Способы зарядки аккумулятора

Способы зарядки аккумулятора процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования. Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования, другая часть превращается в тепло. Можно ввести понятие «КПД процесса зарядки аккумулятора». Это тачасть энергии, поступающей от зарядного устройства, которая запасается в аккумуляторе.Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше, при других – ниже. Тем не менее, КПД может быть довольно высоким, что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора. Химические реакции, которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке, являются экзотермическими, вотличие от NiCd аккумуляторов, где они эндотермические. Это означает, что КПД зарядкиNiMH аккумуляторов ниже, и они более горячие в процессе зарядки. Это требует болеетщательного контроля процесса зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядкиобычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора. Это несовсем корректно с точки зрения размерностей физических величин, но принято считать, чтоток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА/ч равен 2500 мА. По скорости различаютнесколько видов зарядки: капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет, они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки. Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки: капельная и быстрая. К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током, большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то, что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс, пользуясь какими-то критериями. При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать, аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго.

Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению, капельная зарядка не способствует долгой жизниаккумуляторов. Дело в том, что при капельной зарядке зарядный ток не отключают дажепосле того, как аккумулятор полностью зарядился. Именно поэтому ток выбирается малым. Считается, что даже если вся энергия, сообщаемая аккумулятору, будет превращаться втепло, при столь малом токе он не сможет существенно нагреться. Для Nigh аккумуляторов, которые значительно хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd, токкапельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкостизначение тока капельной зарядки больше. Это означает, что в зарядном устройстве, предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости, аккумуляторы малойемкости будут сильно нагреваться, что сокращает срок их службы. Снижение тока капельнойзарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного. Аккумулятор большойемкости

, установленный в зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторовмалой емкости, может вообще никогда не достичь своего полного заряда, так как спроцессом заряда будет конкурировать саморазряд. Долго находясь в таких условиях, аккумуляторы начинают деградировать, теряя емкость. При всем желании, надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно. На низких зарядных токах профиль напряжения плоский, практически нет характерногомаксимума в конце зарядки. Температура также растет плавно. Единственным методомявляется ограничение процесса зарядки по времени. Однако при этом нужно знать не толькоточную емкость аккумулятора (которая зависит от возраста и состояния аккумулятора), но ивеличину его начального заряда. Исключить влияние начального заряда можно только однимспособом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой. А это еще больше удлиняетпроцесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора, которая определяется количествомциклов заряд-разряда. Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядкиявляется низкий КПД этого процесса. Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, болеетого, КПД зависит от многих факторов, в том числе от температуры и состоянияаккумулятора. Единственным преимуществом капельной зарядки является простотареализации (без контроля конца зарядки). В то же время производители Nigh аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой. И только в самоепоследнее время производители аккумуляторов специально отмечают, что современныеNiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки.

Быстрая зарядка Большинство производителей Nigh аккумуляторов приводят характеристики своихаккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретитьрекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открываниявентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышеннойтемпературы окружающей среды. «Умное» зарядное устройство должно оценить условия ипринять решение о допустимости быстрого заряда. Считается, что быстрый заряд можноиспользовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе0.8…1.8 В. КПД процесса быстрой зарядки очень высок (порядка 90%), поэтомуаккумулятор нагревается слабо. Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает ипрактически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Этовызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать егоповреждение. И хотя для современныхаккумуляторов взрыва, скорее всего, не последует, просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора буде тбезвозвратно утрачена. Это точно не пойдет на пользу аккумулятору, не говоря уже обизменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры. Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить. Ксчастью, в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии, по которым зарядное устройство может это сделать.

Виды зарядных устройств

Различие первое - схема заряда (заряд с фиксированным значением тока заряда или заряд при постоянном значении напряжения). При заряде с фиксированным значением тока аккумулятор можно зарядить полностью. Однако на завершающей стадии зарядки сильно повысится температура электролита, что может уменьшить срок службы аккумулятора. Если же аккумулятор заряжать при постоянном значении напряжения, то не возникнет необходимости контроля зарядки, электролит не перегреется и не закипит. Однако в этом случае аккумулятор не зарядится полностью из-за большого падения тока в конце зарядки. По этим причинам наиболее продвинутые зарядные устройства используют комбинированную схему зарядки. То есть вначале аккумулятор заряжается при постоянном значении тока, а затем стабилизируется напряжение и начинает спадать ток. Такие устройства называют автоматическими.

Различие второе - способ заряда (трансформаторные или импульсные ЗУ). Трансформаторные устройства работают без преобразования частоты. Такие зарядные устройства наделены большим и тяжелым трансформатором и выпрямителем. Ведь все, что нужно, - это преобразовать переменный ток с напряжением в сети 220 В в постоянный ток с напряжением около 12 В. Импульсные зарядные устройства также наделены трансформатором, но маленьким и легким, работающим на более высоких частотах.

Различие третье - источник питания. Существуют зарядные устройства, работающие от электрической сети и от прикуривателя в автомобиле. Зарядные устройства, работающие от обычной электрической сети, очень просты в обращении и удобны. Если у вас есть электричество в гараже, то аккумулятор можно оставить на подзарядку на расчетное время. Двенадцативольтовые зарядные устройства, работающие от прикуривателя, самые быстрые зарядные устройства. Многие из них могут регулировать скорость подзарядки в зависимости от емкости аккумулятора. Однако, эти зарядные устройства не следует оставлять подключенными на длительное время, так как существует большая вероятность перезарядки батареи.

Различие четвёртое - назначение ЗУ ­- зарядно-пусковые (пуско-зарядные) устройства или зарядно-предпусковые (зарядные) устройства. Первый тип не только более мощный, но и может работать в двух режимах: пуска двигателя и заряда аккумулятора. Выводные провода у них сделаны значительно толще, чем в обычных зарядных устройствах, но и цена зарядного устройства этого типа выше. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, в связи с малым значением рабочего тока, способно только заряжать или подзаряжать аккумуляторы. Но зато такие устройства допускают их подключение к аккумуляторам, не отсоединяя последних от сети автомобиля.