Джерела електроживлення. Заняття 1

1.

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ
НАЦІОНАЛЬНОЇ ГВАРДІЇ УКРАЇНИ
Кафедра військового зв'язку та інформатизації
Навчальна дисципліна
“Військовий зв'язок та інформаційні технології”
ЗМ 7. Переносні засоби радіозв’язку
та їх джерела електроживлення
Заняття 1. Джерела електроживлення
Групове заняття
2 години
1

2.

Навчальна мета
1. Отримати систематизовані знання щодо основних
типів і принципів дії акумуляторів, правил
експлуатації та порядку заряджання акумуляторів.
2. Ознайомитись з мірами безпеки під час
експлуатації акумуляторних батарей.
2

3.

Навчальні питання
1. Хімічні джерела електроживлення.
2. Характеристика кислотних акумуляторів.
3

4.

Література
1. І.М. Майборода, М.І. Новіков, О.О. Казіміров, К.В. Власов. Зв'язок та
інформатизація військ. Частина І. Основи організації зв'язку та засоби
зв'язку тактичної ланки управління Національної гвардії України.
Навчальний посібник. –Київ: Головне Управління Національної
гвардії України, 2014.
2. К.В. Власов, І.М. Майборода, О.О. Казіміров,
М.І. Новіков. «Зв'язок і автоматизовані системи
управління військами». Навчальний посібник. Частина І.
«Засоби зв’язку тактичної ланки управління внутрішніх військ»
– Харків: Академія ВВ МВС України, 2013, с. 104-120.
3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
Р-148, Р-158, Р-107М, Р-159
4. Системи електроживлення. Навчальний посібник / О.О.Казіміров,
І.М.Майборода, М.І.Новіков, В.Г. Мельниченко
– Харків: НАНГУ, 2014. – 164 с
4

5.

Перше питання
Хімічні джерела електроживлення
5

6.

Джерела електроживлення засобів зв'язку
призначені для забезпечення живлення
електричних кіл засобів зв'язку різних типів.
Джерелами електроживлення засобів
військового зв'язку можуть бути:
промислова мережа змінного струму
напругою 220 або 380 В
бензинові або дизельні електричні агрегати
генератори відбору потужності від двигунів
автомобілів (БТРів, БМП)
хімічні джерела електричного струму
сонячні панелі
6

7.

Хімічне джерело струму (ХДС) є пристрій, у
якому хімічна енергія закладених в ньому
активних речовин безпосередньо перетворюється в
електричну енергію при протіканні
електрохімічних реакцій.
Основою роботи ХДС є хімічна реакція взаємодії
окиснювача (катод) і відновлювача (анод).
У простішому випадку ХДС складається з двох
електродів різної природи, занурюваних у
посудину з електролітом і розділених проміж
собою пластиною з діелектрика, тобто
сепаратором.
7

8.

Побудова хімічного джерела струму
RH
ίР
е
А
К
е
сепаратор
корпус
виводи
+
+
+
+
+
аніони
позитивний
катод
–
+
катіони
–
–
–
–
–
негативний
електроди
анод
електроліт
8

9.

Електродами називають частини ХДС, які
знаходяться у контакті з електролітом та
утворюють з ним фазові межі на яких
протікає електрохімічна реакція.
Електролітом називають речовину з
іонною провідністю, яка утворює з
електролітом фазову межу і забезпечує
протікання електрохімічних реакцій на
електродах.
Сепаратор це іонопрониклива деталь з
діелектричного матеріалу, розміщена між
позитивним та негативним електродами
ХДС і призначена для запобігання
електричної провідності між ними.
9

10.

Зарядом називається процес перетворення
електричної енергії у хімічну енергію активних
речовин шляхом пропускання електричного
струму від зовнішнього джерела (від + до - ).
Процес віддачі електричної енергії у зовнішнє
коло називається розрядом.
У процесі розряду хімічна енергія
перетворюється в електричну, а активні
речовини – в продукт розряду (від – до +).
10

11.

Хімічні джерела струму поділяються на:
• первинні (гальванічні елементи – на честь
Луїджі Гальвані, який перший виявив різницю
потенціалів при контакті різних металів і
електроліту)
• вторинні (електричні акумулятори
“акумулятор” з латинської означає накопичення)
11

12.

Первинні ХДС – це ХДС, які призначені для разового
безперервного або перервного розряду. У таких ХДС у
процесі подання їм електричної енергії від другого
джерела, одержання первинних активних речовин
неможливе або ускладнено. Напруга первинних ХДС ~1,2
- 4 В. За розміром гальванічні елементи поділяються на А,
АА, АААA, B, С, D, F,N,R-10.
12

13.

Позначення ХДС за розмірами
13

14.

Вторинні ХДС (акумулятори) - це ХДС, які
призначені для багаторазового використання за
рахунок відновлювання хімічної енергії речовин,
шляхом пропускання електричного струму у
напрямку, зворотному напрямку струму при
розряді.
14

15.

Основні електричні
характеристики ХДС:
електрорушійна сила (ЕРС)
напруга
внутрішній опір
ємність
15

16.

Електрорушійна сила ХДС Еа є різність
потенціалів між електродами при роз'єднаному
зовнішньому колі. Вона залежить від щільності
електроліту (вимірюється в вольтах).
Напруга ХДС Uа є різність потенціалів між
електродами під навантаженням (вимірюється в
вольтах). Залежить від типу ХДС, величини
розрядного струму, часу розряду і температури
електроліту. Розряджати ХДС нижче кінцевої
напруги недопустимо, що може привести до
виходу його з ладу.
16

17.

Внутрішній опір ХДС (Rвн) складається з опору
електроліту і електродів (вимірюється в омах). Опір
електроліту залежить від його температури (зі
зниженням температури підвищується в'язкість і опір).
Ємність ХДС (Q) є кількість енергії, яку може
віддати повністю заряджене ХДС при розряді його до
допустимої розрядної напруги. Вимірюється в ампергодинах та їх похідних (А/год, мА/год, Ah) і
визначається добутком величини розрядного струму на
час розрядки Q=Iрtр,
Залежить від кількості і розмірів електродів, величини
розрядного струму, щільності і температури
електроліту, терміну роботи ХДС.
17

18.

У залежності від застосованого електроліту і
принципу дії, ХДС розподіляються на кислотні
(свинцеві), лужні і соляні.
У них застосовуються рідкі або “ тверді ” (так
звані загущені) розчини солей, кислот або луг.
У кислотному ХДС електролітом у теперішній
час застосовується водний розчин сірчаної
кислоти.
У лужному ХДС електролітом є водний розчин
сильної луги.
У соляному ХДС електролітом є водний розчин
солі.
18

19.

Свинцеві (кислотні) ХДС у більшості
випадків використовуються як стартерні для
запуску двигунів автомобілів (БТРів, танків)
та агрегатів електроживлення.
Вирізняються високою номінальною
напругою 2 В, досить малим внутрішнім
опором та відносно високим ККД до 85 %.
Проте необхідність використовувати
дефіцитний свинець, невеликий термін
служби, недостатня міцність та незадовільна
робота при низьких і високих температурах
обмежують їх застосування.
19

20.

Лужні та соляні ХДС у більшості випадків
використовуються для живлення переносних
і портативних радіостанцій, персональних
комп'ютерів, стільникових телефонів а також
використовуються як резервні при виході з
ладу основного джерела живлення
електронного обладнання.
Вирізняються рядом переваг перед
кислотними: вони міцніші та не бояться
перевантажень, добре працюють більше часу
і в широкому інтервалі температур та
невимогливі до умов на виробництві. Їх
основні недоліки: низькій ККД (до 60 %),
вища вартість та низька напруга (1,2-1,5 В).
20

21.

Електричною батареєю, або просто
батареєю, називається два і більше
первинних або вторинних ХДС, з’єднаних
між собою (послідовно або паралельно) для
спільного вироблення електричної енергії.
21

22.

При послідовному з'єднанні
•напруга батареї = сумі напруг усіх ХДС
•ємність батареї = ємності одного ХДС
•струм батареї = струму одного ХДС
22

23.

При паралельному з'єднанні
•напруга батареї = напрузі одного ХДС
•ємність батареї = сумі ємностей усіх ХДС
•струм максимальний.
23

24.

Друге питання
Характеристика кислотних акумуляторів
24

25.

Стартерні свинцево-кислотні
акумуляторні батареї складаються з
послідовно з'єднаних 3,6,12 акумуляторів.
Корпус виконується з пластмаси.
Приклад: 6СТ-62АЗ
акумуляторів
годинах
6 – кількість
СТ – стартерна
62 - ємність в амперА – тип кришки
З – сухозаряджена
25

26.

В якості електроліту використовується
розчин сірчаної кислоти в дистильованій
воді зі щільністю 1,25-1,26 г/см3 – влітку (при
Т>+30 - 1,2)
до 1,35 г/см3 – взимку.
Номінальна напруга акумулятора – 2В
26

27.

Лужні акумулятори
Нікель-кадмієві (Ni-Cd)
Нікель-металгідридні акумулятори (Ni-MH)
Літій-iонні (Li-Ion), Літій-залізо-фосфатний
акумулятор (LiFePO4, LFP)
Літій-полімерні елементи (Lithium Polymer)
Срібло-цинкові та ін.
27

28.

Нікель-кадмієві акумулятори (NiCd)
є надзвичайно популярними і знайшли
застосування в багатьох областях: радіостанціях,
біомедичному устаткуванні, професійних
відеокамерах, різних інструментах з електричним
приводом тощо. Вони, як, і раніше досить дешеві,
зручні в використанні і володіють низкою
беззаперечних переваг.
28

29.

Фактично NiCd- це єдиний тип батареї, що здатний
працювати в досить жорстких умовах і витримує
значні навантаження.
Головним недоліком NiCd-акумуляторів є «ефект
пам’яті», який виявляється у частковій втраті
енергоємності акумулятора після декількох
десятків робочих циклів.
Причина цього явища полягає в тому, що в процесі
експлуатації, з кожним новим циклом,
заряду/розряду, робоча речовина в середині
акумулятора поступово змінює свою структуру –
кристалізується, при цьому площа робочої
поверхні зменшується, що і призводить до
зменшення реальної ємності та збільшення
внутрішнього опору акумулятора.
29

30.

Для запобігання цьому необхідно періодично
проводити цикли повного заряду і наступного
розряду акумуляторної батареї до напруги 1 В на
елемент ( 3-4 рази).
В якості електроліту в нікель-кадмієвих
акумуляторів використовується розчин їдкого
калію у дистильованій воді (для збільшення
терміну дії акумулятора на 1л розчину додається
20г моногідрату літію) зі щільністю 1,19 - 1,21
г/см3.
Номінальна напруга акумулятора – 1,25
(до 1,5) В.
30

31.

Батареї позначаються таким чином:
перше число – кількість акумуляторів у батареї
електрохімічна система (НК – нікель-кадмієві)
наступні літери:
Б – безламельні, Т – таблеточні, Л - ламельні
Г – герметичні
Ц – циліндричний корпус
Число – ємність батареї в ампер-годинах
М – металевий каркас батареї
Т- клеми в торці батареї
С – сухозаряджені
Д – довгий режим розряду
(2НКП-20, 5НКТБ-80С, 10НКГЦ-1Д)
31

32.

Нікель-металгідридні акумулятори
(NiMH).
Це вторинне хімічне джерело електричного струму,
в якому анодом є водневий металогідридний
електрод (зазвичай гідрид нікель-лантан або
нікель-літій), електроліт - гідроксид калія, катод –
оксид нікелю. Акумулятори NiMH здобувають усе
більшу популярність (особливо в найбільш
розповсюджених формах «пальчикових» батарейок
АА і ААА), з кожним роком збільшується їхня
ємність.
32

33.

Переваги:
менш піддані «ефекту пам’яті» (а деякі виробники
NiMH-батарей навіть стверджують, що їхні вироби
взагалі не мають «ефекту пам’яті»)
невикористання токсичного кадмію
Недоліки:
досить значний саморозряд; заряджений акумулятор
повністю розрядиться за 30 - 60 днів (залежно від
умов зберігання)
бояться глибокого розряду (потрібно вчасно
заряджати)
Нові NiMH-акумулятори після придбання повинні
пройти 3-5 циклів повного заряду/розряду перш, ніж
вони зможуть набрати повний заряд (тобто досягнуть
пікових експлуатаційних показників).
33

34.

Літій-іонні акумулятори ( Li-Ion).
Літій використовується в іонному стані. Зазвичай в
таких елементах анод виробляють з вуглецю, а
катод – з літійкобальтдиоксиду. В якості
електроліту використовують соляний розчин літію.
Переносником заряду в літій-іонному акумуляторі
є позитивно заряджений іон літію.
Галузі застосування Li-Ion акумуляторів – це
ноутбуки, стільникові телефони, портативні
радіостанції тощо.
34

35.

Переваги:
мають велику питому енергоємність
може забезпечувати більші напруги, ніж інші
виявляють непогані навантажувальні
характеристики мають дуже низький саморозряд
(2-5% на місяць).
Недоліки:
наявність незначного “ефекту пам'яті”
мають малий внутрішній опір (не забезпечують
великих струмів)
НЕ ВИТРИМУЮТЬ ПЕРЕЗАРЯД (можуть
навіть спалахнути)!
не витримують глибокий розряд
при високих і низьких температурах суттєво
зменшують ємність
35

36.

Літій-іонно-полімерні акумулятори
(Li Pol чи Li –Polymer).
Це вдосконалена конструкція літій-іонного акумулятора.
Відрізняються від Li-Ion типом використовуваного
електроліту.
В якості електроліту використовується полімерний
матеріал із включеннями гелеподібного літій-провідного
наповнювача.
36

37.

Позитивні якості:
Велика щільність енергії на одиницю об'єму і
маси (у зрівнянні з літій-іонними);
Низький саморозряд;
Невелика товщина елементів;
Можливість отримання гнучкої форми;
Відсутність ефекту пам'яті;
Діапазон робочих температур: від −20 до +40 С.
Недоліки:
Пожеженебезпечні при перезаряді та (або)
перегріві;
Потребують спеціальних режимів зарядки;
Бояться глибоких розрядів;
Порівняно невеликий цикл життєдіяльності.
37

38.

До теперішнього часу найперспективнішим варіантом
були літій-діоксид вуглецеві батареї. Але вони мали
великий недолік - малу кількість циклів перезарядки (не
більше 100).
Фахівці Іллінойського університету в Чікаго розробили
робочий прототип інноваційної літій-діоксид вуглецевої
батареї з високою щільністю енергії: 1876 ват⋅годин на 1
кг маси – це в 7 разів вище, ніж у літій-іонної батареї.
Вони змогли усунути недолік літій-діоксид вуглецевої
батареї. Використання диметилсульфоксидного
електроліту з частинками дисульфід молібдену
дозволило збільшити число циклів перезарядки до 500.
Раніше повідомлялося, що австралійські вчені створили
протонний акумулятор, який може замінити літій-іонні.
38

39.

На тривалість життя акумулятора
впливають:
щільність електроліту;
температура електроліту;
сила струмів і тривалість розряду та заряду;
рівень вібрацій і трясіння;
тривалість перерв в експлуатації;
своєчасність і якість ТО.
39

40.

Р – 107М
Р – 159
Джерелом живлення служить АКБ типу
2 НКП-24 та 10 НКП-10
40

41.

Зарядні пристрої:
ВСА-111К
ВСА-5
41

42.

Акумуляторні батареї заряджають:
при проведенні їх до робочого стану
при проведенні зарядно-розрядного циклу
періодично в процесі експлуатації
при розряді акумуляторів нижче припустимого
значення.
42

43.

У портативних радіостанціях
переважно використовуються Ni-Mh,
Li-Ion, Li-Pol АКБ.
Заряджання АКБ здійснюється індивідуальним
або груповим зарядним пристроєм.
Індивідуальні й групові пристрої заряджання для
кожного типу радіостанцій мають свої особливості
(див. інструкцію з експлуатації).
Живляться пристрої заряджання переважно від
промислової мережі змінного струму напругою
220 В.
43

44.

44

45.

АКБ можна заряджати як окремо так і з
радіостанцією.
Заряджання акумулятора, як правило,
контролюється зарядним пристроєм, однак
повного відключення акумулятора не передбачено,
тому треба заряджати АКБ не більше ніж 24
години.
Термін заряду повністю розрядженої батареї до
максимальної ємності становить 10-15 годин.
45

46.

Одномісний зарядний пристрій
PMPN 4174 IMPRES
Зарядний пристрій оснащений світлодіодною індикацією, яка
дозволяє швидко оцінити стан акумулятора та отримати наочну
інформацію про режим в якому працює пристрій.
46

47.

Адаптивне одномісне зарядний пристрій IMPRES
є повністю автоматизованим пристроєм для
обслуговування акумуляторних батарей.
Користувачеві необхідно виконати лише такі прості
дії:
1. Встановіть радіостанцію / акумулятор IMPRES в
зарядний пристрій.
2. Вийміть радіостанцію / акумулятор IMPRES після
повної зарядки (коли сигнал світлодіодного
індикатора зміниться на безперервний ЗЕЛЕНИЙ).
У гніздо зарядного пристрою можна встановлювати
як сам акумулятор IMPRES так і радіостанцію з
акумулятором IMPRES.
Перед зарядкою акумулятора IMPRES без
від'єднання від радіостанції вимкніть радіостанцію.
Зарядку акумуляторів краще виконувати при
кімнатній температурі.
47

48.

Сигнали індикатора зарядного пристрою IMPRES
Одинарний зелений Успішне включення електроживлення зарядного
спалах
пристрою.
Швидка зарядка акумулятора завершена ( > 90%
Миготливий
ємності акумулятора заряджена). Йде до зарядка
зелений
акумулятора малим струмом.
Безперервний
Зарядка акумулятора завершена. ЗП відключило заряд
зелений
АКБ і перейшло в режим очікування.
Миготливий
Зарядка акумулятора неможлива або відсутній контакт
червоний
між акумулятором і зарядним пристроєм.
Безперервний
Акумулятор знаходиться в режимі швидкої зарядки.
червоний
Акумулятор розпізнано зарядним пристроєм і очікує
Миготливий
початку зарядки. (Або напруга акумулятора занадто
помаранчевий
низька або його температура занадто низька або висока
для зарядки. Зарядка акумулятора почнеться
автоматично, коли напруга або температура зростуть.)
Стосується тільки до акумуляторів IMPRES.
Акумулятор знаходиться в режимі рекондиціонування
(відновлення) або ініціалізації (приведення пристрою в
стан готовності до використання.). Тривалість цього
Безперервний
режиму залежить від початкового заряду акумулятора
помаранчевий
при установці в зарядний пристрій. (рекондиціонування
повністю заряджених акумуляторів займає більше часу
(8 - 12 годин і більше), ніж р рекондиціонування
повністю розряджених акумуляторів.)
48

49.

Цифрова УКХ радіостанція спеціального призначення
(Motorola Solution DM 4601 UHF) з алгоритмом
шифрування AES 256
Виріб «Либідь К-1А»
49

50.

Живлення радіостанції Либідь К-1А застосовується
12 В LiFePO4 (Літій-залізо-фосфатна АКБ)
Заряджання здійснюється від мережі
змінного струму напругою (220±10%) В,
частотою (50±1) Гц через зовнішній
зарядний пристрій
При зниженні напруги акумулятора до 10 В, автоматично
відключається живлення радіостанції і загоряється індикатор
«Стан АКБ». Акумулятор підлягає заряджанню.
50

51.

Радіостанція
HARRIS
RF 7800 S-TR
51

52.

Живлення радіостанції відбувається від
літій-іонної АКБ, що забезпечує живлення на 8-10 годин або від батарейного
адаптера для 6 гальванічних елементів AA (RF-5911-PS001)
(кожна має U= 1,5 V).
Підсвітка: 4 сегмента, які відображаються на ЖК-дисплеї, рівень зарядки
акумулятора.
52

53.

Зарядний пристрій радіостанції
HARRIS RF- 7800 S-TR
53

54.

Радіостанція
HARRIS
RF-7800 V-HH
RF-7850 M-HH)
54

55.

Зарядний пристрій радіостанції
55

56.

Зарядка
Готови
й
Недостатньо
СТАН
Колір світлодіодних індикаторів зарядного пристрою:
- спалахи жовтого (Yellow) кольору
Стан
- спалахи червоного (Red) кольору
Утримання температури
- постійне світіння зеленого (Green) кольору
- постійне світіння червоного кольору
- постійне світіння жовтого кольору
Готовність
Несправність
Заряд
56

57.

Радіостанція
HARRIS RF-7800H-MP
57

58.

RF-7800H-MP постачається з батарейним відсіком
12043-4800-01, де використовується одна з таких батарей:
1. BB-590/U акумуляторна нікель-кадмієва (Ni-Cd);
2. BB-2590/U або BB-2590/AU акумуляторна літійіонна (Li-ION);
3. BB-390B/U акумуляторна нікель-метал-гідридна
(Ni-MH);
4. BA-5590/U одноразова літій - сульфур диоксидна
(Li-SO2);
5. BA-5390/U одноразова літій-марганцево диоксидна
(Li-MnO2).
Індикатор рівня заряду батареї не буде відображатись
коректно, якщо не вибрати в меню правильний тип
батареї. Різні батареї мають різні профілі напруги.
58

59.

Акумуляторна батарея
Зарядний пристрій RF-5059-CH102
59

60.

Радіостанція
HARRIS RF-7800M-MP
60

61.

Джерело електроживлення RF-5910-PS005- призначене
для живлення радіостанції RF-7800M-MP і включає в себе
блок живлення від мережі змінного (85-265) В / (47-440)
Гц і постійного струму (10,5-34,5) В зі стабілізованою
вихідною напругою 26,5 В.
Джерело електроживлення RF-5910-PS005 включає в
себе акумуляторну батарею резервного живлення, яка
миттєво підключається при пропажі мережі змінного
струму і вхідного джерела постійного струму. Резервне
джерело живлення забезпечує роботу радіостанції
протягом не менше 15 хвилин.
61

62.

Зарядний пристрій RF5058-CH002
Зарядний пристрій призначений для заряджання
акумуляторних літій-іонних батарей типу BB-2590, BB590, BB-390. Зарядний пристрій може живитися від
джерела змінного або постійного струму. Зарядний
пристрій може відновити акумуляторну батарею після
сильного розрядження.
62

63.

Питання для самостійного вивчення
1.
Технічне обслуговування джерел електроживлення радіостанцій
Література
1. І.М. Майборода, М.І. Новіков, О.О. Казіміров, К.В. Власов. Зв'язок та
інформатизація військ. Частина І. Основи організації зв'язку та засоби зв'язку
тактичної ланки управління Національної гвардії України.
Навчальний посібник. –Київ: Головне Управління Національної гвардії України,
2014.
2. К.В. Власов, І.М. Майборода, О.О. Казіміров, М.І. Новіков. «Зв'язок і
автоматизовані системи управління військами». Навчальний посібник. Частина І.
«Засоби зв’язку тактичної ланки управління внутрішніх військ»
– Харків: Академія ВВ МВС України, 2013, с. 104-120.
3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Р-148, Р-158, Р-107М, Р-159
4. Системи електроживлення. Навчальний посібник / О.О.Казіміров,
І.М.Майборода, М.І.Новіков, В.Г. Мельниченко
– Харків: НАНГУ, 2014. – 164 с.
63