Teknik Referans --- Şarj Cihazı ve Piller Temel Bilgileri
Taşınabilir ekipman pazarının sürekli büyümesi, gelişmiş pil performansı ve çalışma ömrüne olan talebi artırmaktadır. Bu kriterleri karşılamak için, 1960'larda ticari nikel kadmiyum (NiCd) ve kapalı kurşun asit (SLA) pillerin piyasaya sürülmesinden, daha yakın zamanda nikel metal hidrit (NiMH) ve lityum iyon (Li-I veya Li+) teknolojilerinin piyasaya sürülmesine kadar, şarj edilebilir pillerin kapasitesi ve kapasitesi sürekli artmıştır. Her pil tipinin kendine özgü avantajları vardır, ancak belirli bir uygulamada hangisinin kullanılacağına karar vermek, teknik açıdan cazip olduğu kadar ekonomik hususlara da bağlı olabilir.
Pil temelleri
En yaygın ikincil hücre tiplerinin bazı çalışma ve şarj özellikleri tabloda gösterilmiştir. Performans üreticiye göre değişeceğinden, bu veriler yalnızca kılavuz niteliğindedir. İzin verilen maksimum şarj oranları değişiklik gösterebilir, ancak bu veriler ve hücrenin Amper-saat kapasitesi (C) kullanılarak, gösterilen formüllere göre hızlı şarj süreleri hesaplanabilir. Bunların kapsamlı deneyime dayalı pratik kurallar olduğunu ve geri dönüş kapasitesinin hücrelerin başlangıç durumuna ve yaşına büyük ölçüde bağlı olduğunu unutmayın.
| Özellik | SLA(Genel Kurul) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polimer |
| Enerji Yoğunluğu (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| İşletme Döngüleri (Tipik) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Çalışma Sıcaklığı (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Maksimum Şarj Akımı (A) | 0,25C | 2C | 1C | 1C |
| Şarj Yöntemi | Sabit Voltaj | Sabit Akım | Sabit Akım | Sabit Akım/Voltaj |
| Hızlı Şarj Süresi (saat) | C/A + 2 saat | C/A + %20 | C/A + %20 | C/A × 2 |
Şarj cihazlarını pillerle eşleştirme
Kullanıcılar, pilleri mümkün olduğunca hızlı şarj eden bir şarj cihazını tercih eder. Ancak, bir şarj cihazı tasarlarken hız tek faktör değildir. Şarj işlemi gece boyunca gerçekleştirilebiliyorsa, uygun şarj cihazı çok fazla akım beslemesi gerektirmediği için oldukça kompakt olabilir. Ayrıca hafif, kolay taşınabilir ve üretimi nispeten ucuz olacaktır.
Kapalı kurşun asit aküler, akım sınırlamalı sabit voltaj şarjı gerektirir. Bekleme modundaki SLA aküler için hücre başına 2,25 V'luk sürekli şarj yeterlidir. Bu potansiyelde, akü aşırı şarj olmaz ve hasar görmeden süresiz olarak bağlı kalabilir. NiCd ve NiMH için eşdeğeri, 0,1°C'de bir gecelik (14 saat) sabit akım şarjıdır. Çoğu SLA ve NiCd hücresi uzun süreli yavaş şarja uygunken, NiMH için hasarı önlemek amacıyla şarj sonlandırılmalıdır.
Ancak, hızlı bir şarj cihazı seçerken dikkate alınması gereken faktörler nelerdir? Çok yüksek hızlı şarj oranları, hücrelerin genel kullanım ömrüne zarar verebilir. Pil üreticilerinin, azalan kullanım ömrü ve gerçekçi şarj döngüleri konusunda uyarıda bulunmaları öncelikli bir husus değildir ve eğer uyarırlarsa, ayrıntılar o kadar net olmayabilir. 2C'ye kadar hızlarda başarılı bir hızlı şarj, şarj döngüsünün tüm aşamalarında pil parametrelerinin akıllıca izlenmesini gerektirir. En yeni nesil akıllı şarj cihazları, koruma devrelerinin ve çalışma sıcaklığı ile temas direncindeki değişikliklerin etkilerini giderebilir. Hızlı şarj cihazlarının temel bir özelliği, aşırı şarj ve ardından sıcaklık ve basınç artışı başlamadan önce şarj oranını otomatik olarak düşürmesidir.
NiCd ve NiMH hücrelerinin şarj özellikleri benzerdir, ancak NiMH şarj sırasında daha fazla ısı üretir ve tepe voltajı daha az belirgindir. Her iki hücre tipinde de çeşitli sabit akım hızlı şarj sonlandırma teknikleri kullanılır. Bunlar arasında tepe voltajına yakın voltaj değişim hızı olan dV/dt; tepe voltajının ötesinde hücre voltajının düşüşü olan -dV; ve tam şarjda hücre sıcaklığı algılama bulunur. Nikel bazlı hücreler için, toplu şarj öncesinde yıpranmış, şekilsiz veya eski hücreleri yeniden biçimlendirme ve koşullandırma devreleri de oldukça tercih edilir. Elbette, tüm bu özelliklerin bir bedeli vardır, ancak bu gelişmişlik seviyesi olmadan hücrelere ciddi hasarlar verilebilir, bu da hem kapasiteyi hem de kullanım ömrünü sınırlayabilir ve güvenlik sorunlarına yol açabilir.
Li-I hücrelerinin şarjı, SLA'ya benzer; her ikisi de akım sınırlamalı sabit voltaj gerektirir. Ancak, Li-I için, şarj cihazının genel koruma için uç nokta akım kesme ve arıza emniyetli bir zamanlayıcı içermesi hayati önem taşır. Her bir uygulamaya özgü gereksinimler nedeniyle, Li-I şarj sistemleri, tasarım sürecinin en erken aşamasında pil takımı tasarımına entegre edilmelidir. Lawtronics'in yeni nesil akıllı Li-I şarj cihazları, pil üreticileri tarafından belirlenen kriterleri karşılar ve çoğu OEM gereksinimine uyacak şekilde yapılandırılabilir.
Pil teknolojisi yavaş ama istikrarlı bir şekilde gelişmeye devam ediyor ve akıllı şarj cihazı tasarımı, kullanıcıya maksimum faydanın sağlanmasını garanti altına alabilir.