiti na olovnom akumulatoru koji je nešto “otporniji” na jače struje.

Najveći nedostatak brzog punjača bez transformatora je prisustvo visokog napona na samom izlazu, što se može delimično izbeći načinom koji je detaljno opisan u mojim ranijim člancima o ovom punjaču. Drugi problem je fluktuacija napona u mreži, koji zavisi od njenog opterećenja, što dovodi do malih promena napona i na izlazu grec-spoja. Rešenje bi bilo da se ugradi precizan stabilizator naizmeničnog napona, što poskupljuje troškove konstrukcije. Neka fabrička rešenja brzih punjača, koji su trenutno prisutni na tržištu, najbolja su varijanta ako želimo da imamo na raspolaganju brzi punjač. Gradnja ovakvog brzog punjača, bez transformatora, nije preporučljiva, prvo zbog mera bezbednosti, a i zbog neminovnog oštećenja ćelija akumulatora. Možda će neka nova rešenja akumulatorskih baterija dati mogućnost primene brzog punjenja bez vidnog oštećenja ćelija. Nakon niza eksperimenata i komparativnog ispitivanja dve varijante punjenja ( sporo i brzo - pogledati slike ) opredelio sam se za varijantu koja nosi manje rizika i mogućnost potpune i sigurne kontrole napona i struje punjenja. Suština problema bazira se na primeni poznate formule: q = I * t , te konstrukcije akumulatorske baterije, vrste elektrolita i dozvoljenih vrednosti napona i struje punjenja koje se, zbog znatnog skraćenja vremena punjenja, ne mogu nikako zanemariti. Na kraju, nikako ne treba zaboraviti potrebne mere bezbednosti zbog prisustva VN komponente struje u celom kolu ovog ispravljača.

U seriji objavljenih članaka o pravilnom održavanju, punjenju i pražnjenju akumulatora, koji su rezultat eksperimentisanja i upoređivanja, došao sam do zaključka da je za bilo koji akumulator bolje sporije punjenje slabim strujama, što mu produžuje radni vek i izlaže nas manjim troškovima. Brzo punjenje oštećuje ćelije akumulatora i smanjuje njegov radni kapacitet koji se meri u Ah. Brzo punjenje je prvenstveno prisutno zbog urbanog načina života i izražene potrebe da se Acu baterija što pre napuni. Suštinski, sve zavisi od kvaliteta punjača ( vidi slike sporog i brzog automatskog punjača ), njegove konstrukcije, ali i vrste baterije, posebno elektrolita koji se nalazi u bateriji.

Pri punjenju NiCd akumulatora ne smeju se premašiti napon i struja punjenja čije su vrednosti navedene na bateriji, ili ćeliji. Proizvođači ne preporučuju struju punjenja koja je veća od desetine nazivnog kapaciteta akumulatora, a on je određen strujom i vremenom pražnjenja ( q = I * t ). Vreme pražnjenja akumulatora može se normirati, pa se time određuje i struja pražnjenja. Struja punjenja za takve ( čelične ) akumulatore iznosi 50 mA, tako da je potrebno oko 14 h da se postigne nazivni kapacitet. Punjenje akumulatora manjim strujama povoljno deluje na njegovu trajnost, ali se vreme punjenja produžuje. Sa ostvarenim kontrolisanim uslovima punjenja jedna baterija čeličnih akumulatora služila me, sa veoma čestom upotrebom, punih deset godina. Eksperimentalno je potvrđeno da se pri prvom punjenju u akumulatoru pohranjuje do 40% viši napon od onog koji će se moći iskoristiti iz akumulatora. Pri svakom sledećem punjenju visina napona zavisi od ispražnjenosti akumulatora. Prema tome, vreme punjenja unapred je definisano, a može se izračunati po formuli: t = q / I  ( s ).

Punjači jednostavnije konstrukcije mogu napuniti ispražnjen akumulator samo približno do nazivnog kapaciteta.  Ako se punjenje sa takvim punjačima na vreme ne prekine  može doći do oštećenja ćelija akumulatora. Punjenje iznad nazivnog kapaciteta dovodi do elektrolize elektrolita, razvijaju se gasovi i raste pritisak na zidovima plastične kutije. Ona neće pući, delom zbog elastičnosti, ali više što većina akumulatora ima ugrađen zaštitni ventil od pritiska gasova, ali će se postepeno smanjivati njegov kapacitet.

Olovni akumulatori se u nepovoljnim vremenskim uslovima, ili posle dužeg stajanja moraju nadopunjavati. Ovo je slučaj kada se iz akumulatora uzima više energije nego što se dodaje. I ovde važi poznati zakon o održanju energije. Prilikom punjenja akumulatora napon raste do 2,6 V po ćeliji ( 7,8 V za bateriju napona 6 V i 15,6 V za bateriju napona 12 V ). Čim se dostigne taj napon prilikom punjenja dolazi do intenzivnog „kuvanja“, odnosno do stvaranja gasova što smanjuje radni kapacitet akumulatora. Najbolje je tada prekinuti njegovo punjenje, ili upotrebiti punjač koji će automatski da ispuni takvu preventivnu radnju. O tim ispravljačima pisao sam u više članaka, a oni su se pokazali veoma praktičnim, posebno konstrukcija punjača sa triakom koji je upotrebljen u regulatoru napona u primarnom delu transformatora. Za okidanje triaka služi diak  koji postaje vodljiv pri određenom naponu okidanja. Potrebno doziranje postiže se promenom otpornika koji se postavlja umesto potenciometra. Time se postiže željeni izlazni napon ispravljača, a struja punjenja zavisi od izlaznog napona ispravljača i napona baterije. Ona se može menjati otpornikom uz primenu formule iz Omovog zakona: I = ( Ui – Ub ) / Rx, gde je Ui izlazni napon ispravljača, Ub je napon baterije i Rx vrednost otpornika određene snage ( P = U * I ). Postoji mogućnost, koja se ponekad koristi u praksi, da se umesto otpornika upotrebi sijalica (12 V, ili 24 V, 50 W )  u rednoj vezi, čiji se intenzitet svetla postepeno smanjuje pri punjenju akumulatora.

Na kraju, pažljivim praćenjem i merenjem stanja baterije potvrđeno je da olovni ( Pb ) akumulatori za vozila usled samopražnjenja realno dnevno smanjuju do 1% svog nazivnog kapaciteta ( Ah ), nezavisno od stanja napunjenosti i temperature okoline. Tako, posle mesec dana potpunog mirovanja vozila i stajanja akumulatora uz napajanje dela elektronike automobila, bez dopunjavanja gubitak njegovog kapaciteta može dostići do polovine, tako da su male mogućnosti i kod novog akumulatora da se vozilo uspešno startuje. Neki poznavaoci problema preporučuju povremeno paljenje, ili kretanje vozila, rad u praznom hodu, kako bi se akumulator dopunio, ili skidanje i njegovo dopunjavanje odgovarajućim punjačem. Najbolje je imati punjač sa stalnom kontrolom napona i struje punjenja, što se može ugraditi i na kutiji sa punjačem jednostavnije konstrukcije. Postoje razne kombinacije digitalnog ampermetra - voltmetra sa veoma malim dimenzijama i preciznim merenjem. Ukoliko nemamo takvo rešenje, preporučljivo je na druge načine povremeno kontrolisati napon i struju punjenja, posebno pri upotrebi punjača koji ne prekidaju punjenje kod vršne vrednosti napona. Ako gledamo ekonomsku računicu, bolje je primeniti sporije punjenje akumulatora, mada to nekima ne odgovara zbog česte potrebe da se baterija što pre napuni.

U nedavno objavljenom članku na ovom portalu („Koliko imamo sluha za inovatorski rad“) izložio sam zanimljivu ideju Slavka Radosavljevića, doktora energetske elektronike o konstrukciji ispravljača bez transformatora uz mogućnost promene napona u širem opsegu vrednosti. U konkretnom slučaju radilo se o demo-verziji koju sam detaljno ispitao pod različitim opterećenjima i specifičnim zahtevima radnog napona uređaja čija principijelna shema izgleda ovako:

ispravljac sema 

Kako je na shemi prikazano ispravljač radi bez transformatora tako što se pre ulaza na Grec-spoj ugrađuje opisani regulator napona koji je u serijskoj vezi. Da bi se na krajevima regulatora dobio traženi napon neophodno je postaviti opterećenje (sijalica veće snage, ili žičani otpornik), nakon čega se dobiveni, potenciometrom regulisani napon vodi na ulaz Grec-spoja. Posle ispravljanja napona, koji dolazi sa regulatora, namerno su izbegnuti elektrolitički kondenzatori, pošto oni dovode do skoka napona na vrednosti (preko 230 V) koje su opasne po život. Takav nefiltrirani jednosmerni napon može dobro poslužiti za brzo punjenje akumulatorskih baterija uz potrebno precizno dimenzionisanje-ograničenje napona i struje punjenja. Najbolje je da se umesto klasičnog promenljivog potenciometra ( 50 K - 100 K ) upotrebi stepenasti potenciometar sa različitim ( rastućim, ili opadajućim vrednostima otpornosti ). U tom slučaju dobijamo precizniju i određeniju regulaciju željenog napona. Ovakav elektronski sklop može dati vrednosti  jednosmerne struje preko 10 A, što sve zavisi od osetljivosti i snage triaka, Grec-spoja i od debljine i dužine provodnika.

Posle ovog uspešnog eksperimenta probao sam sa regulatorom napona i kod transformatorske varijante ispravljača tako što sam naizmenični napon menjao u primaru transformatora, pri čemu sam u sekundaru dobio različite vrednosti napona, te širu mogućnost regulacije napona i struje punjenja akumulatora u odnosu na klasičan spoj ispravljača. Ovde se mogu odabrati vrednosti napona upotrebom fiksnih otpornika umesto potenciometra, što sve zavisi od namene ispravljača. Obično su potrebni naponi za punjenje Acu baterija od 6 V, 12 V i 24 V. Napon punjenja treba da bude nešto veći (7,2 V, 14,5 V i 27 V), a najbolje je pogledati na samoj Acu bateriji koje su vrednosti dozvoljenog napona i struje punjenja, jer te vrednosti diktira vrsta akumulatora, njegov unutrašnji otpor, kao i hemijske osobine elektrolita koji koristi u akumulatoru.

Mereni naponi na odabranim mestima ( tačkama ) uređaja ( pogledati slike dva napravljena uređaja ) sa spoljašnjim opterećenjem, sijalicom snage 25 W na izlazu regulatora napona iznose:

  • Napon na izlazu regulatora naizmenične struje: 14 – 82 V,  moguća korekcija,
  • Napon na izlazu Grec-spoja ( između plus i minus priključka ): 15 - 85 V ,
  • Napon imeđu mase i plus pola Grec-spoja: +12,4 V,
  • Napon između mase i minus pola Grec-spoja: -14,7 V,
  • Napon između mase i jednog pola izlaza regulatora 66 V,
  • Napon između mase i drugog pola izlaza regulatora 0 V.

Navedene vrednosti napona mogu se menjati, što zavisi od položaja preklopnika koji ima različite vrednosti otpora. U opisanom uređaju sa slika izabran je preklopnik od 20 položaja što pruža mogućnost velikog izbora željenog napona za različite namene.

Za sve eksperimente ove vrste potrebna je velika preciznost i opreznost zbog moguće pojave visokog napona, posebno u konstrukciji bez transformatora, koji se može izbeći pravilnim prespajanjem „faza na fazu“, “nula na nulu”, čija je indikacija  u konkretnom slučaju rešena pomoću LED - diode koja se spaja preko otpora od 10 K na uzemljenje - GND. U tom slučaju dioda će da svetli, a na kontaktima izlaza Grec-spoja neće doći do pojave visokog napona. Ukoliko dioda ne svetli samo treba okrenuti mrežni utikač sa 230 V u drugi položaj. Pored ove sigurnosne mere najbolje je uređaj spakovati u plastičnu, ili metalnu kutiju uz napomenu da se kućište metalne kutije obavezno vezuje za uzemljenje ( žuto-zeleni provodnik ). Opisano opterećenje veće snage na izlazu regulatora najbolje je smestiti u kutiju uređaja uz potrebne mere zaštite od eventualnog grejanja jer se radi o jakim strujama i o naponima koji mogu biti opasni po život.

Opisani uređaj još je u fazi ispitivanja, merenja i dogradnje, te zbog toga skrećemo pažnju da se kao takav može koristiti samo kod boljih poznavaoca elektrotehnike i ljubitelja elektronike kojima je potreban širi izbor napona i jačine struje pri različitim eksperimentima. Posebna je priča kako takva struja izgleda na osciloskopu i koje su prednosti pulsirajuće jednosmerne struje za punjenje akumulatora, gde je zanimljiva iskustva i praktična rešenja nedavno izneo pomenuti inovator i pronalazač, doktor Slavko Radosavljević, koji se nedavno vratio iz NR Kine gde je veoma uspešno demonstrirao njegove brze punjače akumulatora. Namera nam je da njegova iskustva, projekte i ideje, koje okupiraju domaću i svetsku javnost, uskoro publikujemo na ovom sajtu sa posebnim osvrtom na izume koje je zaštitio kao patente. Njegova volja za radom i stvaranjem na polju nauke i tehnike mogu poslužiti kao primer da se do željenog uspeha može doći samo radom i upornošću. Poželevši mu sve najbolje u Novoj godini ubeđeni smo se da će njegova otkrića privući potrebnu pažnju sveta.

Tagovano