Як працюють зарядні пристрої для акумуляторів?

Гарний зарядний пристрій забезпечує основу для довговічних та добре функціонуючих акумуляторів. На ринку, чутливому до ціни, зарядні пристрої часто отримують низький пріоритет і статус «про що не думають». Акумулятор та зарядний пристрій повинні йти рука об руку, як кінь та карета. Розсудливе планування надає джерелу живлення головний пріоритет, розміщуючи його на початку проекту, а не після завершення обладнання, як це поширена практика. Інженери часто не усвідомлюють складності, пов'язаної з джерелом живлення, особливо під час заряджання в несприятливих умовах.

Рисунок 1: Акумулятор і зарядний пристрій повинні йти поруч, як кінь і карета

Зарядні пристрої зазвичай ідентифікуються за швидкістю заряджання. Споживчі товари постачаються з недорогим персональним зарядним пристроєм, який добре працює за умови використання за призначенням. Промислові рішення часто виготовляються сторонніми виробниками і мають спеціальні функції, такі як робота при низьких температурах. Хоча акумулятори працюють нижче нуля, більшість літій-іонних акумуляторів не можна заряджати у таких умовах. Свинцево-нікелеві акумулятори здатні приймати заряд на холоді, але з меншою швидкістю.

Деякі зарядні пристрої для літій-іонних акумуляторів (Cadex) мають функцію пробудження або «підвищення заряду», яка дозволяє перезаряджати літій-іонний акумулятор, якщо він перейшов у режим сну через надмірний розряд. Стан сну може виникнути під час зберігання акумулятора в розрядженому стані, коли саморозряд доводить напругу до точки відсікання. Звичайний зарядний пристрій вважає такий акумулятор непридатним для використання, і його часто викидають. Функція «підвищення заряду» застосовує невеликий струм заряду, щоб підвищити напругу до рівня від 2,2 В/елемент до 2,9 В/елемент, щоб активувати схему захисту, після чого починається нормальний заряд. Будьте обережні, якщо напруга літій-іонного акумулятора перебуває нижче 1,5 В/елемент протягом тижня або довше. Могли утворитися дендрити, які можуть поставити під загрозу безпеку

Зарядні пристрої Victron Energy

Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи

Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

 Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.

Купити

Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15

Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.

Купити

Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.

Купити

Подивитися більше

Методи заряджання

Зарядні пристрої на основі свинцю та літію працюють на постійному струмі з постійною напругою (CCCV). Струм заряду постійний, а напруга обмежується, коли досягає встановленої межі. Досягаючи межі напруги, акумулятор насичується, струм падає доти, доки акумулятор більше не зможе приймати подальший заряд, і швидка зарядка завершується. Кожен акумулятор має свій власний поріг низького струму.

Нікелеві акумулятори заряджаються постійним струмом, а напруга вільно зростає. Це можна порівняти з підняттям ваги за допомогою гумки, коли рука просувається вище за навантаження. Виявлення повного заряду відбувається, коли спостерігається невелике падіння напруги після постійного зростання. Щоб запобігти аномаліям, таким як коротке замикання або невідповідність елементів, зарядний пристрій повинен мати таймер плато, щоб забезпечити безпечне завершення заряду, якщо не виявлено дельти напруги. Також слід додати датчик температури, який вимірює зростання температури з часом. Такий метод відомий як дельта температури за дельта-час , або dT/dt , і добре працює зі швидким та інтенсивним зарядом.

Температурний контроль

Підвищення температури є нормальним явищем для нікелевих акумуляторів, особливо при досягненні 70-відсоткового рівня заряду. Це спричиняє зниження ефективності заряду, і струм заряду слід зменшити, щоб обмежити навантаження. У стані «готовності» зарядний пристрій перемикається на підтримуючу зарядку, і акумулятор повинен охолонути. Якщо температура залишається вищою за кімнатну, зарядний пристрій працює неправильно, і акумулятор слід вийняти, оскільки підтримуюча зарядка може бути занадто високою.

Нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори не слід залишати в зарядному пристрої без нагляду протягом тижнів і місяців. До потреби зберігайте акумулятори в прохолодному місці та заряджайте їх перед використанням.

Літієві акумулятори завжди повинні залишатися холодними під час заряджання. Припиніть використання акумулятора або зарядного пристрою, якщо температура піднімається більш ніж на 10ºC (18ºF) вище температури навколишнього середовища за нормального заряджання. Літій-іонний акумулятор не може поглинати перезаряд і не отримує поступового заряджання, коли він повністю заряджений. Немає потреби виймати літій-іонний акумулятор із зарядного пристрою, однак, якщо він не використовується протягом тижня або довше, найкраще помістити його в прохолодне місце та зарядити перед використанням

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Типи зарядних пристроїв

Найпростішим зарядним пристроєм був нічний зарядний пристрій, також відомий як повільний зарядний пристрій. Це сягає корінням у старі часи нікель-кадмієвих акумуляторів, коли простий зарядний пристрій застосовував фіксований заряд приблизно 0,1 C (одна десята від номінальної ємності), поки акумулятор був підключений. Повільні зарядні пристрої не мають функції виявлення повного заряду, зарядка залишається активною, а повна зарядка розрядженого акумулятора займає 14–16 годин. Після повної зарядки повільний зарядний пристрій зберігає NiCd-акумулятори теплими на дотик. Через знижену здатність поглинати перезаряд, NiMH не слід заряджати на повільному зарядному пристрої. Недорогі споживчі зарядні пристрої, що заряджають елементи AAA, AA та C, часто використовують цей метод зарядки, як і деякі дитячі іграшки. Виймайте батарейки, коли вони теплі.

Швидкий зарядний пристрій знаходиться між повільним та швидким зарядним пристроєм і використовується у споживчих товарах. Час заряджання порожнього акумулятора становить 3–6 годин. Коли акумулятор повністю заряджений, зарядний пристрій перемикається в режим «готовий». Більшість швидких зарядних пристроїв оснащені датчиками температури для безпечного заряджання несправного акумулятора.

Швидкий зарядний пристрій пропонує кілька переваг, і очевидною є коротший час заряджання. Це вимагає тіснішого зв'язку між зарядним пристроєм та акумулятором. При швидкості заряджання 1C яку зазвичай використовує швидкий зарядний пристрій, розряджений NiCd та NiMH акумулятор заряджається трохи більше ніж за годину. Коли акумулятор наближається до повного заряду, деякі зарядні пристрої на основі нікелю зменшують струм, щоб пристосуватися до нижчої допустимої потужності заряду. Повністю заряджений акумулятор перемикає зарядний пристрій у режим підтримуючого заряджання, також відомого як заряджання на основі обслуговування. Більшість сучасних зарядних пристроїв на основі нікелю мають зменшене підтримуюче заряджання, щоб також підтримувати заряд NiMH.

Особливості різних хімій

Літій-іонні акумулятори мають мінімальні втрати під час заряджання, а кулонівський ККД перевищує 99 відсотків. При 1C акумулятор заряджається до 70 відсотків стану заряду (SoC) менш ніж за годину, додатковий час витрачається на насичувальний заряд. Літій-іонні акумулятори не потребують насичувального заряду, як свинцево-кислотні, насправді, літій-іонні краще не заряджати повністю — акумулятори прослужать довше, але час роботи буде трохи меншим. З усіх зарядних пристроїв літій-іонні є найпростішими. Жодних хитрощів, які обіцяють покращити продуктивність акумулятора, як часто стверджують виробники зарядних пристроїв для свинцево-нікелевих акумуляторів, не застосовується. Працює лише рудиментарний метод CCCV.

Свинцево-кислотний акумулятор не можна швидко заряджати, і термін «швидкий заряд» є неправильним. Більшість зарядних пристроїв для свинцево-кислотного акумулятора заряджають акумулятор за 14–16 годин, будь-що повільніше є компромісом. Свинцево-кислотний акумулятор можна зарядити до 70 відсотків приблизно за 8 годин, решту часу займає надзвичайно важливий насичувальний заряд. Частковий заряд цілком прийнятний за умови, що свинцево-кислотний акумулятор періодично отримує повністю насичуваний заряд, щоб запобігти сульфатації.

Енергоефективність та стандарти

Струм очікування зарядного пристрою має бути низьким для економії енергії. Energy Star присвоює п'ять зірок зарядним пристроям для мобільних телефонів та іншим невеликим зарядним пристроям, що споживають 30 мВт або менше в режимі очікування. Чотири зірки отримують зарядні пристрої потужністю 30–150 мВт, три зірки – 150–250 мВт, а дві зірки – 250–350 мВт. Середнє споживання становить 300 мВт, і ці пристрої отримують одну зірку. Energy Star прагне зменшити споживання струму персональними зарядними пристроями, які здебільшого залишаються підключеними до мережі, коли не використовуються. У будь-який момент часу до мережі у світі підключено понад мільярд таких зарядних пристроїв.