Устранение эффекта памяти
К сожалению, никель кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым эффектом памяти. Если аккумулятор несколько раз разряжать не полностью, допустим на 30% от его емкости, а затем снова производится его дозарядку, то аккумулятор “запомнит” разрядный цикл. Впоследствии аккумулятор будет отдавать только 30% своего заряда, даже при получении им полного заряда. Обычно в радио экспедициях аккумуляторы не успевают подхватить эту болезнь. Аккумулятор каждый день испытывает разные разрядные/зарядные циклы, причем разрядные циклы бывают довольно глубокими.
Однако, после окончания экспедиции, в которой использовалась подзарядка аккумуляторов, для устранения эффекта памяти, аккумулятору необходимо дать не менее двух циклов полного разряда/заряда.
Генерация идеи проблемы проектирования
В результате системного анализа принято решение о рассмотрении двух вариантов структурной схемы зарядного устройства на солнечных батареях: с фиксированным током заряда и с регулируемым током заряда.
Выбор оптимального решения и окончательную разработку структурной схемы устройства примем на основании обоснованного выбора эти схем.
В дальнейших разделах дипломного проекта детально рассмотрены вопросы проектирования и разработки конструкции зарядного устройства на солнечных батареях, а так же технологические процессы его изготовления.
Содержание структурной схемы разрабатываемого зарядного устройства на солнечных батареях определяется его назначением и схемой подключения. Использование устройства возможно в двух качествах:
- во первых как зарядное устройство предназначенное для заряда аккумуляторных батареи портативной электроники оснащенной Ni-MHаккумуляторами;
- во вторых блоком питания (адаптером) для портативных устройств требующих постоянное положительное напряжение питания.
7.1 Анализ возможных вариантов решения проблемы проектирования
Исходя из выше сказанного, и с учётом анализа двух качеств устройства необходимо и достаточно разработать устройство имеющее следующие функции:
- зарядка аккумуляторных батарей емкостью до 700 mAh;
- обеспечивать выходное стабилизированное напряжение 5,6 В;
- обеспечить ток заряда = 120 мА;
- возможность коммутации с различными мобильными устройствами с точки зрения существующих разъемов;
- возможность выступать в качестве обычного блока питания для портативных устройств.
В результате предлагается к рассмотрению два варианта структурных средств с постоянным и регулируемым током заряда. Схемы приведены на рисунке П. 7.10 и
П. 7.11.
Рисунок П. 1.10 - Вариант структурной схемы зарядного устройства на солнечных батареях с фиксированным током заряда
В варианте представленном на рисунке П. 1.10 первичный электрический сигнал от солнечной батареи поступает на микросхемный стабилизатор напряжения.
Стабилизированное и нормализованное напряжение поступает на согласующий контур заряда. Предполагается что пользователь имеет возможность с помощью органов управления вмешиваться в процесс заряда – в первом варианте это означает начинать и прекращать процесс заряда. Соответствующие сигналы об этих событиях будут представлены с помощью органов индикации. Полезной нагрузкой для устройства служит заряжаемый объект.
Отличительной особенностью схемы представленной на рисунке П. 1.10 является наличие таймера. В связи с этим стабилизированное напряжение постоянно контролируется таймером и в нужный момент изменяет ток заряда. Время зарядки аккумуляторов определяется коэффициентом деления счетчика таймера. Заранее определенный момент ток заряда значительно уменьшается и остается таким до конца процесса.
Органы управления и органы индикации в этом варианте обеспечивают так же настройку таймера. Остальные структурные единицы остаются без изменения по сравнению с первым вариантом.
Второй вариант можно считать дальнейшей перспективой развития данной темы.
Вариант представленный на рисунке П. 1.11 проще в исполнении, содержит минимум элементов, а значит отличается эксплуатационной надежностью. Как следствие для обслуживания устройства по первому варианту не требуется высококвалифицированного обслужающего персонала в месте с тем физический принцип действия устройства может привести к преждевременному выходу из строя аккумуляторных батарей. Поскольку ток заряда в начале и в конце не должен быть одинаковым.
Устройство для заряда
Рисунок П.1.11 – Вариант структурной схемы зарядного устройства на солнечных батарей с регулируемым током заряда
Отличительной особенностью второго варианта является принципиальная новая возможность регулировки тока заряда. Известно, что более полный (качественный) заряд аккумуляторных батарей происходит когда в начале процесса ток относительно велик, а по истечении некоторого времени уменьшается на порядок.
Вместе с тем второму варианту присуще недостатки: схемотехническая сложность, меньшая надежность, требование к квалификации пользователя и обслуживающего персонала.
Подводя итог сравнения двух вариантов устройств, учитывая достоинства и недостатки можно сделать вывод, что второй вариант является более предпочтительнее.
Основной довод в пользу второго варианта, возможность более полно заряжать аккумуляторные батареи, увеличить количество циклов заряда/разряда, а стало быть сэкономить на приобретении новых аккумуляторных батарей.