Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Особенности заряда и разряда литиевых аккумуляторных батарей и современные технические средства управления этими процессами Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Мельничук О. В. МеШch.uk O. V

кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретические основы электротехники», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

Фетисов В. С. Fetisov V S.

доктор технических наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

УДК 621.355.9

ОСОБЕННОСТИ ЗАРЯДА И РАЗРЯДА ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМИ ПРОЦЕССАМИ

Статья представляет собой обзор методов и средств организации правильной работы литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторных батарей, обеспечивающих их эффективную работу и длительный срок службы.

Рассмотрен классический алгоритм зарядки отдельной ячейки такого аккумулятора, включающий в себя три последовательные фазы: предварительную зарядку малым током для случая, если ячейка претерпела до этого глубокий разряд; зарядку постоянным током до уровня 4,2 В и зарядку постоянным напряжением при убывающем до минимума токе.

Описаны различные устройства для работы с литиевыми аккумуляторами: защитные контроллеры, которые предохраняют аккумулятор от опасных режимов работы в течение всего жизненного цикла и которые обычно встраивают в корпус аккумулятора; контроллеры зарядки, которые могут иметь различные схемы и алгоритмы работы, в частности для работы с отключением нагрузки при зарядке или без отключения. Описаны соответствующие специализированные микросхемы.

Особое внимание уделено обеспечению процессов заряда-разряда многосекционных литиевых батарей, в которых ячейки соединены последовательно. В этом случае важно поддерживать одинаковый уровень заряда всех ячеек во всех режимах работы. Для этого предназначены специальные устройства, выполняющие балансировку ячеек. Балансировка может быть пассивной или активной.

Пассивная балансировка заключается в выравнивании напряжения ячеек посредством резисторных бай-пасных цепей, рассеивающих мощность. Отмечено, что такой метод лучше использовать в недорогих устройствах. Практически вся избыточная энергия от ячеек с большим зарядом рассеивается в виде тепла – это главный недостаток пассивного метода.

В активном методе балансировки для передачи энергии от более заряженных ячеек к менее заряженным используются реактивные элементы индуктивности, емкости или трансформаторы, потери энергии в которых незначительны. Поэтому активный метод гораздо более эффективен, нежели пассивный, однако при этом приходится использовать более дорогие компоненты.

В качестве примеров в статье приводятся описания применения конкретных типов микросхем различных производителей: Texas Instruments, Linear Technology, Maxim, STMicroelectronics и др.

Ключевые слова: аккумуляторная батарея, литий-ионный аккумулятор, заряд, разряд, зарядное устройство, защитный контроллер, встраиваемый контроллер, пассивная балансировка, активная балансировка, многосекционная аккумуляторная батарея.

This paper is a review of methods and devices for arrangement of right operation of Li-ion or Li-polymer rechargeable batteries that provides additional duration and long life time of batteries.

SOME FEATURES OF CHARGING AND DISCHARGING

OF LITHIUM RECHARGEABLE BATTERIES AND CORRESPONDING UP-TO-DATE TECHNOLOGIES

OF CONTROL

The traditional algorithm of charging for single Li-ion cell is considered. Such algorithm includes 3 consecutive steps: preventive charging by small current if the cell was deeply discharged, charging by fixed current up to the level of the cell voltage 4.2 V, and charging by the fixed voltage at the descending current.

Various devices for the service of lithium batteries are described, such as PCM – embedded into the battery protection circuit module that protects a battery from dangerous operational modes during the whole life cycle; charging controllers that may be intended to provide the battery charging with connected or disconnected load. Corresponding specialized integrated circuits are described.

Specially the charging-discharging processes in multi cell batteries with series connection of cells are considered. It is important for such batteries to keep equal voltages of all cells in all modes of operation. Balancing of cells is implemented by special devices.

Balancing may be passive or active.

Passive balancing is equalizing of cell voltages by means of shunt resistors dissipating active power. The main disadvantage of passive balancing is that dissipated energy transforms into useless heat. Such method is recommended for inexpensive devices.

Active balancing method is based on energy pumping from cells with redundant charge to cells with insufficient charge by means of reactive elements such as coils, capacitors, transformer. In such case no active energy losses. So active method is more effective than passive one though it requires to use more expensive components.

The paper contains many application examples for mentioned types of integrated circuits of such producers as Texas Instruments, Linear Technology, Maxim, STMicroelectronics and others.

Key words: rechargeable battery, Li-ion accumulator, charging, discharging, charging unit, protection circuit module, embedded controller, passive balancing, active balancing, multi cell battery.

Введение

В настоящее время очень широкое применение в различных областях техники находят аккумуляторы на основе лития [1, 2]. Различные типы таких аккумуляторов используются почти повсеместно – от сотовых телефонов и мобильной компьютерной техники до мощных источников питания транспортных средств, таких как электромобили, беспилотные летательные и подводные аппараты [3]. Наибольшее распространение получили так называемые литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (это традиционно сложившиеся названия; хотя по сути все литиевые аккумуляторы являются литий-ионными, сейчас же под литий-ионными понимают обычно аккумуляторы ранних разработок с жидким или гелевым электролитом, другие названия связаны с материалом или исполнением электролита или электрода) [4]. Кроме двух названных типов известно большое количество и других аккумуляторов на основе лития (например, для применения на транспорте серийно выпускаются литий-железофосфатные аккумуляторы [5]), но именно эти два подкласса по масштабам их производства значительно превосходят все остальные и имеют много общего как по выходным параметрам, так и в процессах заряда и разряда.

ч/кг у основных конкурентов – никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов), выдерживают большие импульсные разрядные токи – 20-40С, обладают низким саморазрядом (1%/мес. против 20%/мес. у никель-кадмиевых). Серьезным преимуществом литиевых аккумуляторов является отсутствие «эффекта памяти», а также высокое значение электро-

движущей силы (ЭДС) единичной ячейки (3,6 В против 1,2 В у никель-кадмиевых).

Однако есть и некоторые технические проблемы, которыми сопровождается эксплуатация литиевых аккумуляторов. В первую очередь это относится к чувствительности этих аккумуляторов к глубокому разряду и чрезмерному перезаряду. Недопустим также перегрев или механические повреждения аккумуляторных ячеек. Невыполнение этих условий иногда приводит к возгоранию или взрыву аккумуляторов. Хотя в последние годы появились отдельные типы литиевых аккумуляторов, обладающих повышенной стойкостью к механическим повреждениям (например, литий-серные аккумуляторы [6]), они еще не выпускаются серийно, и проблема пока сохраняется.

Во многих случаях источники питания представляют собой не единичные аккумуляторные ячейки, а наборы таких ячеек (секций), соединенных последовательно в батареи, имеющие необходимое напряжение. В наибольших масштабах налажено массовое производство многосекционных батарей, имеющих от 2 до 6 секций. Для отдельных применений выпускаются многосекционные батареи, имеющие несколько десятков секций.

Особенности электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторных ячейках, приводят к тому, что ячейки со временем начинают отличаться друг от друга по энергетической емкости и внутреннему сопротивлению, что приводит к разбалансу -неравномерному распределению напряжения по секциям. Впоследствии, если не принимать специальных мер, это может привести как минимум к снижению эффективности использования батареи (недоиспользования ее емкости), а в худшем случае к глубокому разряду или перезаряду отдельных секций, их перегреву и выходу из строя.

ч.

Устройства контроля и управления процессами заряда-разряда в АКБ построены, как правило, на базе микроконтроллеров и специализированных микросхем. Эти устройства могут быть встроены в саму АКБ, либо во внешние сервисные блоки, например, в зарядные устройства. В автономных компьютерах управление зарядом-разрядом АКБ возлагается на специальную подсистему управления питанием.

1. Особенности процессов заряда-разряда отдельной ячейки литий-ионного аккумулятора. Специализированные встраиваемые контроллеры

Рассмотрим типовой алгоритм заряда ячейки литий-ионного аккумулятора (рисунок 1).

Условно весь процесс разбит на 3 фазы. Первая фаза, так называемый предварительный заряд, включается не всегда, а только в тех случаях, когда аккумулятор сильно разряжен. Если напряжение ячейки ниже 2,8 В, то ее нельзя сразу заряжать номинальным током заряда I : это крайне отрицательно скажется на сроке службы аккумулятора. Поэтому ячейку заряжают сначала малым током примерно до 3,0 В, и только потом – номинальным током. Во второй фазе зарядное устройство работает как источник постоянного тока. При этом напряжение аккумулятора постепенно растет до 4,2 В. Аккумулятор на данный момент заряжен примерно на 70 % своей емкости. Чтобы зарядить ячейку до значений емкости, близких к 100 %, необходимо перейти к третьей фазе: здесь зарядное устройство работает как источник постоянного напряжения. На этом этапе к ячейке приложено постоянное напряжение 4,2 В, а зарядный ток уменьшается от максимума до некоторого заранее заданного минимального значения. В тот момент, когда значение тока уменьшается до этого предела, заряд батареи считается законченным и процесс завершается.

Рассмотренный алгоритм заряда реализован во многих микросхемах, предназначенных для зарядных устройств односекционных литиевых батарей. Для примера рассмотрим контроллер заряда STC4054 компании ЗТМюгоексйотсв Г71.

и.в+

4.2

Предзаряд

0.1-1,

2 фаза: Постоянный ток 3 фаза: Постоянное напряжение

Рисунок 1. Типовой алгоритм заряда ячейки литий-ионного аккумулятора

Рисунок 2. Схема включения STC4054

Микросхема STC4054 выполнена в миниатюрном корпусе типа TSOT23-5L. Это позволяет использовать ее в мобильных устройствах с достаточно жесткими требованиями по массе и габаритам. Схема включения STC4054 представлены на рисунке 2.

Как видим, для включения требуется минимальное количество внешних компонентов — не требуются даже внешние MOSFET-транзисторы, вся обвязка ограничивается фильтрующим конденсатором на входе, программирующим резистором (программирует максимальное значение тока заряда) и индикаторным светодиодом. Кроме уже описанного алгоритма микросхема выполняет защиту от перенапряжения и перегрева. Если значение входного напряжения превышает определенный предел (в частности, 7,2 В) или если температура корпуса превысит величину 120 °С, то зарядное устройство отключается, защищая себя и аккумулятор. Реализована также защита от низкого входного напряжения — если входное напряжение опустилось ниже определенного уровня, то зарядное устройство также отключится.

Устройства, подобные описанному, предназначены, в основном, для построения отдельных зарядных устройств для АКБ, которые на время зарядки отделены от нагрузки. Если же это не так, то часть зарядного тока будет утекать в нагрузку, что в первой фазе зарядки (если аккумулятор сильно разряжен) может замедлить процесс зарядки или вовсе сделать его невозможным. Для избежания таких проблем необходимо предусматривать в схемах зарядки ключевые элементы, которые разделяют пути протекания токов зарядки и нагрузки. Такая технология используется при построении микросхем контроллеров многими фирмами [8]. Например, компания Maxim называет такую технологию SPS — Smart Power Selector, которая используется в микросхемах MAX8844, MAX8819, MAX8877 и некоторых других. Фрагмент схемы SPS приведен на рисунке 3. Ее основное назначение — обеспечивать бесперебойное питание нагрузки. Транзистор VT1 или полностью открыт, или используется как линейный регулятор выходного напряжения Vout (например, 4.4 В), т.е. используется для прямого прохождения тока от источника V. к нагрузке. Транзистор VT2 подключает к нагрузке аккумулятор. Если ток в нагрузке возрастает, и источник V. не может его поддерживать, то с помощью VT2 ограничивается ток зарядки аккумулятора.

Рисунок 3. Структура для раздельного управления токами зарядки и нагрузки

Несколько иное назначение имеют так называемые защитные контроллеры (PCM-Protection Circuit Module, или PCB-Protection Circuit Board), миниатюрные платы которых встраивают непосредственно в корпус аккумулятора (рисунок 4).

Рисунок 4. Ячейка аккумулятора с защитным контроллером

Они также основаны на специализированных микросхемах. В качестве примера приведем микросхему DW01-P производства фирмы Fortune Semiconductor (Тайвань) [9] (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема включения м/с DW01-P и плата контроллера на ее основе

Микросхема с помощью двух внешних MOSFET-транзисторов производит контроль и управление в ситуациях переразряда (OD-Overdischarge) и переза-

ряда (OC-Overcharge). Если напряжение на ячейке упадет ниже 2,5 В, то контроллер закрывает транзистор FET1 (но заряд при этом возможен через встроенный диод), а если оно будет выше 4,2 В, то закроется транзистор FET2 (но разряд при этом возможен через встроенный диод этого транзистора). Кроме того, контроллер закрывает FET1 при чрезмерном токе разряда. Величина тока разряда, а также наличие зарядного устройства определяется по падению напряжения на резисторе R2. Таким образом предотвращаются аварийные режимы работы. К клеммам BATT+, BATT- подключают нагрузку или зарядное устройство. Транзисторы FET1, FET2 входят в состав сборки TXY8205A [10].

Микросхемы PCM, подобные описанной, сейчас массово выпускают большое количество фирм. Причем среди них есть и контроллеры, предназначенные для защиты ячеек многосекционных батарей. Так, компания Seiko Instruments (Япония) выпускает целую линейку микросхем для PCM-контроллеров (S-8205, S-8253 и др.), ориентированных на различное количество секций [11]. От вышеописанных односекцион-ных PCM-контроллеров они отличаются только более сложными входными цепями для мониторинга каждой секции аккумулятора, но реакция на аварийные режимы для любой секции одна — отключается (от зарядного источника или нагрузки) вся батарея целиком.

2. Обеспечение заряда-разряда многосекционных литиевых батарей

Производители литиевых АКБ обычно комплектуют батареи из специально подбираемых близких по параметрам ячеек. Однако небольшие отличия в параметрах отдельных ячеек остаются, со временем они увеличиваются.

Во многих защитных и зарядных контроллерах полный заряд АКБ определяется по суммарному напряжению всей батареи последовательно включенных ячеек. Поэтому напряжение заряда отдельных ячеек может находиться в широких пределах, однако оно не может превышать порогового значения напряжения, при котором включается защита от перезаряда (обычно 4,25 В). Однако в каком-нибудь слабом звене — ячейке с малой емкостью или большим внутренним сопротивлением — напряжение может быть выше, чем на остальных полностью заряженных ячейках. Высокое напряжение такой ячейки после завершения заряда говорит об ее ускоренной деградации. При разряде на нагрузку такая ячейка будет быстрее других терять напряжение. Таким образом, при заряде на слабой ячейке может сработать защита от перенапряжения, в то время как остальные ячейки батареи еще не будут заряжены полностью. Это приведет к недоиспользованию ресурсов АКБ. То есть дисбаланс ячеек уменьшает время работы устройств без подзарядки и срок службы батареи.

Существуют два метода балансировки батарей — пассивный и активный [12]. Пассивный метод осуществляется за счет подключения в нужные моменты времени разрядных резисторов, шунтирующих

ячейки, а активный — за счет перетоков энергии между ячейками через реактивные элементы.

Известны и другие технические решения. Например, зарядку можно производить от одного источника после перекоммутации ячеек с последовательной схемы на параллельную, в которой ток заряда каждой ячейки можно регулировать отдельно. Возможно также использование зарядного устройства с гальваническими развязанными выходами для заряда всех последовательно соединенных ячеек, при этом ячейки подключаются к своему источнику непосредственно или через управляемые ключи [13]. Однако такие решения не получили широкого распространения из-за относительной сложности реализации.

Пассивная балансировка

Этот метод балансировки заключается в выравнивании напряжения ячеек посредством резисторных байпасных цепей, рассеивающих мощность. Эти цепочки, параллельные ячейкам, могут быть интегрированы в корпус АКБ или помещаться во внешнем устройстве. Такой метод лучше использовать в недорогих устройствах. Практически вся избыточная энергия от ячеек с большим зарядом рассеивается в виде тепла — это главный недостаток пассивного метода, т.к. он сокращает время работы батарей без подзарядки.

Для реализации пассивного метода балансировки различными компаниями выпускается большое количество микросхем разных типов. Например, микросхема bq77PL900 от Texas Instruments [14], обеспечивающая зарядку с балансировкой и защиту АКБ с 5—10 последовательно включенными ячейками, широко используется в различных автономных устройствах. Сравнивая напряжение ячеек с установленными порогами, микросхема при необходимости включает режим балансировки. На рисунке 6 показан принцип действия. Если напряжение какой-либо ячейки превышает заданный порог, заряд прекращается, подключается соответствующая байпасная цепочка. Заряд не возобновляется до тех пор, пока напряжение ячейки не снизится ниже порогового.

Очевидно, что некоторая разница в напряжениях секций (AVend) при описанном методе может остаться и после балансировки. Это вызвано конечным значением напряжения гистерезиса AVOVH , которое обязательно имеет место при регулировке. Кроме того, возможна неполная балансировка из-за разности внутреннего сопротивления ячеек. Оно вносит свой вклад в разброс напряжений при заряде. Микросхема защиты не может определить, чем вызвана разбалан-сировка напряжений: разной емкостью ячеек или различием их внутренних сопротивлений. Поэтому при таком типе пассивной балансировки нет гарантии, что все ячейки окажутся на 100 % заряженными. Несколько лучший результат балансировки обеспечивает микросхема bq2084 той же фирмы. Чтобы минимизировать эффект разброса внутренних сопротивлений bq2084 осуществляет балансировку ближе к окончанию процесса заряда, когда величина зарядного тока невелика. Другое преимущество bq2084 — измерение и анализ напряжения всех ячеек, входящих в АКБ. Однако в любом случае этот метод применим лишь в режиме зарядки.

Микросхемы фирмы Texas Instruments семейства bq20zxx используют для определения уровня заряда свою особую технологию, названную Impedance Track, базирующуюся на определении напряжения и емкости ячейки. В этой технологии для каждой ячейки вычисляется заряд QNEED, необходимый для достижения полностью заряженного состояния, после чего находится разница AQ между QNEED всех ячеек. Затем микросхема включает силовые ключи, через которые происходит балансировка ячейки до состояния AQ=0. Вследствие того, что разность внутренних сопротивлений ячеек не оказывает влияния на этот метод, он может применяться в любое время: и при зарядке, и при разрядке АКБ.Vovh – гистерезис регулирования напряжения на ячейке

Рисунок 6. Действие пассивной балансировки

потери энергии в которых незначительны. Поэтому активный метод гораздо более эффективен, нежели пассивный. Однако при этом приходится использовать более дорогие компоненты — катушки индуктивности, трансформаторы, конденсаторы. Этот метод предпочтителен в случаях, когда требуется обеспечить максимальное время работы устройства без подзарядки.

В качестве примера микросхемы, реализующей активный метод балансировки, рассмотрим специализированный микроконтроллер от Texas Instruments bq78PL114, произведенный по фирменной технологии PowerPump, в которой применяются катушки индуктивности для передачи энергии. Технология PowerPump использует пару из n-канального и p-канального MOSFET-транзисторов и катушку индуктивности, которая расположена между парой секций АКБ. Схема показана на рисунке 7.

MOSFET и катушка образуют промежуточную вольтдобавочную цепь. Если bq78PL114 определяет, что верхней секции нужно передать энергию в нижнюю, на выводе P3S появляется импульсный сигнал (частота 200 кГц, скважность 30 %), разрешающий эту передачу. Когда ключ Q1 открыт, энергия из верхней секции запасается в катушке. Когда ключ Р1 закрывается, энергия, запасенная в катушке, через обратный диод ключа Р2 поступает в нижнюю секцию. Потери энергии при этом незначительны.

При больших токах балансировки технология PowerPump гораздо более эффективна, чем обычная пассивная балансировка с внутренними байпасными ключами. Так, в случае балансировки АКБ ноутбука (токи балансировки 25—50 мА) можно достичь эффективности балансировки в 12—20 раз лучшей, чем при пассивном методе. При типичных значениях разбалансировки (менее чем 5 %) баланса можно

Mio

Кривая напряжения В переключающем узле

! i. !

1 I

I MV J 1

J ! 1 _

Ш.

Q1 OffTJn”7″ Ql Off Время, 1 мкеУдел

Рисунок 7. Перекачка энергии между секциями с помощью технологии PowerPump

Рисунок 8. Схема включения LTC3300-1

достичь за 1—2 цикла. Кроме того, технология PowerPump имеет и другие преимущества: балансировка может происходить при любом режиме работы — при заряде, разряде, на холостом ходу и даже тогда, когда секция, отдающая энергию, имеет меньшее напряжение, чем секция, получающая энергию.

В качестве другого примера современного решения для реализации активной балансировки рассмотрим микросхему LTC3300-1 фирмы Linear Technology

[15] (рисунок 8). Ее особенность состоит в применении трансформаторов в качестве внешних перераспределяющих элементов. Она способна перераспределять энергию в батарее, содержащей до 6 последовательно соединенных ячеек литиевых аккумуляторов. При этом имеется возможность построения системы балансировки для высоковольтных батарей (с напряжением до 1000 В) на основе наращиваемого количества микросхем LTC3300-1, каждая из которых обслуживает свою группу ячеек. Применение этой микросхемы возможно как совместно с микросхемой контроля литиевых батарей LTC6803-1 этой же фирмы

[16], так и с другими устройствами контроля, в том числе и спроектированными самим разработчиком батареи. Эта легкость наращивания системы обуслов-

Список литературы

1. Learning the basics about batteries / Cadex Electronics Inc. — URL: http://http://batteryuniversity. com/learn/article/lithium_based_batteries.

2. Lithium Batteries: Science and Technology / ed. by G.-A. Nazri, G. Pistoia(s.). — Springer, 2009.

3. Фетисов В.С., Тагиров М.И., Мухаметзянова А.И. Подзарядка электрических беспилотных летательных аппаратов: обзор существующих разработок и перспективных решений // Авиакосмическое приборостроение. — 2013. — № 11. — С. 7-26.

4. Кедринский И.А., Яковлев В.Г. Литий-ионные аккумуляторы. — Красноярск: Платина, 2002. — 268 с.

5. Rao M.C. Novel Cathode Materials for Rechargeable Batteries // International Journal of Science and Research (IJSR), Proceedings of National Conference on Advanced Technology Oriented Materials (AT0M-2014), 8-9th Dec., 2014, Rajahmundry. — Andhra Pradesh, India, 2014. — P. 11-13. — URL: http://www.ijsr.net/conf/ AT0M2014/AT0M2014_03.pdf.

6. Kolosnitsyn V.S., Karaseva E.V. Lithium-Sulfur Batteries: Problems and Solutions // Russian Journal of Electrochemistry. — 2008. — Vol. 44. — No. 5. — Р. 506509. — URL: https://www.researchgate.net/publication /225512575_Lithium-sulfur_batteries_Problems_and_ solutions.

7. Никитин А. Все для литиевых аккумуляторов: микросхемы STM для зарядных устройств и мониторинга батарей // Новости электроники. — 2013. — № 2. — С. 21-26. — URL: http://www.compel.ru/lib/ ne/2013/2/4-vse-dlya-litievyih-akkumulyatorov-mikro-shemyi-stm-dlya-zaryadnyih-ustroystv-i-monitoringa-batarey.

лена наличием цифрового интерфейса управления, аппаратно совместимого с SPI, и простого протокола обмена информацией. Подбирая для каждого конкретного применения внешние компоненты с различными характеристиками можно соответствующим образом варьировать характеристики разрабатываемой системы балансировки. В частности, применив мощные MOSFET-транзисторы, можно повысить ток баланса до 10 А.

Заключение

Управление процессами заряда-разряда литиевых АКБ — довольно сложная и ответственная задача. Однако на сегодняшний день она во многом облегчена благодаря наличию на рынке большого количества разнообразных микросхем, модулей и готовых изделий, которые предназначены специально для решения указанной технической задачи.

Среди производителей специализированных интегральных микросхем для контроля и управления зарядом-разрядом литиевых АКБ заметно выделяются такие фирмы как Texas Instruments, Linear Technology, Maxim Integrated Products, STMicroelectronics, Seiko Instruments, NXP Semiconductors.

8. Охрименко В. Интеллектуальные контроллеры зарядки аккумуляторов // Электронные компоненты. — 2011. — № 6. — С. 85-88.

9. DW01-P: One Cell Lithium-ion/Polymer Battery Protection IC. Техническая информация компании Fortune Semiconductor Corp. — 2014. — URL: http:// www.ic-fortune.com/upload/Download/DW01-P-DS-15_ EN.pdf.

10. Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора. — URL: http:// go-radio.ru/sxema-kontrollera-litiy-ionnogo-akkumulatora. html.

11. Lithium-ion Rechargeable Battery Protection ICs. Техническая информация компании Seiko Instruments Inc. — 2016. — URL: http://www.sii-ic.com/en/semicon/ products/power-management-ic/lithium-ion-battery-protection-ic.

12. Рыкованов А., Беляев С. Активные и пассивные системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей// Компоненты и технологии. — 2014. — № 3. — С. 121-124.

13. Груздев А.И. Концепция построения систем контроля и управления высокоэнергоемких литиевых аккумуляторных батарей // Электрохимическая энергетика. — 2005. — Т. 5. — № 2. — С. 90-93.

14. Сихуа Вэн. Выравнивание параметров секций аккумулятора обеспечивает дополнительное время работы и увеличивает срок службы аккумуляторных батарей//Компоненты TI: Бюллетень научно-технической информации. — 2011. — Вып. 2 (30). — С. 44-48.

15. LTC3300-1. Datasheet. Техническая информация компании Linear Technology Corp. 2013. — URL: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/33001fb.pdf.

16. LTC6803. Datasheet. Техническая информация компании Linear Technology Corp. 2011. — URL: http:// cds.linear.com/docs/en/datasheet/680313fa.pdf.

References

1. Learning the basics about batteries / Cadex Electronics Inc. — URL: http://http://batteryuniversity. com/learn/artide/lithium_based_batteries.

2. Lithium Batteries: Science and Technology / ed. by G.-A. Nazri, G. Pistoia(s.). — Springer, 2009.

3. Fetisov V.S., Tagirov M.I., Mukhametzyanova A.I. Podzaryadka elektricheskikh bespilotnykh letatel’nykh apparatov: obzor sushchestvuyushchikh razrabotok i perspektivnykh reshenii//Aviakosmicheskoe pribo-rostroenie. — 2013. — № 11. — S. 7-26.

4. Kedrinskii I.A., Yakovlev V.G. Litii-ionnye akkumulyatory. — Krasnoyarsk: Platina, 2002. — 268 s.

5. Rao M.C. Novel Cathode Materials for Rechargeable Batteries // International Journal of Science and Research (IJSR), Proceedings of National Conference on Advanced Technology Oriented Materials (AT0M-2014), 8-9th Dec., 2014, Rajahmundry. — Andhra Pradesh, India, 2014. — P. 11-13. — URL: http://www.ijsr.net/conf/ AT0M2014/AT0M2014_03.pdf.

6. Kolosnitsyn V.S., Karaseva E.V. Lithium-Sulfur Batteries: Problems and Solutions // Russian Journal of Electrochemistry. — 2008. — Vol. 44. — No. 5. — R. 506-509. — URL: https://www.researchgate.net/ publication/225512575_Lithium-sulfur_batteries_ Problems_and_solutions.

7. Nikitin A. Vse dlya litievykh akkumulyatorov: mikroskhemy STM dlya zaryadnykh ustroistv i monitoringa batarei // Novosti elektroniki. — 2013. — № 2. — S. 21-26. — URL: http://www.compel.ru/lib/ ne/2013/2/4-vse-dlya-litievyih-akkumulyatorov-mikroshemyi-stm-dlya-zaryadnyih-ustroystv-i-monitoringa-batarey.

8. Okhrimenko V. Intellektual’nye kontrollery zaryadki akkumulyatorov // Elektronnye komponenty. — 2011. — № 6. — S. 85-88.

9. DW01-P: One Cell Lithium-ion/Polymer Battery Protection IC. Tekhnicheskaya informatsiya kompanii Fortune Semiconductor Corp. — 2014. — URL: http://www. ic-fortune.com/upload/Download/DW01-P-DS-15_EN.pdf.

10. Ustroistvo i printsip raboty zashchitnogo kontrollera Li-ion/polymer akkumulyatora. — URL: http://go-radio.ru/sxema-kontrollera-litiy-ionnogo-akkumulatora.html.

11. Lithium-ion Rechargeable Battery Protection ICs. Tekhnicheskaya informatsiya kompanii Seiko Instruments Inc. — 2016. — URL: http://www.sii-ic.com/en/semicon/ products/power-management-ic/lithium-ion-battery-protection-ic.

12. Rykovanov A., Belyaev S. Aktivnye i passivnye sistemy balansa Li-ion akkumulyatornykh batarei // Komponenty i tekhnologii. — 2014. — № 3. — S. 121-124.

13. Gruzdev A.I. Kontseptsiya postroeniya sistem kontrolya i upravleniya vysokoenergoemkikh litievykh akkumulyatornykh batarei // Elektrokhimicheskaya energetika. — 2005. — T. 5. — № 2. — S. 90-93.

14. Sikhua Ven. Vyravnivanie parametrov sektsii akkumulyatora obespechivaet dopolnitel’noe vremya raboty i uvelichivaet srok sluzhby akkumulyatornykh batarei//Komponenty TI: Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi informatsii. — 2011. — Vyp. 2 (30). — S. 44-48.

15. LTC3300-1. Datasheet. Tekhnicheskaya informatsiya kompanii Linear Technology Corp. 2013. — URL: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/33001fb.pdf.

16. LTC6803. Datasheet. Tekhnicheskaya informatsiya kompanii Linear Technology Corp. 2011. — URL: http:// cds.linear.com/docs/en/datasheet/680313fa.pdf.

Особенности и эксплуатация литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650

Все большее место в повседневном быту занимают различные беспроводные устройства: портативные и удобные в работе аккумуляторные дрели; ноутбуки, которые позволяют долгое время работать без использования электрической сети. Все это делает нашу повседневную жизнь удобней и легче. Но особое место занимает использование автономных аккумуляторных устройств не рядом с домом, где всегда можно поставить устройство на зарядку, а далеко от источников электропитания.

В туристическом походе, на охоте или рыбалке самым необходимым, а порой и незаменимым электрическим прибором является фонарь. Современные фонари, оснащенные светодиодами, имеют огромное количество плюсов. Но главной характеристикой любого электрического фонаря, конечно, является продолжительность его работы. Для туристов, которые отправляются в многодневные путешествия, именно продолжительность работы фонаря имеет огромное значение при выборе. А эта характеристика напрямую зависит от типа аккумулятора, которым комплектуется фонарь.

Большую роль для любого туриста играет компактность и легкость снаряжения. Поэтому важной характеристикой для элементов питания являются размеры и вес – чем меньше, тем лучше. При этом аккумуляторы должны иметь большую емкость, которая обеспечит долгую и бесперебойную работу фонаря, зачастую основного источника света в темное время суток. Современные технологии позволяют объединить воедино небольшие размер и вес с большой емкостью аккумулятора.

Одними из самых распространенных элементов питания для светодиодных фонарей являются аккумуляторы типоразмера 18650. Эти компактные аккумуляторы с относительно большой емкостью лучше всего подходят для современных источников света, часто применяемых туристами, рыбаками и охотниками.

Основные особенности аккумуляторов 18650

В самом названии указаны размеры аккумулятора – 18 миллиметров в диаметре, 65 миллиметров в длину. Несмотря на то, что внешне они похожи на привычные многим батареи типоразмера АА (так называемые «пальчиковые» батарейки), аккумуляторы 18650 крупнее по размерам. Кроме того, отличительная особенность аккумуляторов 18650 – напряжение, которое на выходе составляет 3,7 В, против 1,5 В у аккумуляторов меньшего размера. Емкость аккумуляторов 18650 бывает разной: от 1600 до 3600 мАч. При этом необходимо обратить внимание на то, что емкость качественного аккумулятора не может превышать 3600 мАч. Аккумуляторы могут использоваться в фонарях как по одному, так и в системе Power Bank – устройстве, которое соединяет в себе несколько одинаковых элементов питания.

Одно из главных качеств и преимуществ аккумуляторов – отсутствие эффекта памяти и крайне низкий уровень саморазряда. Аккумуляторы 18650 выдерживают до 1000 циклов заряда/разряда, что является очень хорошим показателем для портативных аккумуляторов. Постепенно ресурс заряда аккумуляторов снижается, но при помощи специальных технических устройств емкость можно восстановить, единственным условием для восстановления является отсутствие механических повреждений батареи.

Необходимо учитывать, что для более рационального использования ресурса аккумулятора не стоит разряжать его полностью. Оптимальной является подзарядка аккумулятора при снижении емкости до 40% от номинала. В случае правильной эксплуатации аккумулятор будет служить надежно долгое время.

Для зарядки аккумуляторов 18650 понадобится специальное зарядное устройство, которое подойдет для всех типов батарей такого типоразмера. Например, зарядное устройство ARE-X1 Fenix, зарядное устройство i1 NiteCore или зарядное устройство SmartCharger Pro Robiton.

Виды аккумуляторов типоразмера 18650

Сами батареи при общей схожести в технических характеристиках имеют различное, по типу материала катода, содержание. Несмотря на то, что все они имеют обозначение литий–ионные аккумуляторы, различают три типа:

1) литий-кобальтовые (LiCoO2) – самые распространенные аккумуляторы, характеризуются наиболее высокой емкостью среди литий–ионных аккумуляторов;

2) литий-марганцевые (LiMnO2, LiMn2O4, LiNiMnCoO2) – более известны как высокотоковые аккумуляторы (INR), способные отдавать в нагрузку токи 5-7С, но по емкости обычно уступающие литий-кобальтовым;

3) литий-феррофосфатные (LiFePO4) аккумуляторы – по всем параметрам они бесспорно выигрывают у первых двух типов, кроме рабочего напряжения и емкости.

Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки и предназначен для решения конкретных задач. Различаются они в основном емкостью и скоростью разряда.

При выборе аккумулятора 18650 в магазине всю информацию о нем, как правило, можно прочитать на корпусе батареи. Наиболее ответственные производители всегда маркируют батареи. Поэтому наличие технических характеристик на корпусе является своего рода показателем качества изделия. Универсальной или единой системы маркировки не существует. Тем не менее, чаще всего используется следующий принцип.

В маркировке, в разных сочетаниях, применяются латинские буквы. Например: буква I – указывает на то, что батарея литий–ионная, со всеми присущими таким аккумуляторам характеристиками. Буква R – обозначает, что у вас в руках аккумулятор, который можно подзаряжать при необходимости. Буквы C/M/F обозначают материал катода – кобальт, марганец или железофосфат соответственно. Комбинации букв могут быть произвольными, но в то же время всегда указываются типоразмер 18650 (длина и диаметр) и емкость в ампер-часах – от 1000 до 3600.

Правила эксплуатации аккумуляторов 18650

При многочисленных плюсах аккумуляторы 18650 имеют один недостаток, связанный с их конструкцией. Зачастую батареи быстро выходят из строя, если их перезарядить или перегреть. Перезарядка ведет к нагреву аккумулятора, после чего происходит возгорание или взрыв батареи. Фирмы производители предусмотрели вариант защиты аккумуляторов от перегрева. При использовании аккумуляторов 18650 в Power Bank при последовательном соединении в цепь устанавливается электронная плата, которая ограничивает заряд всего устройства до заданной емкости.

Для аккумуляторов 18650, применяемых, например, в фонарях, используется индивидуальная система защиты от перезарядки и последующего за ней перегрева. Защита представляет собой небольшую электронную защитную плату, которая устанавливается на минусовом контакте незащищенного литий–ионного аккумулятора и приваривается стальной лентой к корпусу. Это предотвращает не только перегрев, но и короткое замыкание, которое может вывести из строя не только аккумулятор, но и зарядное устройство. Вся конструкция упаковывается в термопленку. 

Защищенные и незащищенные аккумуляторы 18650 также имеют свою маркировку, например: protected, with protected PCB, protection circuit – на защищенных аккумуляторах, unprotected – на незащищенных. Необходимо обратить внимание на то, что крупные производители не выпускают защищенные аккумуляторы, а устанавливается защита фирмами, которые занимаются их доработкой. Таким образом, защищенные аккумуляторы выпускаются под различными брендами, количество которых очень велико.

Следует отметить, что после установки защиты длина аккумулятора 18650 увеличивается примерно на 3-4 мм, что может вызвать свои сложности. Зачастую аккумулятор большей длины не входит на штатное место как в фонаре, так и в зарядном устройстве. Нужно учитывать то, что на аккумулятор увеличенной длины с большей силой давит контактная пружина фонаря или зарядного устройства, а это может привести к продавливанию минусового контакта и поломке аккумулятора. Поэтому при покупке аккумулятора 18650 нужно проверять, подходят ли они к вашему фонарю или зарядному устройству.  Однако существуют также фонари и зарядные устройства, производители которых сразу предусматривают увеличенный размер аккумулятора. В этом случае проблем с установкой и эксплуатацией не возникает, но незащищенные аккумуляторы для таких устройств не подойдут.

Аккумуляторы, имеющие защиту, можно применять в любых устройствах, работающих на литий–ионных источниках питания, которые не имеют встроенного контроллера заряда–разряда. Возможно, конечно применение и незащищенных аккумуляторов, но в этом случае требуется контроль уровня заряда при подзарядке.

Особое место в эксплуатации аккумуляторов 18650 играет их правильное хранение. Аккумуляторы должны храниться в чехле или коробке и не контактировать в процессе хранения с металлическими изделиями. Оптимальная температура хранения – от +5 до +15 градусов по Цельсию. Правильное хранение увеличит срок службы аккумуляторов, но лучшим гарантом их долговечности будет постоянная работа. Литий–ионные аккумуляторы понемногу теряют емкость и, соответственно, ресурс при длительном хранении.

Устройства, работающие на аккумуляторах 18650

Аккумуляторы типоразмера 18650 нашли широкое применение в быту.

В настоящее время одними из наиболее распространенных устройств, работающих на аккумуляторах 18650, являются мощные светодиодные фонари. Именно такие аккумуляторы способны обеспечивать питанием мощные светодиоды. Высокая емкость аккумуляторов позволяет фонарю работать долгое время без подзарядки. Это особенно важно в длительных походах. Для светодиодного фонаря понадобится аккумулятор, оснащенный защитной платой. При использовании незащищенного аккумулятора необходим постоянный контроль его работы.

Другой большой группой устройств, в которых применяются эти элементы питания – ручные беспроводные дрели, которые для краткости называют шуруповертами. Эти крайне необходимые в строительстве и ремонте инструменты часто комплектуются аккумуляторами 18650, объединенными в Power Bank. Несомненным преимуществом таких аккумуляторов является высокий стартовый ток, который позволяет работать инструменту с высокой силовой нагрузкой. Большая емкость аккумуляторов позволяет непрерывно использовать инструмент в течение нескольких часов. В случае, если аккумулятор начинает разряжаться, его можно смело ставить на подзарядку, не боясь эффекта памяти, присущего батареям других типов. Аккумуляторы типоразмера 18650 – это наиболее оптимальный вариант для шуруповерта за счет небольших габаритов, большой емкости и относительной быстроты заряда.

Аккумуляторы 18650 применяются в батареях для ноутбуков, также объединенные в Power Bank. Они позволяют этим незаменимым гаджетам работать автономно по нескольку часов. Учитывая достаточно высокий расход электрической энергии ноутбуком, в процессе работы применяют аккумуляторы, который вместе дают большую емкость. Еще одним плюсом является то, что подзарядка аккумулятора может проводится и при работе с ноутбуком от сети, единственное, что необходимо учитывать, это то, что электропитание от сети необходимо отключать сразу, как только индикатор заряда на ноутбуке покажет, что аккумуляторы заряжены. Иначе постепенно ресурс аккумуляторов будет снижаться. Аккумуляторы, которыми комплектуются ноутбуки, зачастую подлежат восстановлению, так как хорошо защищены корпусом ноутбука и, как правило, не имеют механических повреждений.

Необходимо отметить, что в батареях ноутбуков и шуруповертов применяются только незащищенные аккумуляторы, это необходимо учитывать при их восстановлении, ремонте или замене.

Итак, подведем итоги. Большое количество современных мощных светодиодных фонарей используют в качестве источника питания аккумуляторы 18650. Легкие и компактные, такие аккумуляторы имеют достаточную емкость, чтобы обеспечить долгую работу фонаря и других устройств. Производители стараются максимально усовершенствовать конструкцию аккумуляторов, а производители устройств, работающих от аккумуляторов, в свою очередь оптимизируют свою продукция для долговременной работы именно с такими аккумуляторами, как имеющими защиту от перегрева, так и не имеющих защиты.

Мы надеемся, что эта статья поможет в выборе качественных и надежных аккумуляторов 18650 – необходимых для автономной работы различных устройств как в домашних условиях, так и в туристическом походе, на охоте или рыбалке.

(c) Cekatop.ru

ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

   Сейчас всё большую популярность набирают литиевые аккумуляторы. Особенно пальчиковые, типа 18650, на 3,7 В 3000 мА. Ни сколько не сомневаюсь, что ещё 3-5 лет, и они полностью вытеснят никель-кадмиевые. Правда остаётся открытым вопрос про их зарядку. Если со старыми АКБ всё понятно – собирай в батарею и через резистор к любому подходящему блоку питания, то тут такой фокус не проходит. Но как же тогда зарядить сразу несколько штук, не используя дорогие фирменные балансировочные ЗУ?

Теория

   Для последовательного соединения аккумуляторов, обычно к плюсу электрической схемы подключают положительную клемму первого  последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к минусу блока. Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Значит если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

   Энергия, накопленная в АКБ, равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы – параллельно или последовательно.

   Литий-ионные батареи просто подключить к БП нельзя – нужно выравнивание зарядных токов на каждом элементе (банке). Балансировку проводят при зарядке аккумулятора, когда энергии много и её можно сильно не экономить и поэтому без особых потерь можно воспользоваться пассивным рассеиванием “лишнего” электричества.

   Никель-кадмиевые АКБ не требуют дополнительных систем, поскольку каждое звено при достижении его максимального напряжения заряда перестает принимать энергию. Признаки полного заряда Ni-Cd – это увеличение напряжения до определенного значения, а затем его падение на несколько десятков милливольт, и повышение температуры – так что лишняя энергия сразу превращается в тепло.

   У литиевых аккумуляторов наоборот. Разрядка до низких напряжений вызывает деградацию химии и необратимое повреждение элемнта, с ростом внутреннего сопротивления. В общем они не защищены от перезаряда, и можно потратить много лишней энергии, резко сокращая тем самым время их службы.

   Если соединить несколько литиевых элементов в ряд и запитать через зажимы на обоих концах блока, то мы не можем контролировать заряд отдельных элементов. Достаточно того, что одно из них будет иметь несколько более высокое сопротивление или чуть меньшую емкость, и это звено гораздо быстрее достигнет напряжения заряда 4,2 В, в то время как остальные будут еще иметь 4,1 В. И когда напряжение всего пакета достигнет напряжение заряда, может оказаться, что эти слабые звенья заряжены до 4,3 Вольт или даже больше. С каждым таким циклом будет происходить ухудшение параметров. К тому же Li-Ion является неустойчивым и при перегрузке может достичь высокой температуры, а, следовательно, взорваться.

   Чаще всего на выходе источника зарядного напряжения ставится устройство, называемое “балансиром”. Простейший тип балансира – это ограничитель напряжения. Он представляет из себя компаратор, сравнивающий напряжение на банке Li-Ion с пороговым значением 4,20 В. По достижении этого значения приоткрывается мощный ключ-транзистор, включенный параллельно элементу, пропускающий через себя большую часть тока заряда и превращающий энергию в тепло. На долю самой банки при этом достается крайне малая часть тока, что, практически, останавливает ее заряд, давая дозарядиться соседним. Выравнивание напряжений на элементах батареи с таким балансиром происходит только в конце заряда по достижении элементами порогового значения.

Упрощённая схема балансира для АКБ

   Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

   Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A – все они ведут себя одинаково.

   Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

  •   R1 + R2 = Vo
  • 22K + 33K = 4,166 В
  • 15К + 22K = 4,204 В
  • 47K + 68K = 4,227 В
  • 27K + 39K = 4,230 В
  • 39K + 56K = 4,241 В
  • 33K + 47K = 4,255 В

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

   Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2…D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания – смотрите далее.

   Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора – надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Испытания

   Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

   Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения – зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

   Форум по АКБ

   Форум по обсуждению материала ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

igorkov.org – Эксплуатация литиевых аккумуляторов

Эксплуатация литиевых аккумуляторов

Содержание
  1. Введение
  2. Первый заряд
  3. Тренировка
  4. Нереальные емкости
  5. Заряд
  6. Разряд
  7. Хранение
  8. Ссылки
Введение

Статья-заметка, включающая в себя некоторые особенности эксплуатации литиевых аккумуляторов. Включает в себя описание нескольких мифов про данный тип аккумуляторов и особенности основных этапов эксплуатации, которые помогут продлить их жизнь.

Первый заряд

Миф: После покупки нового устройства аккумулятор требуется заряжать минимум 3-5-10 часов.

Откуда пошел этот миф мне неизвестно. По факту зарядное устройство любой литиевый аккумулятор заряжает за определенный промежуток времени, а затем отключается. То есть если мы оставляем аккумулятор заряжаться N-часов, то он заряжается за 2 часа, а затем N-2 часов зарядка просто отключена. Еще стоит сказать, что новый аккумулятор должен поставляться с уровнем заряда 30-50%. То есть, если Вы покупаете телефон, а он с разряженным в ноль аккумулятором (вообще не реагирует), советую Вам задуматься. В большинстве случаев, аккумулятор нормально зарядится и будет работать, вот велик шанс, что Вы на новом устройстве получите аккумулятор с емкостью 80% от номинала.

Но особенно непонятным для меня остается подобная рекомендация от производителей техники. К примеру, ниже есть выдержка из инструкции к электроинструменту AEG. Мало того, что рекомендуют заряжать долго, так еще и заявляют, что емкость наберется только через несколько циклов заряд-разряд. Такое ощущение, что первая половина рекомендаций перекочевала из инструкции от версии инструмента с Ni-Cd аккумулятором, а часть после была дописана при переходе на Li-Ion.

Хотя заряжать устройство дольше положенного первый раз может быть полезно для аккумуляторов, собранных из нескольких последовательных банок. Длительный цикл заряда в данном случае гарантирует то, что аккумулятор будет как следует отбалансирован.

Тренировка

Миф: Новый аккумулятор требуется первые несколько циклов полностью разрядить-зарядить, чтобы он набрал номинальную емкость.

Скорее всего данный миф возник из-за субъективного восприятия времени работы нового устройства. Сами вспомните, вы покупаете новый телефон и по началу активно играетесь с ним, понятное дело что он быстро разряжается. Затем использование устройства постепенно выходит на нормальный уровень, стабилизируется и время работы, причем на некоторой большей величине. Поэтому и имеем ощущение, что аккумулятор потихоньку раскачался.

Реально же, раскачать можно аккумуляторы на основе никеля и свинца, т.к. химические процессы в них частично обратимы. В случае литиевых аккумуляторов обратить, к сожалению, ничего нельзя, можно только замедлить (об этом ниже).

А вообще, за подробностями проходите сюда.

Нереальные емкости

Миф: Маркировки 100500мАч на корпусе аккумулятора.

Не совсем миф, просто факт наличия в продаже усиленных аккумуляторов с вкусными х-ками. Причем прослеживается зависимость: чем ниже стоимость, тем наглее производитель и большие цифры он рисует на теле аккумулятора.

К примеру, такие вот аккумуляторы:

Если посмотреть описание по ссылке, там есть характеристика “actual capacity”. Это не опечатка, аккумулятор в реальности имеет емкость в 10 раз ниже заявленной. В данном случае, маркировка – это откровенный обман производителя.

Чтобы понять, какие в настоящий момент возможны максимальные емкости аккумуляторов тех или иных типоразмеров. Если кто-то предлагает аккумулятор в том же размере. Мало того, о качестве аккумуляторов говорит их вес. Конечно, технологии не стоят на месте, но чтобы понять, где в текущий момент ее передовая, достаточно посмотреть, что предлагают крупные производители аккумуляторов (к примеру, Samsung, Panasonic, Sanyo).

В текущий момент максимальную емкость имеют аккумуляторы Panasonic NCR18650B, для них это значение составляет 3400мАч. И даже в этом случае производитель немного лукавит, считая емкость для экстремально широкого диапазона разрядных напряжений: с 4.2В до 2.75В, на таком диапазоне никакая техника обычно не работает, ограничивая разряд либо значением 3.0В, либо вовсе 3.3В (в мобильных телефонах).

Заряд

Любое правильное зарядное устройство для литиевого аккумулятора должно работать по алгоритму CC-CV (Constant Current – Constant Voltage). Это означает, что в начале аккумулятор заряжается постоянным током (обычно не превышающим численное значение емкости аккумулятора). Когда напряжение на нем достигает требуемой величины (4.1, 4.2, 4.35В в зависимости от типа), зарядное устройство должно переходить в режим поддержания напряжения, с этого момента напряжение поддерживается постоянным, а зарядный ток постепенно падает.

Есть еще интересный момент. К примеру, имеем аккумулятор с конечным напряжением заряда 4.2В. Производитель заявляет для него 300 циклов заряд-разряд (т.е. через 300 циклов аккумулятор должен потерять не более 20% емкости). Если мы будем каждый раз заряжать аккумулятор до 4.25В (т.е. чуть перезаряжать, схема защиты аккумулятора при таких перезарядах еще не срабатывает), тогда число циклов уменьшится до 100, а если до 4.15В (т.е. теряя несколько процентов емкости), то число циклов увеличится до 500.

Граница здесь получается довольно маленькой, около 0.05В. Лично мое мнение, это одна из причин, почему в одном сотовом телефоне аккумулятор живет 1-2 года, а в другом потеря емкости начинает ощущаться только после 3-4 лет эксплуатации.

Разряд

Минимально допустимое напряжение при разряде устанавливается производителем аккумулятора. Обычно это значение лежит в пределах 2.5-2.7В. Ниже этого значения в аккумуляторе начинаются необратимые химические процессы, приводящие к необратимой потере емкости. Здесь все индивидуально, какой-то аккумулятор после ухода ниже потеряет 20% емкости, что может быть почти незаметно, а какой-то может потерять все 80%, то есть станет почти непригодным к использованию.

Очень интересен мой собственный опыт восстановления аккумуляторов после глубокого разряда. Имелась выборка из 40 литиевых банок Samsung INR18650 из 2х утопленных аккумуляторов от перфоратора. Первая сортировка банок была следующим образом: более 2.7В и менее 2.7В. Те, что имели напряжение более 2.7В были сразу отмечены как исправные. Далее шли разряженные. Это были аккумуляторы с напряжением 0-100мВ и 0.5-1.5В.

По итогу восстановления, те что имели хоть какое-то остаточное напряжение неплохо взяли заряд, сохранив более 50% изначальной емкости, а те что имели напряжение менее 100мВ, заряжаться отказывались: при зарядке вели себя как низкоомный резистор (таким образом можно предположить, что у них произошло внутреннее замыкание).

Вообще, в теории, зарядка такого “убитого” литиевого аккумулятора опасный процесс: при внутри у него начинает кристаллизоваться металлический литий и он нарастает на электроде. Таким образом, возможно замыкание аккумулятора. Если замыкание происходит в разряженном состоянии, тогда выделяется немного энергии, а вот если оно произойдет, когда аккумулятор полный, фейерверк обеспечен. Однако, подобных случаев мне неизвестно.

Хранение

Главный недостаток литиевого аккумулятора – он подвержен старению. Данный процесс необратим и запускается со дня производства аккумулятора. Старение проявляется постепенной потерей емкости. То есть кроме изнашивания в процессе эксплуатации, аккумулятор сам по себе теряет какую-то часть своей емкости. Обычно это значение в пределах 10% в год.

Что же влияет на скорость старения? В первую очередь это:

  1. Уровень заряда, который находится в аккумуляторе в процессе эксплуатации.
  2. Температура хранения.

Высокие температуры противопоказаны, при высоких эксплуатационных температурах аккумулятор деградирует быстрее, да и при хранении стареет быстрее.

Так же производителями рекомендуется хранить аккумулятор с уровнем заряда 30-50%, выше – скорость деградации увеличивается, ниже – есть риск уйти в переразряд. Официальная рекомендация AEG на этот счет:

То есть, попользовались зарядили (чтобы не было полных циклов), а пользоваться долго не планируем – разрядили до половины и храним. Кстати, некоторые Li-Po аккумуляторы при хранении со 100% зарядом имеют обыкновение разбухать.

Очень информативна данная таблица:

Как из нее видно, чтобы максимально снизить скорость старения, требуется: зарядить аккумулятор на половину и хранить при низкой температуре. С температурой главное не переусердствовать. Минимальная для литиевых аккумуляторов около -20С, при более низких есть риск заморозить электролит, что приведет к полной неработоспособности аккумулятора. Разумная температура 0-10С, т.е. то что имеется в камере холодильника (не морозилке!).

Хранение лития в холодильнике – практика, распространяющаяся среди авиамоделистов, есть темы где идет обсуждение этого процесса (к примеру эта). С недавнего времени, у меня появилось довольно много литиевых аккумуляторов для инструмента, которые в полном объеме требуются раз в несколько месяцев. Поэтому захотелось продлить аккумуляторам жизнь. Для этого купил пластиковые герметичные контейнеры и силикагель. Последний необходим потому что при понижении температуры воздуха в замкнутом объеме влажность повышается (вплоть до выпадения росы). Эту избыточную влажность необходимо поглотить.

Итого все выглядит так:

Ссылки

Как правильно заряжать аккумулятор? Зарядка аккумулятора | Заряд аккумуляторной батареи герметичной необслуживаемой


Одним из наиболее важных условий корректной работы, хорошей отдачи и длительного срока службы аккумуляторной батареи является её правильный заряд. Это касается абсолютно всех аккумуляторов: будь то мощные промышленные большой емкости, либо же крошечные батарейки в Ваших мобильных. К сожалению, далеко не все пользователи знают, что есть правильная зарядка аккумулятора. Данная статья призвана помочь людям в этом вопросе и быть “руководством пользователя” при столкновении с задачей должным образом зарядить АКБ (аккумуляторную батарею).

Существует множество различных видов электрических аккумуляторов – для каждого из них характерны свои правила и особенности заряда. Все они подробно описаны в инструкциях по эксплуатации, обязательным образом поставляемых продавцом (по крайней мере мы так делаем всегда) вместе с аккумуляторной продукцией. Однако, бороздить инструкцию в поиске нужной информации не всегда удобно, да и не всегда, согласитесь, есть к тому желание. Посему, в данной статье мы обрисуем общие правила по правильной зарядке наиболее популярных и часто используемых в бытовых условиях аккумуляторов – свинцово-кислотных необслуживаемых герметичных АКБ (чаще всего это аккумуляторы для ИБП, аккумуляторы для электромобилей, электромоторов, для лодок, эхолотов, для сигнализации и связи и проч.) – AGM и гелевых аккумуляторов. Эти правила кое в чем справедливы и для автомобильных стартерных (обслуживаемых) АКБ, хоть процесс заряда таких аккумуляторов и имеет некоторые особенности.

Как заряжать аккумулятор?

Итак, давайте разберемся, что представляет из себя правильный заряд аккумуляторной батареи. Для начала хотим обратить внимание на одно общее правило, касающееся ВСЕХ БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ видов аккумуляторов, известных науке: чем меньше раз разряжается аккумулятор и чем менее глубоким является каждый отдельно взятый его разряд, тем большим будет срок его службы. Все мифы о том, что аккумулятор (какой бы он ни был!),  нужно каждый раз полностью разряжать, а затем полностью заряжать, и только так он прослужит максимально долго, а также утверждения “знатоков”, что, мол, надо обязательно периодически разряжать аккумулятор, иначе он испортится – полная чушь! Если Вам предлагают купить аккумулятор и при этом рассказывают подобные “истории” – держитесь от таких продавцов и их продукции подальше. Для низкокачественных батарей, производимых из “грязного” вторсырья, отсутствие периодической “встряски” в виде разряда-заряда может действительно быть причиной быстрого выхода из строя (из-за того, что пластины данных АКБ чрезмерно загрязнены, и без “встрясок” данная “грязь” быстро обволакивает поверхность пластин и мешает нормальному прохождению процесса электролиза). Но для качественных аккумуляторов наиболее излюбленным является именно режим постоянного (буферного) подзаряда, при котором практически отсутствуют разряды, а сама АКБ постоянно пребывает под правильным напряжением.

Здесь надо учитывать также эффект памяти некоторых аккумуляторных батарей — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток только до «запомненной границы». Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.

Переходим ближе к делу. Чтобы правильно заряжать аккумулятор нужно понимать, в каком режиме он у Вас эксплуатируется.

Что такое буферный режим работы

Самый яркий пример буферного режима работы аккумулятора – ИБП (источник бесперебойного питания, он же UPS). В ИБП аккумуляторная батарея находится на постоянной подзарядке и отдает энергию лишь тогда, когда пропадает электричество в сети, а как только оно появляется, аккумулятор тут же подзаряжается. Это самый щадящий режим работы и именно в буферном режиме, как мы уже говорили, аккумуляторы служат дольше всего (например, наши батареи EverExceed серии ST, производимые по технологии AGM нового поколения, имеют срок службы в буферном режиме при Т=20оС – 12 лет).

Что такое циклический режим работы

Пример циклического режима использования АКБ – поломоечная машина, детский электромобиль в парке аттракционов, либо же система автономного электропитания с использованием альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветряков и т.д.). Аккумуляторы в этих приложениях разряжают-заряжают как минимум 1 раз в сутки. Такой режим  является наиболее суровым, и срок службы АКБ тут уже исчисляется не годами, а количеством циклов разряд-заряда (ну и их глубины, естественно). Упомянутые ранее аккумуляторы EverExceed серии ST могут обеспечить до 600 циклов  глубокого 100% разряда (обычные же AGM-аккумуляторы – не более 280). Всегда очень удивляет, когда в приложениях с явно циклическим характером работы (те же системы электропитания на солнечных батареях, либо мобильные кофемашины) некоторые “умельцы” предлагают использование стартерных автомобильных аккумуляторов (аргумент – их дешевизна!). Уведомляем всех, кто столкнулся с подобным предложением: стартерные АКБ имеют тонкие пластины, они рассчитаны лишь на запуск двигателя и дальнейшую подзарядку от генератора, в циклическом же режиме с глубокими разрядами они не прослужат и пары месяцев – их пластины “посыпятся” и на этом эксперемент с “дешевым аналогом” будет завершен.

Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме:

Всем известно, что номинальное напряжение одного элемента в свинцово-кислотных АКБ = 2 Вольта (отметим, что на практике оно обычно никогда не равняется строго 2 В, но для простоты применяется именно такое число). В быту наиболее часто используются аккумуляторные батареи напряжением 6 Вольт (3 элемента) и 12 Вольт (6 элементов). 

В буферном режиме напряжение заряда следует выставить на уровне 2,27 – 2,30 Вольт на элемент (то есть для 12-вольтового аккумулятора это 13,6 – 13,8 В, а для 6-вольтового – 6,8 – 6,9 В). Это подходит как для AGM, так и для гелевых батарей.

Ток заряда должен быть ограничен в величину, равную 30% от номинальной 10-часовой емкости аккумулятора, выраженную в Амперах (для гелевых аккумуляторов – 20%). Например, для батареи с емкостью С­10=100 Ач ограничение тока заряда должно составлять 30 А (для гелевых АКБ – 20 А).

Как правильно заряжать аккумулятор в циклическом режиме:

Напряжение заряда:

2,4 – 2,45 В/эл. (14,4 – 14,7 В на 12-вольтовую батарею или 7,2 – 7,35 В на 6-вольтовую) – для AGM-аккумуляторов;

2,35 В/эл (14,1 В на 12-вольтовую батарею или 7,05 В на 6-вольтовую) – для гелевых аккумуляторов.

Ток заряда:

20% от С10 (для батареи емкостью 100 Ач – это 20 А).

Сколько должен длиться заряд батареи

Продолжительность заряда зависит от изначальной заряженности (разряженности) батареи. Поначалу идет быстрый заряд (бустерный), но по мере насыщения потребляемый ток снижается, доходя до минимума при достижении полной заряженности АКБ. Критерий  полной заряженности – падение тока, который принимает аккумулятор, до  2 – 3 мА на каждый Ач емкости батареи (при буферном заряде). Например, для той же С­10=100 Ач батареи падение тока зарядки до 200 – 300 мА будет означать, что батарея почти полностью заряжена. Чтобы довести уровень заряда АКБ до 100%, следует продолжать зарядку таким милли-током еще около 1 часа. Обычно, полностью разряженная батарея заряжается за 10 часов в циклическом режиме или за 30-48 часов в буферном.

Следует учесть, что для полной зарядки аккумуляторной батареи ей следует сообщить примерно на 20% энергии больше, чем следует из понятия “номинальная емкость”. Это, как говорится, законы природы, и они едины для всех свинцово-кислотных да и других батарей, независимо от вида и производителя. Образно говоря, если батарею не “перенасытить”, в ней не завершатся должные электрохимические процессы и дальнейшая отдача будет меньше.

Производить зарядку аккумуляторных батарей желательно при температуре окружающей среды 20 – 25оС.

При меньшей температуре заряжать необходимо более длительное время. Зарядка аккумулятора при температуре менее 0оС становится крайне нежелательной (ибо почти безрезультатна). Желательно также наличие функции термокомпенсации (изменения напряжения заряда в зависимости от температуры окружающей среды) на Вашем зарядном устройстве.
 

Таблица с основными параметрами правильной зарядки аккумуляторной батареи

 

БУФЕРНЫЙ РЕЖИМ

ЦИКЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Напряжение заряда

Для 12-в АКБ: 13,6-13,8 В

Для 6-в АКБ: 6,8-6,9 В

Для 12-в АКБ: 14,4-14,7 В

Для 6-в АКБ: 7,2-7,35 В

Ток заряда (не более!)

30% от емкости C10 (для гелевых АКБ – 20%)

20% от емкости C10

Предположительность заряда

30-48 часов

10-12 часов

Критерий заряженности

Падение потребляемого тока до 2-3 мА/Ач + еще 1 час заряда таким током.

Падение потребляемого тока до 8-10 мА/Ач + еще 1 час заряда таким током

 

Также даем ответ на вопрос пользователья по поводу режимов заряда “BULK”, “ABSORBTION” и “FLOAT“, присутствующих в некоторых ЗУ с интеллектуальной системой заряда:

  • В режиме BULK идет зарядка постоянным током, при этом напряжение на аккумуляторе постоянно растет до значения 2,4-2,45В/эл;
  • В режиме ABSORPTION достигается максимальное напряжение, которое поддерживается постоянным, в то время как ток зарядки падает;
  • В режиме FLOAT напряжение плавно снижается до буферного (2,27В/эл.), ток остается минимальным. Это есть режим СОДЕРЖАНИЯ аккумулятора.

Выравнивающий заряд применяется, когда есть значительный разброс по напряжению на аккумуляторах (элементах или моноблоках) – более +/-1%. Но такое бывает редко, по крайней мере для приличных АКБ. Кроме того, если батарея хоть изредка включается на разряд, а потом на заряд, то разброс в какой-то степени сглаживается. Если разброса нету – то и выравнивающий заряд производить нет смысла.


Более подробная информация по правильному заряду конкретных видов аккумуляторных батарей содержится в инструкциях по эксплуатации.
 

Пульсар Лимитед – Энергия для Лучшей Жизни!


Как подключить два аккумулятора

На чтение 16 мин. Просмотров 26 Обновлено

Аккумулятор умеет давать электрическую энергию. Это выражается в том, что если подключить к его клеммам какую-нибудь нагрузку, например, лампочку, то она засветится. Но и без подключения лампочки электроэнергия из аккумулятора готова в любой момент к действию. Об этом говорит напряжение на его клеммах.

Напряжение на клеммах аккумулятора имеет хорошее свойство достаточно долго быть постоянным. Пока он не разрядится. Вот тогда и надо ему помогать. А если аккумуляторов несколько? Можно ли придумать такую схему его зарядки, чтобы это было быстрее и лучше?

Зачем соединять аккумуляторы

Аккумулятор, как и конденсатор, может накапливать энергию. В отличие от простой гальванической батареи, где химические реакции, при которых происходит выработка электроэнергии, необратимы, аккумулятор можно зарядить. При этом ионы разводятся друг от друга, и внутренняя химия аккумулятора взводится, как пружина. Впоследствии эти ионы, благодаря «заряженному» химическому процессу, будут отдавать свои лишние электроны в электрическую цепь, сами стремясь обратно к нейтральности кислого электролита.

Все хорошо, только у аккумулятора количество энергии, которое он способен выработать после полной зарядки, зависит от его общей массы. А масса зависит от исполнения — есть стандарты, и по этим стандартам и делаются аккумуляторы. Хорошо, когда потребление электроэнергии точно так же стандартизовано. Например, когда имеется автомобиль, который берет определенное количество электричества для пуска двигателя. Ну, и для других своих нужд — подпитки автоматики на стоянке, питания замков с противоугонными устройствами и т.д. Стандарты аккумуляторов и рассчитаны на электропитание автомобилей различных типов.

А в других областях, где требуется стабильное постоянно напряжение, запрос по параметрам питания гораздо шире и разнообразнее. Поэтому, имея однотипные и строго одинаковые аккумуляторы, можно думать и об использовании их в разных сочетаниях, и более эффективных способах зарядки, чем банально заряжать их все по очереди.

Соединение источников питания

Как и нагрузки, например, лампочки, соединить аккумуляторы можно как параллельно, так и последовательно.

При этом, как можно сразу заподозрить, что-то должно обязательно суммироваться. При последовательном соединении резисторов суммируется их сопротивление, ток на них уменьшится, но через каждое из них он будет идти одинаковый. Аналогично и через последовательное подключение аккумуляторов ток будет течь один и тот же. А раз их стало больше, больше станет напряжение на выходах батареи. Следовательно, при неизменной нагрузке будет идти больший ток, который израсходует емкость всей батареи за то же время, как и емкость одной подключенной к этой нагрузке батареи.

Параллельное подключение нагрузок приводит к увеличению суммарного тока, напряжение же на каждом из сопротивлений будет одним и тем же. То же самое и с аккумуляторами: напряжение на параллельном подключении будет таким, как у одного источника, а ток могут все вместе дать больший. Или, если нагрузка осталась какой и была, питать ее током они смогут дольше ровно настолько, насколько возросла их суммарная емкость.

Теперь, установив, что соединять аккумуляторы параллельно и последовательно можно, рассмотрим подробнее, как это работает.

Принципы работы химического источника питания

Источники питания, основанные на химических процессах, бывают первичными и вторичными. Первичные источники состоят из твердых электродов и соединяющих их химически и электрически электролитов — жидких или твердых составов. Комплекс реакций всего агрегата действует так, что заложенное в нем химическое неравновесие разряжается, приводя к некоему балансу компонентов. Выделяющаяся при этом энергия в виде заряженных частиц выходит наружу и на клеммах создает электрическое напряжение. Пока оттока заряженных частиц наружу нет, электрическое поле замедляет химические реакции внутри источника. При соединении клемм источника с какой-нибудь электрической нагрузкой по цепи побежит ток, а химические реакции возобновятся с новой силой, снова поставляя электрическое напряжение на клеммы. Таким образом, напряжение на источнике остается неизменным, медленно уменьшающимся, пока в нем продолжает оставаться химическое неравновесие. Это можно наблюдать по медленному постепенному уменьшению напряжения на клеммах.

Такое явление называется разрядка химического источника электроэнергии. Первоначально обнаружили такой комплекс реакции с двумя разными металлами (медь и цинк) и кислотой. При этом металлы в процессе разрядки подвергаются разрушению. Но потом подобрали такие компоненты и такое их взаимодействие, что если после уменьшения напряжения на клеммах в результате разрядки поддерживать его там искусственно, то через источник обратно потечет электрический ток, и химические реакции способны повернуть вспять, снова создавая в комплексе прежнее неравновесное состояние.

Источники первого типа, в которых компоненты безвозвратно разрушаются, называются первичными, или гальваническими элементами, по имени открывателя таких процессов Луиджи Гальвани. Источники второго рода, способные под действием внешнего напряжения, повернув вспять весь механизм химических реакций, снова вернуться к неравновесному состоянию внутри источника, называются источниками второго рода, или электрическими аккумуляторами. От слова «аккумулировать» — сгущать, собирать. И их главная особенность, только что описанная, называется зарядка.

Однако у аккумуляторов все не так просто.

Таких химических механизмов было найдено несколько. С разными участвующими в них веществами. Поэтому и типов аккумуляторов несколько. И они по-разному себя ведут, заряжаются и разряжаются. А в некоторых случаях возникают явления, которые очень хорошо знать людям, имеющим с ними дело.

А с ними имеют дело практически все. Аккумуляторы, как автономные источники энергии, применяются повсюду, в самых разных устройствах. От маленьких наручных часов до транспортных средств разного размера: автомобилей, троллейбусов, тепловозов, теплоходов.

Некоторые особенности аккумуляторов

Классический аккумулятор — автомобильный свинцово-сернокислый. Выпускается в виде последовательно соединенных в батарею аккумуляторов. Его использование и зарядка/разрядка хорошо известны. Опасными факторами у них являются едкая серная кислота, имеющая концентрацию 25–30%, и газы — водород и кислород, — которые выделяются при продолжении зарядки после того, как она химически закончилась. Смесь газов, являющихся результатом диссоциации воды, как раз и является хорошо известным гремучим газом, где водорода ровно в два раза больше, чем кислорода. Такая смесь взрывается при любом удобном случае — искре, сильном ударе.

Аккумуляторы для современной аппаратуры — мобильников, компьютеров — делаются в миниатюрном исполнении, для их зарядки выпускаются зарядные устройства разного исполнения. Многие из них содержат схемы управления, позволяющие отследить окончание процесса зарядки или заряжать все элементы сбалансированно, то есть, отключая от устройства те из них, которые уже зарядились.

Большинство этих аккумуляторы довольно безопасны, и неправильная разрядка/зарядка может повредить только их самих («эффект памяти»).

Это касается всех, кроме аккумуляторов на основе металла Li — лития. Экспериментов с ними лучше не проводить, а заряжать только на специально для него предназначенных зарядных устройствах и работать с ними только по инструкции.

Причиной является то, что литий очень активен. Это третий после водорода элемент периодической таблицы, металл, который активнее натрия.

Во время работы с литий-ионными и другими батарейками на его основе, металлический литий может постепенно выпадать из электролита и однажды произвести внутри элемента замыкание. От этого он может загореться, что приведет к катастрофе. Так как погасить его НЕЛЬЗЯ. Он горит без доступа кислорода, при реакции с водой. При этом выделяется большое количество теплоты, и к горению присоединяются и другие вещества.

Случаи возгорания мобильных телефонов с литий-ионными аккумуляторами известны.

Однако инженерная мысль идет вперед, создавая все новые заряжаемые элементы на основе лития: литий-полимерный, литий-нанопроводниковый. Стараясь преодолеть недостатки. И они как аккумуляторы очень хороши. Но… от греха подальше лучше не делать с ними тех нехитрых действий, которые описаны ниже.

Последовательное соединение источников

Это всем известная батарея из элементов, «банок». Последовательно — это значит, плюс первого вывести наружу — будет плюсовая клемма всей батареи, а минус соединяется с плюсом второго. Минус второго — с плюсом третьего. И так далее до последнего. Минус предпоследнего присоединен к его плюсу, а его минус выводится наружу — вторая клемма батареи.

При последовательном соединении аккумуляторов складывается напряжение всех банок, и на выходе — клеммах плюс и минус батареи — получится сумма напряжений.

Например, аккумулятор автомобильный, имея в каждой заряженной банке примерно 2,14 вольта, дает в сумме из шести банок 12,84 вольт. 12 таких банок (аккумулятор для дизелей) дадут 24 вольта.

А емкость такого соединения остается равной емкости одной банки. Ввиду того, что напряжение на выходе выше, номинальная мощность нагрузки возрастает и расход энергии будет быстрее. То есть все разрядятся сразу вместе как один элемент.

Такие аккумуляторы заряжаются тоже в последовательном соединении. К плюсу подключается плюс питающего напряжения, к минусу — минус. Для нормальной зарядки нужно, чтобы все банки были одинаковыми по параметрам, из одной партии и одинаково дружно разряжены.

Иначе, если они разряжены чуть по-разному, то при зарядке один закончит зарядку раньше других и у него начнется перезарядка. А это может для него плохо кончиться. То же самое будет наблюдаться при разной емкости элементов, что, собственно говоря, одно и то же.

Последовательное соединение элементов питания было испробовано с самого начала, практически одновременно с изобретением гальванических элементов. Алессандро Вольта создал свой знаменитый вольтов столб из кружочков двух металлов — меди и цинка, которые перекладывал тряпочками, пропитанными кислотой. Сооружение оказалось удачной придумкой, практичной, да еще давало напряжение, вполне достаточное для смелых тогдашних опытов по изучению электричества — достигало 120 В, — и стало надежным источником энергии.

Параллельное соединение аккумуляторов

При параллельном соединение источников питания все плюсы нужно присоединить в один, создавая плюсовой полюс батареи, все минусы — в другой, создавая минус батареи.

При таком соединении напряжение, как мы видим, должно быть одно на всех элементах. Только вот какое? Если у аккумуляторных батарей перед подключением окажется разное напряжение, то сразу после подключения мгновенно начнет происходить процесс «выравнивания». Те элементы, у которых напряжение ниже, начнут очень интенсивно подзаряжаться, черпая энергию из тех, у которых напряжение больше. И хорошо, если разница в напряжениях объясняется разной степенью разрядки одинаковых элементов. Но если они разные, с разными номиналами напряжений, то начнется перезаряд, со всеми вытекающими прелестями: разогрев заряжаемого элемента, кипение электролита, выпадение металла электродов, и так далее. Следовательно, раньше того, как соединить между собой элементы в параллельную АКБ, необходимо измерить вольтметром напряжение на каждом из них, чтобы убедиться в безопасности предстоящей операции.

Как мы видим, вполне жизнеспособны оба способа — и параллельное, и последовательное соединение аккумуляторов. В обыденной жизни нам достаточно тех элементов, которые включаются в наши гаджеты или фотоаппараты: один аккумулятор, или два, или четыре. Подключаются они так, как это определено конструкцией, и мы даже не задумываемся, это параллельное или последовательное соединение.

Но вот когда в технической практике нужно обеспечить сразу большое напряжение, да еще в течение долгого периода, там в помещениях выстраивают огромные поля из аккумуляторов.

Например, для аварийного питания радиорелейной станции связи напряжением в 220 вольт в течение периода, когда должна быть устранена всякая авария в цепи питания, нужно 3 часа… Немало аккумуляторов.

Приходится ли вам использовать энергию стартового аккумулятора иначе чем для запуска двигателя? Если да, то вы подвергаете себя опасности. Пропустите момент, когда напряжение аккумулятора опустится ниже критического уровня и окажетесь обездвиженным посреди водоема. Останется звонить с просьбой о помощи на берег или уповать на проходящее мимо судно.

Гораздо разумнее установить дополнительный аккумулятор, подключить к нему бортовое оборудование и без опасений пользоваться отопителем, холодильником, эхолотом или музыкальным центром как на ходу, так и на стоянках. Но прежде чем это делать необходимо решить, как заряжать обе аккумуляторные батареи

Последовательно соединенные аккумуляторы

У последовательно соединенных аккумуляторов напряжение увеличивается, а емкость остается прежней.

Два последовательно соединенных 12-вольтовых аккумулятора заряжают 24-вольтовым зарядным устройством

При последовательном соединенные аккумуляторы должны быть одного типа и возраста. Емкость и производитель так же должны быть одинаковыми. Если один из аккумуляторов до этого использовался, то скорее всего его емкость уже меньше номинальной и во время зарядки он зарядится первым. Но зарядное устройство может не «заметить» этого и попытается полностью зарядить оставшиеся. Температура и давление в корпусе старого аккумулятора возрастут. Начнет выделяться газ, а активный материал пластин станет разрушаться.

Под нагрузкой износ старого аккумулятора усилится. После того как слабые ячейки израсходуют заряд, хорошие еще продолжать давать ток. Напряжение на разряженных ячейках упадет до нуля, а затем их полярность поменяется на противоположную (чаще всего это происходит в больших батареях). Последует неконтролируемы рост давления и температуры и наступит катастрофа.

Заменять батарею последовательно соединенных аккумуляторов рекомендуется целиком. Если меняете только один, состояние заряда всех аккумуляторов должно остаться одинаковым. Небольшую разницу устранит зарядное устройство на этапе абсорбции. При больших отличиях сильнее заряженный аккумулятор будет перезаряжаться, а в не дозаряженном начнется сульфатация.

Два последовательно соединенных 12-вольтовых аккумулятора заряжают 24-вольтовым зарядным устройством. Три – 36-вольтовым.

Параллельно соединенные аккумуляторы

При параллельном соединении аккумуляторов увеличивается емкость, а напряжение не меняется. Аккумуляторы в батарее должны быть одного типа и возраста, а соединяющие их кабели, короткими и толстыми, чтобы уменьшить падение напряжения.

Несколько параллельно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов заряжают 12-вольтовым зарядным устройством. Время зарядки батареи при этом будет больше, чем отдельно взятого аккумулятора

Устройства зарядки нескольких аккумуляторов

Для одновременной зарядки нескольких групп аккумуляторов используют следующие устройства

Переключатели аккумуляторов

Проще всего два разных по назначению аккумулятора подключить к устройству зарядки с помощью ручного переключателя. Как правило используют рассчитанные на высокий ток четырехпозиционные модели. В положении 1 + 2 переключатель соединяет аккумуляторы параллельно, в остальных разъединяет их. Четырехпозиционный переключатель устанавливают на катерах и яхтах с двумя аккумуляторами, попеременно используемыми и для запуска двигателя, и для питания бортовой нагрузки

К переключателю не рекомендуется подсоединять дополнительную нагрузку со стороны аккумуляторов, чтобы не нарушать его изолирующие функции. Однако на практике для устройств 24-часой готовности (помпа, зарядное устройство и т.д.) делают исключение.

Генератор двигателя соединяют с переключателем или со стороны нагрузки, или со стороны сервисной батареи. В первом случае аккумуляторы можно заряжать вместе или по отдельности, но генератору нужна защита. Перевод ручки переключателя во время работы двигателя в положении OFF приведет к скачку напряжения, который может вывести диоды выпрямителя из строя. При втором способе опасности для генератора нет, но аккумуляторы будут заряжаться только одновременно.

Модель Blue Sea 6007
Посмотреть характеристики переключателей
Количество батарей 2
Положения переключателя 4
Пусковой ток (30 с), А 900
Непрерывная нагрузка, А 300
Максимальное напряжение, В 32
Класс защиты IP66
ЗАКАЗАТЬ

Система с ручным переключателем не застрахована от человеческих ошибок. Если во время работы генератора аккумуляторы разъединены, один из них не зарядится. Если соединены при заглушенном двигателе, оба разрядятся и в следующий раз двигатель не запустится.

Четырехпозиционный переключатель, попеременно подключающий стартовый и сервисный аккумуляторы встречается на катерах очень часто. Однако, если аккумуляторы разного типа, например, гелевый и с жидким электролитом, то один из них будет постоянно перезаряжен, а другой недозаряжен и оба раньше времени выйдут из строя.

Диодные изоляторы

Изоляторы аккумуляторов используют свойство диодов пропускать ток только в одном направлении. Ток идет от источника зарядки к обоим аккумуляторам, а изолятор не дает ему проходить между аккумуляторами и предохраняет батареи от разряда.

Самый большой недостаток изоляторов на диодах – падение напряжения. Разница между полностью заряженным и разряженным 12-вольтовым аккумулятором — 0,8-1 вольт, поэтому потеря 0,6-1 вольт на диодах означает, что напряжение на сервисных аккумуляторах всегда будет меньше, чем необходимого для нормальной зарядки

Стандартный регулятор получает данные о напряжении в электрической системе с выхода генератора, а не с клемм аккумулятора. Если в цепи есть диоды, то регулятор «не знает», что на аккумуляторах 13,6-13,8 вольт, а не 14,2 как на генераторе. Если потери напряжения не компенсировать, генератор прекратить зарядку задолго до того, как аккумуляторы зарядятся до 100%. В результате — хроническая недозарядка, сульфатация и уменьшение емкости.

Развязывающее реле

В отличии от диодного изолятора реле развязки не делит ток между аккумуляторами, а соединяет их параллельно. Реле срабатывает, и подключает второй аккумулятор, когда напряжение на первом превышает установленный порог. После того как напряжение снижается, реле размыкается и изолирует батареи. Развязывающее реле лишено недостатков диодного изолятора — падение напряжения на нем не превышает сотых долей вольта

Моделей реле развязки множество. Самое простое активируется контрольным напряжением, например, от замка зажигания. Аналоговые реле соединяют и разъединяют аккумуляторы автоматически, но имеют фиксированное напряжение срабатывания. Цифровые модели позволяют регулировать напряжение срабатывания с шагом 0,1-0,2 вольта. Такие устройства отслеживают тренд напряжения и «принимают решение» о переключении только когда он длится определенное время. Благодаря этому удается избежать «дребезга» реле при кратковременных колебания напряжения.

Отдельная группа — бистабильные развязывающие реле. Они не потребляют ток в замкнутом состоянии и их удобно использовать для одновременной зарядки нескольких аккумуляторов от маломощных источников электрической энергии – солнечных панелей или ветрогенераторов.

Контроллеры аккумуляторов

К этой группе относят управляемые микроконтроллером устройства на MOSFET транзисторах, падение напряжения на которых даже при максимальном токе не превышает 0,03-0,01 вольт.

В отличии от батарейных изоляторов и реле, пытающихся одновременно зарядить два разных аккумулятора микропроцессорный разделитель изолирует аккумуляторы. Источник зарядки получает реальное представление о состоянии заряжаемой батареи и скорость зарядки возрастает. После того как первый аккумулятор заряжен, подключается второй, и зарядка продолжается. Подробнее о современных зарядных изоляторах аккумуляторов.

Вид Переключатель Развязывающее реле Контроллер аккумуляторов
Сравнить устройства
Способ переключения Ручной Авто Авто
Падение напряжения, В 0,01 0,01
Принудительное соединение аккумуляторов Да Да нет
Дополнительные возможности Нет Много Много
Количество подключаемых аккумуляторов 2 2 2-4
Стоимость, тыс. руб 4-5 6-10 15
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Недостатки устройств развязки

У описанных выше способов подключения нескольких аккумуляторов есть общий недостаток, который проявляется, если устройство зарядки — это стандартный генератор двигателя.

Генераторы автомобильного типа не предназначены для заряда тяговых аккумуляторов. Зарядка сервисных батарей от них идет медленно, и аккумуляторы никогда не набирают свыше 70-80% номинальной емкости. Процесс замедляется еще сильнее, если сечение кабеля до аккумуляторной батареи подобрано неправильно.

Ток потребляемый аккумулятором во время зарядки. Синяя линия — ток при зарядке от генератора. Как только поверхностное напряжение пластин увеличивается, ток начинает плавно снижаться. При этом аккумулятор может оставаться разряженным. Бордовая линия — работает зарядное устройство. Микропроцессор поддерживает постоянный ток в течении первого этапа зарядки. За счет этого аккумуляторы заряжаются полнее и быстрее

Как видно из графика DC-DC зарядное устройство заряжает тяговые аккумуляторы в несколько раз быстрее и полнее генератора, а значит увеличивает время работы АКБ без подзарядки и продлевает полный срок службы аккумуляторов.

Зарядные устройства с несколькими выходами

Для одновременной зарядки нескольких аккумуляторов от сети 220 В используют зарядные устройства с двумя или тремя выходами. Если необходимо подключить большее количество аккумуляторных групп, устанавливают одно из перечисленных ранее устройств развязки.

Например, чтобы зарядить четыре батареи аккумуляторов потребуется одно зарядное устройство с тремя выходами и одно развязывающее реле или зарядный разделитель.

Модель Sterling Power PSP12202 Да Нет
Программы зарядки, шт 3 12/24 12
Максимальный ток, А 20 2 2
Размеры, мм 290 х 170 х 65 3,5 2
ЗАКАЗАТЬ

Как подключить второй аккумулятор в машине

Проблема, найти место для дополнительного прибора, часто решается за счет багажника. Не следует использовать ниши под сидениями в салоне – выделения от работающей батареи вредные.

Следует решить вопрос с восстановлением заряда во втором аккумуляторе в машине. Генератор рассчитан на работу в паре с одним АКБ определенной емкости. Подключение второй батареи перегружает генератор. Можно второй аккумулятор заряжать от сети, но это неудобно. Значит, необходимо найти способ питания помощника от бортовой сети, не укорачивая срок службы генератора.

Способы подключения двух источников:

  • использовать резистор для подстройки, устанавливая порог срабатывания, для подключения второй АКБ;
  • схемой соединения, объединять оба источника энергии в момент запуска, обеспечивая большой пусковой ток;
  • установив 2 АКБ следить, чтобы один был всегда полностью заряжен– для экстремалов, которым может потребоваться электролебедка;
  • использовать энергию второго АКБ в машине для музыки или для работы медиасистемы.

Как подключить второй аккумулятор в машине

Часто установкой второго аккумулятора в машину решают несколько проблем: отдельного питания бытовых приборов и удвоения тока на лебедку. Но генератор один. Как подключить второй АКБ? Соединив батареи параллельно, мы заставим генератор отдавать в сеть удвоенный ток. Одна батарея может паразитировать за счет другой, забирая больший заряд. Батареи могут и сесть равномерно, не позволив запустить стартер.

1.Применение разделительного контроллера при подключении второго аккумулятора в машину, позволит заряжать АКБ поочередно и заряд использовать рационально. Коммутационные устройства представляют переключатели различных конструкций. Примером служат устройства развязки аккумуляторов (УРА), самый популярный – УРА 200. С помощью этого прибора можно использовать двойную энергию при работе лебедки или запуске мотора зимой.

2.Комплект для установки второй АКБ включает полупроводниковое сопротивление. Подключение через диодный изолятор разделяет питание бортовой сети авто и дополнительных бытовых систем. В период простоя дополнительный аккумулятор будет разряжаться, поддерживая работу гаджетов. Основной АКБ сохраняет готовность к запуску мотора. Но во время движения генератор подзаряжает обе батареи. Для того чтобы воспользоваться вторым АКБ в основной цепи, его потребуется переставить в гнездо главного.

3.Наиболее рациональная схема подключения второго и последующих АКБ разработана с установкой переключателя зарядки. Устройство может быть ручным или автоматическим, но заряжается от генератора всегда одна батарея. Уровень заряда всех аккумуляторов выведен на панель управления. У водителя есть выбор, что на данный момент в приоритете, музыка, кондиционер или готовность поработать лебедкой.

Есть авто, где производитель предусмотрел схему и установку второго аккумулятора. Но чаще создавать комфорт в машине приходится своими руками.

Второй аккумулятор в автомобиле для музыки

Аккумулятор для звука – насколько это оправдано? Современные акустические системы мощны, при работе на одном общем АКБ идет просадка напряжения, меняется качество звука. Собственно, свинцово-кислотные батареи и не приспособлены работать с мощными бытовыми устройствами с тонкой настройкой.

Планируя, как установить второй аккумулятор только для автозвука в машину, нужно знать:

  • Стандартный свинцово-кислотные батареи стоят дешево, но есть требования к установке их только вертикально в проветриваемом пространстве. А нужно источник энергии установить рядом с аудиосистемой. Стандартные АКБ быстро садятся и долго заряжаются.
  • Гелевые аккумуляторы стоят дорого, плохо работают при низкой температуре, требовательны к качесту зарядки, но подходят для обеспечения качественного звучания и установки в любом положении.
  • Батареи AGM хорошо подходят для того чтобы обеспечивать отличное и продолжительное звучание. Смущает цена батареи. Обязательное условие – зарядное устройство должно быть программируемым.

Основное требование при установке второго аккумулятора – емкость батарей в машине должна быть равной. Устанавливать прибор нужно вне салона. Схемы подсоединения используются те, что описаны выше.

Как правильно поставить второй аккумулятор в машину, последовательность действий, можно посмотреть на видео.

“>

Это просто бомба-2. Li-Ion — как не взлететь / Хабр

За последний десяток лет литий-ионные аккумуляторы из дорогостоящей экзотики перешли в разряд самых распространенных источников автономного питания. Неудивительно, что они стали популярными и в руках самодельщиков, в том числе и начинающих. Иногда от технических решений в их творениях волосы становятся дыбом – ведь особенностью аккумуляторов данного типа является их повышенная опасность, в первую очередь – пожарная. Мой рассказ о том, как правильно «готовить» эту «рыбу фугу», чтобы никто не сгорел и не взорвался.

Предыдущая статья на “взрывную” тему здесь.

Принцип работы литий-ионнного аккумулятора.

Химические источники тока на основе лития получили распространение уже давно. Литиевые батарейки уже в конце XX века прочно укрепились в часах, калькуляторах, материнских платах компьютеров, пультах дистанционного управления. По принципу действия они мало чем отличаются от марганец-цинковых элементов, за тем исключением, что литий заменяет собой цинк, а вместо водного раствора щелочи или хлористого аммония – электролит на основе неводных растворителей, таких как пропиленкарбонат или хлористый тионил, в котором растворена литиевая соль, диссоциирующая с образованием иона лития, который и переносит ток в таком электролите. Но замена цинка на литий привела к тому, что напряжение возросло с полутора до трех вольт, а энергоемкость увеличилась в несколько раз. При этом химически инертный органический электролит и высокая степень герметичности конструкции свели саморазряд практически на нет — отдавая микроамперные токи, такая батарейка может работать десятилетиями.

Знаете, почему нельзя заряжать обычные батарейки? Казалось бы, при протекании тока в зарядном направлении, на электродах будут идти процессы «в обратном порядке»: на отрицательном электроде будет осаждаться цинк, а на положительном – активная масса, бывшая когда-то двуокисью марганца и отдавшая свой кислород, будет снова окисляться, вновь превращаясь в свежую MnO2. Но все портит то, что одновременно с этими процессами разлагается и вода в электролите. Выделяющиеся газы раздувают корпус батарейки и  выдавливают электролит наружу с печальными последствиями для аппаратуры.

В литиевом элементе нет воды. Пропиленкарбонат, служащий растворителем, не подвержен электролизу, поэтому такой элемент можно зарядить без побочных реакций. Однако, такой литиевый аккумулятор  «не взлетел». Вернее, он как раз взлетал – на воздух. Литий никак не хотел ложиться на свой анод аккуратным тонким слоем, а кристаллизовался в виде игольчатых кристаллов – дендритов. Точно такие же дендриты, к слову, образуются и при попытке зарядить марганец-цинковую батарейку, но именно в литиевом аккумуляторе они приводили к катастрофе. Рано или поздно такой дендрит перекрывал промежуток между анодом и катодом и вызывал короткое замыкание. Протекающий ток разогревал и катодную массу, из которой выделялся кислород, и литий, который в этом кислороде воспламенялся, и сепаратор, который просто прекращал свое существование, после чего литий, электролит и катодная масса – горючее и окислитель – превращались в адскую смесь. Как рассказывал мне один знакомый, причастный к этим экспериментам изобретатель – военные, для которых они пытались эти аккумуляторы создать, потеряли всякий интерес к ним, как к источникам тока, но регулярные мощные взрывы, сопровождающиеся ослепительным красным (от лития) пламенем, их восхищали и каждый раз военные интересовались, нельзя ли куда-то применить эту взрывчатку.

В этом направлении работали и за рубежом, и кое-чего даже добились, применяя механически более прочные керамические сепараторы, особые методы заряда, специальные добавки в электролит. Но все равно опасность дендритообразования сохранялась – слишком опасным был такой аккумулятор для его практического применения, если превышал размеры и емкость крохотной часовой батарейки-таблетки.

Прорыв принесли два открытия. Первое – это обнаружение способности некоторых сложных оксидов и сульфидов, содержащих литий, отдавать и поглощать обратно ионы лития на катоде. Второе – способность соединений слоистой структуры (графит, дисульфид молибдена) обратимо поглощать в межслоевое пространство значительные количества лития (вплоть до соединения состава LiC6), захватывая его атомы немедленно после разрядки ионов Li+ на аноде и предотвращая его выделение в металлической форме, а значит, предотвращая образование дендритов. За эти открытия и изобретение литий-ионного аккумулятора в прошлом году была присуждена Нобелевская премия. Ее лауреаты – М.С. Уиттингем, первооткрыватель явления интеркаляции лития в дисульфиды титана и молибдена, впервые предложивший использовать это явление в аккумуляторах, Дж. Гуденаф, исследовавший обратимость поглощения и выделения ионов лития кобальтитом лития на катоде, и собственно, изобретатель литий-ионного аккумулятора Акира Ёсино.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора Акиры Ёсино, изобретенного им в 1991 году, состоит в следующем. Однозарядные катионы лития – это практически единственный ион, переносящий ток в органическом неводном электролите. Противоионом является громоздкая и малоподвижная молекулярная «конструкция», обладающая отрицательным зарядом.

Ион Li+ при зарядке аккумулятора разряжается на поверхности графитового анода, превращаясь в нейтральный атом лития. Этот атом немедленно вступает поглощается графитом, проникая между слоями его кристаллической решетки. Образуется графитид лития – так называемый интеркалят или соединение внедрения. По своим химическим свойствам это сильный и активный восстановитель.

Одновременно с этим, кобальтит лития на катоде поставляет в раствор ионы лития, а сам при этом, теряя литий, все больше по составу приближается к двуокиси кобальта, в результате чего становясь сильным и активным окислителем.

Разность электрохимических потенциалов между этими окислителем и восстановителем равна ЭДС литий-ионного аккумулятора.

При разряде происходят обратные процессы. Литий, покидая межслоевое пространство на аноде, отдает во внешнюю цепь электрон и приобретает заряд, становясь катионом, а графитид лития – просто графитом. На катоде эти катионы возвращается в вакансии кристаллической решетки кобальтита лития, который теряет свои окислительные свойства, принимая электрон во внешнюю цепь.

Из-за отсутствия побочных процессов данная электрохимическая система обладает весьма высокой степенью обратимости и по этой причине характеризуется прекрасным КПД.

Литий-полимерные аккумуляторы не являются, как многие думают, каким-то отдельным видом аккумуляторов. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный на полимерной основе, а все электрохимические процессы в них ничем не отличаются. Отсутствие (вернее, минимальное количество) жидкого электролита позволяет придавать им практически любую форму и вместо прочного металлического корпуса помещать их в корпуса из полимерной пленки в виде запаянного пакетика, что помимо прочего повышает плотность хранения энергии.

Существуют также разновидности литий-ионных аккумуляторов с различными электрохимическими системами, такие, как литий-железофосфатные и литий-титанатные. Принцип действия у них тот же самый, но иные материалы катодной массы и, соответственно, другие напряжения. Удельная емкость этих аккумуляторов ниже, чем у классической кобальтовой литий-ионной системы, но они превосходят их по сроку службы, способности отдавать ток при низких температурах и, по утверждению производителей – по безопасности.

Собственно, безопасность – едва ли не основная “беда” литий-ионных аккумуляторов.

Скрытая угроза

Увы, «укротив» литий, Акира Ёсино не сделал этого огненного льва безобидным мышонком. Да и как можно ожидать полной безопасности от устройства, в котором, повторюсь, сильный и активный окислитель соседствует с столь же сильным и активным восстановителем и разделяют их лишь несколько десятков микрон пористой полимерной пленки-сепаратора? Стоит этой пленке где-нибудь прохудиться, допустив короткое замыкание, лавинообразный процесс саморазогрева и саморазрушения уже не остановить. Содержимое аккумулятора превращается во взрывчатую смесь горючего и окислителя. И эту смесь уже подожгли.

То, что литий-ионные аккумуляторы обычно не взрываются, обусловлено множеством предосторожностей, которые соблюдаются при их эксплуатации. Соблюдаются не силами пользователя – за этим следят автоматические электронные устройства. Там, где применяется литий-ионный аккумулятор, нет места простейшим зарядным устройствам из мира «свинца» и «никель-кадмия». Зарядное устройство обязано быть «умным». Процесс заряда литий-ионного аккумулятора многостадийный, требует строгого выдерживания параметров и должен быть вовремя завершен, и перекладывать ответственность за это на пользователя категорически недопустимо, так как его забывчивость в таком случае может привести к пожару или взрыву.

Дело в том, что отсутствие побочных процессов в литий-ионном аккумуляторе не абсолютно. Для того, чтобы их не было, нужно не выйти за определенную «безопасную» территорию. Так, при напряжении выше 4,2..4,5 В или при слишком большом токе заряда графит уже не успевает «впитать» литий, и он образует металлическую фазу. То же происходит, если графит теряет активную поверхность, что происходит, например, из-за переразряда. Как только на поверхности появляется металл, он начинает образовывать дендриты и… можно вызывать пожарных. Наконец, перенапряжение может вызвать электролиз компонентов электролита (в том числе и неконтролируемых примесей) и выделение газов, давление которых может нарушить герметичность аккумулятора, что также чревато пожаром – соединение внедрения лития в графит самовоспламеняется на воздухе.

Опасна и перегрузка при разряде. Перегрев разрядным током может вызвать вскипание или термическое разложение электролита, выделение кислорода из катодной активной массы, повреждение сепаратора. Результат тот же: КЗ и пожар. К тому же эффекту приведет и механическое повреждение аккумулятора.

Является «правилом хорошего тона» не полагаться на надежность зарядного устройства. В абсолютном большинстве промышленно выпускающихся устройств (за исключением «маргинальных» случаев вроде электронных сигарет и авиамоделей), содержащих литий-ионные аккумуляторы, независимо от контроллера, на который возложены функции заряда, имеется еще один контроллер, выполняющий функции защиты. В простейшем своем варианте (например, на микросхеме DW01A, являющейся основой плат защиты почти всех китайских аккумуляторов), он отключает аккумулятор при перезаряде (превышении допустимого напряжения), переразряде, слишком большом зарядном и разрядном токе, перегреве. В более сложных случаях к этим базовым функциям добавляется балансировка батареи (если она состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно), контроль за ее «здоровьем», подсчет ампер-часов при заряде и разряде (что позволяет определить оставшийся процент заряда гораздо точнее, чем при простом измерении напряжения) и другие функции. Данный контроллер – его называют Battery management system (BMS) или просто «платой защиты», как правило, является неотделимой частью аккумуляторной батареи, находясь с ней в одном корпусе и будучи наглухо припаянным к его выводам.

Есть еще третья ступень защиты. Это механическое устройство, разрывающее цепь при повышении давления или температуры внутри «банки» аккумулятора. К сожалению, оно – не панацея, так как во многих случаях нагрев и газовыделение начинаются уже после того, как возгорание батареи уже нельзя остановить.   

Кстати, типичная цифра, характерная для LiIon – 250 Вт*ч/кг или 0,9 МДж/кг.  Это всего вчетверо меньше запаса энергии в таких ВВ, как тротил. В мощном ноутбуке «тротиловый эквивалент» аккумулятора может быть сравним с ручной гранатой. Так что с литий-ионными аккумуляторами шутки плохи. Их взрыв вполне может привести  к смерти и увечьям многих людей.

Видео и фотографии взрывов и возгораний литий-ионных аккумуляторов в сети можно найти много. Надеюсь, они убедят вас, что все более чем серьезно.

Заряжаем и разряжаем правильно

А теперь разберемся с тем, как правильно заряжать эти опасные литий-ионные аккумуляторы, чтобы они не были так опасны.

Общепринятым, рекомендуемым всеми производителями литий-ионных аккумуляторов, является алгоритм CC-CV. Это означает, что начинается заряд стабилизированным током, а при достижении определенного напряжения далее оно стабилизируется на этом уровне. Этот метод близок к методу заряда свинцовых аккумуляторов, отличаясь от него лишь режимом.

Для большинства стандартных литий-ионных аккумуляторов напряжение перехода от стадии CC к стадии CV при комнатной температуре – 4,20 В. Некоторые старые аккумуляторы с анодом на основе каменноугольного кокса следует заряжать лишь до 4,10 В, тогда как в последнее время все чаще встречаются «высоковольтные» аккумуляторы, которые допускают заряд до 4,35 и даже 4,45 В. Небольшое превышение этого напряжения вызывает резкое сокращение срока службы, а более значительное превышение приводит к возгораниям и взрывам. Требуемая точность установки порогового напряжения для стандартных аккумуляторов составляет ±50 мВ, а у «высоковольтных» тем выше, чем выше напряжение, вплоть до ±5 мВ при пороговом напряжении 4,45 В. Разумеется, пониженное напряжение приводит лишь к снижению доступной емкости, а вот повышение напряжения недопустимо ни при каких случаях.

Стандартным током заряда считается 0,5С и большинство аккумуляторов без ущерба позволяют заряжать их током до 1С, а некоторые допускают и более высокие токи при условии недопущения перегрева. С здесь – ток в амперах, численно равный емкости в ампер-часах. Но таким током нельзя заряжать глубоко разряженные аккумуляторы, напряжение на клеммах которых снизилось ниже 2,9-3,0 В. В этом случае необходима стадия предварительной зарядки (precharge) – аккумулятор заряжается током 0,05-0,1С, пока напряжение не достигнет трех вольт. А вот слишком глубоко разряженные аккумуляторы заряжать нельзя вообще. Зарядное устройство должно не допускать зарядки аккумулятора, если напряжение на его клеммах снизилось ниже 2,5 В. При таком глубоком разряде аккумулятор обычно сильно теряет в емкости, но это еще полбеды: его заряд сопряжен с опасностью металлизации лития и возгорания. Кстати, «высоковольтные» аккумуляторы более чувствительны к глубокому разряду, и не следует допускать их разряда ниже 2,75 В. 

На стадии CV ток снижается по экспоненте. На этой стадии аккумулятор не должен оставаться до бесконечности. Заряд должен быть автоматически прекращен после снижения тока до 0,05-0,1С.

Такой многоступенчатый алгоритм зарядки предпочтительно реализовывать на специализированных микросхемах-контроллерах. Таких контроллеров в настоящее время выпускается множество, как самостоятельных (типичные примеры — всем известные LTC4054-4,2, TP4056, TP5000 и т.п.), так и встроенных в многофункциональные контроллеры питания, включающие несколько отключаемых линейных и импульсных преобразователей напряжения, наподобие применяемой во многих мобильных устройствах микросхемы RK819.

Плохой, очень плохой практикой является применение для этой цели обычных интегральных линейных и импульсных стабилизаторов, а в особенности — популярных и продаваемых именно как “платы для зарядки Li-Ion” модулей с Aliexpress на LM2596, XL4015 и т.п. Именно так нередко делают, переделывая шуруповерты на литиевые аккумуляторы, не учитывая опасности того, что со временем установленное на выходе напряжение может “уйти” из-за невысокого качества подстроечных резисторов на этих китайских платах. Если движок этого резистора потеряет контакт с резистивным элементом, на выходе попросту окажется входное напряжение. И это не говоря о том, что без внешних схемных решений такой “контроллер” не отключит аккумулятор по окончании заряда и не обеспечит предзаряд сильно разряженного аккумулятора малым током. В любом случае, проектируя и собирая зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторах, следует думать о надежности. Неисправность здесь может обойтись очень дорого, иногда — в человеческую жизнь.

Другое крайне неудачное решение, встречающееся в практике самодельщиков и даже “у китайцев” — заряжать аккумулятор, снабженный платой защиты, до ее срабатывания. Во-первых, BMS отключает аккумулятор уже при превышении напряжения. Во-вторых при такой зарядке, без стадии CV используется только часть емкости. Парадокс: батарея одновременно пере- и недозаряжается.

Как крайний случай, можно заряжать литий-ионные аккумуляторы током 0,1С до достижения 4,10..4,15 В с последующей отсечкой. Но, по некоторым данным, предположительно, такой режим плохо сказывается на токоотдаче и сроке службы аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы очень плохо переносят не только перезаряд, но и переразряд. Напряжение 2,5 В на “банку” и ниже фатально — такой аккумулятор уже опасно заряжать. А области между 2,5 и 3 В, которая хоть и формально является допустимой, следует по возможности избегать, так как это отрицательно сказывается на сроке службы. В устройстве, питаемом от литий-ионных аккумуляторов, следует предусмотреть принудительное отключение при снижении напряжения до 3 В. Кстати, подавляющее большинство смартфонов отключаются уже при напряжении 3,35..3,4 В, так как в их контроллерах питания применяются только понижающие преобразователи напряжения, и при более низком напряжении невозможно формирование напряжения 3,3 В. Поэтому все советы “ставить телефон на зарядку, не дожидаясь отключения, так как это очень вредно для батареи” не соответствуют действительности. Такое высокое напряжение отсечки, разумеется, немного уменьшает полезную емкость, и вместе с тем немного продлевает срок службы аккумулятора.

Балансировка

Процесс заряда осложняется, если мы имеем дело с батареей из последовательно соединенных элементов. Дело в том, что двух одинаковых аккумуляторов не бывает. Если емкость одного из них будет чуть больше, а другого – чуть меньше, напряжение на последнем будет расти быстрее, чем на первом. В таком случае, если мы будем заряжать батарею до 8,40 В, этот аккумулятор окажется в итоге немного перезаряженным. Со временем эти небольшие перезаряды приведут к более быстрому износу, а значит, напряжение на этом аккумуляторе будет завышаться с каждым разом все сильнее. Возникает «снежный ком» нарастающей разбалансировки батареи, который может закончиться взрывом.

Чтобы этого не допустить, необходимо контролировать напряжение не только всей батареи, но и каждого элемента в отдельности, не допуская превышения напряжений каждого из них. Обычно применяются те или иные схемы балансировки, шунтирующие «опережающие» элементы во время заряда, когда те достигают максимального напряжения. Это так называемые пассивные схемы балансировки. Очевидно, при их работе часть энергии рассеивается в виде тепла, что существенно снижает КПД зарядки и ухудшает тепловые условия внутри аккумуляторной сборки. Более эффективными и лучше использующими емкость являются методы активной балансировки, обеспечивающие перекачку энергии с клемм уже зарядившейся “банки” к еще недозаряженным.

На рисунке — простейшая схема балансировки батареи из двух элементов на двух компараторах (https://power-e.ru/hit/sistemy-balansa/). Обычно же такие системы выполняются на специализированных микросхемах, таких, как LTC3300-1 и включаются в состав BMS, оставаясь подключенными к аккумуляторной батарее всегда. Такие контроллеры обладают широким набором функций, включающих не только балансировку, но и мониторинг состояния батареи в течение их срока службы.

Активная балансировочная схема на LTC3300-1 (Рыкованов А. Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей // Силовая электроника. 2009.№1

В настоящее время распространение получили интеллектуальные системы балансировки, лучше использующие емкость аккумуляторов за счет компромиссного распределения зарядного тока, которое определяется реальными емкостями каждого из элементов, измеренными в предыдущих циклах.

Как обращаться, хранить, куда девать остатки

Исходя из вышесказанного, обращаться с литий-ионными аккумуляторами следует с осторожностью. Опасность возгорания и взрыва возникает при неправильном заряде, коротком замыкании и механических повреждениях. Последнее особенно актуально для литий-полимерных аккумуляторов, лишенных прочного защитного корпуса. Случайно или намеренно проколов или разорвав пленку, защищающую аккумулятор, вы можете уже через 10-15 секунд получить у себя в руках ослепительный красный огонь. Это же может случиться при изгибе и сдавливании аккумулятора, а в особенности, если каким-либо инструментом проткнуть его насквозь. Такое случается при попытках извлечь аккумулятор, приклеенный на двусторонний скотч, из мобильного телефона для его замены на новый. Риск снижается при извлечении разряженного аккумулятора, поэтому это следует сделать перед началом работы. По этой же причине, а также по причине того, что при замыкании он может выдать десятки, если не сотни ампер тока, хранить такие аккумуляторы следует надежно и аккуратно упакованными, а не в куче радиохлама.

Вообще перед хранением эти аккумуляторы следует довести до уровня заряда 30-50%. Хранить их следует при комнатной температуре. А то некоторые “специалисты” утверждают, что их нужно держать в холодильнике. Не нужно. А вот старые, убитые и особенно вздувшиеся аккумуляторы хранить ни в коем случае нельзя, от них нужно избавиться как можно скорее, так как они непредсказуемы и могут в любой момент стать причиной пожара.

Вопрос “куда утилизировать” достаточно сложен. Учитывая экологическую опасность лития (по ПДК близок к свинцу), их должны утилизировать специальные организации, но у нас в стране я таких организаций, работающих с частными лицами, не знаю. Не следует выбрасывать их в мусор и в особенности в контейнеры для батареек. Пожалуй, идеальный вариант — некий закрывающийся ящик с песком на открытом воздухе, содержимое которого забирали бы специальные службы…

Нельзя (и если очень хочется, то тоже нельзя!) пытаться паять аккумуляторы. Только точечная сварка! Исключение — литий-полимерные со специально удлиненными выводами под пайку и цилиндрические аккумуляторы с заранее приваренными ленточными ламелями. Даже небольшой перегрев может привести и к разгерметизации с последующим самовоспламенением, и к расплавлению сепаратора и внутреннему КЗ.

Всякие шаманства типа “подтолкнуть аккумулятор” или “разблокировать контроллер” — это риск того, что у вас в руках, в кармане или в постели окажется огненный шар. Помните, что если контроллер аккумулятора заблокировался, это не потому что жадный до денег производитель хочет, чтобы вы купили новый. Это потому что производителю неохота оплачивать ущерб, нанесенный загоревшимися аккумуляторами.

Собрав зарядное устройство (неважно — как самостоятельное изделие или в составе какой-либо конструкции), нужно провести первый цикл заряда, подключив вместе с аккумулятором вольтметр и миллиамперметр, и убедившись, что оно работает корректно. Причем обратите внимание на точность измерений: максимально допустимое отклонение напряжения от номинальных 4,2 В не превышает 1,2%, а погрешность распространенных недорогих мультиметров разрядностью 3,5 цифр при измерении этого напряжения на пределе 20 В достигает 1%.

Собирая батарею из нескольких аккумуляторов, нужно подбирать максимально близкие (в пределах 1-3%) по емкости элементы при последовательном соединении, и по внутреннему сопротивлению — при параллельном. Перед соединением элементов параллельно нужно уравнять их по напряжению. Элементы для батареи должны быть строго из одной партии.

Нельзя ремонтировать батарею путем замены одного элемента на новый. Разбалансировка при этом практически гарантирована. А чем грозит разбалансировка, вы уже знаете (подсказка — пожаром и взрывом).

Плавкий предохранитель — это то, что должно быть в цепи любого литий-ионного аккумулятора.

И еще раз — будьте внимательны и осторожны.

Зарядка нескольких аккумуляторов – Праймер

В Clore Automotive каждую неделю мы получаем много вопросов, связанных с зарядкой нескольких аккумуляторов.

  • Как лучше всего подойти к этой задаче?
  • Каковы преимущества различных подходов?
  • Что лучше для меня и моей конкретной ситуации?

На самом деле существует три подхода к зарядке нескольких аккумуляторов: последовательная зарядка, параллельная зарядка и многобанковая (многоканальная) зарядка.Ниже мы рассмотрим особенности каждого подхода.

Зарядка серии

При последовательной зарядке аккумуляторы, которые необходимо зарядить, подключаются последовательно, что объединяет общее напряжение всех аккумуляторов и требует зарядного устройства, обеспечивающего эквивалентное выходное напряжение. Например, если вы последовательно подключаете шесть аккумуляторов 12 В, вам потребуется зарядное устройство с выходным напряжением 90 В под нагрузкой (чтобы довести каждую батарею до 14+ Вольт для завершения заряда).

Основным преимуществом последовательной зарядки является то, что в такой конфигурации все батареи в последовательном банке получают одинаковый ток заряда (при разделении напряжения между ними).В результате, неисправная батарея в банке (если она не имеет открытых ячеек) не влияет отрицательно на способность других батарей в банке получать необходимый им заряд. Поскольку все батареи в последовательном банке получают полный ток зарядного устройства, каждая из хороших батарей заряжается так, как если бы среди них не было плохой батареи. Это очень полезно при автоматической зарядке, например, при зарядке в ночное время.

Недостатком последовательной зарядки является то, что для каждой заряжаемой батареи требуется время и усилия для установления последовательного соединения, проводки от батареи 1 к батарее 2, батареи 2 к батарее 3 и т. Д.Этот процесс несколько обременительный, и перед подключением зарядного устройства необходимо убедиться, что вся батарея подключена правильно. Еще одно ограничение этого подхода – сложность масштабируемости. Чем больше аккумуляторная батарея, тем выше выходное напряжение, необходимое для зарядного устройства.

Параллельная зарядка

При параллельной зарядке аккумуляторы, которые необходимо заряжать, подключаются параллельно, что объединяет общую силу тока (ампер-часы) всех аккумуляторов и требует зарядного устройства, обеспечивающего эквивалентный выходной ток для полной зарядки батареи.Например, если вы подключаете 50 аккумуляторов 12 В параллельно, вам потребуется зарядное устройство с выходным током 150–250 ампер (что обеспечивает номинальное значение 3–5 ампер на заряжаемую батарею).

Основным преимуществом параллельной зарядки является легкость, с которой можно подключать, заряжать и отключать большое количество батарей. Параллельная зарядка выполняется с использованием шин, в которых зарядное устройство подключено к шине для положительного и отрицательного выходов, а провода от шин опускаются к каждой батарее.В результате подключение происходит быстро и легко, и можно начинать зарядку.

Главный недостаток параллельной зарядки заключается в том, что неисправная батарея в банке может повлиять на другие батареи в банке. Например, если вы заряжали 50 аккумуляторов на выходном зарядном устройстве на 250 А, и два из них были сильно сульфатированы, выходной ток 250 А не будет равномерно распределен между 50 аккумуляторами. Две высокосульфатированные батареи будут иметь тенденцию монополизировать выходной ток, поглощая до 80 ампер каждая, оставляя всего 90 ампер для остальных 48 батарей.Это, вероятно, будет означать, что 48 исправных батарей не достигнут полной зарядки в ожидаемое время, потому что их эффективная скорость заряда была снижена.

Мультибанковская зарядка

При зарядке с несколькими банками каждая батарея индивидуально подключается к зарядному устройству. В результате в этом методе не учитываются ни напряжение, ни сила тока заряжаемых аккумуляторов. Скорее, каждый выходной вывод предназначен для зарядки одной батареи и соответственно регулирует напряжение и силу тока.Например, у вас может быть зарядное устройство на 4 банка для аккумуляторов 12 В с максимальной мощностью на вывод 15 ампер.

Основным преимуществом зарядки из нескольких банков является то, что каждая батарея заряжается индивидуально независимо от других батарей, подключенных к зарядному устройству. Это означает, что особые потребности этой батареи решаются. Таким образом, если одна подключенная батарея неисправна, зарядка этой батареи может быть остановлена ​​без воздействия на другие выходы зарядного устройства.

Основным недостатком этого метода зарядки, как и последовательной зарядки, является отсутствие масштабируемости.Если требуется зарядить больше аккумуляторов, необходимо добавить дополнительные зарядные устройства. Например, если у вас есть зарядное устройство с несколькими банками на 10 выходов, но вы хотите заряжать 50 аккумуляторов одновременно, вам потребуется 5 отдельных зарядных устройств.

Christie – Ответ на зарядку нескольких аккумуляторов

Бренд продукции Christie для обслуживания аккумуляторов предлагает широкий спектр решений для зарядки нескольких аккумуляторов, от последовательной до параллельной и многобанковой зарядки. Зарядные устройства Christie обладают широким спектром функций, которые делают зарядку более безопасной, эффективной и действенной, включая автоматическую защиту от обратной полярности, встроенную во многие зарядные устройства Christie.

Предложение Christie включает три параллельных зарядных устройства серии SA, позволяющих заряжать до 50 аккумуляторов одновременно: SA10012 (20 аккумуляторов), SA17512 (35 аккумуляторов) и SA25012 (50 аккумуляторов). Сделанные в США, они предназначены для обеспечения непрерывной зарядки в промышленных условиях и имеют функцию автоматического сужения по мере того, как аккумуляторная батарея полностью заряжена.

Christie – Максимальная производительность • Передовые технологии • Превосходное качество

Зарядные устройства и методы зарядки

Схемы зарядки

Зарядное устройство имеет три основные функции

  • Получение заряда в АКБ (Зарядка)
  • Оптимизация скорости зарядки (стабилизация)
  • Знание, когда остановиться (Завершение)

Схема начисления платы представляет собой комбинацию методов начисления и завершения.

Прекращение начисления

Когда аккумулятор полностью заряжен, необходимо как-то рассеять зарядный ток. В результате выделяется тепло и газы, которые вредны для аккумуляторов. Суть хорошей зарядки состоит в том, чтобы иметь возможность определять, когда восстановление активных химикатов завершено, и останавливать процесс зарядки до того, как будет нанесен какой-либо ущерб, при постоянном поддержании температуры элемента в безопасных пределах.Обнаружение этой точки отключения и прекращение заряда имеет решающее значение для продления срока службы батареи. В простейших зарядных устройствах это происходит при достижении заранее определенного верхнего предела напряжения, часто называемого напряжением завершения . Это особенно важно для устройств быстрой зарядки, где опасность перезарядки выше.

Безопасная зарядка

Если по какой-либо причине существует риск чрезмерной зарядки аккумулятора из-за ошибок в определении точки отключения или неправильного обращения, это обычно сопровождается повышением температуры.Условия внутренней неисправности в батарее или высокие температуры окружающей среды также могут привести к выходу батареи за пределы безопасных рабочих температур. Повышенные температуры ускоряют выход батарей из строя, а мониторинг температуры элементов – хороший способ обнаружить признаки неисправности по разным причинам. Температурный сигнал или сбрасываемый предохранитель можно использовать для выключения или отсоединения зарядного устройства при появлении знаков опасности, чтобы не повредить аккумулятор. Эта простая дополнительная мера предосторожности особенно важна для аккумуляторных батарей большой мощности, где последствия отказа могут быть как серьезными, так и дорогостоящими.

Время зарядки

Во время быстрой зарядки можно перекачивать электрическую энергию в аккумулятор быстрее, чем химический процесс может на нее отреагировать, что приводит к разрушительным результатам.

Химическое воздействие не может происходить мгновенно, и будет происходить градиент реакции в объеме электролита между электродами, при этом электролит, ближайший к преобразуемым или «заряжаемым» электродам, будет происходить раньше, чем электролит дальше.Это особенно заметно в элементах большой емкости, которые содержат большой объем электролита.

Фактически, в химических превращениях клетки участвуют по крайней мере три ключевых процесса.

  • Один из них – это «перенос заряда», который представляет собой фактическую химическую реакцию, происходящую на границе электрода с электролитом, и она протекает относительно быстро.
  • Второй – это процесс «массопереноса» или «диффузии», в котором материалы, преобразованные в процессе переноса заряда, перемещаются с поверхности электрода, давая возможность другим материалам достичь электрода и принять участие в процессе преобразования.Это относительно медленный процесс, который продолжается до тех пор, пока все материалы не будут преобразованы.
  • Процесс зарядки также может подвергаться другим значительным эффектам, время реакции которых также следует принимать во внимание, например, «процессу интеркаляции», с помощью которого заряжаются литиевые элементы, при котором ионы лития вставляются в кристаллическую решетку основного электрода. См. Также Литиевое покрытие из-за чрезмерной скорости зарядки или зарядки при низких температурах.

Все эти процессы также зависят от температуры.

Кроме того, могут быть другие паразитические или побочные эффекты, такие как пассивация электродов, образование кристаллов и скопление газа, которые влияют на время зарядки и эффективность, но они могут быть относительно незначительными или редкими, или могут возникать только в условиях неправильного обращения. . Поэтому они здесь не рассматриваются.

Таким образом, процесс зарядки аккумулятора имеет по крайней мере три характерные постоянные времени, связанные с достижением полного преобразования активных химикатов, которые зависят как от используемых химикатов, так и от конструкции элемента.Постоянная времени, связанная с переносом заряда, может составлять одну минуту или меньше, тогда как постоянная времени массопереноса может достигать нескольких часов или более в большой ячейке с большой емкостью. Это одна из причин, по которой элементы могут передавать или принимать очень высокие импульсные токи, но гораздо более низкие постоянные токи (еще один важный фактор – это отвод тепла). Эти явления нелинейны и относятся как к процессу разрядки, так и к зарядке. Таким образом, существует предел скорости приема заряда элемента.Продолжение закачки энергии в элемент быстрее, чем химические вещества могут реагировать на заряд, может вызвать локальные условия перезаряда, включая поляризацию, перегрев, а также нежелательные химические реакции вблизи электродов, что приведет к повреждению элемента. Быстрая зарядка увеличивает скорость химической реакции в элементе (как и быстрая разрядка), и может потребоваться предоставить “периоды покоя” во время процесса зарядки, чтобы химические воздействия распространялись через большую часть химической массы в элементе и для стабилизации на прогрессивном уровне заряда.

Узнайте больше о периодах отдыха и о том, как их можно использовать для увеличения срока службы батареи и повышения точности измерений SOC на странице «Программно-конфигурируемая батарея».

См. Также влияние химических изменений и скорости зарядки в разделе Срок службы батареи.

Запоминающееся, хотя и не совсем эквивалентное явление – налив пива в стакан.Очень быстрое наливание приводит к образованию большого количества пены и небольшому количеству пива на дне стакана. Медленное наливание по краю стакана или, как вариант, дать пиву отстояться до тех пор, пока пена не рассеется, а затем долить, чтобы стакан наполнился полностью.

Гистерезис

Постоянные времени и вышеупомянутые явления, таким образом, вызывают гистерезис в батарее.Во время зарядки химическая реакция отстает от приложения зарядного напряжения, и аналогично, когда к батарее прикладывается нагрузка для ее разрядки, происходит задержка до того, как полный ток может пройти через нагрузку. Как и в случае с магнитным гистерезисом, энергия теряется во время цикла заряда-разряда из-за эффекта химического гистерезиса.

На приведенной ниже диаграмме показан эффект гистерезиса в литиевой батарее.

Допущение коротких периодов стабилизации или отдыха во время процессов заряда-разряда для учета времени химической реакции будет иметь тенденцию к уменьшению, но не устранению разницы напряжений из-за гистерезиса.

Истинное напряжение батареи в любом состоянии заряда (SOC), когда батарея находится в состоянии покоя или в спокойном состоянии, будет где-то между кривыми заряда и разряда.Во время зарядки измеренное напряжение элемента во время периода покоя будет медленно перемещаться вниз в сторону состояния покоя, поскольку химическое преобразование в элементе стабилизируется. Точно так же во время разряда измеренное напряжение элемента во время периода покоя будет перемещаться вверх в направлении состояния покоя.

Быстрая зарядка также вызывает повышенный джоулев нагрев элемента из-за задействованных более высоких токов, а более высокая температура, в свою очередь, вызывает увеличение скорости процессов химического преобразования.

В разделе «Скорость разряда» показано, как скорость разряда влияет на эффективную емкость элемента.

В разделе «Конструкция ячеек» описывается, как можно оптимизировать конструкции ячеек для быстрой зарядки.

Эффективность зарядки

Это относится к свойствам самого аккумулятора и не зависит от зарядного устройства.Это соотношение (выраженное в процентах) между энергией, удаленной из аккумулятора во время разряда, по сравнению с энергией, используемой во время зарядки для восстановления первоначальной емкости. Также называется Coulombic Efficiency или Charge Acceptance .

Прием заряда и время заряда в значительной степени зависят от температуры, как указано выше. Более низкая температура увеличивает время зарядки и снижает прием заряда.

Обратите внимание, , что при низких температурах аккумулятор не обязательно получит полный заряд, даже если напряжение на клеммах может указывать на полный заряд. См. Факторы, влияющие на состояние заряда.

Основные методы зарядки

  • Постоянное напряжение Зарядное устройство постоянного напряжения – это в основном источник питания постоянного тока, который в своей простейшей форме может состоять из понижающего трансформатора от сети с выпрямителем для подачи постоянного напряжения для зарядки аккумулятора.Такие простые конструкции часто встречаются в дешевых зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Свинцово-кислотные элементы, используемые для автомобилей и систем резервного питания, обычно используют зарядные устройства постоянного напряжения. Кроме того, в литий-ионных элементах часто используются системы постоянного напряжения, хотя они обычно более сложные с добавленной схемой для защиты как батарей, так и безопасности пользователя.
  • Постоянный ток Зарядные устройства постоянного тока изменяют подаваемое на батарею напряжение для поддержания постоянного тока и отключаются, когда напряжение достигает уровня полной зарядки.Эта конструкция обычно используется для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных элементов или батарей.
  • Конический ток Заряжается от грубого нерегулируемого источника постоянного напряжения. Это не контролируемый заряд, как в V Taper выше. Ток уменьшается по мере нарастания напряжения элемента (противо-ЭДС). Существует серьезная опасность повреждения элементов из-за перезарядки. Чтобы избежать этого, следует ограничить скорость и продолжительность зарядки.Подходит только для батарей SLA.
  • Импульсный заряд Импульсные зарядные устройства подают зарядный ток в аккумулятор импульсами. Скорость зарядки (на основе среднего тока) можно точно контролировать, изменяя ширину импульсов, обычно около одной секунды. Во время процесса зарядки короткие периоды отдыха от 20 до 30 миллисекунд между импульсами позволяют стабилизировать химическое воздействие в батарее за счет выравнивания реакции по всему объему электрода перед возобновлением заряда.Это позволяет химической реакции идти в ногу со скоростью поступления электрической энергии. Также утверждается, что этот метод может уменьшить нежелательные химические реакции на поверхности электрода, такие как газообразование, рост кристаллов и пассивация. (См. Также Импульсное зарядное устройство ниже). При необходимости можно также измерить напряжение холостого хода батареи во время периода покоя.

Оптимальный профиль тока зависит от химического состава и конструкции клетки.

  • Взрывная зарядка Также называется Reflex или Зарядка с отрицательным импульсом Используется вместе с импульсной зарядкой, подает очень короткий импульс разрядки, обычно в 2–3 раза превышающий зарядный ток в течение 5 миллисекунд, во время периода покоя зарядки. деполяризовать клетку. Эти импульсы вытесняют любые пузырьки газа, которые образовались на электродах во время быстрой зарядки, ускоряя процесс стабилизации и, следовательно, общий процесс зарядки.Высвобождение и распространение пузырьков газа известно как «отрыжка». Были сделаны противоречивые заявления об улучшении скорости заряда и срока службы батареи, а также об удалении дендритов, которое стало возможным с помощью этого метода. Самое меньшее, что можно сказать, это то, что “не повреждает аккумулятор”.
  • IUI Charging Это недавно разработанный профиль зарядки, используемый для быстрой зарядки стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов от определенных производителей.Он подходит не для всех свинцово-кислотных аккумуляторов. Первоначально аккумулятор заряжается с постоянной (I) скоростью, пока напряжение элемента не достигнет заданного значения – обычно напряжения, близкого к тому, при котором происходит газообразование. Эта первая часть цикла зарядки известна как фаза объемной зарядки. По достижении заданного напряжения зарядное устройство переключается в фазу постоянного напряжения (U), и ток, потребляемый батареей, будет постепенно падать, пока не достигнет другого заданного уровня. Эта вторая часть цикла завершает нормальную зарядку аккумулятора с медленно убывающей скоростью.Наконец, зарядное устройство снова переключается в режим постоянного тока (I), и при выключении зарядного устройства напряжение продолжает повышаться до нового более высокого предустановленного значения. Эта последняя фаза используется для выравнивания заряда отдельных ячеек в батарее, чтобы максимально продлить срок ее службы. См. Балансировка ячеек.
  • Капельная зарядка Капельная зарядка предназначена для компенсации саморазряда аккумулятора. Непрерывный заряд. Долговременная зарядка постоянным током для использования в режиме ожидания.Скорость зарядки зависит от частоты разрядки. Не подходит для некоторых типов батарей, например NiMH и литий, которые могут выйти из строя из-за перезарядки. В некоторых приложениях зарядное устройство предназначено для переключения на непрерывную зарядку, когда аккумулятор полностью заряжен.
  • Плавающий заряд . Аккумулятор и нагрузка постоянно подключены параллельно к источнику заряда постоянного тока и поддерживаются при постоянном напряжении ниже верхнего предела напряжения аккумулятора.Используется для систем резервного питания аварийного питания. В основном используется со свинцово-кислотными аккумуляторами.
  • Случайная зарядка Все вышеперечисленные приложения включают контролируемую зарядку аккумулятора, однако есть много приложений, в которых энергия для зарядки аккумулятора доступна только или доставляется случайным, неконтролируемым образом. Это относится к автомобильным приложениям, где энергия зависит от частоты вращения двигателя, которая постоянно меняется. Проблема стоит более остро в приложениях EV и HEV, в которых используется рекуперативное торможение, поскольку при торможении возникают большие всплески мощности, которые должна поглощать аккумулятор.Более щадящие применения – солнечные панели, которые можно заряжать только при ярком солнце. Все это требует специальных методов для ограничения зарядного тока или напряжения до уровней, которые может выдержать аккумулятор.

Тарифы на оплату

Батареи можно заряжать с разной скоростью в зависимости от требований. Типичные ставки показаны ниже:

  • Медленная зарядка = ночь или 14-16 часов зарядки при 0.1С рейтинг
  • Быстрая зарядка = от 3 до 6 часов зарядки при скорости 0,3 ° C
  • Быстрая зарядка = менее 1 часа зарядки при скорости 1.0C

Медленная зарядка

Медленная зарядка может выполняться в относительно простых зарядных устройствах и не должна приводить к перегреву аккумулятора. По окончании зарядки аккумуляторы следует вынуть из зарядного устройства.

  • Никады, как правило, наиболее устойчивы к перезарядке, и их можно оставить на непрерывной подзарядке в течение очень длительных периодов времени, поскольку процесс их рекомбинации имеет тенденцию поддерживать напряжение на безопасном уровне. Постоянная рекомбинация поддерживает высокое внутреннее давление в ячейке, поэтому уплотнения постепенно протекают. Он также поддерживает температуру ячейки выше окружающей среды, а более высокие температуры сокращают срок службы.Так что жизнь еще лучше если снять с зарядного устройства.
  • Свинцово-кислотные аккумуляторы немного менее надежны, но могут выдерживать кратковременный непрерывный заряд. Затопленные батареи, как правило, расходуют воду, а соглашения об уровне обслуживания, как правило, рано умирают из-за коррозии сети. Свинцово-кислотные вещества следует либо оставить в неподвижном состоянии, либо подзаряжать (поддерживать постоянное напряжение значительно ниже точки выделения газа).
  • С другой стороны, никель-металлгидридные элементы
  • будут повреждены при длительной подзарядке.
  • Однако ионно-литиевые элементы
  • не допускают перезарядки или перенапряжения, и заряд должен быть немедленно прекращен при достижении верхнего предела напряжения.

Быстрая / быстрая зарядка

По мере увеличения скорости зарядки возрастает опасность перезарядки или перегрева аккумулятора. Предотвращение перегрева батареи и прекращение заряда, когда батарея полностью заряжена, становятся гораздо более важными.Химический состав каждого элемента имеет свою характеристическую кривую зарядки, и зарядные устройства для аккумуляторов должны быть спроектированы таким образом, чтобы определять условия окончания заряда для конкретного химического состава. Кроме того, должна быть предусмотрена некоторая форма отключения по температуре (TCO) или тепловой предохранитель, чтобы предотвратить перегрев аккумулятора во время процесса зарядки.

Для быстрой зарядки и быстрой зарядки требуются более сложные зарядные устройства. Поскольку эти зарядные устройства должны быть разработаны для определенного химического состава ячеек, обычно невозможно зарядить один тип элементов в зарядном устройстве, которое было разработано для другого химического состава ячеек, и вероятно повреждение.Универсальные зарядные устройства, способные заряжать все типы элементов, должны иметь сенсорные устройства для определения типа элемента и применения соответствующего профиля зарядки.

Примечание , что для автомобильных аккумуляторов время зарядки может быть ограничено доступной мощностью, а не характеристиками аккумулятора. Внутренние кольцевые главные цепи на 13 А могут выдавать только 3 кВт. Таким образом, при условии отсутствия потери эффективности в зарядном устройстве, десятичасовая зарядка потребляет максимум 30 кВт · ч энергии.Достаточно примерно на 100 миль. Сравните это с заправкой автомобиля бензином.

Требуется около 3 минут, чтобы поместить в бак достаточно химической энергии, чтобы обеспечить 90 кВт-ч механической энергии, достаточной для того, чтобы автомобиль проехал 300 миль. Подача 90 кВт / ч электроэнергии в батарею за 3 минуты будет эквивалентна скорости зарядки 1,8 мегаватт !!

Способы прекращения начисления

В следующей таблице приведены методы прекращения зарядки для популярных аккумуляторов.Это объясняется в разделе ниже.

Методы прекращения начисления

SLA

Nicad

NiMH

Литий-ионный

Медленная зарядка

Таймер

Предел напряжения

Быстрая зарядка 1

Имин

NDV

дТ / дт

Imin при пределе напряжения

Быстрая зарядка 2

Delta TCO

дТ / дт

dV / dt = 0

Завершение резервного копирования 1

Таймер

ТШО

ТШО

ТШО

Резервное копирование 2

DeltaTCO

Таймер

Таймер

Таймер

TCO = отключение по температуре

Delta TCO = Превышение температуры окружающей среды

I min = минимальный ток

Методы контроля заряда

Было разработано множество различных схем зарядки и завершения для разных химикатов и различных приложений.Ниже приведены наиболее распространенные из них.

Управляемая зарядка

Обычная (медленная) зарядка

  • Полупостоянный ток Просто и экономично. Самый популярный. Таким образом, при слабом токе тепло не выделяется, а происходит медленно, обычно от 5 до 15 часов. Скорость заряда 0,1C. Подходит для Nicads
  • Управляемая таймером Система заряда Простая и экономичная.Надежнее, чем полупостоянный ток. Использует таймер IC. Зарядки со скоростью 0,2 ° C в течение заданного периода времени с последующей подзарядкой 0,05 ° C. Избегайте постоянного перезапуска таймера, вставляя и вынимая аккумулятор из зарядного устройства, поскольку это снизит его эффективность. Рекомендуется установка абсолютного отсечки температуры. Подходит для аккумуляторов Nicad и NiMH.

Быстрая зарядка (1-2 часа)

  • Отрицательный треугольник V (NDV) Система отсечки заряда
  • Это самый популярный способ быстрой зарядки для Nicads.

    Батареи заряжаются постоянным током со скоростью от 0,5 до 1,0 С. Напряжение аккумулятора повышается по мере того, как зарядка достигает пика при полной зарядке, а затем падает. Это падение напряжения, -delta V, связано с поляризацией или накоплением кислорода внутри элемента, которое начинает происходить после того, как элемент полностью заряжен. В этот момент элемент попадает в зону опасности перезаряда, и температура начинает быстро расти, поскольку химические изменения завершены, и избыточная электрическая энергия преобразуется в тепло.Падение напряжения происходит независимо от уровня разряда или температуры окружающей среды, и поэтому его можно обнаружить и использовать для определения пика и, следовательно, для отключения зарядного устройства, когда аккумулятор полностью заряжен, или переключения на непрерывный заряд.

    Этот метод не подходит для зарядных токов менее 0,5 C, так как дельта V становится трудно обнаружить. Ложная дельта V может возникнуть в начале заряда при чрезмерно разряженных элементах. Это преодолевается с помощью таймера, который задерживает обнаружение дельты V в достаточной степени, чтобы избежать проблемы.Свинцово-кислотные аккумуляторы не демонстрируют падения напряжения по завершении зарядки, поэтому этот метод зарядки не подходит для аккумуляторов SLA.

  • dT / dt Система зарядки NiMH аккумуляторы не демонстрируют такого выраженного падения напряжения NDV, когда они достигают конца цикла зарядки, как это видно на графике выше, поэтому метод отключения NDV не является надежным для завершения NiMH плата.Вместо этого зарядное устройство определяет скорость повышения температуры элемента в единицу времени. Когда достигается заданная скорость, быстрая зарядка останавливается, и метод зарядки переключается на непрерывную зарядку. Этот метод более дорогой, но позволяет избежать перезарядки и продлевает срок службы. Поскольку длительная непрерывная зарядка может повредить никель-металлгидридный аккумулятор, рекомендуется использовать таймер для регулирования общего времени зарядки.
  • Постоянный ток Система заряда с постоянным напряжением (CC / CV). .Используется для зарядки литиевых и некоторых других батарей, которые могут быть повреждены при превышении верхнего предела напряжения. Указанная производителем скорость зарядки при постоянном токе – это максимальная скорость зарядки, которую аккумулятор может выдержать без повреждения аккумулятора. Необходимы особые меры предосторожности, чтобы максимально увеличить скорость зарядки и обеспечить полную зарядку аккумулятора, в то же время избегая перезарядки. По этой причине рекомендуется переключать метод зарядки на постоянное напряжение до того, как напряжение элемента достигнет своего верхнего предела.Обратите внимание, что это означает, что зарядные устройства для литий-ионных элементов должны быть способны контролировать как зарядный ток, так и напряжение аккумулятора.
  • Чтобы поддерживать заданную скорость зарядки постоянного тока, зарядное напряжение должно увеличиваться синхронно с напряжением элемента, чтобы преодолеть обратную ЭДС элемента по мере его зарядки. Это происходит довольно быстро в режиме постоянного тока до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения элемента, после чего зарядное напряжение поддерживается на этом уровне, известном как плавающий уровень, во время режима постоянного напряжения.В течение этого периода постоянного напряжения ток уменьшается до тонкой струйки по мере того, как заряд приближается к завершению. Отключение происходит при достижении заданной минимальной точки тока, которая указывает на полный заряд. См. Также Литиевые батареи – Зарядка и производство батарей – Формирование.

    Примечание 1 : Когда указаны скорости Fast Charging , они обычно относятся к режиму постоянного тока.В зависимости от химического состава ячейки этот период может составлять от 60% до 80% времени до полной зарядки. Эти значения не следует экстраполировать для оценки времени полной зарядки аккумулятора, поскольку скорость зарядки быстро снижается в течение периода постоянного напряжения.

    Примечание 2: Поскольку невозможно зарядить литиевые батареи со скоростью зарядки C, указанной производителями, в течение всего времени заряда, также невозможно оценить время зарядки полностью разряженной батареи простым разделением Емкость аккумулятора в ампер-часах с указанной скоростью зарядки C, так как эта скорость изменяется во время процесса зарядки.Однако следующее уравнение дает разумное приближение времени для полной зарядки разряженной батареи при использовании стандартного метода зарядки CC / CV:

    Время зарядки (ч) = 1,3 * (емкость аккумулятора в Ач) / (ток зарядки в режиме CC)

  • Управляемая напряжением система заряда. Быстрая зарядка со скоростью от 0,5 до 1,0 С. Зарядное устройство выключилось или переключилось на непрерывный заряд при достижении заданного напряжения.Должен быть объединен с датчиками температуры в батарее, чтобы избежать перезаряда или теплового разгона.
  • V- Система заряда с конусным регулированием Аналогично системе с контролем напряжения. Как только заданное напряжение достигнуто, ток быстрой зарядки постепенно уменьшается за счет снижения напряжения питания, а затем переключается на непрерывный заряд. Подходит для аккумуляторов SLA, позволяет безопасно достичь более высокого уровня заряда. (См. Также ток конуса ниже)
  • Таймер отказоустойчивости

    Ограничивает ток заряда, который может протекать, чтобы удвоить емкость элемента.Например, для элемента емкостью 600 мАч ограничьте заряд до 1200 мАч. В крайнем случае, если отключение не достигнуто другими способами.

  • Предварительная зарядка
  • В качестве меры предосторожности для аккумуляторов большой емкости часто используется предварительная зарядка. Цикл зарядки инициируется низким током. Если нет соответствующего повышения напряжения батареи, это указывает на возможное короткое замыкание в батарее.

  • Интеллектуальная система зарядки
    Интеллектуальные системы зарядки объединяют системы управления в зарядном устройстве с электроникой внутри батареи, что позволяет более точно контролировать процесс зарядки. Преимущества – более быстрая и безопасная зарядка и более длительный срок службы аккумулятора. Такая система описана в разделе «Системы управления батареями».

Примечание

Большинство зарядных устройств, поставляемых с устройствами бытовой электроники, такими как мобильные телефоны и портативные компьютеры, просто обеспечивают постоянный источник напряжения.Требуемый профиль напряжения и тока для зарядки аккумулятора обеспечивается (или должен предоставляться) от электронных схем, либо внутри самого устройства, либо внутри аккумуляторной батареи, а не от зарядного устройства. Это обеспечивает гибкость при выборе зарядных устройств, а также служит для защиты устройства от потенциального повреждения из-за использования неподходящих зарядных устройств.

Измерение напряжения

Для простоты во время зарядки напряжение аккумулятора обычно измеряется на проводах зарядного устройства.Однако для сильноточных зарядных устройств может наблюдаться значительное падение напряжения на проводах зарядного устройства, что приводит к недооценке истинного напряжения батареи и, как следствие, к недозаряду батареи, если напряжение батареи используется в качестве триггера отключения. Решение состоит в том, чтобы измерить напряжение с помощью отдельной пары проводов, подключенных непосредственно к клеммам аккумулятора. Поскольку вольтметр имеет высокое внутреннее сопротивление, падение напряжения на выводах вольтметра будет минимальным, и показания будут более точными.Этот метод называется соединением Кельвина. См. Также DC Testing.

Типы зарядных устройств

Зарядные устройства

обычно включают в себя некоторую форму регулирования напряжения для управления зарядным напряжением, подаваемым на аккумулятор. Выбор технологии зарядного устройства обычно зависит от цены и качества. Ниже приведены некоторые примеры:

  • Регулятор режима переключения (Switcher) – Использует широтно-импульсную модуляцию для управления напряжением.Низкое рассеивание мощности при больших колебаниях входного напряжения и напряжения батареи. Более эффективен, чем линейные регуляторы, но более сложен.
    Требуется большой пассивный выходной фильтр LC (катушка индуктивности и конденсатор) для сглаживания импульсной формы волны. Размер компонента зависит от текущей пропускной способности, но может быть уменьшен за счет использования более высокой частоты переключения, обычно от 50 кГц до 500 кГц., Поскольку размер требуемых трансформаторов, катушек индуктивности и конденсаторов обратно пропорционален рабочей частоте.
    Коммутация сильных токов вызывает электромагнитные помехи и электрические помехи.
  • Регулятор серии (линейный) – Менее сложный, но с большими потерями – требуется радиатор для рассеивания тепла в последовательном транзисторе с понижением напряжения, который компенсирует разницу между напряжением питания и выходным напряжением. Весь ток нагрузки проходит через регулирующий транзистор, который, следовательно, должен быть мощным устройством. Поскольку нет переключения, он обеспечивает чистый постоянный ток и не требует выходного фильтра.По той же причине конструкция не страдает проблемой излучаемых и кондуктивных выбросов и электрических шумов. Это делает его подходящим для малошумных беспроводных и радиоприложений.
    С меньшим количеством компонентов они также меньше.
  • Шунтирующий регулятор – Шунтирующие регуляторы широко используются в фотоэлектрических (PV) системах, поскольку они относительно дешевы в сборке и просты в конструкции. Ток зарядки контролируется переключателем или транзистором, подключенным параллельно фотоэлектрической панели и аккумуляторной батарее.Перезаряд батареи предотвращается за счет короткого замыкания (шунтирования) выхода PV через транзистор, когда напряжение достигает заданного предела. Если напряжение батареи превышает напряжение питания фотоэлектрической батареи, шунт также защитит фотоэлектрическую панель от повреждения из-за обратного напряжения, разряжая батарею через шунт. Регуляторы серии обычно обладают лучшими характеристиками контроля и заряда.
  • Понижающий регулятор Импульсный регулятор, который включает понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный.У них высокий КПД и низкие тепловые потери. Они могут работать с высокими выходными токами и генерировать меньше радиочастотных помех, чем обычный импульсный стабилизатор. Простая бестрансформаторная конструкция с низким коммутационным напряжением и небольшим выходным фильтром.
  • Импульсное зарядное устройство . Использует последовательный транзистор, который также можно переключать. При низком напряжении батареи транзистор остается включенным и проводит ток источника непосредственно к батарее. Когда напряжение батареи приближается к желаемому регулирующему напряжению, последовательный транзистор подает импульс входного тока для поддержания желаемого напряжения.Поскольку он действует как импульсный источник питания в течение части цикла, он рассеивает меньше тепла и поскольку он действует как линейный источник питания в течение части времени, выходные фильтры могут быть меньше. Импульсный режим позволяет аккумулятору стабилизироваться (восстанавливаться) с небольшими приращениями заряда при прогрессивно высоких уровнях заряда во время зарядки. В периоды покоя поляризация клетки снижается. Этот процесс обеспечивает более быструю зарядку, чем это возможно при одной продолжительной зарядке высокого уровня, которая может повредить аккумулятор, поскольку не позволяет постепенно стабилизировать активные химические вещества во время зарядки.Импульсные зарядные устройства обычно нуждаются в ограничении тока на входе источника по соображениям безопасности, что увеличивает стоимость.
  • Зарядное устройство для универсальной последовательной шины (USB)
  • Спецификация USB была разработана группой производителей компьютеров и периферийных устройств для замены множества патентованных стандартов механического и электрического взаимодействия для передачи данных между компьютерами и внешними устройствами. Он включал двухпроводное соединение для передачи данных, линию заземления и линию питания 5 В, обеспечиваемую главным устройством (компьютером), которая была доступна для питания внешних устройств.Непреднамеренное использование порта USB заключалось в обеспечении источника 5 В не только для непосредственного питания периферийных устройств, но и для зарядки любых батарей, установленных в этих внешних устройствах. В этом случае само периферийное устройство должно включать в себя необходимую схему управления зарядом для защиты аккумулятора. Исходный стандарт USB определял скорость передачи данных 1,5 Мбит / с и максимальный ток зарядки 500 мА.

    Питание всегда течет от хоста к устройству, но данные могут передаваться в обоих направлениях.По этой причине разъем USB-хоста механически отличается от разъема устройства USB, и поэтому кабели USB имеют разные разъемы на каждом конце. Это предотвращает подключение любого 5-вольтового соединения от внешнего источника USB к главному компьютеру и, таким образом, возможное повреждение хост-машины.

    Последующие обновления увеличили стандартную скорость передачи данных до 5 Гбит / с и доступный ток до 900 мА. Однако популярность USB-подключения привела к появлению множества нестандартных вариантов, в частности, к использованию USB-разъема для обеспечения чистого источника питания без соответствующего подключения для передачи данных.В таких случаях порт USB может просто включать в себя регулятор напряжения для подачи 5 В от автомобильной шины питания 12 В или выпрямитель и регулятор для подачи 5 В постоянного тока от сети переменного тока 110 или 240 В с выходными токами до 2100 мА. В обоих случаях устройство, принимающее питание, должно обеспечивать необходимый контроль заряда. Источники питания USB с питанием от сети, часто известные как «глупые» зарядные устройства USB, могут быть встроены в корпус сетевых вилок или в отдельные USB-розетки в настенных розетках переменного тока.

    См. Дополнительную информацию о USB-соединениях в разделе, посвященном шинам передачи данных от батарей.

  • Индуктивная зарядка
  • Индуктивная зарядка не относится к процессу зарядки самой батареи. Имеется в виду конструкция зарядного устройства. По сути, входная сторона зарядного устройства, часть, подключенная к сети переменного тока, состоит из трансформатора, который разделен на две части. Первичная обмотка трансформатора размещена в блоке, подключенном к сети переменного тока, а вторичная обмотка трансформатора размещена в том же герметичном блоке, который содержит аккумулятор вместе с остальной частью обычной электроники зарядного устройства.Это позволяет заряжать аккумулятор без физического подключения к сети и без обнажения каких-либо контактов, которые могут вызвать поражение электрическим током пользователя.

    Примером малой мощности является электрическая зубная щетка. Зубная щетка и зарядная база образуют трансформатор, состоящий из двух частей: первичная индукционная катушка находится в основании, а вторичная индукционная катушка и электроника содержатся в зубной щетке.Когда зубная щетка помещается в основание, создается полный трансформатор, и индуцированный ток во вторичной катушке заряжает аккумулятор. Во время использования прибор полностью отключен от электросети, а поскольку батарейный блок находится в герметичном отсеке, зубную щетку можно безопасно погружать в воду.

    Техника также используется для зарядки имплантатов медицинских батарей.

    Примером высокой мощности является система зарядки, используемая для электромобилей.По концепции аналогична зубной щетке, но в большем масштабе, это также бесконтактная система. Индукционная катушка в электромобиле принимает ток от индукционной катушки в полу гаража и заряжает автомобиль в течение ночи. Чтобы оптимизировать эффективность системы, воздушный зазор между статической катушкой и съемной катушкой можно уменьшить, опуская приемную катушку во время зарядки, и транспортное средство должно быть точно размещено над зарядным устройством.

    Аналогичная система использовалась для электрических автобусов, которые принимают ток от индукционных катушек, встроенных под каждой автобусной остановкой, что позволяет увеличить дальность действия автобуса или, наоборот, для одного и того же маршрута могут быть указаны батареи меньшего размера.Еще одно преимущество этой системы заключается в том, что если заряд батареи постоянно пополняется, глубина разряда может быть минимизирована, а это приводит к увеличению срока службы. Как показано в разделе «Срок службы батареи», время цикла увеличивается экспоненциально по мере уменьшения глубины разряда.

    Более простая и менее дорогая альтернатива этой возможной зарядке состоит в том, что транспортное средство создает токопроводящую связь с электрическими контактами на подвесном портале на каждой автобусной остановке.

    Также были сделаны предложения по установке сетки индуктивных зарядных катушек под поверхностью вдоль дорог общего пользования, чтобы позволить транспортным средствам собирать заряд во время движения, однако практических примеров еще не было установлено.

  • Зарядные станции для электромобилей
  • Подробнее о специализированных зарядных устройствах высокой мощности, используемых для электромобилей, см. В разделе «Инфраструктура для зарядки электромобилей».

Источники питания зарядного устройства

При указании зарядного устройства также необходимо указать источник, от которого зарядное устройство получает свою мощность, его доступность, а также его напряжение и диапазон мощности. Следует также учитывать потери эффективности зарядного устройства, особенно для зарядных устройств большой мощности, где величина потерь может быть значительной. Ниже приведены некоторые примеры.

Управляемая зарядка

Простота установки и управления.

  • Сеть переменного тока
  • Многие портативные зарядные устройства малой мощности для небольших электроприборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, должны работать на международных рынках. Поэтому они имеют автоматическое определение напряжения сети и, в особых случаях, частоты сети с автоматическим переключением на соответствующую входную цепь.

    Для приложений с более высокой мощностью могут потребоваться специальные меры. Мощность однофазной сети обычно ограничивается примерно 3 кВт. Трехфазное питание может потребоваться для зарядки аккумуляторов большой емкости (более 20 кВтч), например, используемых в электромобилях, которые могут потребовать скорости зарядки более 3 кВт для достижения разумного времени зарядки.

  • Регулируемый источник питания постоянного тока
  • Может поставляться установками специального назначения, такими как передвижное генерирующее оборудование для индивидуальных приложений.

  • Специальные зарядные устройства
  • Портативные источники, такие как солнечные батареи.

Возможность зарядки

Зарядка с возможностью подзарядки – это зарядка аккумулятора при наличии питания или между частичными разрядками, а не ожидание полной разрядки аккумулятора. Он используется с батареями в циклическом режиме и в приложениях, когда энергия доступна только с перерывами.

Доступность энергии и уровни мощности могут сильно различаться. Для защиты аккумулятора от перенапряжения необходима специальная управляющая электроника. Избегая полной разрядки аккумулятора, можно увеличить срок службы.

Доступность влияет на спецификацию аккумулятора, а также на зарядное устройство.

Типичные области применения: –

  • Бортовые автомобильные зарядные устройства (Генераторы, рекуперативное торможение)
  • Зарядные устройства индукционные (в местах остановки транспортных средств)

Механическая зарядка

Это применимо только к определенному химическому составу клеток.Это не зарядное устройство в обычном понимании этого слова. Механическая зарядка используется в некоторых батареях большой мощности, таких как батареи Flow и воздушно-цинковые батареи. Цинково-воздушные батареи заряжаются заменой цинковых электродов. Аккумуляторы Flow можно перезарядить, заменив электролит.

Механическая зарядка выполняется за считанные минуты. Это намного быстрее, чем длительное время зарядки, связанное с традиционной электрохимией обратимых ячеек, которое может занять несколько часов.Поэтому воздушно-цинковые батареи использовались для питания электрических автобусов, чтобы решить проблему чрезмерного времени зарядки.

Производительность зарядного устройства

Тип батареи и область применения, в которой она используется, устанавливают требования к характеристикам, которым должно соответствовать зарядное устройство.

  • Чистота выходного напряжения
  • Зарядное устройство должно обеспечивать чистое регулируемое выходное напряжение с жесткими ограничениями на выбросы, пульсации, шум и радиочастотные помехи (RFI), которые могут вызвать проблемы для аккумулятора или цепей, в которых оно используется.

Для приложений с большой мощностью производительность зарядки может быть ограничена конструкцией зарядного устройства.

  • КПД
  • При зарядке аккумуляторов большой мощности потери энергии в зарядном устройстве могут значительно увеличить время зарядки и эксплуатационные расходы приложения. Типичный КПД зарядного устройства составляет около 90%, отсюда и необходимость в эффективных конструкциях.

  • Пусковой ток
  • Когда зарядное устройство изначально подключается к разряженной батарее, пусковой ток может быть значительно выше, чем максимальный указанный зарядный ток. Следовательно, зарядное устройство должно быть рассчитано либо на передачу, либо на ограничение этого импульса тока.

  • Коэффициент мощности
  • Это также может быть важным фактором для зарядных устройств большой мощности.

См. Также «Контрольный список зарядного устройства»

Как заряжать несколько батарей 12 В в линии

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S.Hussain Ather

Зарядка аккумуляторов может оказаться полезной для долгосрочных проектов и экономии энергии. Процесс зарядки аккумуляторов с использованием такого устройства, как зарядное устройство, означает создание электрической цепи для увеличения заряда, накопленного в отдельных батареях. Вы можете узнать больше об этих схемах, чтобы вы тоже могли узнать, как лучше всего заряжать батареи с помощью зарядного устройства.

Эти руководства и объяснения того, как заряжать аккумуляторы в соответствии друг с другом, означают, что вы собираетесь строить электрические схемы, которые могут использовать преимущества работы зарядных устройств для правильной зарядки аккумуляторов.

Будьте осторожны при работе с цепями, так как вы не должны касаться концов провода, если они не изолированы, чтобы защитить себя, и не прикасайтесь к цепи, если провода или батареи влажные. Не смешивайте батареи разных размеров с разным напряжением или емкостью в ампер-часах и при необходимости используйте резиновые перчатки, чтобы защитить руки от электричества и защитить себя.

Последовательные цепи посылают ток в одном направлении по контуру, в то время как параллельные цепи посылают ток по разным путям через ветви.Последовательный и параллельный методы означают, что для зарядки батарей 12 В (12 В) в линии можно использовать последовательную или параллельную цепь. В последовательных цепях ток постоянен по всей цепи, а напряжение изменяется на каждом элементе цепи.

В параллельных цепях падение напряжения в каждой ветви цепи одинаково, в то время как ток изменяется во всей цепи.

Зарядка аккумуляторов в серии

При последовательной зарядке 3 аккумуляторов 12 В, последовательно друг с другом, каждое напряжение каждой батареи будет увеличиваться на величину, определяемую законом Ома

В = IR

для напряжения V (в вольтах), ток I (в амперах) и сопротивление R (в омах).Это затрудняет зарядку батареи, потому что повышение напряжения будет обеспечивать разные заряды каждой батареи.

Вы можете использовать зарядное устройство для самих аккумуляторов, которое более эффективно использует увеличенное выходное напряжение, но последовательное подключение аккумуляторов не влияет на емкость AH цепи, измерение того, сколько энергии может хранить аккумулятор. Это означает, что вам следует сосредоточиться на повышенном напряжении и способах его использования для зарядки нескольких батарей 12 В, например, с помощью зарядного устройства с таким же напряжением, что и каждая батарея.

Одна из основных конфигураций для последовательной зарядки аккумуляторов заключается в подключении положительного выхода зарядного устройства (красного цвета) к положительному полюсу одной из батарей. Затем подключите отрицательный конец батареи к положительному полюсу следующего, и продолжайте делать это с остальными батареями.

Для последней батареи подключите отрицательный конец батареи к отрицательному выводу (черный) зарядного устройства. Если у вас есть два зарядных устройства, вы можете вместо этого подключить как положительный, так и отрицательный выходы зарядного устройства для первого зарядного устройства к первой батарее и подключить как положительный, так и отрицательный выходы зарядного устройства для второго зарядного устройства к последней батарее.

В случае использования двух или более зарядных устройств вы можете найти общее напряжение источника батареи, суммируя каждое зарядное устройство. Если вы найдете зарядное устройство для каждой батареи, это может гарантировать, что каждая батарея будет заряжена до полной емкости. Использование большего количества зарядных устройств может быть более идеальным, поскольку это гарантирует, что каждая батарея будет заряжаться одновременно, но это зависит от ваших потребностей. Для последовательной зарядки аккумуляторов на 6 В с зарядным устройством на 12 В можно использовать одно зарядное устройство.

Знание разницы между последовательными и параллельными цепями для зарядки аккумуляторов может помочь вам повысить эффективность ваших аккумуляторов с помощью различных методов в результате различной физики между последовательными и параллельными цепями.В то время как последовательная зарядка аккумуляторов может восстановить их заряд, увеличивая напряжение на каждой из них, параллельная зарядка аккумуляторов работает по-разному.

Параллельная зарядка аккумуляторов

При параллельной зарядке аккумуляторов вы заряжаете не напряжение аккумуляторов, а, скорее, емкость ампер-часов и аккумуляторов. Емкость AH, также известная как спецификация или рейтинг AH, сообщает вам произведение тока батареи на то, как долго батарея может вырабатывать этот ток.Значение AH также изменяется в зависимости от того, как долго используется аккумулятор. Оценка «100 Ач при 2 часах» говорит о том, что батарея может обеспечивать ток 5 ампер в течение 20 часов. Рассчитайте эти значения, чтобы определить, как параллельная цепь изменяет емкость AH.

Имейте в виду соответствующие промежутки времени, связанные с каждой емкостью AH. Батарея с маркировкой 100 Ач не будет обеспечивать 100 ампер тока в течение одного часа. Вероятно, он будет обеспечивать только около 40 минут тока при 100 ампер. Это связано с тем, что свинцово-кислотные батареи теряют способность пропускать ток по мере увеличения скорости разряда в результате закона Пойкерта .

Параллельно аккумуляторы имеют повышенную емкость AH, даже если напряжение на всех аккумуляторах одинаково. Параллельная установка схемы может использовать ее ветви, чтобы увеличить время, в течение которого батарея может питать элементы при емкости AH. Если вы хотите настроить параллельную схему зарядки, батареи по-прежнему будут заряжаться только до своего стандартного напряжения. Зарядка аккумуляторов в параллельной цепи означает, что вы должны учитывать, как увеличится емкость AH.

Пример метода параллельной зарядки аккумуляторов заключается в использовании одной ветви параллельной схемы для зарядки каждой батареи с помощью одного зарядного устройства.Подключите положительный вывод зарядного устройства к положительной клемме первой батареи и подключите эту положительную клемму к положительной клемме второй батареи. Продолжайте это, пока не подключите все батареи. Затем подключите отрицательный выход зарядного устройства к отрицательному выводу первой батареи и продолжайте подключать каждый отрицательный вывод так же, как вы это делали для положительных выводов.

Применение этих методов

Существуют и другие способы подключения цепей для зарядки аккумуляторов.Хотя в этих примерах использовались чисто последовательные и чисто параллельные цепи, вы можете подключать батареи, используя гибриды последовательно-параллельных цепей. Эти типы схем используют элементы, которые создают замкнутые контуры, которые вы найдете в последовательных цепях, а также ответвления для распределения тока по различным путям в параллельных цепях.

Один из способов продемонстрировать последовательно-параллельную схему – использовать четыре батареи с одним зарядным устройством. Подключите положительный выход зарядного устройства к положительной клемме первой батареи, а затем подключите положительную клемму батареи к положительной клемме второй батареи.

Аналогичным образом подключите отрицательный вывод зарядного устройства к отрицательной клемме третьей батареи, а затем подключите отрицательную клемму третьей батареи к отрицательной клемме четвертой. Наконец, подключите отрицательные клеммы первой и второй батарей к положительным клеммам третьей и четвертой батарей соответственно.

Эта установка создает последовательные цепи между двумя батареями, а также соединяет две батареи параллельно друг другу.Если бы вы решили эту схему, используя уравнения физики и математики для описания тока и напряжения, вам пришлось бы рассматривать последовательные компоненты как идущие последовательно друг с другом, а параллельные компоненты – параллельно.

Эта конфигурация, известная как 2s2p для последовательных и параллельных компонентов, фактически используется в четырехэлементных энергетических ячейках за счет соответствующего увеличения напряжения и емкости AH. Эти схемы дополнительно регулируются с помощью интегральных схем, микросхем микросхем резисторов, конденсаторов, транзисторов и других элементов на полупроводнике (материале, который может проводить электричество), которые были изобретены для уменьшения количества необходимых компонентов в схеме до одного кристалла.

Ионы лития, в частности, используют комбинацию ячеек параллельно и добавляя их последовательно, чтобы уменьшить сложность напряжений и поддерживать ячейки при нормальных значениях напряжения.

Как правильно выбрать зарядное устройство

Позвольте мне начать с заявления об отказе от ответственности: BatteryStuff.com не продает недорогие стандартные зарядные устройства для аккумуляторов, которые часто можно найти в торговых точках и некоторых других интернет-магазинах. Мы специально обслуживаем зарядные устройства с микропроцессорным управлением, также известные как интеллектуальные зарядные устройства.Все зарядные устройства, которые мы имеем в наличии, проверяются, тестируются и выбираются на основе функции, надежности и долговечности.

Зарядное устройство этого типа предназначено для зарядки свинцово-кислотных и других типов аккумуляторов на основе компьютерных алгоритмов. Проще говоря, зарядное устройство собирает информацию с аккумулятора и регулирует ток и напряжение заряда на основе этой информации. Это позволяет заряжать аккумулятор быстро, правильно и полностью при использовании интеллектуального зарядного устройства. Все продаваемые нами зарядные устройства могут оставаться подключенными к аккумулятору в течение неограниченного периода времени и не будут перезаряжать или повреждать его.

Простые шаги по выбору зарядного устройства, подходящего для ваших нужд.

Шаг 1. Выбор зарядного устройства в зависимости от типа батареи

Независимо от того, является ли ваша батарея необслуживаемой, влажной ячейкой (залитой), AGM (абсорбированным стекломатом), гелевой ячейкой или VRLA (свинцово-кислотной батареей с регулируемым клапаном), одно зарядное устройство должно работать для всех типов, кроме гелевых элементов. Однако некоторые из наших зарядных устройств для гелевых элементов будут хорошо работать с другими типами аккумуляторов.

Шаг 2: Определение емкости батареи

Мы имеем в виду не физический размер, а то, сколько ампер-часов хранит ваша батарея.Например, типичный полноразмерный автомобильный аккумулятор составляет около 50 ампер-часов, поэтому вы должны выбрать зарядное устройство на 10 ампер, которое потребует около 6 часов для его зарядки, если аккумулятор полностью разряжен. Другой пример – морская батарея глубокого разряда, рассчитанная на 100 ампер-часов. Зарядному устройству на 10 А потребуется около 11 часов, чтобы полностью зарядить разряженный аккумулятор. Чтобы рассчитать общее время зарядки аккумулятора, хорошее практическое правило состоит в том, чтобы взять номинал батареи в ампер-часах и разделить на номинал зарядного устройства (в амперах), а затем прибавить около 10% для дополнительного времени, чтобы полностью зарядить батарею. .

Некоторым людям, которые хотят быстрой подзарядки, следует поискать зарядное устройство с большим током, например зарядное устройство для гольф-кары. Если вы никуда не торопитесь, можете выбрать зарядное устройство меньшего размера. Самое главное – убедиться, что у вас достаточно мощности зарядного устройства, чтобы выполнить требуемую работу за отведенное вам время.

Шаг 3. Выбор зарядного устройства в зависимости от желаемого результата

Некоторым людям требуется зарядное устройство, чтобы заряжать аккумулятор мотоцикла, классического автомобиля или самолета в межсезонье.В этих случаях подойдет простое слаботочное зарядное устройство. Другим требуется быстрое и мощное зарядное устройство для быстрого восстановления батареи троллингового двигателя или комплекта батарей для инвалидных колясок. Другие типы зарядных устройств и причины, по которым они могут вам понадобиться:

  • Зарядные устройства MULTI VOLTAGE для использования при посещении другой страны
  • Водонепроницаемые зарядные устройства для стихийных бедствий
  • Зарядные устройства, которые используются в качестве источников питания для жилых автофургонов
  • Зарядные устройства для нескольких аккумуляторов для одновременной зарядки нескольких аккумуляторов

Надеюсь, мы помогли вам определить, какое зарядное устройство лучше всего подходит для вашего приложения.Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы ознакомиться с нашим большим выбором зарядных устройств для аккумуляторов и зарядных устройств постоянного тока 12 В / 24 В.

Выберите лучшее зарядное устройство

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Написано 18 сентября 2020 г. в 10:38

Основные сведения об аккумуляторах – Progressive Dynamics

Какие типы аккумуляторов рекомендуются? Мастер оборудован преобразователями.
Свинцово-кислотный аккумулятор глубокого цикла, AGM, гелевый элемент
Размер батареи не должен быть меньше размера преобразователя в AMPS.
аккумулятор
Повлияет ли выравнивание на аккумуляторы AGM? Выравнивание в обычном смысле слова для зарядных устройств LA означает напряжение до 15,5 В в течение периода, часто превышающего час.
Цикл выравнивания, который мы используем, мягкий, 14,4 В в течение 15 минут каждые 21 час в режиме хранения. Доказано, что это способствует снижению сульфатирования свинцово-кислотных аккумуляторов. Это также не влияет на AGM.
Производители AGM заверили нас, что профиль, который мы используем, подходит для аккумуляторов AGM.
Разряжаются ли свинцово-кислотные батареи, когда они не используются? Все батареи, независимо от их химического состава, саморазряжаются. Скорость саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов зависит от температуры хранения или эксплуатации. При температуре 80 градусов по Фаренгейту свинцово-кислотный аккумулятор саморазрядится со скоростью примерно 4% в неделю. Батарея с номиналом 125 ампер-часов будет саморазрядиться со скоростью примерно пять ампер в неделю. Помните об этом, если аккумулятор емкостью 125 Ач хранится в течение четырех месяцев (16 недель) зимой без зарядки, он потеряет 80 ампер из своей 125-амперной емкости.Он также будет сильно сульфатирован, что приведет к дополнительной потере емкости. Держите аккумуляторы заряженными, когда они не используются! свинцово-кислотный
Развивают ли свинцово-кислотные батареи память? Свинцово-кислотные батареи не имеют памяти. свинцово-кислотный
Нужно ли мне полностью разрядить свинцово-кислотный аккумулятор перед его зарядкой? Нет, никогда не разряжайте свинцово-кислотный аккумулятор ниже 80% от его номинальной емкости.Разряд ниже этой точки или 10,5 В может повредить его. свинцово-кислотный
Когда мне нужно выполнить выравнивающий заряд? Выравнивание должно выполняться при первой покупке аккумулятора (это называется освежающим зарядом) и регулярно (каждые 10 циклов разрядки или не реже одного раза в месяц). Снижение производительности также может быть признаком того, что необходим уравнительный заряд. свинцово-кислотный
Что такое уравнительный заряд? Для выравнивающего заряда 12-вольтовой батареи необходимо, чтобы она была заряжена напряжением не менее 14 В.4 В в течение не менее одного часа один раз в месяц или каждые 10 циклов разряда. Выравнивающий заряд предотвращает расслоение батареи и снижает сульфатирование, ведущую причину выхода батареи из строя. свинцово-кислотный
Когда нужно доливать воду в батареи? Частота полива зависит от того, как часто вы используете и заряжаете батареи. Также использование батареек в жарком климате потребует более частого полива. Лучше часто проверять уровень воды в аккумуляторе и при необходимости доливать дистиллированную воду.Никогда не добавляйте воду из-под крана в аккумулятор. Водопроводная вода содержит минералы, которые уменьшают емкость аккумуляторов и увеличивают скорость их саморазряда.

Предупреждение. В новой батарее может быть низкий уровень электролита. Сначала зарядите аккумулятор, а затем при необходимости долейте воды. Добавление воды в аккумулятор перед зарядкой может привести к переливу электролита.

свинцово-кислотный
Каков надлежащий уровень электролита? Уровень электролита в батарее должен быть чуть ниже дна вентиляционного колодца, примерно на ½ – ¾ дюйма выше верхних частей сепараторов.Никогда не позволяйте уровню электролита опускаться ниже верха пластин. свинцово-кислотный
Нужно ли добавлять кислоту в аккумулятор? При нормальных условиях эксплуатации кислоту добавлять не нужно. Для достижения рекомендованного уровня электролита следует добавлять только дистиллированную или деионизированную воду. свинцово-кислотный
Могут ли мои батареи замерзнуть? Если аккумулятор частично разряжен, электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе может замерзнуть.При 40% -ном уровне заряда электролит замерзнет, ​​если температура упадет примерно до -16 градусов F. Когда аккумулятор полностью заряжен, электролит не замерзнет, ​​пока температура не упадет примерно до -92 градусов F. свинцово-кислотный
Какие наиболее частые ошибки допускают владельцы свинцово-кислотных аккумуляторов? Недостаточная зарядка – обычно возникает из-за того, что зарядное устройство не может полностью зарядить аккумулятор после использования. Постоянная работа аккумулятора в частичном состоянии заряда или хранение аккумулятора в разряженном состоянии приводит к образованию сульфата свинца (сульфатации) на пластинах.Сульфатирование снижает производительность аккумулятора и может вызвать преждевременный выход аккумулятора из строя.
Перезарядка – Непрерывная зарядка вызывает ускоренную коррозию положительных пластин, чрезмерное потребление воды и, в некоторых случаях, снижение температуры внутри батареи. Свинцово-кислотные батареи следует заряжать после каждого разряда более чем на 50% от номинальной емкости, а также во время или после длительного хранения в течение 30 дней или более.
Недополив – В свинцово-кислотных аккумуляторах вода теряется в процессе зарядки.Если уровень электролита упадет ниже верхушки пластин, может произойти непоправимый ущерб. Часто проверяйте уровень воды в аккумуляторе.
Чрезмерный полив – Чрезмерный полив батареи приводит к дополнительному разбавлению электролита, что приводит к снижению производительности батареи. Добавляйте воду в аккумулятор после того, как он полностью заряжен, но никогда, если аккумулятор частично разряжен.
свинцово-кислотный
Могу ли я уменьшить потребность в добавлении воды в аккумулятор, снизив напряжение зарядки до 13 В или ниже? Понижение зарядного напряжения уменьшит потребность в добавлении воды, но это вызовет состояние, известное как расслоение батареи.Расслоение батареи возникает, когда серная кислота в смеси электролитов отделяется от воды и начинает концентрироваться на дне батареи.

Эта повышенная концентрация кислоты увеличивает образование сульфата свинца (сульфатирование). Чтобы предотвратить расслоение, аккумулятор должен получать периодический уравнительный заряд (повышение напряжения зарядки до 14,4 В или выше).

свинцово-кислотный
Как работают свинцово-кислотные батареи? Основные сведения об аккумуляторах свинцово-кислотные
AGM
Как мне ухаживать за свинцово-кислотными аккумуляторами? Управление батареями 101 свинцово-кислотный
AGM
Аккумулятор какого размера? Калькулятор аккумуляторной батареи RV свинцово-кислотный
Аккумуляторная батарея какого размера для инвертора? Калькулятор аккумуляторной батареи RV свинцово-кислотный

Основные сведения об аккумуляторах – Руководство по аккумуляторам

Если вы провели какое-либо исследование того, как работают батареи или на что следует обращать внимание при выборе лучшей высокопроизводительной батареи, вы, вероятно, зарылись в информацию, часть которой противоречива.В BatteryStuff мы стремимся немного прояснить это.

Скорее всего, вы слышали термин KISS (Keep It Simple, Stupid). Я попытаюсь объяснить, как работают свинцово-кислотные батареи и что им нужно, не утопая вас в кучу ненужных технических данных. Я обнаружил, что данные об аккумуляторе будут несколько отличаться от производителя к производителю, поэтому я постараюсь свести эти данные к минимуму. Это означает, что я могу немного обобщить, оставаясь верным цели.

Свинцово-кислотная батарея используется в коммерческих целях более 100 лет.Тот же химический принцип, который используется для хранения энергии, в основном тот же, что и у наших прадедов.

Аккумулятор похож на копилку. Если вы будете продолжать вынимать и ничего не класть обратно, у вас ничего не останется. Сегодняшние требования к питанию от аккумулятора шасси огромны. Рассмотрим современный автомобиль и все электрические устройства, которые должны быть запитаны. Вся эта электроника требует надежного источника питания, а плохое состояние батареи может привести к выходу из строя дорогостоящих электронных компонентов.Знаете ли вы, что в электрической системе среднего автомобиля 11 фунтов провода? Посмотрите на дома на колесах и лодки со всеми электрическими устройствами, требующими питания. Не так давно в трейлерах или домах на колесах была только одна 12-вольтовая аккумуляторная батарея. Сегодня это стандарт для инверторов мощностью до 4000 Вт.

Среднее время автономной работы сократилось из-за увеличения требований к энергии. Срок службы зависит от использования – обычно от 6 до 48 месяцев, но только 30% всех батарей фактически достигают 48-месячной отметки.Вы можете продлить срок службы батареи, подключив ее к солнечному зарядному устройству в нерабочие месяцы.

Если вы усвоите основы, у вас будет меньше проблем с батареей, и вы получите большую производительность, надежность и долговечность батареи. Я предлагаю вам прочитать весь учебник; однако я проиндексировал всю информацию для удобства.

Немного основ

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, свинца и оксида свинца (различные другие элементы используются для изменения плотности, твердости, пористости и т. Д.), с 35% -ным раствором серной кислоты и 65% -ным водным раствором. Этот раствор называется электролитом, который вызывает химическую реакцию с образованием электронов. Когда вы проверяете аккумулятор с помощью ареометра, вы измеряете количество серной кислоты в электролите. Если у вас низкие показатели, это означает, что химия, производящая электроны, отсутствует. Итак, куда делась сера? Он лежит на пластинах аккумулятора, поэтому при перезарядке сера возвращается в электролит.

  1. Безопасность
  2. Типы батарей, глубокий цикл и запуск
  3. Влажные ячейки, гелевые ячейки и абсорбирующий стеклянный мат (AGM)
  4. CCA, CA, AH и RC; что все это значит?
  5. Обслуживание батарей
  6. Тестирование батарей
  7. Выбор и покупка нового аккумулятора
  8. Срок службы и производительность батареи
  9. Зарядка аккумулятора
  10. Батарейки
  11. Батареи, которых нельзя делать


1. Вы должны думать о безопасности при работе с аккумуляторами. Снимите все украшения. (В конце концов, вы не захотите расплавить ремешок для часов, пока носите его!) Водород, выделяемый батареями при зарядке, очень взрывоопасен. Мы видели несколько случаев, когда батареи взрывались и все заливали серной кислотой. Это было неинтересно, и было бы самое время надеть защитные очки, висящие на стене. Черт возьми, ты даже мог бы сломать свой дискотечный костюм. Полиэстер не подвержен действию серной кислоты, но все, что содержит хлопок, будет съедено.Если вы не чувствуете потребности в моде, просто носите старомодную одежду – в конце концов, полиэстер все еще не в моде.

При выполнении электромонтажных работ на транспортных средствах лучше всего отсоединить заземляющий кабель. Просто помните, что вы возитесь с едкой кислотой, взрывоопасными газами и сотнями ампер электрического тока.

2. В основном существует двух типов свинцово-кислотных аккумуляторов (вместе с тремя подкатегориями). Два основных типа – это запуск (запуск) и глубокий цикл (морской / гольф-кар).Пусковая батарея (зажигание стартовых огней SLI) предназначена для быстрой подачи энергии (например, для запуска двигателей) и, следовательно, имеет большее количество пластин. Пластины более тонкие и имеют несколько иной состав материала.

Что такое аккумулятор глубокого разряда? Батарея глубокого разряда имеет меньше мгновенной энергии, но большую долгосрочную подачу энергии. Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые пластины и могут выдержать несколько циклов разрядки. Пусковые батареи не должны использоваться для приложений с глубоким циклом, потому что более тонкие пластины более склонны к короблению и точечной коррозии при разряде.Так называемая батарея двойного назначения – это компромисс между двумя типами батарей, хотя лучше, если это возможно, быть более конкретным.

3. Влажный элемент (затопленный), гелевый элемент и абсорбирующий стекломат (AGM) – это различные версии свинцово-кислотных аккумуляторов. Влажная камера бывает двух типов; ремонтопригоден и не требует обслуживания. Оба заполнены электролитом и в основном одинаковы. Я предпочитаю тот, в который я могу добавить воду и проверить удельный вес электролита с помощью ареометра.

Гелевые батареи и AGM – это специальные батареи, которые обычно стоят вдвое дороже, чем аккумуляторные батареи премиум-класса с мокрыми элементами. Однако они очень хорошо хранятся и не склонны к сульфатированию или разложению так же легко, как влажные клетки. При использовании этих батарей существует небольшая вероятность взрыва газообразного водорода или коррозии; это самые безопасные свинцово-кислотные батареи, которые вы можете использовать. Гелевый элемент и некоторые аккумуляторы AGM могут потребовать особой скорости зарядки. Если вам нужен лучший и наиболее универсальный тип, следует обратить внимание на батарею AGM для таких приложений, как морские суда, жилые дома, солнечные батареи, аудио, спортивные состязания и резервное питание, и это лишь некоторые из них.

Если вы не используете или не эксплуатируете свое оборудование ежедневно, аккумуляторы AGM будут держать заряд лучше, чем другие типы. Если вам нужно полагаться на первоклассную производительность аккумулятора, потратьте дополнительные деньги. Гелевые батареи все еще продаются, но AGM-батареи заменяют их в большинстве приложений.

Существует некоторая общая путаница в отношении батарей AGM, потому что разные производители называют их по-разному. Некоторые из наиболее распространенных названий – это «герметичные регулируемые клапаны», «сухие элементы», «непроливающиеся» и «свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием».В большинстве случаев батареи AGM обеспечивают больший срок службы и больший срок службы, чем батареи с жидкими элементами.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно люди используют термин «гелевый элемент» в качестве общего термина, когда относятся к герметичным, необслуживаемым батареям, так же, как при обращении с тканями лица используются салфетки Kleenex. В результате будьте осторожны при выборе зарядного устройства для гелевых аккумуляторов, поскольку покупатели часто говорят нам, что им нужно зарядное устройство для гелевых аккумуляторов, хотя на самом деле это вовсе не гелевые аккумуляторы.

AGM: Конструкция абсорбирующего стеклянного мата позволяет суспендировать электролит в непосредственной близости от активного материала пластин. Теоретически это увеличивает эффективность разряда и перезарядки. Общие приложения производителей включают запуск двигателя с высокими характеристиками, силовые виды спорта, глубокий цикл, солнечные батареи и аккумуляторные батареи. Более крупные AGM-батареи, которые мы продаем, обычно являются хорошими батареями глубокого разряда, и они обеспечивают наилучший срок службы, если их зарядить до того, как скорость разряда опустится ниже 50%.Аккумуляторы для мотоциклов Scorpion, которые мы носим, ​​являются отличным обновлением вашего стандартного залитого аккумулятора, и то же самое касается аккумуляторов Motocross, которые являются вторичной версией OEM-аккумулятора Yuasa. Когда аккумуляторы AGM глубокого цикла разряжены до уровня не менее 60%, срок службы составит 300 с лишним циклов.

GEL: Гелевый элемент аналогичен стилю AGM, потому что электролит находится во взвешенном состоянии, но отличается, потому что технически аккумулятор AGM по-прежнему считается влажным элементом.Электролит в гелевой ячейке содержит добавку кремнезема, которая заставляет его затвердеть или затвердеть. Напряжение перезарядки у этого типа элементов ниже, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов других типов. Вероятно, это наиболее чувствительный элемент с точки зрения побочных реакций на зарядку от перенапряжения. Гелевые батареи лучше всего использовать при ОЧЕНЬ ГЛУБОКОМ цикле нанесения и могут работать немного дольше в условиях жаркой погоды. Использование неподходящего зарядного устройства для гелевых аккумуляторов может привести к снижению производительности и преждевременному выходу из строя.

4. CCA, CA, AH и RC . Это стандарты, которые большинство компаний по производству аккумуляторов используют для оценки выходной мощности и емкости аккумулятора.

Ампер холодного пуска (CCA) – это количество ампер, которое батарея может выдавать при 0 ° F в течение 30 секунд и не опускаться ниже 7,2 вольт. Таким образом, высокий рейтинг батареи CCA особенно важен при запуске аккумуляторных батарей и в холодную погоду. Это измерение не особенно важно для батарей глубокого разряда, хотя это наиболее часто «известный» метод измерения батареи.

CA – ток запуска, измеренный при 32 ° F. Этот рейтинг также называется судовым усилителем запуска (MCA) . Усилитель горячего пуска (HCA) уже редко используется, но измеряется при температуре 80 ° F.

Резервная емкость (RC) – очень важная емкость аккумулятора. Это количество минут, в течение которых полностью заряженный аккумулятор при 80 ° F будет разряжать 25 ампер до тех пор, пока напряжение аккумулятора не упадет ниже 10,5 В.

А · час (Ач) – это номинал, обычно встречающийся в батареях глубокого разряда.Стандартный номинал усилителя рассчитан на 20 часов. Для батареи с номиналом 100 Ач это означает следующее: потребляйте энергию от батареи в течение 20 часов, и она обеспечит в общей сложности 100 ампер-часов. Это означает около 5 ампер в час. (5 х 20 = 100). Однако очень важно знать, что общее время разряда и приложенной нагрузки не является линейной зависимостью. По мере увеличения нагрузки ваша реальная емкость уменьшается. Это означает, что если вы разрядите ту же самую батарею на 100 Ач при нагрузке 100 А, она не даст вам одного часа работы.Напротив, воспринимаемая емкость аккумулятора будет равна 64 ампер-часам.

5. Обслуживание батареи: Правильное обслуживание батареи важно для максимального срока службы. Регулярно учитывайте эти моменты:

  • Аккумулятор следует очищать водным раствором пищевой соды; пара столовых ложек на пол-литра воды.
  • Кабельные соединения необходимо очистить и затянуть, поскольку проблемы с аккумулятором часто возникают из-за грязных и ослабленных соединений.
  • В исправном аккумуляторе необходимо проверить уровень жидкости. Используйте только воду без минералов; дистиллированный лучше всего, так как все примеси были удалены, и не осталось ничего, что могло бы загрязнить ваши клетки.
  • Не переполняйте аккумуляторные элементы, особенно в теплую погоду, потому что естественное расширение жидкости в жаркую погоду может вытолкнуть избыток электролитов из аккумулятора.
  • Чтобы предотвратить коррозию кабелей на батареях на верхней стойке, используйте небольшую полоску силиконового герметика в основании стойки и поместите на нее войлочную шайбу для батареек.Нанесите на шайбу высокотемпературную смазку или вазелин (вазелин), затем поместите кабель на стойку и затяните. Нанесите смазку на оголенный конец кабеля. Конденсация газов из аккумулятора на металлических частях вызывает наибольшую коррозию.

6. Тестирование батареи: Это можно сделать несколькими способами. Самый точный метод – это измерение удельного веса и напряжения аккумулятора. Для измерения удельного веса купите термокомпенсационный ареометр. Для измерения напряжения используйте цифровой D.C. Вольтметр. Качественный тестер нагрузки может быть хорошей покупкой, если вам нужно проверить герметичные батареи.

Для любого из этих методов необходимо сначала полностью зарядить аккумулятор, а затем удалить поверхностный заряд. Если аккумулятор просидел хотя бы несколько часов (я предпочитаю не менее 12 часов), можно начинать тестирование. Для снятия поверхностного заряда аккумулятор необходимо разрядить в течение нескольких минут. Использование фары (дальний свет) сделает свое дело. Выключив свет, вы готовы проверить аккумулятор.

Состояние заряда Удельный вес Напряжение
12 В 6 В
100% 1,265 12,7 6,3
75% 1,225 12,4 6,2
50% 1.190 12,2 6,1
25% 1,155 12,0 6,0
Выпущено 1,120 11,9 6,0


Нагрузочное тестирование – это еще один способ тестирования батареи. Нагрузочный тест снимает ток с батареи так же, как при запуске двигателя. Тестер нагрузки можно купить в большинстве магазинов автозапчастей.Некоторые производители аккумуляторов маркируют свои аккумуляторы с помощью амперной нагрузки для тестирования. Это число обычно составляет половину рейтинга CCA. Например, батарея на 500 CCA будет тестировать под нагрузкой 250 ампер в течение 15 секунд. Нагрузочный тест может быть выполнен только в том случае, если аккумулятор почти полностью заряжен или полностью заряжен.

Результаты вашего тестирования должны быть следующими:

  • Показания ареометра не должны отличаться более чем на 0,05 разницы между ячейками.
  • Цифровые вольтметры
  • должны показывать напряжение, как показано в этом документе.Напряжение герметичного AGM и гелевого аккумулятора (полностью заряженного) будет немного выше в диапазоне от 12,8 до 12,9. Если у вас есть показания напряжения в диапазоне 10,5 В на заряженной батарее, это обычно указывает на короткое замыкание элемента.
  • Если у вас есть не требующая обслуживания влажная ячейка, единственными способами проверки являются вольтметр и тест под нагрузкой. Любая необслуживаемая батарея со встроенным ареометром (черное / зеленое окошко) покажет вам состояние 1 ячейки из 6. Вы можете получить хорошие показания для 1 ячейки, но у вас возникнут проблемы с другими ячейками в батарее.
  • Если вы сомневаетесь в тестировании батареи, позвоните производителю батареи. У многих проданных сегодня аккумуляторов есть бесплатные номера, по которым можно позвонить за помощью.

7. Выбор батареи: При покупке новой батареи я предлагаю вам приобрести батарею с максимально возможной резервной емкостью или номинальной мощностью в ампер-часах. Конечно, необходимо учитывать физический размер, подключение кабеля и тип клеммы. Возможно, вы захотите рассмотреть гелевый элемент или абсорбирующий стеклянный мат (AGM), а не влажный элемент, если приложение находится в более суровых условиях, или если аккумулятор не будет получать регулярное обслуживание и зарядку.

Убедитесь, что вы приобрели аккумулятор правильного типа для работы, которую он должен выполнять. Помните, что аккумуляторные батареи для запуска двигателя и аккумуляторные батареи глубокого разряда отличаются. Свежесть нового аккумулятора очень важна. Чем дольше аккумулятор сидит и не перезаряжается, тем больше вредных отложений сульфатации может накапливаться на пластинах. На большинстве батарей есть дата изготовления. Месяц обозначается буквой, где «A» означает январь, а цифра «4» соответствует 2004 году. C4 сообщит нам, что батарея была произведена в марте 2004 года.Помните, чем свежее, тем лучше. Буква «I» не используется, так как ее можно спутать с числом 1.

Гарантия на аккумуляторы рассчитана в пользу производителей аккумуляторов. Допустим, вы покупаете аккумулятор с гарантией 60 месяцев, а он живет 41 месяц. Гарантия рассчитывается пропорционально, поэтому, сравнивая использованные месяцы с полной розничной ценой батареи, вы в конечном итоге платите примерно те же деньги, как если бы вы купили батарею по продажной цене. Это радует производителя.Что меня радует, так это превышение гарантии. Уверяю вас, это возможно.

8. Срок службы и производительность батареи: Среднее время работы от батареи сократилось из-за увеличения требований к энергии. Чаще всего я слышу две фразы: «моя батарея не заряжается», и «моя батарея не держит заряд». Только 30% проданных сегодня аккумуляторов достигают 48-месячной отметки. Фактически 80% всех отказов аккумуляторов связано с накоплением сульфатации. Это накопление происходит, когда молекулы серы в электролите (аккумуляторной кислоте) настолько сильно разряжаются, что начинают покрывать свинцовые пластины аккумуляторной батареи.Вскоре пластины покрываются таким покрытием, что батарея умирает. Причины сульфатирования многочисленны:

  • Батареи слишком долго сидят между зарядками. Всего 24 часа в жаркую погоду и несколько дней в прохладную погоду.
  • Батарея хранится без какого-либо энергоснабжения.
  • «Глубокий цикл» аккумуляторная батарея для запуска двигателя. Помните, что эти батареи не выдерживают глубокого разряда.
  • Недозаряд батареи только до 90% емкости позволит сульфатировать батарею с использованием 10% химического состава батареи, не восстановленного в результате незавершенного цикла зарядки.
  • Высокая температура выше 100 ° F увеличивает внутреннюю разрядку. С повышением температуры увеличивается и внутренний разряд. Новая полностью заряженная батарея, оставленная 24 часа в сутки при 110 ° F в течение 30 дней, скорее всего, не запустит двигатель.
  • Низкий уровень электролита. Пластины батареи, подвергшиеся воздействию воздуха, немедленно сульфируются.
  • Неправильные уровни зарядки и настройки. Самые дешевые зарядные устройства для аккумуляторов могут принести больше вреда, чем пользы. См. Раздел о зарядке аккумулятора.
  • Холодная погода тоже плохо сказывается на батарее.Химия не производит такого же количества энергии, как теплая батарея. Сильно разряженный аккумулятор может замерзнуть при минусовой погоде.
  • Паразитный сток – нагрузка на аккумулятор при выключенном ключе. Дополнительная информация о паразитном сливе.


Есть способы значительно увеличить время автономной работы и производительность. Все продукты, которые мы продаем, нацелены на повышение производительности и времени автономной работы.

Пример. Допустим, у вас есть «игрушки», такие как квадроцикл , классический автомобиль, старинный автомобиль, лодка, Харлей и т. Д. Скорее всего, вы не используете эти игрушки 365 дней в году, как машину. Многие из этих игрушек сезонные, поэтому хранятся. Что происходит с батареями? Большинство аккумуляторов, которые служат источником энергии для наших игрушек, служат всего 2 сезона. Вы должны предохранять эти батареи от сульфатирования или покупать новые. Мы продаем продукты для предотвращения и обратного накопления серы на аккумуляторах. Продукты PulseTech – это запатентованные электронные устройства, которые обращают вспять и предотвращают сульфатирование. Также Battery Equalizer, химическая добавка к батареям, зарекомендовала себя очень эффективной в увеличении срока службы и производительности батареи.Другие устройства, такие как солнечные зарядные устройства, являются отличным вариантом для обслуживания аккумуляторов.

Паразитный сток Большинство транспортных средств имеют часы, компьютеры управления двигателем, системы сигнализации и т. Д. В случае лодки у вас может быть автоматический трюмный насос, радио, GPS и т. Д. Все эти устройства могут работать без работающего двигателя. . У вас могут быть паразитные нагрузки, вызванные коротким замыканием в электрической системе. Если у вас постоянно возникают проблемы с разряженной батареей, скорее всего, паразитный сток чрезмерный.Постоянно разряженная или разряженная батарея, вызванная чрезмерным паразитным потреблением энергии, значительно сокращает срок службы батареи. Если у вас возникла такая проблема, попробуйте PriorityStart! переключатели батарей, чтобы предотвратить разрядку батарей до того, как они произойдут. Этот специальный компьютерный выключатель отключит пусковую батарею вашего двигателя до того, как вся пусковая энергия будет исчерпана. Эта технология предотвратит глубокую разрядку стартовой батареи.

9. Зарядка аккумулятора:

Помните, что для правильного обслуживания батареи вы должны немедленно вернуть энергию, которую вы используете.Если вы этого не сделаете, аккумуляторные батареи будут сульфаты, что повлияет на производительность и долговечность. Генератор – это зарядное устройство для аккумуляторов. Работает хорошо, если аккумулятор не сильно разряжен. Генератор имеет тенденцию перезаряжать батареи с очень низким уровнем заряда, и перезарядка может повредить батареи. Фактически, у аккумуляторной батареи для запуска двигателя в среднем доступно всего около 10 глубоких циклов при подзарядке от генератора. Батареи любят заряжаться определенным образом, особенно когда они сильно разряжены. Этот тип зарядки называется трехступенчатой ​​регулируемой зарядкой.Обратите внимание, что только специальные интеллектуальные зарядные устройства, использующие компьютерную технику, могут выполнять трехэтапную зарядку. Вы не найдете эти типы зарядных устройств в магазинах запчастей или больших коробках.

  1. Первым этапом является массовая зарядка , где до 80% энергетической емкости аккумулятора заменяется зарядным устройством при максимальном номинальном напряжении и токе зарядного устройства.
  2. Когда напряжение аккумулятора достигает 14,4 В, начинается этап абсорбционной зарядки .Здесь напряжение поддерживается на постоянном уровне 14,4 вольт, а ток (в амперах) снижается до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 98%.
  3. Далее идет Float Step . Это регулируемое напряжение не более 13,4 В и обычно менее 1 А тока. Со временем это приведет к тому, что аккумулятор будет заряжен на 100% или почти полностью заряжен. Плавающий заряд не закипит и не нагреет батареи, но он будет поддерживать батареи в 100% готовности и предотвращать циклическую работу во время длительного простоя.Примечание. Для некоторых гелевых аккумуляторов и аккумуляторов AGM могут потребоваться специальные настройки или зарядные устройства.

10. Батарея Dos

  • Думайте о безопасности прежде всего.
  • Прочтите руководство полностью.
  • Регулярно проводите осмотр и техническое обслуживание, особенно в жаркую погоду.
  • Заряжайте батареи сразу после разрядки.
  • Купите RC с максимальной резервной емкостью или батарею Ач в ампер-часах, которая будет соответствовать вашей конфигурации.

11. Недопустимые действия с батареями

  • Не забывайте безопасность прежде всего.
  • Не добавляйте новый электролит (кислоту).
  • Не используйте нерегулируемые зарядные устройства большой мощности для зарядки аккумуляторов.
  • Не кладите оборудование и игрушки на хранение без какого-либо устройства для поддержания заряда аккумулятора.
  • Не отсоединяйте кабели аккумулятора при работающем двигателе (аккумулятор действует как фильтр).
  • Не откладывайте перезарядку аккумуляторов.
  • Не добавляйте водопроводную воду, так как она может содержать минералы, загрязняющие электролит.
  • Не разряжайте аккумулятор глубже, чем это возможно.
  • Не позволяйте батарее становиться горячей на ощупь и сильно закипать во время зарядки.
  • Не используйте одновременно батареи разных размеров и типов.


Хотя это был подробный обзор типов батарей и способов их обслуживания, всегда есть чему поучиться.Ознакомьтесь с этим дополнительным руководством по работе с батареями и узнайте больше об основах работы с батареями.

Выберите аккумулятор

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Часто задаваемые вопросы о зарядных устройствах

Какие факторы следует учитывать при выборе зарядного устройства?

1. Сколько аккумуляторов вы будете заряжать? Учитывайте сервисный аккумулятор, стартер, носовое подруливающее устройство и т. Д.Также рассмотрите любое возможное расширение вашей системы в будущем (= достаточное количество выходов зарядного устройства).

2. Зарядное устройство аккумулятора должно иметь такое же напряжение, что и аккумулятор, т. Е. Напряжение аккумулятора 12 В = зарядное устройство 12 В. А для напряжения аккумулятора 24 В требуется зарядное устройство на 24 В.

3. Для безопасной и быстрой зарядки батарей требуется достаточный зарядный ток (измеряется в амперах). Рекомендуемую емкость см. В технических характеристиках зарядного устройства в этом Powerbook.

Пример: Гелевый аккумулятор на 200 Ач требует зарядного устройства минимум на 25 А.Если в процессе зарядки подключено несколько нагрузок (например, обогреватели, холодильник, освещение), необходимо зарядное устройство на 50 А. Если зарядное устройство питается от генератора, а не от сети, рекомендуется использовать батарею на 100 ампер. Зарядное устройство большего размера сокращает время зарядки и позволяет генератору работать в течение более коротких периодов времени. Это повышает уровень комфорта и лучше для окружающей среды.

4. Для простых и часто более дешевых зарядных устройств ток заряда указан для номинального напряжения батареи (= 12 или 24 В).Для зарядки аккумулятора требуется более высокое напряжение заряда, а именно 14,4 или 28,8 В. Если зарядный ток падает при этом (более высоком) напряжении заряда, для зарядки аккумулятора потребуется гораздо больше времени. В результате сокращается срок службы батареи или увеличивается время работы генератора (если зарядное устройство для батареи питается от генератора). Зарядные устройства для аккумуляторов Mastervolt обеспечивают полный зарядный ток даже при высоком зарядном напряжении и высоких температурах окружающей среды. Это обеспечивает короткое время зарядки и оптимальный срок службы ваших аккумуляторов.

Аккумулятор какого типа я могу заряжать?

Зарядные устройства

Mastervolt подходят для всех типов аккумуляторов. Полную информацию можно найти в технических характеристиках зарядного устройства в разделе «Характеристики заряда». Mastervolt рекомендует выбрать зарядное устройство достаточной емкости и, если возможно, подключить его к датчику температуры аккумулятора и датчику напряжения аккумулятора. Всегда подключайте литий-ионные батареи в соответствии с прилагаемыми инструкциями и внимательно следуйте инструкциям по установке (зарядка с температурной компенсацией не требуется).

Могу ли я заряжать литий-ионные батареи разных типов?

Большинство зарядных устройств Mastervolt могут заряжать литий-ионные батареи. При использовании современных литий-ионных аккумуляторов Mastervolt (серии MLI и MLS) бесплатное загружаемое программное обеспечение для настройки (MasterAdjust) позволяет просто настроить зарядное устройство. Другие характеристики заряда также могут быть легко установлены. Обратите внимание, что все литий-ионные батареи следует устанавливать в соответствии с инструкциями производителя.

Может ли зарядное устройство Mastervolt оставаться подключенным всю зиму?

Да, это не проблема. Зарядные устройства Mastervolt безопасны в использовании и даже лучше для самих аккумуляторов. Напряжение заряда регулируется в соответствии с температурой батареи, чтобы гарантировать, что батареи остаются в оптимальном состоянии, увеличивая срок их службы. 3-этапный + метод зарядки обеспечивает ежемесячный цикл поглощения, поэтому аккумулятор остается активным.

У меня иногда бывает ограниченный номинал предохранителя через сеть переменного тока.Могу ли я использовать большое зарядное устройство?

Да, можно. Все зарядные устройства Mastervolt и Combis оснащены новейшей электроникой, что снижает их энергопотребление примерно на 40% по сравнению с обычными зарядными устройствами. Например, потребляемая мощность 12-вольтовых зарядных устройств Mastervolt приведена ниже для моделей на 230 В. Указанные уровни тока относятся к работе с максимальной мощностью, то есть в момент, когда зарядное устройство заряжает батарею на полную мощность.

Кроме того, каждое зарядное устройство с зарядным током более 15 А (12 В) может быть оборудовано панелью дистанционного управления.Это бесполезно для небольших зарядных устройств, так как потребление тока будет минимальным. Использование панели дистанционного управления позволяет дополнительно снизить исходящий ток заряда, в результате чего зарядное устройство использует еще меньше энергии от сети. Это предотвратит перегорание предохранителей, но немного увеличит время зарядки.

Могу ли я установить зарядное устройство в моторном отсеке или отсеке?

Зарядные устройства

Mastervolt можно легко установить в машинном отделении.Даже при высоких температурах зарядные устройства Mastervolt обеспечивают максимальный ток заряда, надежно и быстро заряжая аккумуляторы. Выходной ток будет автоматически уменьшен, если окружающая температура станет очень высокой.

Могу ли я заряжать аккумуляторы отдельно?

Некоторые модели оснащены тремя выходами, что позволяет заряжать три блока батарей независимо друг от друга. Большинство зарядных устройств Mastervolt имеют дополнительный выход для стартерной батареи. Этот выход снабжает, например, стартерную аккумуляторную батарею поддерживающим зарядом.Также можно заряжать несколько комплектов батарей через изолятор батареи (также известный как диодный разветвитель). Возникающая потеря напряжения компенсируется настройкой зарядного устройства или подключением кабелей датчиков.

Можно ли подключить зарядное устройство к тому же разъединителю аккумулятора, что и генератор?

Хотя это возможно, лучше и удобнее установить два отдельных изолятора батареи. Если это должно быть проблематично, используйте изолятор батареи для обоих.В этом случае убедитесь, что изолятор батареи или Battery Mate достаточно мощный, чтобы одновременно обрабатывать ток зарядного устройства и генератора переменного тока.

Какой диаметр кабеля должен быть между зарядным устройством и аккумулятором?

При расчете необходимого диаметра этих кабелей руководствуйтесь следующим практическим правилом: 1 мм² толщины кабеля на каждые 3 ампера. Например, для зарядного устройства на 50 ампер требуется кабель сечением 50: 3 или 16,6 мм². Ближайший к этому стандартный кабель – 16 мм².Это применимо, когда расстояние составляет не более трех метров. Для больших расстояний вам понадобится более толстый кабель.

Какое максимально допустимое расстояние между зарядным устройством и аккумуляторами?

Как правило, максимальная длина составляет три метра при использовании описанного ранее метода расчета. Также возможна длина кабеля 6 метров, но в этом случае необходимо использовать более толстые кабели. Для приведенного ранее примера потребуются кабели сечением 25 мм2.

Могу ли я параллельно подключить зарядное устройство к генератору?

Зарядное устройство можно подключать параллельно к генератору переменного тока, например, двигательной установки.Такая ситуация возникает, когда двигатель работает и одновременно запускается генератор 230 В.

Сколько времени потребуется, чтобы мои батареи полностью зарядились?

Время зарядки аккумулятора напрямую зависит от отношения емкости аккумулятора к емкости зарядного устройства. Другими важными факторами, определяющими, сколько времени требуется для полной зарядки разряженной батареи, являются тип батареи и энергопотребление потенциальных потребителей.

Как правило, для свинцово-кислотных аккумуляторов емкость аккумулятора следует разделить на максимальную емкость заряда и прибавить четыре часа.Четыре часа – это время поглощения, в течение которого батарея определяет, насколько больше необходим ток, и емкость батареи увеличивается с прибл. От 80% до 100%.

Конечно, это правило не учитывает энергопотребление другого подключенного оборудования: если подключены такие нагрузки, как холодильник или освещение, их потребляемая мощность должна быть вычтена из доступной емкости зарядки.

Пример: Возьмем пустую батарею на 200 Ач, зарядное устройство на 50 А и подключенную нагрузку, потребляющую 10 А.Время зарядки в этом случае будет около 200 / (50-10) = 5 часов, или 9 часов в целом, включая четыре часа времени поглощения. Если батареи разряжены только наполовину, время перезарядки составит 100 / (50-10) = 2,5 + 4 часа, всего 6,5 часов. Время впитывания короче с гелевыми и AGM батареями – около двух-трех часов. Поэтому аккумуляторы этих типов заряжаются быстрее, чем обычные (см. Также «Зарядка аккумуляторов»).

Что такое определение напряжения?

Независимо от толщины, каждый кабель имеет некоторое сопротивление, что приводит к потере определенного количества напряжения между зарядным устройством и аккумуляторами.Эта потеря напряжения зависит от толщины кабеля и тока зарядного устройства. Зарядное устройство аккумулятора стандартно измеряет напряжение на своих выходных клеммах. Из-за потерь в кабеле напряжение выше, чем напряжение аккумулятора. Выходное напряжение зарядного устройства батареи за вычетом потерь напряжения на кабелях и есть напряжение батареи. Когда на кабелях пропадает большое напряжение, зарядное устройство может слишком рано переключиться на фазу поглощения, что означает, что аккумулятор не будет полностью заряжен или время зарядки увеличится.Чтобы компенсировать потерю напряжения через кабели, необходимо подключить измерительные провода между зарядным устройством и аккумуляторами. Эти (тонкие) кабели гарантируют, что зарядное устройство батареи измеряет напряжение непосредственно на положительной и отрицательной клеммах батареи, а не на выходных клеммах зарядного устройства. Потери напряжения во время зарядки компенсируются, и аккумуляторы заряжаются быстро и эффективно. Таким же образом можно компенсировать падение напряжения, например, на диодном разветвителе (изоляторе батареи).

Что такое технология зарядки 3 ступени +?

3-ступенчатая + технология зарядки

Mastervolt – это самый быстрый и безопасный способ зарядки гелевых, AGM, литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов открытого типа. Он состоит из следующих этапов:

Первый этап: МАССОВАЯ фаза

В фазе накопления зарядное устройство выдает максимальный ток, например 50 ампер для ChargeMaster 12/50 и напряжение аккумулятора увеличивается. Продолжительность этой фазы зависит от емкости аккумулятора, емкости зарядного устройства и любых потребителей, подключенных к аккумулятору во время зарядки.Чем больше батарея, тем больше времени занимает этот шаг; чем больше зарядное устройство, тем короче ступень. Если подключены такие потребители, как холодильник, они также должны получать питание от зарядного устройства, что снижает ток заряда, поступающий в батареи, и увеличивает время, необходимое для зарядки.

Второй этап: фаза ПОГЛОЩЕНИЯ

Второй этап, фаза поглощения, начинается, когда аккумулятор достигает максимального напряжения. В этот момент аккумулятор заряжен примерно на 80%, и ток заряда начинает медленно уменьшаться.При 25 ° C максимальное напряжение составляет 14,25 В для батареи 12 В и 28,5 В для батареи 24 В. На этом этапе аккумулятор заряжается до 100%, что занимает примерно три-четыре часа, в зависимости от типа аккумулятора, зарядного устройства и количества заряда.

Третий этап: Фаза FLOAT

Когда аккумулятор полностью заряжен в конце фазы абсорбции, начинается фаза плавания. Зарядное устройство Mastervolt переключается на поддерживающее напряжение, так что аккумулятор остается полностью заряженным и в оптимальном состоянии.Все существующие потребительские нагрузки также получают питание. Зарядное устройство остается в плавающей фазе до тех пор, пока напряжение аккумулятора не упадет из-за большой нагрузки или пока зарядное устройство не отключится из-за отключения источника питания.

PLUS фаза

Большинство зарядных устройств Mastervolt оснащены дополнительной ступенькой, фазой PLUS. В периоды, когда батарея находится в состоянии покоя, цикл абсорбции продолжительностью один час будет выполняться каждые 12 дней, чтобы гарантировать, что батарея остается в идеальном состоянии.

Обратный усилитель

Во время фазы поглощения аккумулятор принимает все меньший ток. Как только зарядный ток остается ниже определенного уровня в течение определенного периода времени, аккумулятор считается полностью заряженным. Этот максимальный ток заряда называется обратным током, а соответствующий период – временем обратного тока. Зарядное устройство воспринимает это как сигнал для перехода к следующему этапу, фазе плавающего режима. Как и многие другие параметры зарядного устройства, обратный ток и обратный ток могут быть установлены установщиком с помощью программного обеспечения, которое свободно доступно на веб-сайте Mastervolt.Фактически, установщик может использовать это программное обеспечение для настройки зарядного устройства в соответствии с требованиями вашей бортовой системы.

Для чего нужен датчик температуры?

При зарядке аккумулятора важно точное напряжение заряда. Напряжение заряда должно соответствовать температуре аккумулятора. Когда аккумулятор холодный, напряжение заряда должно быть немного выше, чтобы аккумулятор полностью зарядился. При высоких температурах окружающей среды необходимо снизить напряжение заряда, чтобы аккумулятор не перезарядился.Зарядные устройства Mastervolt стандартно настроены на температуру батареи 25 ° C.

Когда датчик температуры подключен к зарядному устройству, выходное напряжение будет изменяться на 0,03 В на ° C для 12-вольтовой системы и на 0,06 В на ° C для 24-вольтовой системы. Это соответствует советам большинства производителей аккумуляторов. Например, при температуре 15 ° C максимальное напряжение заряда для 12-вольтовой системы составляет 14,55 вольт, а при 30 ° C – 14,1 вольт. Соответствующие значения для 24-вольтовой системы – 29.1 и 28,2 вольт. При температуре 12 ° C напряжение не увеличивается, чтобы защитить подключенные нагрузки от перенапряжения. При 50 ° C напряжение заряда снижается до 12 или 24 В, чтобы защитить аккумулятор от таких высоких температур. Подключение датчика температуры обеспечивает быструю и безопасную зарядку аккумулятора нужным напряжением.

Как заряжать аккумуляторы с ограниченной мощностью?

Когда несколько больших зарядных устройств подключаются параллельно, доступного 230-вольтового соединения часто бывает недостаточно.Подключите одно из зарядных устройств аккумулятора, чтобы предотвратить перегрузку сети переменного тока. Хотя это увеличит время, необходимое для зарядки, обычно вы все равно подключены к сети на более длительный период времени (на ночь). Оба зарядных устройства могут получать питание, если генератор работает, поскольку генератор обычно обеспечивает большую мощность, чем подключение к электросети. Два зарядных устройства не вызовут перегрузки силового соединения. Другой вариант – оснастить судно или транспортное средство двумя розетками на 230 В.

Какое зарядное устройство необходимо для аккумулятора емкостью 200 Ач и стартерного аккумулятора 100 Ач?

Стартерная аккумуляторная батарея обычно не учитывается при расчете емкости зарядного устройства – она ​​используется только для запуска двигателя и поэтому имеет тенденцию к частичному разряду, если вообще разряжается. Пока вы используете двигатель, генератор подзаряжает аккумулятор, а при подключении к сети он заряжается через второй выход зарядного устройства Mastervolt. Как показывает практика, 25% емкости (до 50% для гелевых аккумуляторов) от емкости аккумулятора достаточно для быстрой и безопасной зарядки аккумулятора, а также для питания бортовых систем.Например, для батареи на 200 Ач подойдет зарядное устройство на 50 ампер.

Достаточно ли 10% емкости аккумулятора?

Определенно нет. Вы можете принять от 25% до 50% с батареями Mastervolt. Старое правило 10% было распространено в те дни, когда зарядные устройства не имели регулирования тока и напряжения, а слишком высокий ток мог перезарядить батареи. Зарядные устройства Mastervolt идеально регулируют ток / напряжение, а также оснащены датчиком температуры, который обеспечивает регулировку напряжения в соответствии с температурой аккумулятора.Во время зарядки аккумуляторов подключаются несколько нагрузок, и эти нагрузки также получают питание от зарядного устройства, поэтому доступный ток заряда для аккумуляторов будет уменьшен.

Можно ли параллельно подключить несколько зарядных устройств?

Зарядные устройства Mastervolt не только являются зарядными устройствами, но и обеспечивают питание бортовой системы на 12 или 24 В. Их можно легко подключить параллельно, если вы захотите увеличить емкость. Фактически, это часто единственный способ запитать вашу 12- или 24-вольтовую систему с помощью 230- или 400-вольтовой сети.Точно так же, если вам нужен ток заряда выше 100 А, можно параллельно подключить несколько зарядных устройств. Параллельная система с несколькими зарядными устройствами не требует специального оборудования. Его можно установить точно так же, как и одиночное зарядное устройство, за исключением того, что каждое зарядное устройство будет иметь свои собственные кабели, ведущие к батарее или распределителю постоянного тока.

Проводка компенсации напряжения также подключается отдельно для каждого зарядного устройства. Датчик температуры для каждого зарядного устройства должен быть отдельно подключен к аккумулятору, который, как вы ожидаете, достигнет максимальной температуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *