Referință tehnică --- Elemente esențiale pentru încărcătoare și baterii
Piața echipamentelor portabile, aflată în continuă expansiune, creează o cerere tot mai mare pentru performanțe îmbunătățite ale bateriilor și o durată de viață îmbunătățită. Pentru a îndeplini aceste criterii, capacitatea și potențialul celulelor reîncărcabile au crescut constant, de la introducerea bateriilor comerciale nichel-cadmiu (NiCd) și a bateriilor sigilate cu plumb-acid (SLA) în anii 1960, până la introducerea mai recentă a tehnologiilor nichel-metal hidrură (NiMH) și litiu-ion (Li-I sau Li+). Fiecare tip de celulă are avantajele sale, dar decizia de utilizare într-o anumită aplicație poate depinde atât de considerații economice, cât și de dezirabilitatea tehnică.
Elemente esențiale pentru baterii
Unele caracteristici operaționale și de încărcare ale celor mai comune tipuri de celule secundare sunt prezentate în tabel. Performanța va varia în funcție de producător, așadar aceste date ar trebui utilizate doar cu titlu orientativ. Ratele de încărcare maxime permise vor varia, dar pe baza acestora și a capacității în amperi-oră (C) a celulei, timpii de încărcare rapidă pot fi calculați conform formulelor prezentate. Rețineți că acestea sunt reguli generale, bazate pe o vastă experiență, și că capacitatea returnată depinde foarte mult de starea inițială și de vârsta celulelor.
| Caracteristică | SLA (AGM) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polimer |
| Densitate energetică (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Cicluri de funcționare (tipice) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Temperatura de funcționare (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Curent maxim de încărcare (A) | 0,25°C | 2C | 1C | 1C |
| Metodă de încărcare | Tensiune constantă | Curent constant | Curent constant | Curent/tensiune constantă |
| Timp de încărcare rapidă (h) | C/A + 2 ore | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Potrivirea încărcătoarelor cu bateriile
Utilizatorilor le place un încărcător care să încarce bateriile cât mai repede posibil. Însă viteza nu este singurul factor atunci când vine vorba de proiectarea unui încărcător. Dacă încărcarea se poate efectua peste noapte, încărcătorul de întrerupere adecvat poate fi foarte compact, deoarece nu trebuie să furnizeze mult curent. De asemenea, este probabil să fie ușor, ușor de transportat și relativ ieftin de produs.
Bateriile cu plumb-acid etanșe necesită încărcare la tensiune constantă cu curent limitat. Pentru bateriile SLA în regim de standby, încărcarea continuă la 2,25 V/celulă este adecvată. La acest potențial, bateria nu se va supraîncărca și poate rămâne conectată pe termen nelimitat fără a se deteriora. Echivalentul pentru NiCd și NiMH este o încărcare la curent constant peste noapte (14 ore) la 0,1 °C. În timp ce majoritatea celulelor SLA și NiCd sunt potrivite pentru încărcarea lentă pe termen lung, pentru NiMH, încărcarea trebuie întreruptă pentru a preveni deteriorarea.
Totuși, care sunt factorii care trebuie luați în considerare atunci când se specifică un încărcător rapid? Ratele de încărcare rapidă foarte mari pot fi dăunătoare duratei de viață generale a celulelor. Nu este neapărat o considerație principală a producătorilor de baterii să avertizeze cu privire la durata de viață redusă și la ciclurile de reîncărcare realiste și, dacă o fac, detaliile pot să nu fie atât de clare. Încărcarea rapidă reușită la rate de până la 2°C necesită monitorizarea inteligentă a parametrilor bateriei în toate etapele ciclului de încărcare. Cea mai recentă generație de încărcătoare inteligente poate aborda efectele circuitelor de protecție și variațiile temperaturii de funcționare și ale rezistenței de contact. O caracteristică esențială a încărcătoarelor rapide este reducerea automată a ratei de încărcare înainte de debutul supraîncărcării și creșterea ulterioară a temperaturii și presiunii.
Caracteristicile de încărcare ale celulelor NiCd și NiMH sunt similare, deși NiMH generează mai multă căldură în timpul încărcării, iar tensiunea de vârf este mai puțin evidentă. În ambele tipuri de celule se utilizează diverse tehnici de terminare rapidă a încărcării la curent constant. Acestea includ dV/dt, rata de modificare a tensiunii aproape de tensiunea de vârf; -dV, scăderea tensiunii celulei dincolo de vârf; și detectarea temperaturii celulei la încărcare completă. Circuitele pentru reformarea și condiționarea celulelor abuzate, neformate sau vechi înainte de încărcarea în bloc sunt, de asemenea, foarte dorite pentru celulele pe bază de nichel. Evident, toate aceste caracteristici vin cu un preț, dar fără această sofisticare, celulele pot fi afectate grav, limitând atât capacitatea, cât și durata de viață, precum și riscând probleme de siguranță.
Încărcarea celulelor Li-I este similară cu cea a încărcătoarelor SLA, ambele necesitând o tensiune constantă limitată în curent. Cu toate acestea, pentru Li-I, este vital ca încărcătorul să încorporeze un sistem de întrerupere a curentului la punctul final și un temporizator de siguranță pentru o protecție generală. Datorită cerințelor specifice pentru aplicații individuale, sistemele de încărcare Li-I ar trebui integrate în designul pachetului de baterii cât mai curând posibil în procesul de proiectare. Noua generație de încărcătoare inteligente Li-I Lawtronics îndeplinește criteriile stabilite de producătorii de celule și poate fi configurată pentru a se potrivi majorității cerințelor OEM.
Tehnologia bateriilor continuă să evolueze lent, dar constant, iar designul inteligent al încărcătoarelor poate asigura că utilizatorul beneficiază la maximum.