Технический справочник --- Основные сведения о зарядных устройствах и аккумуляторах
Постоянно расширяющийся рынок портативного оборудования создаёт всё больший спрос на аккумуляторы с улучшенными характеристиками и увеличенным сроком службы. Чтобы соответствовать этим требованиям, ёмкость и производительность аккумуляторов постоянно увеличивались, начиная с появления коммерческих никель-кадмиевых (NiCd) и герметичных свинцово-кислотных (SLA) аккумуляторов в 1960-х годах и заканчивая недавним появлением никель-металлгидридных (NiMH) и литий-ионных (Li-I, или Li+) аккумуляторов. Каждый тип аккумуляторов имеет свои преимущества, но решение о том, какой тип использовать в конкретной ситуации, может зависеть как от экономических соображений, так и от технической целесообразности.
Необходимые аккумуляторы
В таблице представлены некоторые эксплуатационные и зарядные характеристики наиболее распространённых типов вторичных элементов. Характеристики могут различаться в зависимости от производителя, поэтому эти данные следует использовать только в качестве ориентира. Максимально допустимые токи заряда могут различаться, но, исходя из них и ёмкости элемента в ампер-часах (С), время быстрой зарядки можно рассчитать по приведённым формулам. Имейте в виду, что это лишь приблизительные рекомендации, основанные на обширном опыте, и что возвращаемая ёмкость сильно зависит от исходного состояния и возраста элементов.
| Характеристика | SLA (годовое общее собрание акционеров) | NiCd | NiMH | Li+/Li-полимер |
| Плотность энергии (Вт·ч/кг) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Рабочие циклы (типичные) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Рабочая температура (°С) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Максимальный ток заряда (А) | 0,25С | 2С | 1С | 1С |
| Метод зарядки | Постоянное напряжение | Постоянный ток | Постоянный ток | Постоянный ток/напряжение |
| Время быстрой зарядки (ч) | C/A + 2 часа | С/А + 20% | С/А + 20% | С/А × 2 |
Подбор зарядных устройств для аккумуляторов
Пользователям нравится зарядное устройство, которое заряжает аккумуляторы максимально быстро. Но скорость — не единственный фактор при проектировании зарядного устройства. Если зарядка может осуществляться всю ночь, подходящее зарядное устройство может быть очень компактным, поскольку ему не требуется большой ток. Кроме того, оно, вероятно, будет лёгким, портативным и относительно недорогим в производстве.
Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы требуют зарядки постоянным напряжением с ограничением тока. Для аккумуляторов SLA, находящихся в режиме ожидания, достаточно непрерывной зарядки напряжением 2,25 В/элемент. При таком потенциале аккумулятор не перезаряжается и может оставаться подключенным неограниченное время без повреждения. Эквивалентом для NiCd и NiMH является зарядка постоянным током 0,1C в течение ночи (14 часов). Хотя большинство аккумуляторов SLA и NiCd подходят для длительного подзаряда малым током, для NiMH зарядку необходимо прекратить во избежание повреждения.
Однако какие факторы необходимо учитывать при выборе быстродействующего зарядного устройства? Очень высокие скорости быстрой зарядки могут негативно сказаться на общем сроке службы элементов. Производители аккумуляторов не всегда предупреждают о сокращении срока службы и реалистичных циклах перезарядки, а если и предупреждают, то детали могут быть не столь очевидны. Успешная быстрая зарядка токами до 2С требует интеллектуального мониторинга параметров аккумулятора на всех этапах цикла зарядки. Интеллектуальные зарядные устройства последнего поколения способны учитывать влияние схем защиты, а также колебания рабочей температуры и сопротивления контактов. Важной особенностью быстродействующих зарядных устройств является автоматическое снижение скорости заряда до наступления перезаряда и последующего повышения температуры и давления.
Зарядные характеристики NiCd и NiMH-аккумуляторов схожи, хотя NiMH-аккумуляторы выделяют больше тепла во время заряда, а пиковое напряжение менее выражено. В обоих типах аккумуляторов используются различные методы быстрого завершения заряда постоянным током. К ним относятся dV/dt – скорость изменения напряжения вблизи пикового напряжения; -dV – падение напряжения аккумулятора после пикового значения; и измерение температуры аккумулятора при полной зарядке. Для никелевых аккумуляторов также крайне желательны схемы для восстановления и кондиционирования изношенных, неформованных или старых аккумуляторов перед массовой зарядкой. Очевидно, что все эти функции имеют свою цену, но без этого усовершенствования аккумуляторы могут быть серьезно повреждены, что ограничит как емкость, так и срок службы, а также поставит под угрозу безопасность.
Зарядка Li-I-аккумуляторов аналогична зарядке SLA-аккумуляторов, в обоих случаях требуется постоянное напряжение с ограничением тока. Однако для Li-I-аккумуляторов крайне важно, чтобы зарядное устройство имело функцию отсечки тока в конечной точке и отказоустойчивый таймер для обеспечения общей защиты. В связи с особыми требованиями к каждому конкретному применению, системы зарядки Li-I-аккумуляторов должны быть интегрированы в конструкцию аккумуляторной батареи на самых ранних этапах проектирования. Новое поколение интеллектуальных зарядных устройств Lawtronics для Li-I-аккумуляторов соответствует критериям, установленным производителями аккумуляторов, и может быть настроено в соответствии с требованиями большинства OEM-производителей.
Технология аккумуляторных батарей медленно, но уверенно развивается, а интеллектуальная конструкция зарядного устройства может гарантировать предоставление пользователю максимальной пользы.