Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 56
Do Dnia Długu Ekologicznego "Earth Overshoot Day" ludzkość wykorzystała całą pulę zasobów, jakie Ziemia może odbudować w ciągu roku. Aby zaspokoić nasze potrzeby, potrzebujemy już nie jednej, ale 1,75 Ziemi.
Ziemia na pewno nie udźwignie po półtora miliarda Chińczyków i Hindusów z amerykańskim standardem życia.
Na wykresie pokazano zwrot w okresie 220 lat z rozmaitych klas aktywów w USA. Każdy długofalowy zwrot powstaje z aktywności firm i postępu technologicznego !
Szkoda wielka że polska giełda GPW jest szulernią oszustów.
Także przemysł przetwarzający płody rolne wykorzystuje sporo energii. Z ropą naftową i gazem ziemnym w przemysłowym rolnictwie związanych jest do 70 % ponoszonych kosztów zaopatrzenia.
Zatem kryzys energetyczny oznacza kryzys w uprzemysłowionym rolnictwie. Droga ropa oznacza drogą żywność.
Zatrudnienie w uprzemysłowionym rolnictwie jest małe i podobne jak w firmach zaopatrujących rolnictwo i odbierających produkty do dalszego przerobu.
https://www.listyznaszegosadu.pl/m/notatki/ekoekstremizm-rzucil-sri-lanke-na-kolana
"W kwietniu 2021 roku prezydent Gotabaya Rajapaksa ogłosił, że Sri Lanka zakazuje większości pestycydów i wszystkich nawozów sztucznych, aby przejść na w pełni ekologiczne rolnictwo. W ciągu kilku miesięcy wielkość eksportu herbaty zmniejszyła się o połowę, obniżając dochody z eksportu. Plony ryżu gwałtownie spadły, co doprowadziło do bezprecedensowego zapotrzebowania na import ryżu. Ponieważ rząd nie był w stanie obsłużyć swojego długu, krajowa waluta załamała się.
Plony specjalistycznych upraw, takich jak cynamon i kardamon, spadły niemal do zera. Podstawowe produkty spożywcze zostały zaatakowane przez szkodniki, co doprowadziło do powszechnego głodu. Jak ujął to Ted Nordhaus z Breakthrough Institute w marcu: „Połączenie steku bzdur, magicznego myślenia, technokratycznej pychy, ideologicznego urojenia, i zwykłej krótkowzroczności, które spowodowały kryzys na Sri Lance, przyszło zarówno ze strony przywództwa politycznego tego kraju, jak i ze strony zwolenników tzw. zrównoważonego rolnictwa".
Rząd obiecał więcej obornika, ale potrzeba co najmniej pięć razy więcej obornika niż produkuje kraj, aby zastąpić „syntetyczny” azot wychwycony z powietrza, a nie ma wystarczająco dużo żywego inwentarza ani ziemi, by tyle wyprodukować. W Glasgow na zeszłorocznym szczycie klimatycznym prezydent Sri Lanki wciąż przechwalał się, że jego polityka rolna jest „zsynchronizowana z naturą”.
W tamtym czasie jego decyzja o zwrocie w kierunku rolnictwa organicznego była szeroko chwalona przez ekologiczną międzynarodówkę. Sri Lanka uzyskała 98 na 100 punktów w „ESG” [environmental, social and governance] – kryteriach inwestycji środowiskowych, społecznych i rządowych."
Producenci rolni Sri Lanki nie są w stanie importować nawozów sztucznych, ponieważ w banki komercyjne nie mają walut obcych, aby zapłacić za nowe dostawy. Trwa kryzys żywnościowy.
Zerwanie przez UE więzi gospodarczych z Rosją wywołuje duże koszty:
-Wyższe są ceny surowców dla Europy
-Potężne są obustronne wydatki na nową infrastrukturę do innych kierunków handlu
-Niższe są ceny za surowce energetyczne eksportowane przez Rosję do Azji
Gaz ziemny osiąga ( to głównie działania spekulantów !) obecnie rekordowo wysokie notowania w Europie.
Bułgaria nie chciała płacić za umówiony (!) rosyjski gaz w rublach, choć to tylko formalność ( trochę kliknięć !) bo nadal realnie płaci się w Euro. Bułgaria ( 3.08.2022 ) negocjuje z Gazpromem przywrócenie dostaw gazu z kontraktu obowiązującego do końca 2022 roku. Ma nadzieje na wznowienie zawieszonych dostaw przerwanych pochopnym działaniem.
W 2022 roku letnia generacja wiatraków w Europie daje tylko 12% ogólnej generacji energii elektrycznej . W lutym było to 20%. Z powodu niskich stanów wód i upałów hydroenergetyka obniżyła generację we Włoszech i Hiszpanii o 40%.
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) przy ONZ w 6 swoim raporcie stwierdza że konieczne jest głębokie globalne obniżenie popytu na energię.
Potencjał obniżenia rządowi eksperci oceniają na 40..70% do 2050 roku.
Największe efekty dadzą niskoemisyjna mobilność w miastach i przejście z diety mięsnej na dietę roślinną oraz ograniczenie podróży lotniczych.
Nie wiadomo kto ma się ograniczyć w konsumpcji energii czyli wszystkiego. Pewnie światowi biedacy mają się przestać rozwijać i mało jeść aby bogacze bez sensu latali prywatnymi odrzutowcami po całym świecie.
RosAtom od 2018 roku buduje w Akkuyu pierwszą elektrownie atomową w Turcji. Cztery bloki elektrowni mają mieć moc 1.2 GW x 4 = 4,8 GW i produkować 35 TWh energii elektrycznej rocznie. Pierwszy blok zacznie pracę już w 2023 roku.
Niedawno rozpoczęto lać beton na IV bloku tej elektrowni.
https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Construction-begins-of-fourth-Turkish-reactor
Niedawno firma ta rozpoczęła budowę pierwszej w Egipcie elektrowni atomowej.
W Polsce dla „ciemnego ludu” zostały już tylko narracje i marzenia o SMR-ach !
W Polsce 10 lat zajmuje zbudowanie prostej kopalni węgla i dojście do poziomu 60% planowanego wydobycia
Chory system gospodarczo społeczny USA jest bliski wykolejenia się z racji narosłego patologicznego rozwarstwienia dochodowo – majątkowego. Połowa społeczeństwa USA ze wzrostu gospodarczego nie ma nic !
https://www.bloomberg.com/news/articles/2022-08-01/us-inequality-in-recession-there-s-new-tool-to-see-economy-going-off-the-rails
Dla zimy , pór przejściowych i lata.
W Polsce na tle krajów europejskich relatywna sprzedaż Pomp Ciepła jest niewielka.
Co wiadomo o kreatywności ?
-Brak zasobów zwiększa kreatywność ( uwaga na dotacje na innowacyjność )
-Dzieci nie są bardziej kreatywne od dorosłych
-Grupowa burza mózgów generuje mniej pomysłów niż praca pojedynczych osób (!)
„Creativity myths: Prevalence and correlates of misconceptions on creativity”, praca zbiorowa, Personality and Individual Differences, Volume 182, November 2021, 111068
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0191886921004451
Na wykresie pokazano wiarę w mity o kreatywności w różnych krajach.
W Polsce tradycyjnie Innowacje = Korupcja.
W wielkich ilościach rozlewana jest do butelek woda wodociągowa lub dużo tańsza woda z własnego ujęcia. Woda tanio dezynfekowana ( część nie jest dezynfekowana i ma mała trwałość ) jest promieniowaniem jonizującym. Na rysunku pokazano strukturę kosztów i powodowane szkody środowiskowe.
Pod względem cyfryzacji jesteśmy w 2022 roku na szarym końcu w UE.
Właściciel Comarchu Janusz Filipiak zarabiający około 32000 zł dziennie, zatrudnia głównie tanio studentów na stażu. Pracownicy piszą o tej firmie okropności.
Działalność firmy koncentruje się na przygotowywania oprogramowania dla administracji publicznej.
Można by nazwać Comarch przedsiębiorstwem państwowym wszak utrzymuje je głównie polski podatnik i pracuje dla administracji. Unosi się swąd korupcji.
To pewna prawidłowość że pochodzący z Polski biznesmeni prowadzący „państwowe” przedsiębiorstwa żyją sobie w liberalnej podatkowo Szwajcarii jak Filipiak czy oligarcha Jan Kulczyk.
Ostatnio ZUS wykluczył Comarch z przetargu i złożył zawiadomienie do prokuratury. „Wśród prawnych podstaw wykluczenia ZUS wymienia przedstawienie w wyniku lekkomyślności lub niedbalstwa informacji wprowadzających w błąd zamawiającego, które miały istotny wpływ na podejmowane decyzje, zatajenie informacji lub niemożliwość przedstawienia wymaganych dokumentów oraz niewykazanie spełnienia warunków udziału w postępowaniu...”
Większość informatyk technicznych w Polsce ma kategorię B+. Żadna nie ma A+. Jesteśmy krajem teologów i prawników kanonicznych, to u nich przeważają kategorie A+ i A. To jest zgodne z oryginalną ideą „reformy”. Kierunki A+ dostają najwięcej pieniędzy.
Przy obecnym braku na krajowym rynku węgla do domowego ogrzewania rząd cofnął się do działań z głębokiego komunizmu. „Rada Ministrów podjęła uchwałę...”
https://perry.com.pl/category/ jest dilerem takich grup urządzeń procesowych używanych do produkcji tworzyw sztucznych, masy celulozowej, papieru, cukru i produktów farmaceutycznych:
Chillery (czilery) (1)
Drażownice, powlekarki, bębny drażetkarskie (1)
Filtry (33)
Homogenizatory (5)
Kartoniarki (3)
Kotły i wytwarzanie energii (12)
Kruszarki (1)
Linie do wytłaczania (1)
Mieszalniki (146)
Młyny (86)
Młyny i rozdrabniacze tworzyw sztucznych, granulatory, urządzenia do produkcji pelletu (18)
Odpylacze, filtry, pochłaniacze pyłów (4)
Pompy (33)
Przenośniki (7)
Przesiewacze (13)
Reaktory, ciśnieniowe zbiorniki mieszające, mieszadła (72)
Suszarnie, suszarki (33)
Tabletkarki, urządzenia do produkcji tabletek (6)
Urządzenia do napełniania i pakowania (48)
Urządzenia do odwadniania, uzdatniania wody, odwadniacze (4)
Urządzenia do przetwórstwa produktów spożywczych i olejów jadalnych (11)
Urządzenia konwertujące (2)
Urządzenia laboratoryjne (1)
Wentylatory (6)
Wirówki (68)
Wsparcie zakładów produkcyjnych (8)
Wtryskarki (5)
Wymienniki ciepła, chłodnice (14)
Wyparki (5)
Wyposażenie laboratorium (2)
Wytłaczarki (1)
Zakłady, linie produkcyjne, fabryki (9)
Zbiorniki magazynowe (249)
Cały asortyment obejmuje prawie 15 000 urządzeń w ponad 700 kategoriach.
Archiwum: „Automatyczne Ładowanie i Diagnozowanie akumulatora. Patenty.
Akumulator ołowiowo - kwasowy wynaleziono w 1859 roku we Francji. Było to pierwszy odkryty akumulator.
Akumulator NiCd odkryto w Szwecji w 1899 roku ale zachodzących w nim reakcji nie rozumiano w pełni aż do lat sześćdziesiątych gdy użyto do badań spektroskopii na podczerwień. Są popularne w sprzęcie przenośnym.
Akumulator NiFe odkryto w tym samym roku w USA. Zyskały one dużą popularność.
Dużą gęstość energii mają drogie akumulatory Srebrowo – Cynkowe wynalezione w latach czterdziestych używane głównie w rakietach cywilnych i wojskowych oraz torpedach i okrętach podwodnych.
Znanych jest ponad 30 rodzajów akumulatorów. Każdy ma swoje specyficzne właściwości.
We wszelkich samochodach stosowany jest od dawna rozruchowy akumulator ołowiowo – kwasowy, którego ulepszana konstrukcja osiągnęła już co najmniej połowiczną dojrzałość technologiczną. Produkcja ich jest zmechanizowana i zautomatyzowana. Ołów jest odzyskiwany ze złomowanych akumulatorów.
Największą zaletą akumulatora ołowiowego jest jego masowa produkcja oznaczająca niskie ceny. Prace nad wszelkimi akumulatorami trwają od czasu ich wynalezienia bez przerwy.
Od wczesnych lat sześćdziesiątych zachodnie koncerny motoryzacyjne wiele środków wyłożyły na poszukiwania akumulatora dla samochodu elektrycznego. Rezultaty są jeszcze marne jak dla potrzeb samochodu elektrycznego ale osiągnięcia są imponujące.
Mikrokontrolery CMOS pobierają niewiele mocy i otwiera się pole na przenośne urządzenia elektroniczne zasilane z akumulatorów co oczywiście również motywuje do poszukiwań nowych rozwiązań akumulatorów.
Akumulatory samochodowe w przeciwieństwie do akumulatorów trakcyjnych ( używane w przemysłowych wózkach i sztaplarkach oraz w eksportowych golfowych wózkach Melex ) nie są przeznaczone do głębokiego rozładowania, które jest dla nich w dłuższym czasie pozostawania bardzo szkodliwe. Największą trwałość w użytku mają gdy są naładowane w 90-100% a w przechowywaniu około 60-70%. Należy unikać ich przeładowania i „gazowania”. Najważniejsza dla nich jest mała oporność wewnętrzna, rosnąca przy spadku temperatury, tak aby nawet przy bardzo niskiej temperaturze otoczenia możliwe było pewne uruchomienie silnika samochodu. Opór mechaniczny stawiany przez silnik wzrasta z maleniem temperatury. Przy mniejszym napięciu w czasie rozruchu coraz słabsza jest iskra na świecy.
Im większa jest oporność wewnętrzna akumulatora tym większy ładunek jest z niego pobrany przy coraz dłuższym rozruchu ! Gdy zatem dopuścimy do sytuacji że samochodowy akumulator jest słabo naładowany to możemy go szybko zużyć lub wręcz dobić.
Akumulator jest urządzeniem elektrochemicznym. Zachodzące w nim reakcje tłumaczą zachowanie akumulatora. Może się ono wydać trochę dziwne – przy naszych wyobrażeniach. Na wykresie pokazano charakterystyki ładowania prądem stałym ( bez pulsacji ) hermetycznego akumulatora ołowiowo – kwasowego w temperaturze 20 C prądem C/100, C/20, C/10 i C/5. Akumulatory takie są stosowane w urządzeniach UPS, urządzeniach telekomunikacyjnych i w różnych centralach alarmowych.
W procesie ładowania napięcie 14.4 V ( W temperaturze pokojowej. Granica procesu elektrolizy. Granica przejścia z Bulk charge do Overcharge ) jest przekraczane gdy ten akumulator ma odpowiednio przy tych prądach ładowania, zakumulowane 100 % nominalnej pojemności, 94 %, 86 % i 80 %. A więc ostatnie ca 20% pojemności akumulatora nie może być szybko naładowane i jest tym wolniej ładowane im większym prądem akumulator ładowano do napięcia 14.4 V Bulk - Over. Akumulatory te są więc powolne w ładowaniu. Ładowarki o dużym relatywnie prądzie nie mają większego sensu.
Sprawność ładunkowa tego rodzaju akumulatora wynosi około 85%.
Temperatura akumulatora ma silny wpływ na proces ładowania nawet po skorygowaniu napięć o -3.9 mV/K na cele.
Im wyższa temperatura akumulatora tym dłuższy jest czas Bulk Charge i krótszy Over Charge i większy ładunek pobrany w obu procesach i krótszy czas pełnego ładowania. Przy obniżonej temperaturze akumulatora w takim czasie nie sposób w pełni naładować – taka jest jego uroda. Im niższa jest temperatura tym mniejsze jest naładowanie akumulatora po stałym całkowitym czasie ładowania.
Empiryczne równanie Arrheniusa podaje zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury.
Wyprowadzone teoretycznie równanie kinetyki chemicznej Eyringa - Polanyiego jest ekwiwalentem równania Arrheniusa.
Zaletą algorytmu Bulk - Over - Float jest nie marnowanie ładunku na elektrolizę wody ( przy odpowiednim , nie za wysokim napięcie w fazie Over ) i możliwość ładowania akumulatora dowolnie już naładowanego. W danej temperaturze, im akumulator ma większy ładunek tym krótsza jest faza Bulk. W lecie i w zimie możemy sprawdzić stan naładowania akumulatora w czasie eksploatacji doładowując go do 100 % i na podstawie jałowego napięcia.
Poprawność akcji regulatora napięcia ( zależność od temperatury otoczenia i silnika ) zintegrowanego z alternatorem możemy sprawdzić tylko na drodze doświadczalnej w populacji eksploatowanych samochodów.
Akumulatorów samochodowych dotyczą różne normy w świecie. Pierwsza jest z 1918 roku. Jest to ważny gospodarczo temat. Typowo ( są odchyłki ) akumulator ołowiowo kwasowy ma przy rozładowaniu końcowe napięcie / pojemność:
Pojemność 20 godzinna ( Rozładowanie do 1.8 V na ogniwo x6 10.8 V) normatywnie 100 %
Pojemność 10 godzinna ( Rozładowanie do 1.8 V na ogniwo x6 10.8 V ) 93 %
Pojemność 5 godzinna ( Rozładowanie do 1.75 V na ogniwo x6 10.5 V ) 80 %
Pojemność 1 godzinna ( Rozładowanie do 1.60 V na ogniwo x6 9.6 V) 59 %
Wykres wzięty jest z materiałów SAE.
CCA ( Cold Cranking Amperes) to prąd jakiego w temperaturze −18 C przez 30 sekund dostarczy przy rozruchu akumulator z napięciem końcowym co najmniej 7.2 V.
Napięcie ładowania przy pracy buforowej wynosi 13,4–13,7 V bez limitu prądu ładowania. Dane porównawcze na temat czasu ładowania akumulatora buforowego w porównaniu z ładowaniem Bulk-Over-Float są niespójne. Pełne ładowanie w układzie buforowym jest przynajmniej 15 % dłuższe. Trwałość akumulatora przy pracy buforowej jest trochę ograniczona.
W temperaturze pokojowej po pełnym naładowaniu napięcie względnie szybko spada do 13.2 V a następnie powoli do 12.7 V. Miarodajnie napięcie akumulatora może być mierzone dopiero 12 godzin po ładowaniu.
Napięcie jałowe akumulatora samochodowego ( temperatura 20 C, jedna z norm ) jest funkcją naładowania akumulatora:
0%-10.5V, 10% -11.31V, 20%-11.58V, 30%-11.79V, 40%-11.9V, 50%-12.06, 60%-12.2V, 70%-12.32V, 80%-12.42V, 90%-12.55V, 100%-12.7V.
Trwałość akumulatora wynosi 400–800 pełnych cykli.
Po patologicznym, głębokim rozładowaniu akumulatora celowe jest długie ładowanie go małym prądem <C/100 nawet do napięcia 16 V
Znane jest zjawisko spadania napięcia na naładowanym akumulatorze NiCd przy dalszym jego ładowaniu ponad 90% pojemności i zjawisko „pamięci” polegające na tym że ładowanie połowicznie rozładowanego akumulatora powoduje spadek jest pojemności. Ale mało znane jest to że przy napięciu ładowania >14.4 V zjawisko spadania napięcia ma też miejsce w ładowanym akumulatorze ołowiowo – kwasowym ale akumulator ten nie ma szczęśliwie pamięci !
Napięcie na jednym w 100% naładowanym ( i delikatnie podładowywanym ) ogniwie przy którym nie zachodzi samorozładowanie wynosi w temperaturze pokojowej 2.23 V i maleje (rośnie ) z temperaturą -3.9 mV/C.
Sprawdzono względnie bezpieczny, pewny i względnie łatwy w realizacji algorytm Bulk-Over-Flot ładowania akumulatora. Po stwierdzeniu sprawności, początkowo akumulator jest ładowany dowolnym prądem ( im jest on większy tym niestety mniejsza jest trwałość akumulatora ) a gdy napięcie przekroczy 14.4 V ( w temperaturze pokojowej, z kompensacją temperaturową ) napięcie jest na tym poziomie stabilizowane aż prąd spadnie poniżej C/100 lub 10% maksymalnego prądu ładowania. Ładowanie jest kontynuowane napięciem 13.4 V ( to 93 % z 14.4 V ) a prąd dalej maleje. Przechodzi on z czasem w kompensacje samorozładowania.
Problemy z rozruchem pojawiają się jesienią i w zimie. Są one sumą wszystkich słabości – wadliwego dla klimatu projektu samochodu oraz słabej technologii i jakości produkcji oraz wykonania ( socjalistyczna wydajność pracy ! ) akumulatorów. Zatem temat masowo produkowanej ładowarki jest tematem zastępczym.
Jeśli samochód będzie pokonywał zbyt krótkie dystanse nie wystarczające do podania akumulatorowi ładunku zaczerpniętego w czasie ładowania ( +15% czyli sprawność ładunkową ) to w końcu próba rozruchu zakończy się niepowodzeniem. Im niższa jest temperatura otoczenia tym dłuższy po uruchomieniu zimnego silnika jest minimalny czas włączenia silnika ( zakładając że ładowanie jest też na biegu jałowym ) do uzupełnienia ładunku w akumulatorze.
Rozruch zimnego silnika o temperaturze -26 C i praca w czasie rozgrzania go do dodatnich temperatur daje zużycie porównywalne z przebiegiem 200 km w lecie.
Nie ma jednego odpowiedniego niezależnego od temperatury napięcia ładowania akumulatora w samochodzie. Gorącym latem na dłuższych trasach napięcie 14.4 V spowoduje przeładowanie akumulatora. Odpowiednie jest napięcie 13.2 V. Z tym napięciem w zimie akumulator zostanie rozładowany. Zatem utrzymywane regulatorem alternatora napięcie powinno zależeć od temperatury i długości okresów pracy. Zatem gdy taki regulator napięcia zintegrowany z alternatorem będzie poddany w circa 10% części temperaturze silnika ( 90% temperatury otoczenia czyli akumulatora ) to akumulator będzie zawsze poprawnie naładowany bez przeładowania ale oczywiście nie wtedy gdy dystanse pokonywane zimą będą krótkie. Nowoczesny samochód z silnikiem z ECU może generować Ostrzeżenie znaczące „Samochód nie da się powtórnie uruchomić na zimno”, ostrzegające przed pochopnym wyłączeniem zimnego lub letniego silnika. Kierowca może jednak silnik wyłączyć z zamiarem niedługiego uruchomienia go bez wystygnięcia.
ECU może też obserwować rozruch ( porównać czas rozruch z normalnym dla tej temperatury) i wykonać diagnozę „uczestników” tego procesu.
Mikrokontrolery użyte w ECU są coraz szybsze i mają więcej pamięci. Mają też przetwornik ADC z multiplexerem dla wielu wejść. ECU zna temperaturę i napięcie akumulatora i ewentualnie prąd rozruchu można zmierzyć jako spadek napięcia na przewodzie rozrusznika.
ECU może podnieść obroty silnika gdy na biegu jałowym akumulator nie jest ładowany skutkiem poboru prądu przez oświetlenie i inne urządzenia.
ECU w pamięci nieulotnej może zliczać rozruchy wraz z ich ciężkością i ostrzegać że zbliża się koniec żywota akumulatora.
Dramatyzm sprawy rozruchu rośnie z zimnością strefy klimatycznej. Rozwiązanie sprawdzające się we Włoszech w Polsce zawiedzie totalnie
W pojazdach specjalnych ZSRR jest przełącznik podnoszący napięcie ładowania o napięcie na diodzie Ud. Zbyt duże napięcie ładowania spowoduje jednak skrócenie żywotności włączonych żarówek.
Łatwo proces rozruchu można obserwować dedykowanym przyrządem na napięciu akumulatora na gnieździe zapalniczki. Standardowe gniazda zapalniczki w dwóch rozmiarach są na prąd 10 lub 20 A ( chronione adekwatnym bezpiecznikiem, automatyczne opiera się o patent z 1956 roku ) można też użyć do ładowania.
Prądnica prądu stałego jest obecnie anachronizmem. Alternator na biegu jałowym silnika ładuje już akumulator ale gdy włączymy pełne oświetlenie pojazdu akumulator będzie nie ładowany lub rozładowywany. Zatem przy włączeniu odbiorników obroty silnika spalinowego powinny być trochę podniesione – szczególnie w zimie. Realizacja tej funkcji jest prosta nawet bez ECU.
Nawet dobre rozwiązanie zawiedzie gdy właściciel oświetlonym samochodem dojeżdża w zimie do pracy 2 km z dwoma postojami na skrzyżowaniach ze światłami kierowania ruchem. Gdy samochód parkuje w garażu domu jednorodzinnego rozwiązaniem jest ładowareczka o wydajności prądowej C/100.
Życiowe sytuacje zmuszają do różnych zachowań. Trzeba na przykład rano samochodem rozwieźć dzieci do żłobka, przedszkola i szkoły a na piechotę lub środkami komunikacji miejskiej jest to niewykonalne.
W uszkodzonym akumulatorze może być zwarta jedna celu i skutkiem tego akumulator będzie mocno przeładowany. Według danych z USA zwarcie celi akumulatora jest powodem ponad 80 % wybuchów wodoru z elektrolizy wody akumulatora a uszkodzenia regulatora napięcia alternatora w mniej niż 10% przypadków.
W samochodzie PF-126 stosowany jest akumulator o normatywnej 20 godzinnej pojemności 34 Ah. Ten nowy akumulator naładowany w 100% ma nawet odrobinę większą pojemność niż podane 34 Ah przy rozładowaniu prądem C/20 czyli 1.7 A. Natomiast przy rozładowaniu większym prądem ta pojemność akumulatora oczywiście spada. Bardzo wygodnym obciążeniem dla badania pojemności rozładowywanego akumulatora jest żarówka / żarówki jako że pobierany przez nie prąd zmienia się z pierwiastkiem napięcia czyli „stabilizują” one pobierany prąd. W stanowisku automatycznym nadmierny spadek napięcia na testowo rozładowywanym akumulatorze przerywa obwód prądu i zatrzymuje zegar. Do obliczenia pobranego ładunku wystarczy wziąć wcześniej raz ustalony miarodajny prąd ze „środka” procesu rozładowania ( błąd wyliczonego ładunku jest tylko około 1% ) okresu rozładowania.
Napięcie proporcjonalne do prądu ładowania / rozładowania można podać do prostego i taniego przetwornika Napięcia na Częstotliwość V / F a jego wyjście do licznika, także w mikrokontrolerze. Gdy częstotliwość przetwornika V/F jest za duża dajemy za nim obniżający scalony dzielnik częstotliwości. Produkowane są scalone liczniki wprost z interfejsem do wyświetlaczy LED i innych. W roli wolnego licznika można też użyć kalkulatora. Sterowany tranzystor symuluje naciśnięcie klawisza kalkulatora. Można też stosować tani licznik elektromechaniczny bramkowanych impulsów zegarowych lub z przetwornika V/F z ręcznym Zerowaniem licznika.
Możliwe jest też integrowanie sygnału prądu ładowania / rozładowania analogowym integratorem. Niskomocowe wzmacniacze operacyjnej JFET przy odpowiednim napięciu wspólnym wejść mają w temperaturze pokojowej prąd polaryzacji około 5 pA i zbudowanie integratora z kondensatorem 22 uF ( największe kondensatory foliowe jakie są ) o stałej czasowej 20 godzin jest możliwe. Niemniej gdy sygnał ładunku Q ma być dalej przetwarzany potrzebny jest drogi przetwornik próbkujący ADC czyli rozwiązanie jest bez całościowego sensu.
Zatem konstrukcja przyrządu do pomiaru pojemności akumulatora jest prosta.
Wielokanałowy przyrząd do kontroli masowej produkcji fabrycznej można łatwo zbudować z mikrokomputerem.
Cenne informacje niosą też czasy faz Bulk i Over.
W fabryce akumulatorów o niepewnej technologi produkcji ( jak w Polsce ) jednak każdy nowy akumulator winien mieć zmierzoną pojemność i koniecznie oporność wewnętrzną. Oczywiście energii z procesu długotrwałego rozładowania nie rozpraszamy ale używamy do ładowania wcześniej rozładowanych akumulatorów.
Podczas testowania w zachodniej fabryce akumulatorów złącza obciążenia 500/1000 A (zależnie od nominalnej pojemności ), przystawiane jest siłownikiem pneumatycznym do bolców akumulatora zatrzymanego w określonym miejscu. Gdy akumulator nie spełnia wymagań można mu podać mniejszą pojemność a najlepiej go nie wypuszczać z fabryki (odzyskując ołów, kwas i plastik ) a poprawić proces technologiczny.
Masowych, zimowych problemów z rozruchem nie powinno być przy dobrej technologi produkcji całego samochodu. Ale inną sprawą jest że licencyjne samochody Fiat 125, 126 i pochodne nie były przeznaczone pierwotnie do klimatu Polski i ich projekt wymagał zmian. Wzorem do podejrzenia są samochody Volvo i inne używane na przykład w zimnej części Kanady.
Jaki wpływ na stan naładowania akumulatora ma sposób jego ładowania ?
Akumulator od PF-126 ładowany laboratoryjnym zasilaczem krzyżowym prądem 1.7 A czyli C/20 a następnie napięciem 14.4 V przy opadającym prądzie do C/100 czyli 340 mA a następnie napięciem 13.4 V, naładuje się w temperaturze ca 20 C do pełnej pojemności. Prąd ładowania przy napięciu 14.4 V niestety nie spadnie do zera i pod napięciem 14.4 V akumulatora nie należy długo trzymać bo po dłuższym czasie będzie przeładowany co oznacza korozje elektrod. Akumulator ulega jednak samorozładowaniu. Po intensywnym ładowaniu należy mu podać napięcie końcowego ładowania / podtrzymania 13.4 V co też ewentualnie utrzyma go latami w 100 % naładowaniu.
Zatem ładowarka do tego akumulatora to zasilacz krzyżowy 14.4 / 13.4 V - „1.7A” oraz komparator prądu C/100 ( 340 mA) ze State Machine.
Gdy początkowe napięcie na rozładowanym w niewiadomym stopniu akumulatorze jest mniejsze niż 11 V, jest on głęboko rozładowany lub ma zwartą cele. Inicjowanie normalnego ładowania przy zwartej celi jest wysoce ryzykowne.
Samorozładowanie wzrasta z temperaturą. Akumulator zachowuje połowę ładunku przy temperaturze 40 C przez 6 miesięcy, 30 C - 10 miesięcy i 20 C - 16 miesięcy a w temperaturze 5 C - 4 lata.
Gdy wykluczone jest zwarcie celi akumulatora można inicjować ładowanie. Stosowne zabezpieczenie przed inicjacją przy zbyt małym napięciu akumulatora można łatwo wykonać. Można jednak podać prąd mniejszy od <C/100 i gdy napięcie w rozsądnym czasie wzrośnie do poprawnej wartości podjąć normalne ładowanie.
Natomiast akumulator ten ładowany impulsami prądu 100 Hz ( prostownik pełnookresowy ) prymitywną „ładowarką” z transformatorem sieciowym i diodami, bez żadnego wygładzania prądu, z prądem początkowym ca 2.9 A po osiągnięciu napięcia stałego ca 14.4 V jest naładowany tylko w circa 50 %. Wynika to z własności elektrochemicznych akumulatora. Jak widać ma on mniejszą pojemność zarówno przy rozładowaniu dużym prądem jak i przy ładowaniu go dużym prądem jako że 100 Hz impulsy prądu przekraczają w amplitudzie 7 A. Po prawdzie próba ładowania tą ładowarką już połowicznie zużytego akumulatora mocno mu zaszkodzi i go dobije.
Pulsującego prądu ładowanie nie lubi żaden rodzaj akumulatora i akumulator ołowiowy jest w tym względzie typowy.
Jeśli na wyjściu tej „ładowarki” damy równolegle dwa kondensatory elektrolityczne 4700 uF ( iskry !, potrzebne jest odpowiednie rozwiązanie ) równolegle to akumulator zostanie naładowany do circa 75 % ale jednak nie 100 %.
Zamiast diod można dać sterowane fazowo tyrystory i dowolnie ustalać Napięcie i Prąd wyjściowy. Wadą są duże prądy skuteczne płynące przez transformator i tyrystory tak jak w każdym prostowniku pojemnościowym ale regulacja fazowa jeszcze je powiększa.
Danie w szereg dławika wygładzającego tętnienia daje podobny efekt ale przekładnia transformatora „ładowarki” jest za mała i dla osiągnięcia odpowiedniego prądu ładowarkę trzeba zasilić podwyższonym napięciem sieciowym z autotransformatora 0-250 V. Wada dławika jest jego rozmiar, waga (>50% wagi transformatora ) i koszt a zaletą brak iskier i możliwość zastosowania zamiast diod, sterowanych fazowo tyrystorów i diodą jałowa zmniejszającą tętnienie. Zaleta jest dobre wykorzystanie transformatora sieciowego – w przeciwieństwie do prostownika pojemnościowego. Stosunek prądu tętnień AC do prądu stałego DC maleje z jego wzrostem i dla małych prądów DC tętnienia są relatywnie duże. Relatywne ( w funkcji obciążenia ) tętnienia są więc odwrotne niż w prostowniku pojemnościowym.
Przy zastosowaniu sterowania fazowego tyrystorów ( niestety bez diody jałowej ale można dać zamiast niej sterowany tyrystor ) i dławika wygładzającego układ jest niewrażliwy na odwrotną biegunowość załączenie akumulatora. Po prostu nie podejmuje pracy.
Do realizacji funkcji ochronnych doskonale nadają się tanie 3 Amperowe plastikowe diody serii 1N540X znoszące impuls ( 16.7 ms w sieci 60 Hz ) aż 200 A. Pod innymi nazwami identyczne diody są też produkowane są przez koncerny w Europie Zachodniej i Japonii.
Pamiętać należy że samochodowe przekaźnik 12 V bardzo szybko ulegają uszkodzeniu ( styki – „łuk” ) w instalacji 24 V. Napięcie na łuku spawalniczym typowo wynosi około 23 V, z dużym zakresem.
Dla prądów w zakresie 300 A – 100 kA przy napięciu 440 Vac długość łuku wynosi 1 stopę, co łatwo zapamiętać
Zatem rozwiązaniem źródła mocy dla ładowarki ( także podtrzymywanie stanu naładowania ) akumulatora /akumulatorów jest:
-Drogi Regulator ciągły o niewielkiej sprawności. Zasilacz w prostowniku musi mieć duży elektrolityczny kondensator wygładzający. Dla polepszenia sprawności i ograniczenia nagrzewania, minimalny spadek napięcia na nim ( tranzystor mocy ) winien być jak najmniejszy.
-Na razie też drogi sieciowy Regulator impulsowy SMPS. Trend kosztów jest malejący co dobrze rokuje. Niskonapięciowy,obniżający regulator impulsowy po stronie wtórnej zasilacza z transformatorem 50 Hz jest znacznie tańszy
-Półsterowany trójfazowy mostek diodowo – tyrystorowy ( niedawno ze wzmacniaczem magnetycznym Rameya ) z wygładzającym dławikiem na wyjściu. Dla dużych jednostek dla akumulatorów na napięcie większe >>24..48 V.
-Diodowy mostek trójfazowy ( do napięcia 12V podwójne uzwojenie wtórne ) i sterowanie trójfazowe transformatora triakami po stronie sieciowej.
Problemem jest to że pulsującym prądem nie da się akumulatora poprawnie naładować.
W odbiorniku TVC elektronika stanowi około 45-60 % całości kosztów. Około 40-60% kosztów elektroniki stanowi blok odchylania poziomego i zasilacz SMPS czyli bloki „mocy”. Mimo trendu spadających cen, na rynku światowym, odbiornik TVC w średnio bogatych krajach nadal jest drogi.
Wniosek jest prosty – zasilacz impulsowy jest stosunkowo drogi.
CEMI nie produkuje tranzystorów wysokonapięciowych ( także diod Ultra Fast ) do przetwornic i telewizyjnego bloku H-Out. Tranzystor wysokonapięciowy w takiej samej obudowie i o takiej samej mocy maksymalnej, jest znacznie droższy od zwykłego tranzystora ale znów trend dąży do zacierania różnic. Trendy te są jednak zastanawiająco powolne bo przecież pierwsze tranzystory wysokonapięciowe pojawiły się w 1970 roku. Konstrukcja tych tranzystorów jest ogólnie znana od początku ich kariery. Produkowane są zwykłą, zmodyfikowaną technologią tranzystorowa. Ich mankamentem przy słabej technologii produkcji jest mały uzysk produkcyjny.
Konstruktory TV i TVC z RWPG z braku tranzystorów wysokonapięciowych H-Out zastosowali z desperacji Czechosłowacki tranzystor Tesla KU608 (Uceo/Ucb - 80/210 V ) w odbiorniku Color 20 NRD z niezależnym zasilaczem HV ( jedyny taki w świecie ) i tranzystor KT 808 ( 80 /250 V) w odbiornikach TV ZSRR.
Germanowy tranzystor Hitachi 2SB468 ( 115/220 V) dedykowany do H-Out był z 1963 roku !
Cemi zatrzymało się w rozwoju na poziomie zakupionych od Francji urządzeń i technologii, których nie potrafi modernizować i rozwijać. Kupiona w pakiecie licencja na tranzystor BDY25 ( 23 i 24 to odpady selekcyjne ) jest dziwna bowiem kolejne z rodziny 26,27,28 miały wyższe napięcia. Ale pewnie uzysk produkcyjny jest mierny i nie ma takich po selekcji. Licencja była zbędna bo lepsze analogi tranzystora BDY25 produkowano już w CSRS i ZSRR. Rozwój „polskiej” mikroelektroniki zakończył się w 1978 roku wraz z ostatnimi dolarowymi zakupami technologi dla Cemi. Przestarzałe Cemi mocno hamuje cały sektor przemysłowy. Technologiczne sankcje USA są więc bolesne. Cemi zresztą coraz więcej tylko montuje w obudowach zakupionych struktur diod, tranzystorów i układów scalonych.
Kupiona od RCA za 800 mln dolarów fabryka kineskopów kolorowych marnuje się bowiem Cemi nie potrafi wyprodukować prozaicznych układów scalonych i tranzystorów do TVC. Odbiorników TVC powinniśmy produkować grubo ponad milion sztuk i połowę eksportować gdzie się tylko. Nie produkuje tranzystora Darlingtona do samochodowego zapłonu. Samochód bez ECU szybko stanie się niesprzedawalny. Od tego jest tylko jeden krok do porzucenia produkcji niemodernizowanych licencyjnych samochodów
Początkowo kontrolery do SMPS wykonywano na elementach dyskretnych, wzmacniaczach operacyjnych, komparatorach, bramkach logicznych i przerzutnikach. Pierwszy scalony kontroler do SMPS pojawił się w 1974 roku. Układ scalony TDA2640 Philipsa ( jest on też użyty w nieudanym odbiorniku TVC Jowisz) przeznaczony do SMPS odbiornika TVC: Houkes H. TDA2640 Control Module for Switched Mode Power Supply,. Philips Technical Information 002. Sep 1975, No 25, Netherlands.
Na schemacie pokazano przetwornice 24 V / 15 A pracującą w modzie Forward. Wyjście jest stabilizowane do napięcia wejściowego z prostownika 170 Vdc. Jeśli tolerujemy stabilizacje z wyższym napięciem minimalnym ( jak w ładowarce ) to zwiększając przekładnie transformatora uzyskamy większą moc wyjściową. Bez zmiany przekładni transformatora ( na rdzeniu EE55 ) uzyskamy wyższe napięcie wyjściowe i ten zasilacz doskonale nadaje się do ładowarki akumulatorów 24 V z napięciem Over do 28.8 V. Regulacje napięć i prądów odbywają się po stronie wtórnej i dodatkowa izolacja sygnałów jest niepotrzebna. Przy pełnym obciążeniu szczytowy prąd kolektora tranzystora wysokonapięciowego wynosi 4.65 A.
A.Słabo (ale jednak ) stabilizuje prąd
B.Zmniejsza tętnienia prądu
C.Zapobiega iskrzeniu przy dołączeniu akumulatora do ładowarki.
Niemniej ładowarka taka nie jest automatyczna a proces ładowania jest nieoptymalny. Można zastosować w szereg w obwodzie mocy z żarówką przekaźnik ( w takim układzie nie ma dużego prądu związanego z kondensatorem przy włączeniu) z prostym układem elektronicznym wyłączającym go gdy napięcie przekroczy 14.4 V a akumulator jest dalej ładowany znacznie mniejszym prądem przez opornik. Gdy w tej konfiguracji gdy napięcie przekroczy 14.4 V włączony zostaje piszczek sygnalizujący całkowite naładowanie.
Zamiast dwóch diod w prostowniku ( z uwagi na małe napięcie uzwojenie wtórne jest podwójne i nie jest stosowany mostek diodowy a dwie diody ) można zastosować dwa tyrystory ( lub wzmacniacz magnetyczny Rameya ) i sterowanie fazowe ale impulsy prądu bez kondensatorów byłyby jeszcze większe.
Regulacja fazowa pozwala na dowolna regulacje prądu i napięcia. Problemem są krajowe duże, drogie przestarzałe kondensatory elektrolityczne.
Iskrzeniu zapobiegnie też bateryjka 6F22 lub 6F25 w ładowarce podtrzymująca poprzez znaczny opornik napięcie na kondensatorach elektrolitycznych. Prąd upływu kondensatorów i diod jest tak mały że życie baterii wyznacza jej wieloletnie samorozładowanie. Napięcie na kondensatorze może też podtrzymywać wyprostowany prądzik ( wielokrotnie mniejszy niż bezpieczny dla człowieka) z sieci 220 V wzięty kondensatorkiem kategorii Y.
Gdy przy ładowaniu stosujemy połączenie równolegle akumulatorów bardzo ważne są identyczne napięcia na nich. Stosujemy połączenie (c) zapewniające doskonałe wyrównanie napięć znane z równoległego łączenia diod mocy i tyrystorów w mocy. Najgorsze jest połączenie (a).
Gdy równoległe połączenia akumulatorów mają istotną długość mankamentem rozwiązania (c) jest większa ilość przewodu i spadek napięcia ale jest to wada drugiej lub trzeciej kategorii.
Oczywiście żywotność akumulatora zależy od sposobu jego eksploatacji ale nigdy nie jest on wieczny.
Dawniej samochody miały Woltomierz na tablicy rozdzielczej ale niezawodny alternator z półprzewodnikowym regulatorem napięcia zmniejszył problemy z prądnicą DC z elektromechanicznym regulatorem i Woltomierz porzucano. Przy rozruchu widać było obniżenie napięcia akumulatora.
Przyczyną niepowodzenia rozruchu są:
-Rozładowany lub w złym stanie ( z różnych powodów ) akumulator
-Klemy o złym kontakcie, zwłaszcza słabo chronione przez zanieczyszczeniem.
-Niesprawny rozrusznik
-Niesprawny układ zapłonu, pompa paliwa, układ wtrysku silnika Diesla, świece żarowe...
Przydatny do diagnozy jest amperomierz kleszczowy DC 500/1000 A na przewód lub lepiej przyrząd do pomiaru ładunku rozruchu Q oraz przy niepowodzeniu rozruchu rezystor obciążenia akumulatora prądem 500-1000 A z woltomierzem.
W zastosowaniu wojskowym wystarczy jeden przyrząd na pułk lub nawet dywizje.
Ta niemożliwość rozruchu silnika wynika faktycznie z charakteru naszej gospodarki pogrążonej w kryzysie. Zresztą przy braku paliwa, kłopot z rozruchem zmniejsza używanie samochodów osobowych, co dla władz jest korzystne !
Polska rozwija się imitacyjnie i wraz ze wzrostem ilości samochodów pojawią się problemy z ich parkowaniem w mieście. Rozwiązaniem Zachodnim jest opłacanie postoju monetami wrzucanymi do czasomierza na słupku przy stanowisku parkingowym. Przekroczenie opłaconego czasu postoju skutkuje wypisaniem mandatu przez obsługę i/lub „aresztowaniem” samochodu blokadą na kole.
Na identycznej zasadzie może tam być dodatkowo ładowarka / „diagnosta” ( wyższa stawka za postój z ładowaniem, tylko co któreś stanowisko na parkingu z urządzeniem ) z wtykiem od gniazda zapalniczki w samochodzie. Dla małych prądów przewód może mieć zwijak jakie używane są w odkurzaczach lub i inne komfortowe rozwiązanie jak rozciągany przewód skręcony niczym telefoniczny. Najlepszy do podładowania jest parking podziemny z podwyższona w stosunku do otoczenia temperatura.
Komplikacja i wymagana inteligencja takiego urządzenia może już wymagać użycia mikrokontrolera. Może ono ( bez ładowania / rozładowania ) zarejestrować napięcie na akumulatorze / instalacji przy rozruchu (musi mieć sensor temperatury ) i podać kierowcy stosowane informacje. Gdy akumulator samochodu jest zużyty należy go wymienić.
Gotowość wojsk do akcji ma kluczowe znaczenie dla efektu wojny jako że szkody z uderzeń początka wojny mogą być nie do odrobienia. Pułk Zmechanizowany LWP ma ponad 100 pojazdów. Niestety stojące miesiącami na parkingu i w zimnych garażach pojazdy często nie dają się uruchomić i brane są na hol co przypomina kabaret a nie sprawne wojsko w akcji. Na zbrojenia i utrzymanie siły militarnej wydajemy znaczną część dochodu narodowego i szkoda aby była ona bez sensu marnowana.
Można temu zaradzić na kilka sposobów.
Przenośna ładowarka / urządzenie diagnostyczne / urządzenie rozruchowe ( cięższe ) zasilana jest z sieci 220 V wygodnie rozwijanym z łożyskowanego bębna z ( korbką do zwijania przewodem. Dla bezpieczeństwa przy uszkodzeniu przewodu zasilanie może być podane przez izolujący od ziemi transformator bezpieczeństwa 220 : 220 V. Gdy do rozruchu potrzeba więcej mocy można podać napięcie liniowe 380 V z transformatora 380 : 380 V. Gdy na parkingu jest 100 pojazdów dołączenie pojazdów na 12 h czyli dwóch dziennie sprawi że każdy będzie naładowany i gotowy do akcji po maksymalnie 50 dniowej przerwie. W niskich temperaturach samorozładowanie jest małe i gdy stwierdzimy że jest znacznie większe niż powinno być, szukamy przyczyny tego.
W dużych silnikach Diesla zachodzi przy pracy jałowej „nawęglanie” i aby jego efekty usunąć silnik musi pracować przez jakiś czas z mocą najmniej 50 % maksymalnej. Niestety dokumentacje polskich pojazdów z silnikiem Diesla o tym efekcie nie wspominają.
Wojskowe pojazdy kołowe należy uruchamiać co jakiś czas i pokonać minimalny dystans. Mogą się poruszać po drogach publicznych, najlepiej w porze małego ruchu i gdy nie jest sypana na drogi sól. Kursy te mogą być w punkcie docelowym ( inna jednostka ) łatwo dokumentowane popisanym dokumentem, fotograficznie, kamerą Video oraz nagraniem magnetofonowym połączenia radiowego ( jest to zarazem test łączności radiowej, połączenie też jest obserwowane przez odpowiednią komórkę w dywizji ) . Po kursie sprawdzamy ładowarką /”diagnostą” stan akumulatora i w razie czego go ładujemy i podejmujemy inne czynności. W istocie armia z taką procedurą ćwiczy mikro Alarmy z wyjazdem cały rok. Dla realnego sprawdzenia gotowości nikt wcześniej nie wie kto dostanie rozkaz wyjazdu. Misje nie muszą być jałowe i mogą mieć konkretny, użyteczny cel.
Ale gąsienicowe wozy piechoty, czołgi i gąsienicowe pojazdy specjalne nie mogą się poruszać po drogach publicznych bowiem je uszkadzają. Powstaje pytanie czy można silnik Diesla tych pojazdów uruchomić i na biegu jałowym porządnie go rozgrzać. Silnik może chwilami pracować z pełną mocą przy szybkim zwiększaniu obrotów do maksymalnych ale towarzyszy temu jednak dymienie.
Nie wiadomo zresztą czy pojazdy wojskowe mogą być uruchamiane i używane. Plotka (?) głosi że nędzne silniki do czołgów T-72 wymagają remontu po już tysiącu godzin użytkowania. Ale jednak najgorsza prawda jest lepsza niż najlepsze kłamstwo. Silnik autobusu tysiąc godzin pracuje w ciągu trzech miesięcy.
Produkcja zasilanych akumulatorami urządzeń przenośnych ( często drogich jak kamera Video ) dynamicznie rośnie na Zachodzie. Perspektywy dla tego segmentu rynku są bardzo dobre. Najpopularniejsze są masowo produkowane akumulatorki NiCd. Mają one wiele zalet ( niezłą gęstość masową energii ) ale Nikiel jest drogi a Kadm jest toksyczny i szkodliwy dla środowiska.
Akumulatory wysokotemperaturowe ( temperatura pracy ca 350 C , wyjątkowo niepraktyczne ) do samochodów elektrycznych opracował Ford Motor. Mają wysoką gęstość masową energii.
Od lat trwają badania nad rozmaitymi konfiguracjami elektrochemicznymi płyt do akumulatorów. Lit jest materiałem przyszłościowym do akumulatorów i występuje w każdej badanej konfiguracji.
Coraz większą popularność zyskują układy mikromocowe ( a w nich mikrokontrolery CMOS ) zasilane z akumulatorków.
W komplecie urządzenia przenośnego jest często dedykowana dla akumulatora sieciowa ładowarka.
W każdej ładowarce są dwa samodzielne tematy:
A.Żródło mocy prądu stałego DC o sterowanym napięciu i prądzie bez tętnień lub z niewielkimi tętnieniami. To jest obszerny samodzielny temat energoelektroniczny. Charakterystyczny jest szybki rozwój zasilaczy impulsowych SMPS. Nikt a w szczególności Polska przed tym trendem nie ucieknie.
B.Wykonywany przez State Machine ( w najprostszym razie niejawnej jako histereza komparatora jako element pamięci ) lub mikrokontroler algorytm ładowania. Komplikacja algorytmu zależy od wymaganej funkcjonalności a ta od zastosowania ładowarki. Algorytm dla przypadkowej obsługi może /musi być idioto - odporny.
Urządzenie diagnostyczne ( może być zintegrowane z ładowarką ):
-Dokonuje całkowitego, normatywnego C/20, C/10, C/5, C/1 rozładowania naładowanego w 100% akumulatora i podaje jego pojemność. Mierzy też przy tych prądach dynamiczną oporność wewnętrzną. Zaletą rozładowania C/20 jest normatywność ale zaletą C/1 jest lepsza korelacja z własnościami akumulatora w samochodzie. Mając więc do analizy porównawcze dane można stosować czasooszczędne rozładowanie C/1 i to nie do końca.
-Mierzy oporność wewnętrzną przy normatywnym prądzie bliskim prądowi rozruchu ( 500/1000 A) silnika samochodu w niskiej temperaturze.
Stabilizowane zasilacze ciągłe mają rozpaczliwie słabą sprawność (30-60%), szczególnie niskonapięciowe. Temat ten rozebrano na czynniki pierwsze w innym materiale. Niska sprawność ma małe znaczenie w laboratoryjnym zasilaczu do eksperymentów ale w urządzeniach produkowanych masowo jest uciążliwa i … droga. Stąd w części komputerów o dużym poborze mocy zastosowano kombinacje trójfazowego silnika asynchronicznego ( Energia zgromadzona w masie koła zamachowego dała podtrzymanie przez chwile i prace bez jednej fazy bowiem silnik był przewymiarowany ) napędzającego prądnice prądu stałego o stabilizowanym napięciu!
Sytuacje poprawiło zastosowanie preregulatorów tyrystorowych.
Przenośny odbiornik TV „Astronaut 1514” z ekranem 14' z 1962 roku miał akumulator o wadze 4 kg pozwalający na 7 godzin pracy . Z akumulatora pobierał 15 W a z sieci 40 VA. Na schemacie jego wzorowano odbiorniki radzieckie Junost, dalej produkowane. Minimalny spadek napięcia na regulatorze napięcia wynosi w TV Junost tylko 0.4 V z powodu użycia tranzystorów germanowych.
Motorola, ówczesny lider mikroelektroniki, stołowy tranzystorowy odbiornik TV, jako pokaz swoich możliwości technologicznych, pokazała w 1961 roku. Z zasilacza prądu stałego odbiornik pobierał 26 Wat. Taki stołowy odbiornik lampowy konsumował wtedy 180-200 Watt !
Wady zasilaczy ciągłych i preregulatorów skłoniły do opracowania tranzystorów wysokonapięciowych do zasilaczy impulsowych. Do poziomu małych i średnich mocy najtańsza realizacyjnie jest konfiguracja Flyback. Później lepsza jest konfiguracja Forward. Do największych mocy w układzie mostkowym z zasilaniem z sieciowego pojemnościowego prostownika trójfazowego.
Komputerek TRS-80 z 1977 zbudowany wokół procesora Z80 miał prymitywny zasilacz ciągły. Kolejne modele miały coraz większą funkcjonalność i potrzebowały coraz więcej mocy zasilania. W Model 3 zastosowano przetwornice Flyback z tranzystorem wysokonapięciowym sterowanym przez układ scalony ale w kolejnym, lepszym Modelu 4 przetwornica Flyback jest samowzbudna ( w modzie Critical lub „quasi resonance” między DCM a CCM ) co obecnie w przetwornicach Flyback jest jednocześnie najlepsze i najtańsze. Nowe model odbiorników TVC mają właśnie takie przetwornice. Przetwornica Flyback wymaga transformatora ferrytowego o małym rozproszeniu i stąd sekcjonowanie uzwojeń. Indukcyjność rozproszenia negatywnie wpływa też na stabilizacje napięć i ich współbieżność przy wielu wyjściach zasilacza. W odbiornikach TVC najwyższej jakości stabilizowane jest napięcie po stronie wtórnej a do izolowanej transmisji informacji w pętli regulacji używany jest transoptor i wypierany transformator.
Charakterystyczne jest przejście z pracochłonnie montowanych ręcznie tranzystorowych obudów metalowych TO3 na automatycznie montowane obudowy TOP3 i TO220.
W minikomputerach PDP-8 za transformatorem 50/60 Hz z pojemnościowym prostownikiem zastosowano obniżający regulator impulsowy uzyskując całkiem niezłą sprawność. Z braku tranzystorów wysokonapięciowych warto rozważyć i takie rozwiązanie.
Gęstość mocy kondensatorów elektrolitycznych prostownika rośnie z napięciem aż do 400 Vdc. To kolejna przewaga zasilacza sieciowego SMPS, w którym kondensator jest tańszy niż w prostowniku na mniejsze napięcie za transformatorem.
Tam gdzie trzeba ładować identyczne ( w identycznym stanie ) akumulatory samochodowe w dużej ilości można je łączyć szeregowo. Szeregowe połączenie dwóch lub czterech akumulatorów 12 V nie sprawia jeszcze trudności realizacyjnych. Moc dla sporych napięć dostarcza trójfazowy tyrystorowy mostek diodowo – tyrystorowy z dławikiem wygładzającym o sprawności, przy dużych napięciach, rzędu 98%. Dla totalnego bezpieczeństwa obsługi ( w fazie ładowania ograniczony jest dostęp ludzie ) systemu „Float” prąd upływu jest monitorowany i w razie stwierdzenia dotknięcia przez człowieka zasilanie z sieci jest odłączone. Po odłączeniu zasilania puszczają przekaźniki odłączające przy każdym akumulatorze i nie występuje nigdzie wysokie napięcie stałe wynikające z szeregowego połączenia akumulatorów. Wyłączenie przekaźników pod prądem stałym jest niemożliwe bowiem na ich stykach zapali się łuk przy prądach fazy Bulk. Napięcie na każdym akumulatorze jest ograniczone prostym układem aktywnym do 14.5 V a działanie każdego ogranicznika napięcia indywidualnie sygnalizowane. Świadczy o za małej pojemności towarzyszącego akumulatora. Ograniczniki te zarazem chronią przekaźniki przy wadliwym ich sterowaniu lub uszkodzeniu. Ich bezpieczne rozłączenie jest zawsze możliwe pod prądem. Informacja z ograniczników może być przeznaczona dla człowieka ( sygnalizacja optyczna lub akustyczna) lub mikrokomputera sterującego i nadzorującego systemu automatyzacji.
W konstrukcji ładowarki / testera trzeba do obwodu „pomiaru” prądu ładowania stosować wzmacniacze operacyjne i komparatory których zakres napiec wspólnych obejmuje GND ( tanie LM158, 324,339,394 ) lub dodatnie zasilnie jak LM101 (jest krajowy odpowiednik). Typy uA 709 i 741 w tym zastosowaniu zdecydowanie odpadają.
W ładowarce dwa rezystory w dzielniku napięć (+ ewentualnie PR dla finezji ) winny mieć tolerancje <1%. Załączany rezystor zmieniający zadane napięcie Over na Float może być 5%.
Uzyskanie termicznego współczynnika napięcia odniesienie -3.9 mV / K na cele akumulatora jest proste.
Możliwych jest mnóstwo kombinacji i rozwiązań. Do realizacji jawnej części State Machine logika TTL nie bardzo się nadaje a logika CMOS jest w tym zastosowaniu wygodna.
Mikrokomputer z interface analogowym może jednocześnie nadzorować ładowanie setek akumulatorów
Przykładowe Sygnalizowane Stany State Machine ( jawnej i ukrytej ):
-No connect
-V to low. ( Alarm )
-Bulk
-Over
-Float
Sprawa z niskim napięciem właśnie przyłączonego akumulatora jest skomplikowana bowiem świadczy o kompletnym rozładowania po którym akumulator jest raczej niesprawny ( jeśli jakiś czas był całkowicie rozładowany ) lub świadczy o zwarciu celi. Ładowanie niesprawnego akumulator nie ma sensu. Ładowanie prądem fazy Bulk akumulatora ze zwarciem jest niebezpieczne z racji gazowania po naładowaniu sprawnych cel.
Algorytm można rozbudować. W Stanie „V to low” podany jest prąd około C/200 i jeśli napięcie nie wzrośnie po 10 (?) minutach do minimalnego progu, podnoszony jest Alarm a urządzenie jest w stanie Blocked do ręcznego Resetu.
Użycie mikrokomputera po wymuszonym krótkim ładowaniu i przerwie pozwala ustalić czy zwarta jest cela czy akumulator był kompletnie rozładowany.
Znakomicie do pomiaru dla mikrokomputera pulsujących 100 Hz prądów (mniej pulsujących napięć ) nadaje się przetwornik ADC z podwójnym całkowaniem ICL7109.
Po zmierzeniu napięcia początkowego czyli stanu naładowania ( i temperatury ) i po zmierzeniu czasu fazy Bulk można ocenić stan akumulatora. Im bardziej jest zużyty ( i im niższa jest temperatura ) tym faza Bulk szybciej przejdzie w fazie Over.
Oczywiście State Machine dla akumulatora NiCd jest zgoła inna. Pierwszą rzeczą do zrobienia po przyłączeniu akumulatora jest jego kompletne rozładowanie z uwagi na Efekt Pamięci. Po rozładowaniu zaczyna się ładowanie średnim prądem określonym ładunkiem. Przy użycie większego prądu ładowanie kończy się gdy napięcie zaczyna spadać.
Oczywiście inne rodzaje akumulatorów wymagają innego traktowania i innej sterującej procesem State Machine.
Załączniki:
1.Regulator tyrystorowy napięcia stałego ( z ograniczeniem prądu ) GEC. General Electric, „SCR Manual”
2.Regulator tyrystorowy napięcia ( krzyżowy) HP-6434b
Napięcie wyjście 40 V a prąd 25 A. Całkiem niewielkie pulsacje napięcia na wyjściu. HP produkuje też takie zasilacze mocy z inną kombinacja U - I.
3.Sieciowy preregulator tyrystorowy 130 Vdc oraz zasilacz impulsowy SMPS za tego napięcia w odbiorniku „Elektronika C 430”
Zwracają uwagę wielkie pojemności kondensatorów elektrolitycznych filtrów LC w tych urządzeniach ze sterowaniem fazowym
4.Regulator impulsowy napięć minikomputera PDP-8
Samooscylujący układ ma całkiem niezłą sprawność. Jest osobno omówiony.
5.SMPS TRS-80 Model 3 i Model 4.
6.Regulator napięcia 11 V z TV Junost
Z uwagi na użycie tranzystorów germanowych i konfiguracje, układ ma mały minimalny spadek napięcia bo 0.4 V
7.Przenośna Ładowarka / Urządzenie rozruchowe z tyrystorami
Sterownik fazowy z dwóch tyrystorów jest bardzo prosty. Potencjometr nastawia kąt wyzwalania tyrystorów. Przenośne urządzenie ma Woltomierz i Amperomierz. Niestety ładuje akumulator impulsami 100 Hz o dużej amplitudzie prądu w stosunku do wartości średniej. Gdy w czasie rozruchu napięcie spada poniżej 9 Vdc urządzenie jest w stanie dać do 300 A prądu przy napięciu 7 V. Transformator 800 VA jest stosunkowo lekki z racji użycia blach o wysokiej indukcji nasycenia. Jako ładowarka jest bezużyteczny ale rozruch silnika z nim jest doskonały. Tyrystory na prąd 150 A mają symbolicznej wielkości radiatory z bezpiecznikiem termicznym bo przecież prąd 300 A można pobierać tylko przez chwilę. Najlepiej przed rozruchem ustawić napięcie ładowania 15 V i jakiś czas akumulator ładować.
8.Noty Aplikacyjne dotyczące IC i kompletnych SMPS: Philips (Valvo, Mullard, Signetics), Motorola, Texas Instruments, AEG Telefunken, RCA, Siemens.
SMPS do komputerów o napięciu wyjściowym 5V są mocy 10 W do 2 KW. Z jednym kluczem ( 15 A /450 -1000 V) w modzie Forward pułap mocy przy 24 Vdc wynosi obecnie 600 Wat. Cały czas rosną częstotliwości pracy i sprawności a maleje masa kompletnego SMPS.
Tranzystory Power Mosfet na maksymalnie napięcie Uds=500 V zdecydowanie nie pasują do SMPS do sieci energetycznej 220 Vac natomiast pasują do napięcia 115 Vac w USA. Z racji ogromnej szybkości przełączania są elementem - kluczem przyszłości ale potrzebny jest postęp w ferrytach bo to one ograniczają częstotliwość pracy. W układzie rezonansowym Mosfety mogą pracować do częstotliwości 400 KHz. Pierwszy taki SMPS zastosował w swoim produkcie koncern HP.
9.Informacje techniczne i Noty Aplikacyjne firm Yuasa Battery Co., Gates Energy Products, Inc., Panasonic.
10.Układ do wielokanałowego pomiaru napięć (prądów mało użyteczny w tym zastosowaniu ale może ) na szeregowo połączonych akumulatorach / odbiornikach. Napięcie w każdym kanale jest przetwarzane na wyjściowy prąd i tak przesyłane do wyjścia odniesionego do poziomu GND tanim tranzystorem wysokonapięciowym rodziny BF PNP do końcowych wzmacniaczy Video w TVC w konfiguracji WB. Prądy są multiplexowane na wspólny opornik ( w szereg z układem kompensacji temperaturowej z tranzystorem BF PNP ) załączanymi parami przez wyjście demultiplexera wysokonapięciowymi tranzystorami BF NPN. Odrobinkę nagrzewający tranzystor PNP prąd płynie tylko przez chwile próbkowania ADC co nie wprowadza zauważalnego dryftu termicznego. Napięcie z opornika pomiarowego z kompensacją podano na przetwornik ADC. Układ mimo prostoty i użycia oporników o rozsądnej tolerancji jest dokładny. Tranzystory PNP BF do kanałów winny być selekcjonowane na zbliżone wzmocnienie prądowe. Układ ma tanie stosowne zabezpieczenia. Z tranzystorami Mosfet P i N układ może nie pobierać z akumulatora prądu poza tym kiedy odbywa się pomiar danego kanału.
Pomiar prądów wymaga użycia wzmacniacza operacyjnego w każdym kanale ale i tak jest prosty. W przypadku akumulatorów pomiar tego samego prądu w wielu szeregowych miejscach nie ma sensu.
Alternatywą pomiaru napięć jest metoda Flying Capacitor bardzo trudna do realizacji przy wysokich napięciach.
11.Schematy sześciu proponowanych układów mocy do ładowarki różnej mocy.
Kontrolująca pracę State Machine dla akumulatora ołowiowego z sygnalizacją Stanów.”
Sprawdzenie.
Wymień znane ci rodzaje akumulatorów z przybliżonym rokiem ich szerszego zastosowania.
Cwiczenie.
1.A.Sprządź uproszczony programowy Model początkowo w 100% naładowanego / rozładowanego akumulatora kwasowo – ołowiowego o temperaturze 20 C, który da zgodność z pokazanymi w materiale archiwalnym krzywymi ładowania i rozładowania.
B.Rozbuduj ten model o dodatkowe zmienne: Stan naładowania, Kombinacja gwałtowność i głębokości historii byłego ładowania / rozładowania - liczba 0...100 % ze znakiem, Zużycie 0..100% i Temperaturę.
2.Na podstawie stabilnego, „odstanego” napięcia nowego akumulatora samochodowego 12 V / 45 Ah w temperaturze pokojowej
-Oceń przy prądzie Bulk C/10 i napięciu Over 14.4 V ( z zasilacza krzyżowego) czasy trwania fazy Bulk i Over.
-Ile % pojemności będzie w akumulatorze po zmniejszeniu się prądu w fazie Over poniżej C/100 ?
Temat estymacji stanu akumulatora jest trudny i nie jest dopracowany. Wiele razy się zastanawiałem jak to działa w moim samochodzie Nissan Leaf. Marnie to działa. Proszę w kolejnym odcinku opisać taki algorytm i dać wykresy z niego.
OdpowiedzUsuń