Tehnična referenca --- Osnove polnilnikov in baterij
Nenehno rastoči trg prenosne opreme ustvarja vse večje povpraševanje po izboljšani zmogljivosti in življenjski dobi baterij. Da bi izpolnili ta merila, se je zmogljivost in zmogljivost polnilnih celic stalno povečevala, od uvedbe komercialnih nikelj-kadmijevih (NiCd) in zaprtih svinčevo-kislinskih (SLA) baterij v šestdesetih letih prejšnjega stoletja do novejše uvedbe nikelj-metalhidridnih (NiMH) in litij-ionskih (Li-I ali Li+) tehnologij. Vsaka vrsta celic ima svoje prednosti, vendar je odločitev o tem, katero uporabiti v določeni aplikaciji, lahko odvisna tako od ekonomskih kot od tehnične zaželenosti.
Bistvene informacije o bateriji
V tabeli so prikazane nekatere obratovalne in polnilne značilnosti najpogostejših tipov sekundarnih celic. Zmogljivost se razlikuje glede na proizvajalca, zato je treba te podatke uporabljati le kot smernice. Najvišje dovoljene hitrosti polnjenja se razlikujejo, vendar je iz tega in amperurne kapacitete (C) celice mogoče izračunati čase hitrega polnjenja po prikazanih formulah. Upoštevajte, da so to le empirična pravila, ki temeljijo na bogatih izkušnjah, in da je vrnjena kapaciteta zelo odvisna od začetnega stanja in starosti celic.
| Značilnost | SLA (AGM) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polimer |
| Energijska gostota (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Delovni cikli (tipični) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Delovna temperatura (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Največji polnilni tok (A) | 0,25 °C | 2C | 1C | 1C |
| Način polnjenja | Konstantna napetost | Konstantni tok | Konstantni tok | Konstantni tok/napetost |
| Čas hitrega polnjenja (h) | C/A + 2 uri | Obrestna mera + 20 % | Obrestna mera + 20 % | C/A × 2 |
Ujemanje polnilnikov z baterijami
Uporabnikom je všeč polnilnik, ki bo baterije napolnil čim hitreje. Vendar hitrost ni edini dejavnik pri načrtovanju polnilnika. Če je polnjenje mogoče izvajati čez noč, je lahko ustrezen vzdrževalni polnilnik zelo kompakten, saj ne potrebuje veliko toka. Verjetno je tudi lahek, enostavno prenosljiv in relativno poceni za proizvodnjo.
Zaprte svinčeno-kislinske baterije zahtevajo polnjenje s konstantno napetostjo in omejenim tokom. Za SLA baterije v stanju pripravljenosti je zadostno neprekinjeno polnjenje pri 2,25 V/celico. Pri tem potencialu se baterija ne bo prenapolnila in lahko ostane priključena za nedoločen čas, ne da bi pri tem prišlo do poškodb. Za NiCd in NiMH je enakovredno nočno (14 ur) polnjenje s konstantnim tokom pri 0,1 C. Medtem ko je večina SLA in NiCd celic primernih za dolgotrajno vzdrževalno polnjenje, je treba pri NiMH polnjenje prekiniti, da se prepreči poškodba.
Katere dejavnike pa je treba upoštevati pri izbiri hitrega polnilnika? Zelo visoke hitrosti hitrega polnjenja lahko škodujejo celotni življenjski dobi celic. Proizvajalci baterij ne opozarjajo nujno na skrajšano življenjsko dobo in realistične cikle polnjenja, in če to počnejo, podrobnosti morda niso tako jasne. Uspešno hitro polnjenje s hitrostmi do 2 C zahteva inteligentno spremljanje parametrov baterije v vseh fazah cikla polnjenja. Najnovejša generacija inteligentnih polnilnikov lahko obravnava učinke zaščitnih vezij ter sprememb v delovni temperaturi in kontaktni upornosti. Bistvena značilnost hitrih polnilnikov je samodejno zmanjšanje hitrosti polnjenja pred začetkom prekomernega polnjenja in posledičnim dvigom temperature in tlaka.
Polnilne značilnosti NiCd in NiMH celic so podobne, čeprav NiMH med polnjenjem ustvari več toplote, najvišja napetost pa je manj očitna. V obeh vrstah celic se uporabljajo različne tehnike hitrega zaključevanja polnjenja s konstantnim tokom. Te vključujejo dV/dt, hitrost spremembe napetosti blizu najvišje napetosti; -dV, padec napetosti celice pod najvišjo točko; in zaznavanje temperature celice pri polni napolnjenosti. Vezje za preoblikovanje in kondicioniranje izrabljenih, neoblikovanih ali starih celic pred polnjenjem v množičnem obsegu je prav tako zelo zaželeno za celice na osnovi niklja. Seveda imajo vse te funkcije svojo ceno, vendar lahko brez te dovršenosti pride do resne škode na celicah, kar omeji tako kapaciteto kot življenjsko dobo ter tvega varnostne težave.
Polnjenje Li-I celic je podobno SLA, saj oba zahtevata konstantno napetost z omejenim tokom. Vendar pa je za Li-I ključnega pomena, da polnilnik vključuje izklop končnega toka in časovnik za varnost pred izpadom za celovito zaščito. Zaradi posebnih zahtev za posamezne aplikacije je treba sisteme za polnjenje Li-I čim prej v procesu načrtovanja integrirati z zasnovo baterijskega sklopa. Nova generacija inteligentnih polnilcev Li-I Lawtronics izpolnjuje merila, ki jih določajo proizvajalci celic, in jo je mogoče konfigurirati tako, da ustreza večini zahtev proizvajalcev originalne opreme (OEM).
Tehnologija baterij se počasi, a vztrajno razvija, inteligentna zasnova polnilnikov pa lahko zagotovi, da uporabniku prinese največ koristi.