Как зарядное устройство определяет что аккумулятор заряжен: «Как понять, что аккумулятор зарядился от зарядного устройства?»

Содержание

«Как понять, что аккумулятор зарядился от зарядного устройства?» — Яндекс Кью

Как работает зарядное устройство для аккумулятора импульсное, обычное? | Voltmarket

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 03-02-2023

Рейтинг статьи: (297)

Содержание

Каждый так или иначе пользуется зарядными устройствами. Для смартфонов, ноутбуков и, конечно же, автомобильных аккумуляторов. Выбор ЗУ для автомобильной батареи иногда превращается в головную боль из-за разнообразия как самих аккумуляторов и технологий их производства, так и, непосредственно, зарядников. Ошибка в выборе может привести к значительному снижению ресурса работы АКБ.

Чтобы при выборе АКБ принять наиболее целесообразное решение, да и просто из интереса, полезно знать, как работает зарядное устройство для аккумулятора. Мы рассмотрим упрощенные схемы, стараясь абстрагироваться от специфической терминологии.

Старый добрый трансформатор

Если вдруг Вам понадобилось зарядить автомобильный аккумулятор, а своего ЗУ нет, наверняка кто-то из знакомых одолжит прибор. И с высокой долей вероятности это будет старый советский, либо самодельный прибор, собранный из комплектующих старой бытовой электроники. Речь идет о простом трансформаторном зарядном устройстве.

Популярность такого ЗУ высока из-за того, что у многих оно до сих пор работает с советских времен, кочуя из поколения в поколение. Подобные приборы работают десятилетия, так как в них попросту нечему ломаться.

Основой служит понижающий трансформатор, преобразующий 220В переменного тока в 12В. Этого не достаточно, чтобы заряжать АКБ, так как переменный ток меняет свою полярность с частотой 50Гц (50 периодов в секунду). Аккумулятор требует подачу постоянного тока, чтобы плюс всегда оставался плюсом. Для этого нужна схема выпрямления. Обычно используется элемент, называемый диодным мостом.

На выходе мы получаем сигнал с той лишь разницей, что все полуволны синусоиды направлены в одну сторону. То есть полярность сигнала уже не изменяется с частотой 50гц. Таким напряжением уже можно заряжать аккумулятор, тем не менее в идеале сигнал следует отфильтровать, добившись графика, близкого к прямой. Делается это при помощи конденсаторного фильтра. Важно лишь учитывать, что после фильтрации среднее значение напряжения будет выше, так как мы избавимся от тех участков, когда полупериод синусоиды стремится к нулевой оси. Как результат, на выходе напряжение может составлять более 15В (на изображениях – выше 220В). Если Вы используете гелевый или AGM аккумулятор, это может быть проблемой, которая в долгосрочной перспективе приведет к преждевременному истощению ресурса АКБ.

На этом моменте можно перейти к решению проблемы, а именно – к импульсным зарядным устройствам.

Импульсный блок питания

Описанное выше ЗУ, по сути, является блоком питания, преобразующим 220В переменного тока в примерно 12В постоянного. Простейшие импульсные зарядники представляют собой нечто похожее, однако с принципиально иным принципом работы.

Здесь в схеме нет никаких громоздких понижающих трансформаторов, так как импульсный блок питания работает с высокочастотными импульсами, что позволяет использовать куда более компактные компоненты.

Описать, как работает импульсное зарядное устройство, игнорируя сложную терминологию, трудно, да и компонентов здесь достаточно много, поэтому максимально упростим описание схемы. В данном случае не происходит понижение сетевого напряжения, в связи с чем громоздкий и тяжелый понижающий трансформатор не нужен. 220В переменного тока поступает на диодный мост, выпрямляется, а затем преобразуется в серию высокочастотных импульсов. Для регулировки напряжения непосредственно само напряжение трогать не надо. Мы можем его настраивать путем изменения скважности (длительности) импульсов. Кратковременные импульсы являются аналогом низкого напряжения, длительные импульсы – высокого. Таким образом, при помощи транзисторов, которые формируют высокочастотные импульсы, мы получаем то напряжение постоянного тока, которое нам надо.

Простейшие импульсные зарядные устройства обычно настроены примерно на 14,4В, поэтому являются куда более безопасными, чем трансформаторные аналоги. Радиолюбители, кстати, любят собирать такие ЗУ из компьютерных блоков питания, избавляясь от лишних компонентов, оставляя лишь 12-вольтовую шину и повышая ее до 14,4В.

Преимущества современного подхода заключаются в компактности схемы и наличии электронных систем защиты. Таким образом, при прочих равных, импульсный блок питания можно назвать более безопасным.

Автоматическое зарядное устройство

Описанное выше – это, напомним, просто блоки питания. Зарядными устройствами их можно назвать лишь потому что они также способны пополнять заряд АКБ. Настоящие же ЗУ – автоматические – не просто подают питание на батарею, а меняют режим в процессе заряда для достижения максимальной эффективности и безопасности. Разнообразие автоматических ЗУ огромно, некоторые осуществляют процесс заряда более чем в 7 стадий, однако в общем случае можно выделить три стадии:

Основной заряд (заряд постоянным током). Аккумулятор заряжается максимально допустимым током. На этой стадии батарея максимально быстро пополняет большую часть емкости. После основного заряда АКБ можно эксплуатировать, однако заряженной она еще не является;
Заряд постоянным напряжением. Когда аккумулятор заряжен примерно на 80%, ток заряда следует значительно снизить, уменьшая его по мере заряда вплоть до нуля. Для этого автоматическое ЗУ переключается в режим заряда постоянным напряжением. На клеммы подается фиксированное напряжение, а ток полностью зависит от степени заряда АКБ.
Чем выше уровень заряда, тем меньше аккумулятор потребляет ток. К концу заряда ток упадет до нуля;
Хранение аккумулятора. Поддерживать максимальное напряжение на клеммах аккумулятора – не лучшая идея. Для хранения оптимальным является 13,2 – 13,7В. Автоматические ЗУ, как правило, после полного заряда АКБ переходят в режим хранения, который подразумевает поддержание на клеммах напряжения из указанного выше диапазона. То есть условное ЗУ ждет, пока напряжение на клеммах в процессе саморазряда упадет с 14,4 до, скажем, 13,2В и поддерживает данный показатель в течение всего хранения. Эти цифры примерные и зависят от конкретной модели.

Ниже представлен пример многостадийной зарядки 6 и 12-вольтовых АКБ на основе зарядного устройства Auto Welle AW05-1204

Таким образом, настоящими зарядными устройствами являются только автоматические, когда как приборы, выдающие фиксированное напряжение – это обычные блоки питания, которые могут применяться как для заряда аккумулятора, так и для работы электроники, требующей на входе 12VDC.

Если Вы хотите обеспечить эффективный заряд и длительный срок службы батареи, рекомендуем выбирать именно автоматические приборы. Благо, рынок полон доступных потребительских моделей.

BU-401: Как работают зарядные устройства?

Хорошее зарядное устройство обеспечивает основу для долговечных и хорошо работающих аккумуляторов. На чувствительном к цене рынке зарядные устройства часто получают низкий приоритет и получают статус «задним числом». Аккумулятор и зарядное устройство должны идти вместе, как лошадь и повозка. При разумном планировании приоритет отдается источнику питания, размещая его в начале проекта, а не после того, как оборудование будет завершено, как это обычно делается. Инженеры часто не подозревают о сложности источника питания, особенно при зарядке в неблагоприятных условиях.

Рисунок 1: Аккумулятор и зарядное устройство должны идти вместе, как лошадь и повозка.
Одно без другого не работает. Зарядные устройства

обычно идентифицируются по скорости зарядки. Потребительские товары поставляются с недорогим персональным зарядным устройством, которое хорошо работает при использовании по назначению. Промышленное зарядное устройство часто изготавливается третьей стороной и имеет специальные функции, такие как зарядка при неблагоприятных температурах. Хотя аккумуляторы работают при температуре ниже нуля, не все химические вещества можно заряжать в холодном состоянии, и большинство литий-ионных аккумуляторов попадают в эту категорию. Батареи на основе свинца и никеля принимают заряд в холодном состоянии, но с меньшей скоростью. (См. BU-410: Зарядка при высокой и низкой температуре)

Некоторые зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов (Cadex) включают функцию пробуждения или «ускорение», позволяющую подзарядить литий-ионный аккумулятор, который «заснул» из-за чрезмерного разряда. Состояние сна может возникнуть при хранении батареи в разряженном состоянии, в котором саморазряд доводит напряжение до точки отсечки. Обычное зарядное устройство считает такой аккумулятор неработоспособным, и аккумулятор часто выбрасывается. Boost применяет небольшой зарядный ток для повышения напряжения до 2,2 В/элемент и 2,9 В/элемент для активации схемы защиты, после чего начинается нормальный заряд. Требуется осторожность, если литий-ионный аккумулятор находится ниже 1,5 В на элемент в течение недели или дольше. Возможно, образовались дендриты, которые могут поставить под угрозу безопасность. (См. BU-802b: Что делает повышенный саморазряд? На рисунке 5 показан повышенный саморазряд после того, как литий-ионный элемент подвергся глубокому разряду. См. также BU-808a: Как разбудить спящий литий-ионный аккумулятор. )

Зарядные устройства на основе свинца и лития работают от постоянного тока постоянного напряжения (CCCV) . Ток заряда постоянен, а напряжение ограничивается, когда оно достигает установленного предела. Достигнув предела напряжения, батарея насыщается; ток падает до тех пор, пока батарея больше не сможет принимать дальнейший заряд, и быстрая зарядка прекращается. Каждая батарея имеет свой порог низкого тока.

Батареи на основе никеля заряжаются постоянным током, и напряжение может свободно повышаться. Это можно сравнить с поднятием тяжестей с помощью резиновой ленты, когда рука продвигается выше груза. Обнаружение полного заряда происходит при наблюдении небольшого падения напряжения после устойчивого роста. Для защиты от аномалий, таких как короткое замыкание или несоответствие ячеек, зарядное устройство должно включать таймер плато, чтобы гарантировать безопасное завершение зарядки, если не обнаружено дельты напряжения. Также следует добавить измерение температуры, которое измеряет повышение температуры с течением времени. Такой метод известен как дельта температуры по дельта времени или dT/dt и хорошо работает с быстрой и быстрой зарядкой.

Повышение температуры является нормальным явлением для аккумуляторов на основе никеля, особенно при достижении 70-процентного уровня заряда. Это вызывает снижение эффективности заряда, и ток заряда следует снизить, чтобы ограничить нагрузку. Когда «готово», зарядное устройство переключается на подзарядку, и батарея должна остыть. Если температура остается выше температуры окружающей среды, зарядное устройство работает неправильно, и аккумулятор следует извлечь, так как слабый заряд может быть слишком высоким.

NiCd и NiMH нельзя оставлять в зарядном устройстве без присмотра на недели и месяцы. До тех пор, пока они не потребуются, храните батареи в прохладном месте и заряжайте их перед использованием.

Батареи на основе лития всегда должны оставаться холодными при зарядке. Прекратите использование аккумулятора или зарядного устройства, если температура поднимется более чем на 10ºC (18ºF) выше температуры окружающей среды при нормальной зарядке. Литий-ионный аккумулятор не может поглощать перезарядку и не получает непрерывного заряда при полном заряде. Нет необходимости извлекать Li-ion из зарядного устройства; однако, если он не используется в течение недели или более, лучше всего поместить его в прохладное место и перезарядить перед использованием.

Типы зарядных устройств

Самым простым зарядным устройством было ночное зарядное устройство, также известное как медленное зарядное устройство. Это восходит к старым никель-кадмиевым дням, когда простое зарядное устройство обеспечивало фиксированный заряд около 0,1C (одна десятая номинальной емкости), пока батарея была подключена. Медленные зарядные устройства не обнаруживают полную зарядку; заряд остается включенным, а полная зарядка разряженной батареи занимает 14–16 часов. При полной зарядке медленное зарядное устройство сохраняет NiCd теплым на ощупь. Из-за пониженной способности поглощать перезаряд NiMH не следует заряжать на медленном зарядном устройстве. Недорогие потребительские зарядные устройства, заряжающие элементы AAA, AA и C, часто используют этот метод зарядки, как и некоторые детские игрушки. Извлекайте батареи, когда они теплые.

Быстрозарядное устройство находится между медленным и быстрым зарядным устройством и используется в потребительских товарах. Время зарядки пустой упаковки составляет 3–6 часов. При заполнении зарядное устройство переключается в режим «готово». Большинство устройств для быстрой зарядки включают измерение температуры для безопасной зарядки неисправного аккумулятора.

Быстрозарядное устройство предлагает несколько преимуществ, очевидным из которых является более короткое время зарядки. Это требует более тесной связи между зарядным устройством и аккумулятором. При скорости заряда 1C (см. BU-402:Что такое C-скорость?), которую обычно использует быстрое зарядное устройство, пустые NiCd и NiMH заряжаются чуть более чем за час. По мере того, как аккумулятор приближается к полному заряду, некоторые зарядные устройства на основе никеля уменьшают ток, чтобы приспособиться к более низкому приему заряда. Полностью заряженный аккумулятор переключает зарядное устройство на непрерывный заряд, также известный как поддерживающий заряд. Большинство современных зарядных устройств на основе никеля имеют уменьшенный подзаряд, что позволяет также использовать NiMH.

Литий-ион имеет минимальные потери во время заряда, а кулоновская эффективность лучше 99 процентов. При 1C аккумулятор заряжается до 70-процентного уровня заряда (SoC) менее чем за час; дополнительное время посвящено заряду насыщения. Li-ion не требует заряда насыщения, как свинцово-кислотный; на самом деле полностью Li-ion лучше не заряжать — аккумуляторы прослужат дольше, но время работы будет чуть меньше. Из всех зарядных устройств литий-ионное самое простое. Никаких ухищрений, обещающих улучшить работу аккумуляторов, не существует, как это часто утверждают производители зарядных устройств для аккумуляторов на основе свинца и никеля. Работает только элементарный метод CCCV.

Свинцово-кислотный аккумулятор нельзя быстро заряжать, и термин «быстрый заряд» является неправильным. Большинство свинцово-кислотных зарядных устройств заряжают аккумулятор за 14–16 часов; все, что медленнее, — это компромисс. Свинцовая кислота может быть заряжена до 70 процентов примерно за 8 часов; важнейший заряд насыщения занимает оставшееся время. Частичная зарядка допустима при условии, что свинцово-кислотный аккумулятор время от времени получает полностью насыщенный заряд для предотвращения сульфатации.

Ток зарядного устройства в режиме ожидания должен быть низким для экономии энергии. Energy Star присваивает пять звезд зарядным устройствам для мобильных телефонов и другим небольшим зарядным устройствам, потребляющим 30 мВт или менее в режиме ожидания. Четыре звезды соответствуют зарядным устройствам мощностью 30–150 мВт, три звезды — 150–250 мВт и две звезды — 250–350 мВт. Среднее потребление составляет 300 мВт, и эти устройства получают одну звезду. Energy Star направлена на снижение потребления тока персональными зарядными устройствами, которые в основном остаются подключенными к сети, когда они не используются. В любой момент времени к сети по всему миру подключено более миллиарда таких зарядных устройств.

Простые рекомендации при покупке зарядного устройства

Зарядка аккумулятора наиболее эффективна, когда его уровень заряда (SoC) низкий. Прием заряда снижается, когда батарея достигает SoC 70% и выше. Полностью заряженная батарея больше не может преобразовывать электрическую энергию в химическую энергию, и заряд должен быть снижен до минимального уровня или прекращен.
Заполнение батареи сверх полного заряда превращает избыточную энергию в тепло и газ. При использовании Li-ion это может привести к отложению нежелательных материалов. Длительная перезарядка приводит к необратимому повреждению.
Используйте правильное зарядное устройство для предполагаемого химического состава батареи. Большинство зарядных устройств обслуживают только одну химию. Убедитесь, что напряжение аккумулятора соответствует зарядному устройству. Не взимайте плату, если они разные.
Номинал батареи в ампер-часах может незначительно отличаться от указанного. Зарядка аккумулятора большего размера займет немного больше времени, чем аккумулятора меньшего размера, и наоборот. Не производите зарядку, если значение ампер-часа отклоняется слишком сильно (более 25 процентов).
Зарядное устройство высокой мощности сокращает время зарядки, но существуют ограничения на скорость зарядки аккумулятора. Сверхбыстрая зарядка вызывает стресс.
Свинцово-кислотное зарядное устройство должно переключаться на плавающий заряд при полном насыщении; зарядное устройство на основе никеля должно переключаться на подзарядку при заполнении. Литий-ионный аккумулятор не может поглощать перезарядку и не получает непрерывного заряда. Поддерживающий и плавающий заряды компенсируют потери, вызванные саморазрядом.
Зарядные устройства должны иметь блокировку температуры для прекращения зарядки неисправного аккумулятора.
Следите за температурой заряда. Свинцово-кислотные батареи должны оставаться теплыми на ощупь; Аккумуляторы на основе никеля нагреваются к концу заряда, но должны остыть в состоянии готовности. Литий-ионный аккумулятор не должен нагреваться более чем на 10ºC (18ºF) по сравнению с температурой окружающей среды при достижении полного заряда.
Проверьте температуру аккумулятора при использовании недорогого зарядного устройства. Извлеките батарею, когда она нагреется.
Заряжайте при комнатной температуре. Прием заряда падает в холодном состоянии. Литий-ион нельзя заряжать ниже точки замерзания.

Аккумуляторы в портативном мире

Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », которое можно заказать на Amazon. .ком.

Как зарядное устройство для литиевых батарей узнает, что батарея полностью заряжена?

Перейти к основному содержанию

Лоис Чжан

Соучредитель YDCharge | Возобновляемая энергия | Электрическая мобильность | Устойчивая инфраструктура

Опубликовано 3 апреля 2020 г.

+ Подписаться

Как зарядное устройство для литиевых батарей узнает, что батарея полностью заряжена? Зарядное устройство для литиевых батарей определяет, завершена ли зарядка, определяя зарядный ток и напряжение. Наряду с защитой мобильного телефона от перезарядки убедитесь, что литиевая батарея вашего мобильного телефона не перезаряжается. Поэтому важно купить зарядное устройство для литиевых батарей хорошего качества!

Во-первых, убедитесь, что зарядное устройство для литиевых батарей подходит для заряжаемого устройства. Согласование напряжения и согласование тока. Соответствие напряжения очень важно. Индикатор тока зарядного устройства определяет время зарядки. Чем выше показатель тока, тем быстрее скорость зарядки;

Второй – более расхожее суждение, что цвет индикатора зарядного устройства или лампочки на приборе меняется с красного на зеленый, что свидетельствует о его заполнении.

Кроме того, это немного профессиональный, который заключается в измерении напряжения электрических приборов. Мощность аккумулятора разная. Напряжение на клеммах разное. Чем меньше мощность, тем ниже напряжение. Нижний предел полной зарядки, вероятно, таков: например, в мобильном телефоне используется литиевая батарея, а диапазон рабочего напряжения составляет 3,7 ~ 4,2 В; предполагается, что мощность делится на три части: когда напряжение литиевой батареи составляет 3,7 ~ 3,8 В, батарея разряжена и сигнализация мощности; При ~ 3,9В, одно деление; когда напряжение литиевой батареи измеряется от 3,9 до 4,1 В, отображаются две сетки; когда напряжение батареи измеряется от 4,1 до 4,2 В, отображается полная сетка.

Зарядное устройство хорошего качества определяет, полностью ли оно заряжено, измеряя напряжение и силу тока. Однако, если это некачественное зарядное устройство, скорее всего, этого не произойдет. Он полностью заряжается за счет защиты от перегрузки по току и перенапряжения самой литиевой батареи. Аккумулятор автоматически отключит ток, пока не обнаружит перенапряжение, а затем сообщит вам, что зарядка завершена.

Как зарядное устройство определяет что аккумулятор заряжен: «Как понять, что аккумулятор зарядился от зарядного устройства?» — Яндекс Кью