Informacje techniczne --- Podstawowe informacje o ładowarce i akumulatorach
Ciągle rozwijający się rynek urządzeń przenośnych generuje rosnące zapotrzebowanie na lepszą wydajność i żywotność akumulatorów. Aby sprostać tym kryteriom, pojemność i wydajność ogniw akumulatorowych stale rosły, od wprowadzenia komercyjnych akumulatorów niklowo-kadmowych (NiCd) i kwasowo-ołowiowych (SLA) w latach 60. XX wieku, po nowsze technologie niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH) i litowo-jonowe (Li-I lub Li+). Każdy typ ogniw ma swoje zalety, ale decyzja o jego zastosowaniu w konkretnym zastosowaniu może zależeć zarówno od czynników ekonomicznych, jak i technicznych.
Podstawowe informacje o baterii
W tabeli przedstawiono niektóre parametry operacyjne i ładowania najpopularniejszych typów ogniw wtórnych. Wydajność może się różnić w zależności od producenta, dlatego dane te należy traktować jedynie jako wskazówki. Maksymalne dopuszczalne szybkości ładowania mogą się różnić, ale na podstawie tej wartości oraz pojemności w amperogodzinach (C) ogniwa można obliczyć czas szybkiego ładowania zgodnie z podanymi wzorami. Należy pamiętać, że są to zasady praktyczne, oparte na bogatym doświadczeniu, a pojemność zwrotna jest w dużym stopniu zależna od stanu początkowego i wieku ogniw.
| Charakterystyczny | SLA (Walne Zgromadzenie) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polimer |
| Gęstość energetyczna (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Cykle operacyjne (typowe) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Temperatura pracy (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Maksymalny prąd ładowania (A) | 0,25°C | 2C | 1C | 1C |
| Metoda ładowania | Stałe napięcie | Prąd stały | Prąd stały | Stały prąd/napięcie |
| Czas szybkiego ładowania (h) | C/A + 2 godziny | Konto bankowe + 20% | Konto bankowe + 20% | C/A × 2 |
Dopasowanie ładowarek do akumulatorów
Użytkownicy cenią sobie ładowarki, które ładują akumulatory tak szybko, jak to możliwe. Jednak szybkość nie jest jedynym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu ładowarki. Jeśli ładowanie może odbywać się przez całą noc, odpowiednia ładowarka podtrzymująca może być bardzo kompaktowa, ponieważ nie musi pobierać dużego prądu. Powinna być również lekka, łatwa do przenoszenia i stosunkowo tania w produkcji.
Szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają ładowania stałym napięciem o ograniczonym prądzie. W przypadku akumulatorów SLA w trybie czuwania, wystarczające jest ciągłe ładowanie napięciem 2,25 V/ogniwo. Przy takim potencjale akumulator nie ulegnie przeładowaniu i może pozostać podłączony bezterminowo bez ryzyka uszkodzenia. Odpowiednikiem dla akumulatorów NiCd i NiMH jest całonocne (14 godzin) ładowanie stałym prądem o napięciu 0,1°C. Podczas gdy większość ogniw SLA i NiCd nadaje się do długotrwałego ładowania podtrzymującego, w przypadku akumulatorów NiMH ładowanie musi zostać przerwane, aby zapobiec uszkodzeniu.
Jakie czynniki należy jednak wziąć pod uwagę przy wyborze szybkiej ładowarki? Bardzo wysokie prędkości ładowania mogą negatywnie wpłynąć na ogólną żywotność ogniw. Producenci akumulatorów niekoniecznie przywiązują szczególną wagę do ostrzegania o skróconej żywotności i realistycznych cyklach ładowania, a jeśli to robią, szczegóły mogą być niejasne. Skuteczne szybkie ładowanie z prędkością do 2°C wymaga inteligentnego monitorowania parametrów akumulatora na wszystkich etapach cyklu ładowania. Najnowsza generacja inteligentnych ładowarek potrafi radzić sobie z wpływem obwodów zabezpieczających oraz wahaniami temperatury roboczej i rezystancji styków. Istotną cechą szybkich ładowarek jest automatyczne zmniejszanie prędkości ładowania przed wystąpieniem przeładowania i późniejszym wzrostem temperatury i ciśnienia.
Charakterystyka ładowania ogniw NiCd i NiMH jest podobna, chociaż NiMH generuje więcej ciepła podczas ładowania, a napięcie szczytowe jest mniej widoczne. W obu typach ogniw stosowane są różne techniki szybkiego ładowania prądem stałym. Należą do nich: dV/dt, czyli szybkość zmiany napięcia w pobliżu napięcia szczytowego; -dV, czyli spadek napięcia ogniwa poza wartość szczytową; oraz pomiar temperatury ogniwa przy pełnym naładowaniu. Układy do reformowania i kondycjonowania zużytych, nieuformowanych lub starych ogniw przed ładowaniem masowym są również bardzo pożądane w przypadku ogniw niklowych. Oczywiście wszystkie te funkcje mają swoją cenę, ale bez tego zaawansowanego rozwiązania ogniwa mogą ulec poważnemu uszkodzeniu, ograniczając ich pojemność i żywotność, a także stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Ładowanie ogniw Li-I jest podobne do ładowania SLA, ponieważ oba wymagają stałego napięcia o ograniczonym prądzie. Jednak w przypadku ogniw Li-I kluczowe jest, aby ładowarka posiadała wyłącznik krańcowy prądu i timer zabezpieczający przed awarią, co zapewnia ogólną ochronę. Ze względu na specyficzne wymagania poszczególnych zastosowań, systemy ładowania Li-I powinny być zintegrowane z konstrukcją akumulatora na jak najwcześniejszym etapie procesu projektowania. Nowa generacja inteligentnych ładowarek Li-I firmy Lawtronics spełnia kryteria określone przez producentów ogniw i może być skonfigurowana tak, aby spełniać większość wymagań OEM.
Technologia akumulatorów rozwija się powoli, ale systematycznie, a inteligentna konstrukcja ładowarki gwarantuje, że użytkownik czerpie maksymalne korzyści.