""

Технология струйного заряда аккумулятора

Содержание

Технология струйного заряда аккумулятора

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Журналы, книги, сборники
▪ Архив статей и поиск
▪ Схемы, сервис-мануалы
▪ Электронные справочники
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Голосования
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать – советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

БЕСПЛАТНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА

В нашей Бесплатной технической библиотеке Вы можете бесплатно и без регистрации скачать статью Технология струйного заряда аккумулятора системы хранения данных.

Воспользуйтесь поиском по Архиву, чтобы узнать, в каком журнале опубликована статья Технология струйного заряда аккумулятора системы хранения данных. В результатах поиска запишите название журнала, год и номер. Затем нажмите на ссылку “скачать в Бесплатной технической библиотеке” и бесплатно скачайте архив с нужным Вам номером.

Для быстрого бесплатного скачивания можно сразу перейти в нужный раздел Библиотеки.

Поиск по книгам, журналам и сборникам:

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

Технология струйного заряда аккумулятора

Свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в источниках бесперебойного питания устройств хранения информации при эксплуатации подвержены быстрому износу и преждевременному выходу из строя. Причиной является кристаллизация пластин, межэлектродные замыкания дендроидными отложениями на поверхности пластин, сульфатация.

Ёмкость и срок службы аккумуляторных батарей зависит от режима работы зарядного устройства, метода зарядки.

Прежде чем рассматривать желаемый режим заряда аккумулятора, следует проследить процесс разряда аккумулятора и причины его преждевременного выхода из строя.

Как правило разряд аккумулятора в системах бесперебойного питания в процессе эксплуатации происходит очень редко и на время в несколько минут, достаточного для вывода системы хранения данных из режима работы, для устранения сбоя. В винчестерах компьютеров за это время считывающая головка возвратится в исходное состояние, в ином случае могут быть испорчены загрузочные сектора и рабочая информация. В последующем потерянную информацию возможно частично восстановить, а полное использование жёсткого диска будет невозможным.

Отсутствие разрядной характеристики в работе аккумулятора приводит к его преждевременному выходу из строя.

Аккумуляторы в бесперебойных системах диагностируются внутренней схемой на соответствие напряжения на аккумуляторе заданным параметрам, при наличии сетевого напряжения устройство бесперебойного питания автоматически переводит питание нагрузки от сети. При потере питания сети устройство должно перейти в режим преобразования энергии аккумулятора в напряжение близкое по параметрам сетевому питанию.

Внешняя диагностика аккумулятора бесперебойного питания после эксплуатации подтверждает наличие высокого внутреннего сопротивления – ввиду высокой кристаллизации, высокий саморазряд при внутреннем замыкании пластин, вызванный сульфатацией. Высокое напряжение на электродах диагностируется внутренней схемой как полный заряд и аккумулятор далее не заряжается. Повышение напряжения заряда приводит к увеличению выделения тепла. Снижение ёмкости аккумулятора вызвано нерабочей сульфатацией поверхности пластин, ток нагрузки не в состоянии выйти из внутренних слоёв пористой структуры пластин аккумулятора и напряжение на выходе при нагрузке недопустимо падает, приводя к сбою в работе источника бесперебойного питания.

Небольшой расход энергии на выводе систем хранения информации из рабочего состояния не требует установки мощных автомобильных аккумуляторов, а для восполнения использованной энергии аккумулятора, мощных зарядных устройств.

Для зарядки аккумулятора и поддержания его в рабочем состоянии следует применить зарядное устройство с использованием двух методов зарядки : быстрого заряда и струйного (компенсационного) заряда.

Метод медленного заряда применяемый при зарядке аккумуляторов сотовых телефонов в данной ситуации неприемлем, как и на сотовых телефонах он приводит к кристаллизации пластин и выходу аккумулятора в неожиданный момент.

Батарея аккумулятора при этом методе не заряжается до конца или перегревается, с тепловым разрушением пластин. Системы хранения данных эксплуатируются более суток и аккумуляторы в устройствах поддержания напряжения должны находится в режиме дежурного подзаряда также продолжительное время.

Одной из причин выхода из строя аккумулятора является заряд постоянным током при отсутствии небольшого разрядного тока и отсутствия цикличности в режиме заряда. При разрядном токе ионы свинца успевают восстановиться до аморфного состояния с осаждением на поверхность пластин. В перерывах импульсов зарядного тока снижается температура аккумулятора.

Заряд аккумуляторов закрытого типа с гелиевым наполнителем должен отвечать следующим параметрам : ограничение напряжения заряда с целью снятия перезаряда и нагрева, автоматическое ограничение зарядного тока в начальный период быстрого заряда – это защитит регулятор тока от перегрузки и перегрева, а элементы аккумулятора от недопустимой величины зарядного тока, реализация струйного подзаряда импульсным током коротким по времени и амплитудой не ниже рекомендуемого изготовителем тока заряда. Среднее значение зарядного тока не превышает 0,05 С, где С – ёмкость аккумулятора.

Использование цикличности тока для регенерации пластин позволит поддерживать аккумулятор в рабочем состоянии сколько угодно долго. За короткое время снижается в десятки раз внутреннее сопротивление аккумулятора, восстанавливается ёмкость и рабочее напряжение.

Режим быстрого заряда характеризуется следующими параметрами:
Время заряда 1-2 часа, это достаточно для восстановления ёмкости аккумулятора, после аварийного включения бесперебойного питания, ток заряда 0,2-0,3 С, степень заряда батареи 100%.Полного отключения заряда не происходит – он переходит при достижении напряжения конца заряда в буферный режим струйного подзаряда. Конечное напряжение аккумулятора указано в паспорте или на корпусе, к примеру для аккумулятора Champion 12 Вольт 7 А/ч, установленный в устройство бесперебойного питания типа «АРС», составляет 13,3 -13,8 В при 20 градусах температуры корпуса. Характеристика зарядного тока крутопадающая – с повышением напряжения на аккумуляторе ток заряда падает приближаясь к минимальному значению в 0,03 -0,05 С – режиму струйного подзаряда. При отсутствии отключений электросети аккумулятор в заряженном состоянии может находиться сколько угодно долгое время в режиме ожидания. При технологии струйной подзарядки компенсируется расход ёмкости аккумулятора на поддержание работы схемы в дежурном режиме и саморазряд. Стабилизация напряжения заряда отрицательной обратной связью с аккумулятора на генератор импульсов зарядного тока позволяет поддерживать режим заряда в автоматическом режиме.

Характеристики зарядного устройства:
Напряжение сети 220 Вольт.
Максимальный ток заряда 650 мА.
Напряжение заряда 13,8 Вольт.
Аккумулятор 12 Вольт 1- 7а/ч.
Ток быстрого заряда 350-450 мА.
Ток струйного подзаряда 30- 40 мА.
Разрядный ток 22 мА.
Время заряда 1-2 часа.
Время подзаряда непрерывно.
Время аварийного режима 10-30 минут.
Мощность нагрузки 50 ватт.

В схему источника бесперебойного питания входит импульсное зарядное устройство, в котором постоянный зарядный ток преобразуется с помощью генератора на таймере в последовательность импульсов, а паузы между импульсами положительной полярности заполнены постоянным разрядным током отрицательной полярности. Аккумулятор нагружен разрядным током и во время зарядки, который используется для индикации подключения аккумулятора в схему.

Преобразователь тока выполнен на ключах полевых транзисторах с управлением от генератора сетевой частоты. При отсутствии сетевого напряжения выработанное преобразователем напряжение сетевой частоты и уровня поступает через реле на нагрузку, при наличии сетевого напряжения оно через контакты включенного в сеть реле поступает на нагрузку без преобразований.

В устройстве имеется световая индикация включения, полярности подключения аккумулятора, индикатор высокого напряжения и зарядки. Звуковой датчик указывает на отсутствие сетевого напряжения и предупреждает о принятии мер по выводу системы хранения информации из рабочего режима за короткое время по программе.

Аналоговый таймер DA1 (Рис.1) вырабатывает импульсы стабильной частоты в режиме автогенератора. Процесс заряд – разряда времязадающего конденсатора С1 будет проходить циклически, время заряда зависит от значения резистора R2 – Т1 =0.69 С1R2, время разряда более продолжительно T2 = 0.69C1 (R3+R4).

Полный период импульса равен Т=Т1+Т2. Частота автогенератора зависит от значения элементов R2,R3,R4, C1 – F=1/T. Скважность зависит от рабочего периода импульса D=T1/T. При снижении времени разряда уменьшением значения резистора R2 скважность увеличивается.

Диод VD1 формирует короткий импульс зарядного тока.
Резистор R3 позволяет установить ток заряда в соответствии с паспортными данными аккумулятора.
Питание таймера выполнено от аналогового стабилизатора DA2, диод VD2 позволяет защитить таймер и стабилизатор от неправильной полярности аккумулятора.

Напряжение таймера выбрано исходя из напряжения питания микросхемы DD1 –генератора преобразователя напряжения батареи питания.
Конденсаторы С2,С3,С4,С5 снижают уровень помех по цепям питания.

После подачи питания на таймер DA1 и внешние цепи конденсатор С1 начнёт заряжаться по экспоненте до напряжения 2/3 Un за время Т1, после чего внутренний компаратор таймера по входу 6 DA1 переключит внутренний триггер в противоположное состояние, откроется внутренний разрядный транзистор по выводу 7 DA1, конденсатор С1 начнёт разряжаться до уровня 1/3 Un за время Т2.

Читайте также:  Разделительный фильтр-кроссовер для автомобильного сабвуфера

Зарядка аккумулятора произойдёт по такому же сценарию.
Вывод 5 в микросхеме таймера DA1 позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3 напряжения питания, являющейся опорной для работы верхнего компаратора. Использование данного вывода позволяет менять этот уровень для получения модификаций схемы, в данном случае, для установки выходного напряжения заряда на аккумуляторе GB1. В качестве ключевого переключателя тока в схему введён полевой транзистор N – типа, импульсы с выхода 3 таймера через резистор R5 поступают на затвор транзистораVT1, транзистор открывается и ток заряда с выпрямителя питания VD3 через ограничительный резистор R10 и предохранитель FU1 поступает на аккумулятор GB1. Индикатор HL3 указывает короткими световыми импульсами о процессе заряда аккумулятора, отсутствие свечения предупреждает об обрыве в цепи заряда аккумулятора или неисправном транзисторе VT1.

Наличие питания таймера DA1 индицируется светодиодом HL1 жёлтого свечения.
Светодиод HL2 в параллельном соединении с аккумулятором выполняет три обязанности, индицирует зелёным свечением правильную полярность подключения аккумулятора GB1 и является цепью разряда аккумулятора с током до 20 мА. При красном свечении светодиод указывает на аварийное состояние или неправильной полярности подключения аккумулятора в схему.

Напряжение отрицательной обратной связи с положительной шины аккумулятора через ограничительный резистор R7 и установочный резистор R8 подаётся на управляющий электрод регулируемого параллельного стабилизатора напряжения DA3 – интегральный аналог стабилитрона, способного формировать регулируемое образцовое
напряжение на выводе 5 таймера DA1.При повышении напряжения на аккумуляторе управляемый стабилитрон открывается и изменяется напряжение стабилизации.
Снижение напряжения на катоде (вывод 3 DA3 ) приводит к снижению напряжения в точке 5 DA1 прямого доступа делителя с уровнем 2/3 Un, что приведёт к повышению частоты генератора на таймере DA1 и снижению напряжения и зарядного тока аккумулятора GB1.

Пропадание сетевого напряжения вызывает отключение реле К1 с переключением контактов К1.1 и К1.2. Первые разрешают работу генератора на микросхеме DD1 подавая на вход R (вывод 5 DD1) низкого уровня, после запуска генератора на выходах T1 и Т2 сформируются прямоугольные импульсы частотой 50 Герц. Импульсы сдвинуты по фазе на четверть периода. Для преобразования импульсов прямоугольной формы в близкие к форме синусоиды на выходе трансформатора Т2 установлен конденсатор С7. Газоразрядный индикатор HL3 указывает на наличие высокого напряжения.

Применение полевых транзисторов не требует установки мощных радиаторов.
Большая часть радиодеталей схемы установлены на печатной плате, остальные закреплены в корпусе, использованном от блока питания компьютера. Бюджетный вентилятор В1 используется по прямому назначению.

Как заряжать Ni-Cd аккумуляторы — правила заряда и разряда батареи

Как заряжать Ni-Cd аккумуляторы — предназначение батарей

NiCad и NiMH аккумуляторы являются одними из самых сложных аккумуляторов для зарядки. В то время как с ионно-литиевыми и свинцово-кислотными батареями вы можете контролировать перезарядку, просто устанавливая максимальное зарядное напряжение, никелевые батареи не имеют напряжения «заряда на поплавке». Таким образом, зарядка основана на протекании тока через аккумулятор. Напряжение для этого не зафиксировано в камне, как для других батарей.

Это делает эти элементы и батареи особенно трудными для параллельной зарядки. Это потому, что вы не можете быть уверены, что каждая ячейка или пакет имеют одинаковое сопротивление и поэтому некоторые из них будут потреблять больше тока, чем другие, даже когда они заполнены. Это означает, что вам нужно использовать отдельную цепь зарядки для каждой строки в параллельном блоке или балансировать ток каким-либо другим способом, например, используя резисторы такого сопротивления, что оно будет доминировать в управлении током.

Особенности использования

Эффективность кулонометрической зарядки никель-кадмия составляет около 83% для быстрой зарядки (от C / 1 до C / 0,24) и 63% для зарядки C / 5. Это означает, что в C / 1 вы должны использовать 120 ампер-часов на каждые 100 ампер-часов, которые вы получаете. Чем медленнее вы заряжаете, тем хуже становится. В С / 10 это 55%, в С / 20 он может получить менее 50%. (Эти цифры только для того, чтобы дать вам представление, производители батарей отличаются).

Когда заряд завершен, кислород начинает генерироваться на никелевом электроде. Этот кислород диффундирует через сепаратор и реагирует с кадмиевым электродом с образованием гидроксида кадмия. Это вызывает снижение напряжения элемента, которое можно использовать для определения конца заряда. Этот так называемый минус дельта V / дельта t удар, который указывает на конец заряда, гораздо менее выражен в NiMH, чем NiCad, и очень сильно зависит от температуры. Многие из перечисленных здесь зарядных устройств используют сложный алгоритм, который использует -deltaV для точной зарядки пакетов NiMH и NiCad.

Никель кадмиевые аккумуляторы правила эксплуатации и зарядки

Производители никель-кадмиевых аккумуляторов не полностью форматируют свои аккумуляторы перед отправкой, чтобы при хранении они не ухудшались. В результате лучше всего дать новым батарейкам медленный заряд перед использованием. Обычно это занимает от 15 до 24 часов. Это гарантирует, что каждый элемент имеет одинаковый уровень заряда, так как саморазряжается с разной скоростью во время транспортировки.

Кроме того, установлено, что производительность новых элементов достигает оптимального значения только после ряда циклов зарядки / разрядки. Обычно элементы должны достигать своего определенного уровня производительности после пяти-десяти циклов разрядки.

Помимо этого, пиковая емкость может быть достигнута после примерно 100 или более циклов зарядки-разрядки, после которых производительность начнет падать.

Это предполагает, что никель-кадмиевые батареи заряжаются и разряжаются требуемым образом, и они не подлежат злоупотреблению.

Как продлить срок работы

Как правильно разряжать батарею

Независимо от того, используется ли медленная или быстрая зарядка, необходимо следить за тем, чтобы ни один из элементов NiCd не перезаряжался. Поэтому необходимо уметь определять конец заряда. Есть несколько методов достижения этого.

  • Базовое зарядное устройство: некоторые базовые зарядные устройства NiCd, которые можно купить, просто заряжают около C / 10. Они не включают в себя таймер и предполагают, что пользователь снимает зарядку, когда заряжается элемент. Этот режим не совсем удовлетворителен, так как ячейки будут перегружены, если пользователь забудет и в результате получит повреждение. Также нет возможности узнать точное состояние зарядки перед началом зарядки.
  • Истекшее время / таймер: некоторые из самых основных зарядных устройств предполагают, что элементам потребуется полная зарядка, и, зная их емкость, им можно дать заряд в течение заданного времени. Это простой способ зарядки никель-кадмиевых элементов и аккумуляторов. Одним из основных недостатков этой формы прекращения зарядки является то, что предполагается, что все батареи полностью разряжены до того, как их зарядить. Чтобы обеспечить разрядку аккумуляторов, зарядное устройство может поместить элемент в цикл разрядки.Это не особенно точный метод перезарядки батарей и элементов, потому что количество заряда, которое они могут удерживать, изменяется в течение их полезного срока службы. Однако это лучше, чем отсутствие какой-либо формы прекращения заряда.
  • Подпись напряжения: Подпись напряжения Зарядные устройства NiCd используют подпись напряжения никель-кадмиевого элемента, чтобы определить, где он находится в пределах своего цикла зарядки.Обнаружено, что, когда никель-кадмиевая батарея полностью заряжена, наблюдается небольшое падение напряжения на клеммах. Микропроцессорные зарядные устройства способны контролировать напряжение и определять точку полной зарядки, когда они прекращают процесс зарядки.Эту форму прекращения заряда NiCd часто называют отрицательным дельта-напряжением, NDV. Он обеспечивает наилучшую производительность при быстрой зарядке, поскольку отрицательная точка дельта-напряжения более очевидна при использовании быстрой зарядки.
  • Повышение температуры. Метод определения времени окончания быстрой зарядки – это метод измерения температуры. Проблема в том, что это неточно, потому что ядро ячейки будет иметь гораздо более высокую температуру, чем периферия. Для нормальных скоростей зарядки скорость повышения температуры может быть недостаточной для точного определения.

До какого уровня надо разряжать

Когда батарея достигает конца заряда, кислород начинает образовываться на электродах и рекомбинировать на катализаторе. Эта новая химическая реакция создает тепло, которое можно легко измерить с помощью термистора. Это самый безопасный способ определения конца заряда во время быстрой зарядки. Этот метод часто используется с многоэлементными батареями , а в зарядных устройствах на 20, 30 и 40 батарей здесь используется термистор.

Зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов должны отключать заряд, когда температура превышает максимальную температуру зарядки, обычно 45 градусов C для контролируемой быстрой зарядки и 50 градусов C для быстрой или быстрой зарядки в течение ночи.

Как часто надо производить разрядку

В отличие от свинцово-кислотных элементов, NiCad заряжаются с использованием источника постоянного тока. Их внутреннее сопротивление таково, что, если бы использовалось постоянное напряжение, они потребляли бы чрезмерно большие токи, которые могли бы повредить ячейки.

Обычно клетки заряжаются со скоростью около C / 10. Другими словами, если их емкость составляет 1 ампер-час, они будут заряжаться со скоростью 100 мА. Время зарядки обычно превышает десять часов, потому что не вся энергия, поступающая в элемент, преобразуется в накопленную электрическую энергию.

Обнаружено, что во время первой стадии зарядки, до примерно 70% полной зарядки, процесс зарядки эффективен почти на 100%. После этого он падает.

Как заряжать никель-кадмиевые аккумуляторы

Иногда оборудование с использованием никель-кадмиевых элементов требует использования методов быстрой зарядки.

Как правило, зарядка происходит со скоростью около C. Однако необходимо убедиться, что зарядка NiCd работает правильно, и зарядка прекращается сразу после завершения зарядки.

Поскольку эффективность зарядки составляет почти 100% вплоть до примерно 70% полной зарядки, полная скорость зарядки поддерживается вплоть до этой точки, после чего скорость зарядки уменьшается по мере повышения температуры по мере снижения эффективности зарядки.

Важно! Обнаружено, что быстрый заряд для NiCd-элементов также повышает эффективность заряда. При скорости зарядки 1C общая эффективность зарядки стандартного NiCd составляет около 90%, а время зарядки составляет чуть более часа.

Условия зарядки для новых аккумуляторов

Ni cd аккумуляторы как заряжать?

Обычно в качестве температуры отсечки используется температура 50 ° C. Хотя короткий период выше температуры 45 ° C может быть приемлемым, если температура способна быстро падать, любой длительный период, равный или превышающий это, приводит к ухудшению состояния ячейки.

Более быстрые зарядные устройства, использующие более продвинутые методы, стали доступны для быстрых зарядных устройств. Основываясь на микропроцессорной технологии, они способны определять скорость изменения температуры. Обычно прекращение зарядки происходит, когда достигается скорость повышения температуры на 1 ° C в минуту или достигается предельная заданная температура (часто между 50 ° C и 60 ° C).

Определение скорости повышения температуры важно, потому что оно определяет, когда элемент полностью заряжен и энергия, поступающая в элемент, не преобразуется в накопленную энергию за счет потери тепла.

Одним из недостатков этого метода является то, что никель-кадмиевые элементы или батареи, вставленные в зарядное устройство, чувствительное к температуре, которое, вероятно, является быстрым зарядным устройством, могут вызвать опасную перезарядку, если батарея вставляется без полной разрядки, как в случае, если кто-то хочет чтобы убедиться, что батарея заряжена.

Напряжение зарядки

Часто необходимо держать NiCd-элементы и батареи в полном заряде и преодолевать любой саморазряд элемента с течением времени, который делает их непригодными для немедленного использования.

После полной зарядки можно поддерживать NiCd в состоянии полной зарядки путем подачи капельной зарядки. Этого струйного заряда можно безопасно достичь путем подачи небольшого тока на элемент или элементы на уровне примерно от 0,05 до 0,1 С. Этого необходимо достичь, используя источник тока, поскольку фактическое напряжение элементов может изменяться в зависимости от температуры.

Читайте также:  Особенности приема сигналов с круговой поляризацией

Ток заряда

Часто к элементу или элементам может быть приложен намного более высокий заряд струйки, что может привести к перегреву и некоторому повреждению.

даже при том, что часто требуется держать элементы или батареи перезаряжаемыми, чтобы гарантировать, что они готовы к работе, если срок службы батареи имеет значение, не стоит оставлять никель-кадмиевые элементы на подзарядке более чем на несколько дней. Гораздо лучше снять их и перезарядить перед использованием.

Зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

Схема устройства выглядит так:

Трансформатор Т1 снижает сетевое напряжение до 7-12 В, которое после стабилизируется импульсным элементом ализованным на транзисторах Т1-Т4 на уровне 4,9В. При одновременной зарядке четырех аккумуляторов стабилизатор получается ток примерно 1 А, но благодаря импульсному режиму работы теплоотводы транзисторам не нужны.

Технические параметры

  • сопротивление R5 в пределах сотен Ом;
  • напряжение стабилизации 4,9В;
  • стабильность напряжения, при изменении нагрузки от 20 мА до 1 А;
  • верхний предел тока 0,5 А;
  • нагрев транзистора не более 50-60oС;
  • зарядный ток 200 мА.

Разновидности по типу зарядки

Выделяют два типа:

  1. Автоматические. Такие устройства сами выбирают ток и длительность, нужно только указать параметры аккумулятора.
  2. Реверсивные импульсные. Все настраивается вручную, что иногда может ускорить процесс, а иногда и сильно замедлить.

Для новичков и тех, кто не занимается профессионально, рекомендуется именно автоматические варианты.

Как пользоваться устройствами, инструкция

  1. Замерить мультиметром заряд аккумулятора.
  2. Если он ниже 20%, можно приступать к зарядке.
  3. Установить аккумулятор на позицию заряда.
  4. Выбрать режим, длительность, ток, сопротивление.
  5. Дождаться окончания зарядки.
  6. Протестировать, замерив мультиметром.

Некоторые аккумуляторы можно заряжать без вреда, даже если заряд выше 20%.

Неправильная зарядка, её последствия

При неправильной зарядке батарея будет разряжаться намного быстрее, а так же будет иметь пониженную емкость из-за того, что контакты и проводники будет работать некорректно и окислится раньше задуманного производителем срока.

Быстрая и безопасная зарядка аккумуляторов

Любой радиолюбитель умеет быстро зарядить аккумуляторную батарею, но может ли он сделать это без риска взрыва, чрезмерного перегрева или фатального повреждения, сокращающего срок службы батареи?

Многие компании владеют технологиями быстрого заряда батарей, в основе которых, как правило, лежит использование специальных алгоритмов. Эти алгоритмы основаны на учете химического состава батареи и использовании некоторых нестандартных режимов заряда. Сегодня многие производители оборудования и операторы беспроводной связи дают на смартфоны не менее двух лет гарантии, устанавливая ресурс аккумулятора равным 800 циклам перезаряда.

Я видел достаточно много, если не все, опубликованные производителями результаты тестов ускоренной зарядки популярных типов аккумуляторов. Одним их таких производителей является Chargetek. Эта компания, совместно с Potential Difference, сумела за 25 минут безопасно вернуть в батарею 51% ее заряда. Их методика основывается на уже апробированных патентах, химических анализах и подтвержденных всесторонними испытаниями наиболее важных аспектах технологии быстрого заряда.

Технология компании применима к широкому диапазону батарей, от литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650 до батарей емкостью 20,000 А·ч. Эта технология подходит и для свинцовых аккумуляторных батарей, таких, например, как Absorbent Glass Mat, а также для необслуживаемых герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов. Методику можно использовать и для быстрой зарядки литий-кобальтовых или литий-железо-фосфатных аккумуляторов.

Я общался с Лу Жозефом (Lou Josephs), генеральным директором Chargetek, и мы обсуждали необходимость адаптации их программного обеспечения под приложение каждого потребителя. Одним из важных достоинств их запатентованного и проверенного алгоритма является то, что они способны одним зарядным устройством заряжать два больших батарейных блока. Каждый блок может иметь независимое регулирование.

Одновременная зарядка

Жозеф объяснил, как это работает:
Зарядное устройство имеет два порта, по одному на каждых блок батарей. Блок 1 и блок 2 поочередно заряжаются и разряжаются. На Рисунке 1 кривая напряжения обозначена зеленым цветом, кривая тока заряда красным, а разряда – фиолетовым.

Нарастание напряжения происходит при заряде. Спад характеристики показывает уменьшение напряжения при разряде. Плоская область соответствует периоду покоя в цикле заряда. Благодаря запатентованному алгоритму амплитуда положительного тока заряда может в 3-4 раза превышать значения, используемые в обычных зарядных устройствах.

Рисунок 1.Батарея 1 и Батарея 2 поочередно заряжаются и разряжаются.
На рисунке кривая напряжения обозначена зеленым цветом,
кривая тока красным и кривая тока разряда –
фиолетовым цветом.

Принятый в качестве промышленного стандарта метод расчета тока заряда базируется на емкости батареи, измеряемой в ампер-часах (A·ч) и обозначаемой буквой С. Например, если емкость аккумуляторной батареи равна 500 А·ч, то зарядный ток должен лежать в пределах C/3 … C/5, что в результате дает диапазон токов заряда 100 … 170 А. Эти величины могут различаться в зависимости от характеристик конкретной батареи.

Для этого конкретного случая ток заряда был бы установлен равным 2С (1000 А), что при рабочем цикле 50% соответствует емкости С или 500 А. Ток разряда слегка уменьшает это значение. В результате время заряда составило бы примерно 1.1 час. Это в 2-3 раза быстрее того, что достижимо с обычным зарядным устройством. При использовании обычного зарядного устройства ток заряда будет ограничен максимальным значением C/3 или 170 А.

С учетом того, что одно зарядное устройство используется для двух батарей, экономия в стоимости может быть весьма существенной. В дополнение к этому, одновременно могут заряжаться, как минимум, два блока батарей. В целом, наше устройство может заряжать в четыре раза больше батарей, чем обычное зарядное устройство.

Ограничения для батарей во время цикла заряда

В процессе заряда батарей необходимо учитывать три ограничения:

  1. Максимальное напряжение батареи
  2. Максимальная температура батареи
  3. Максимально допустимый ток заряда

Превышение любого из этих параметров может привести к недозаряду, перезаряду, перегреву или физической деградации батареи. Задача заключается в том, чтобы обеспечивать прием максимально возможного заряда, пока идет нарастание тока заряда.

Обычные методы заряда большим током могут вызвать концентрационную и электрохимическую поляризацию.

Задача

Чтобы за 25 минут вернуть 51% заряда в батарею емкостью 3000 мА·ч (71% общей емкости), потребуется средний ток 3.7 А:

Средний ток = 51% × емкость в А·ч × (60 мин/25 мин) = 3.7 А.

Средний ток, рекомендуемый производителем, составляет 0.883 А.

Каким образом алгоритм компании Chargetek позволяет обеспечить необходимый ток, соблюдая требования безопасности и не снижая срока службы аккумулятора?

Их алгоритм обходит физические ограничения батареи:

  • Уменьшает электрохимическую поляризацию за счет регулярных периодов отдыха, позволяющих ионам равномерно распределиться между двумя электродами;
  • Концентрационная поляризация устраняется путем использования сравнительно коротких обратных импульсов, предшествующих импульсу заряда или следующих за ним;
  • Температура, напряжение и количество принимаемого заряда постоянно контролируются, и на основе этой обратной связи производится постоянная коррекция алгоритма зарядки.

Алгоритм

Снижая тепловыделение и электрохимическую поляризацию во время заряда, алгоритм Chargetek позволяет выполнять зарядку исключительно высокими токами (Рисунок 2).

Рисунок 2.Временная диаграмма критических параметров.

Технология ускоренной зарядки компании Chargetek базируется на трех основных принципах:

  1. Пульсирующий ток заряда:
    Амплитуда (IC) и продолжительность (tC) обозначены красным цветом. Типовым режимом является ток заряда, в 2-3 раза превышающий емкость батареи в ампер-часах.
  2. Пульсирующий ток разряда:
    Амплитуда (ID) и продолжительность (tD) изображены синим цветом. Величина этого тока равна току заряда или превышает его. Продолжительность рассчитывается относительно тока заряда.
  3. Время покоя:
    Ток батареи равен нулю (tR).

На протяжении всего процесса зарядки температура батареи и степень ее изменения, напряжение и ток постоянно контролируются и регулируются под управлением разработанного Chargetek программного пакета PDI. Параметры алгоритма подстраиваются в режиме реального времени во время зарядки.

Сфера применения

Запатентованная Chargetek технология ускоренного заряда батарей является ключом к росту рынков электромобилей и смартфонов, ноутбуков, электроинструмента и других устройств, которым необходимо автономное питание, позволяя без перегрева заряжать уже существующие батареи в течение нескольких минут.

Конкурентные преимущества:

  1. Зарядные станции для электромобилей требуют быстрого заряда аккумуляторов, соизмеримого с временем обычной заправки бензином. 20 минут, которые может предложить Chargetek – уже близко к этой цели, учитывая, что лучшие современные технологии обеспечивают зарядку за 40 минут.
  2. 95% промышленных автопогрузчиков вынуждены между сменами менять батареи, вес которых может достигать 1 тонны, поскольку, хотя альтернативные устройства быстрого заряда и позволяют перезарядить аккумулятор за 3.5 часа, их использование сопровождается перегревом, повреждением батареи и выделению опасных веществ. Chrgetek решает эти проблемы, позволяя экономить до 75% на ускоренной промышленной зарядке и удвоить доход зарядных станций автомобилей.
  3. Владельцы мобильных телефонов, ноутбуков и электроинструментов нередко вынуждены часами ожидать зарядки своего устройства. Технология Chargetek позволяет решить эту проблему, заряжая устройство за 20 минут от обычной сетевой розетки с напряжением 110 В.

Перевод: Алексей Ревенко по заказу РадиоЛоцман

Типы быстрых зарядок и нюансы используемых кабелей

Современные смартфоны потребляют намного больше энергии, чем их предшественники: больше быстродействие, больше экран, больше памяти, GPS, Bluetooth, Wi-Fi. Все это прекрасно, однако емкости аккумуляторов за прогрессом не поспевают. В результате многие современные смартфоны держат заряд не более суток. Рано или поздно вы забываете поставить вечером гаджет на зарядку, а утром понимаете, что через 15 минут выходить из дома, а заряда — «на донышке». Что делать? Бежать покупать портативный аккумулятор или можно что-то сделать за эти 15 минут?

Как долго должен заряжаться аккумулятор?

Так получилось, что USB стал стандартом для зарядных устройств всех гаджетов. Но разрабатывался этот стандарт, во-первых, давно, во-вторых, совсем не для этого.

Стандарт USB был разработан еще в 1996 году. Устройства тех лет, питающиеся от разъема USB, зачастую не имели контроллеров питания и могли просто сгореть, получив большой ток. Поэтому в стандарте вплоть до версии 2.0 максимальный ток составлял 500 мА, поэтому заряда смартфона с батарейкой емкостью в 3000 мАч требовалось 7-8 часов, хотя сам аккумулятор вполне мог бы потреблять 1,5 А и зарядиться за 2-3 часа.

Именно поэтому зарядка, идущая в комплекте с гаджетом, зачастую заряжает его намного быстрее — она просто выдает повышенный ток, рассчитанный на конкретный аккумулятор.

Сам стандарт разрабатывался для передачи данных, а не для питания. Разъемы и кабели USB не предназначены для больших токов, так что производители гаджетов столкнулись с неприятностями, начав выпускать такие зарядки с токами до 5А и более. Провода кабеля USB довольно тонкие, сопротивление их высоко. Но с увеличением тока падение напряжения на кабеле и его нагрев стали довольно существенными. Кроме того, появились случаи перегрева тонких контактов разъема. Поэтому большинство обычных зарядный устройств дают на выходе до 2А, а зарядка по-прежнему длится часами.

Что такое быстрая зарядка?

Это зарядка токами 1С и выше, то есть токами, кратными емкости аккумулятора. Например, 1А для емкости 1000 м·Ач и так далее. Поначалу такой режим считался крайне неблагоприятным для литий-ионных батарей. Но со временем ситуация изменилась — зарядка током 1С уже не вызывает заметного снижения ресурса у современных аккумуляторов, а зарядка током в 2С приводит к потере примерно 20 % емкости через 500–800 циклов заряда-разряда. Да, если пользоваться быстрой зарядкой ежедневно, через пару лет вы заметите падение емкости. Но вряд ли из-за этого стоит отказываться от возможности зарядить телефон за полчаса.

Читайте также:  Восстановление кислотных аккумуляторов

Чтобы не было потерь на тонких проводах, режимы быстрой зарядки используют повышенное напряжение в кабеле. ЗУ может выдавать напряжение до 20В, а в гаджете оно понизится до требуемых 5В с соответствующим увеличением тока. Например, если ЗУ обеспечивает напряжение 20В и ток 2А, то на аккумуляторе будут 5В и 8А.

Для сохранения совместимости со старыми ЗУ и компьютерными USB, новым зарядным устройствам пришлось «поумнеть» — теперь они не сразу выдают максимальные ток и напряжение, а только после получения запроса от гаджета. К сожалению, способы «общения» ЗУ и гаджета у каждого производителя свои.

Типы быстрой зарядки

Quick Charge — стандарт компании Qualcomm, поддерживается устройствами, собранными на базе чипсетов Snapdragon, начиная с 2013 г. Максимальный поддерживаемый ток — 3А и 5A в версии 4, напряжение может меняться от 3,6 до 20 В, а также до 22 в версии 3 и до 21 в 4+. Стандарт теоретически обеспечивает до 100 Вт мощности, но практически такая мощность устройствами не поддерживается, а штатные ЗУ выдают всего 18 Вт. Контроль температуры в стандарт не вписан, так что нередки случаи перегрева при быстрой зарядке. Сейчас большинство производителей смартфонов обеспечивают контроль температуры при использовании QC. А стандарт QC 4 имеет полную поддержку протокола Power Delivery.

Adaptive Fast Charging компании Samsung основан на Quick Charge 2 и частично с ним совместим, поэтому заряжать его от ЗУ с поддержкой QC 2 можно, но зарядка идет медленнее, чем от штатного. Контроль температуры есть, так что зарядка безопасна.

Motorola Turbopower компанией Lenovo так же разработан на основе стандарта Quick Charge 2, с которым полностью совместим. Отличия незначительны, основное заключается не в самом стандарте, а в наличии штатного ЗУ Motorola на 25 Вт против 18 Вт у поддерживающих QC 2. По скорости зарядки уступает QC и PD последних версий.

Huawei Super Charge применяется на устройствах Huawei и тоже основан на Quick Charge 2. Напряжение может достигать 5В, ток — 5А, давая в итоге максимальную мощность 25 Вт. По скорости зарядки уступает QC и PD последних версий.

Pump Express разработан компанией MediaTek и поддерживается гаджетами, собранными на базе SoC этого производителя. Он также основан на Quick Charge 2, и полностью с ним совместим. Его мощность ограничена 15 Вт, поэтому на емких аккумуляторах он покажет меньшую скорость зарядки по сравнению с другими стандартами. Зато в Pump Express есть контроль температуры аккумулятора, что значительно повышает безопасность зарядки.

Быстрая зарядка Apple совместима с Power Delivery. ЗУ Apple может выдавать до 87 Вт, что позволяет быстро зарядить не только все модели iPhone, начиная с 8, но и емкие аккумуляторы iPad Pro и MacBook 12.

Oppo Vooc (и основанный на ней Dash Charge) выбиваются из остального ряда — это оригинальные, ни с чем не совместимые стандарты. Используются на устройствах OnePlus и Oppo. Зарядное устройство выдает до 25 Вт мощности. Из-за несовместимости стандартов быстрая зарядка осуществима только с помощью оригинальных зарядного устройства и кабеля.

Power Delivery — наиболее перспективный стандарт быстрой зарядки, разработанный консорциумом USB в 2015 году. Стандарт поддерживает напряжения питания до 20 В и ток до 3А, что в итоге дает до 60 Вт мощности. А наиболее перспективным он считается из-за того, что «встроен» в новый стандарт USB 3.1 и теперь любые устройства, использующие разъем Type-C, должны либо поддерживать Power Delivery, либо смириться с недовольством пользователей, пытающихся заряжать гаджеты от ЗУ с поддержкой PD. Apple и Qualcomm уже выбрали первый вариант.

USB 3.1 + Power Delivery = некоторые проблемы

Теперь «умным и быстрым» ЗУ может быть любое устройство, поддерживающее USB 3.1. Заряжаемое устройство определит возможности заряжающего порта, измерив сопротивление между парой контактов разъема — CC и Vbus. Если порт может выдать максимум 0,9 А, как обычный порт USB 3.0, сопротивление будет равно 56 кОм, 22 кОм «скажут» гаджету, что ЗУ может выдать до 1,5 А, а 10 кОм — 3А.

Но как быть с кабелями-переходниками с Type-C на USB 2.0? У первого — 24 контакта, у второго — всего 4, а тех, между которыми ЗУ должно выставлять сигнальное сопротивление, просто нет. Консорциум USB решил встраивать резисторы прямо внутрь кабеля: 10 кОм в кабеля для мощных ЗУ, 22 кОм — для ЗУ с выходным током 1,5 А, ну и для 0,9 А — 56 кОм.

А если перепутать? Чаще всего — ЗУ не даст максимального тока и зарядка будет идти в разы дольше. Если же ЗУ попытается дать гаджету ток больше, чем оно способно, то может выйти из строя, а в худшем случае — испортить и гаджет.

Масла в огонь подлили китайцы, начав засовывать резисторы 10 кОм во все кабели-переходники с Type-C на USB 2.0. В том числе и в дешевые тонкожильные, неспособные выдержать те 3А, которые он якобы должен пропускать.

Чтобы всем стало совсем «весело», консорциум USB регламентировал установку в кабели Type-C маркирующей микросхемы eMarker, информирующей оба подключенных к нему устройства о возможностях кабеля. Проблема в том, что дорогостоящий кабель с микросхемой eMarker может быстро сгореть на паре ЗУ–гаджет, поддерживающей какой-нибудь стандарт быстрой зарядки, отличной от Power Delivery. eMarker питается от 5В, а тот же QickCharge 2 и все основанные на нем протоколы запросто могут поднять напряжение питающей линии до 18 В.

Вывод один — не используйте для быстрой зарядки «случайные» кабели. Это особенно важно для кабелей с разъемами Type-C, но актуально и для старых разъемов: невооруженным глазом не заметить, что у кабеля сечение жил меньше и разъем контактирует неплотно. В результате зарядка будет идти намного дольше, и это еще не самое худшее: возникающий из-за искрения контактов нагрев может привести к повреждению разъема или вообще к воспламенению прилегающего пластика. Настоятельно рекомендуется не пользоваться для зарядки «чужими» проводами, пусть они и выглядят подходящими.

Как правильно зарядить свинцово-кислотный аккумулятор

Определяем тип и режим работы аккумулятора↑

  1. Во-первых, чтобы понять, какой алгоритм зарядки подойдет конкретной АКБ, требуется определиться с классом батареи, чей принцип работы базируется на реакциях свинца в растворе серной кислоты. Она может быть либо обслуживаемой (то есть легко заряжаемой вручную), либо необслуживаемой (требующей для подзарядки подключения специальных зарядных приспособлений).
  2. Во-вторых, аккумулятор может эксплуатироваться в 2-х режимах: буферном (будучи постоянно подключенным к сети и периодически активируемым для самостоятельной) и циклическом (использование такого АКБ состоит из постоянной смены циклов “разрядка-подзарядка”).

Среди обслуживаемых SLA числятся, преимущественно, классические автомобильные аккумуляторы. Основная масса свинцово-кислотных источников тока, используемых в индивидуальном электротранспорте (вроде велобайков) принадлежит к герметичным, необслуживаемым, буферным и гелевым.

Как заряжать свинцово-кислотную батарею↑

Процесс зарядки SLA-аккумуляторов предполагает пополнение запаса энергии устройства за счет внешних источников. Важно, чтобы батарея получала заряд, который соответствует ее емкости. Оптимальные условия, при которых происходит зарядка: температура окружающей среды в пределах +20 – +25 градусов Цельсия, иначе потребуется выполнять температурную компенсацию.

Наиболее популярный способ зарядки свинцово-кислотного аккумулятора базируется на контроле параметров “ток” и “напряжение”. На первой стадии АКБ заряжают постоянным током, а когда напряжение достигнет заданного значения (указывается на лицевой панели устройства), переводят агрегат в режим поддержания постоянного напряжения.

Чтобы понять, сколько времени потребуется держать аккумулятор на зарядке, нужно знать степень разряженности АКБ, ее емкость, а также силу тока зарядного устройства.

Если устройство разряжено полностью, а ток используется по всем правилам (то есть, порядка 10-20% от емкости батареи), то на зарядку должно уйти около 10-12 часов. При снижении зарядного тока, время может возрасти, при увеличении – останется прежним. Ни в коем случае нельзя увеличивать ток на более чем 30% от емкости аккумулятора – это небезопасно для него.

Технология скоростной зарядки↑

Существует быстрый способ зарядки аккумулятора, в рамках которого можно за 6 часов добиться полного восстановления заряда. Это актуально для батарей, использующихся в циклическом режиме, в том числе, на электровелосипедах и прочей технике.

Данная технология предполагает, 2 этапа:

  • сначала нужно заряжать изделие постоянным током, пока напряжение не достигнет 14,5 (плюс-минус 0,2) вольта (параметры указаны для батарей, чье номинальное напряжение равно 12 В);
  • затем нужно отсоединить зарядное или перевести его в режим функционирования, когда поддерживается напряжение 13,8 (плюс-минус 0,15) вольт.

Как заряжать герметичные свинцово кислотные аккумуляторы↑

Первые герметичные АКБ, не позволяющие электролиту испаряться, но и не доступные для дозаливки содержимого, стали массово производиться около 40 лет тому назад. Их эволюция привела к тому, что возникли так называемые гелевые батареи AGM, тоже принадлежащие к классу свинцово-кислотных, но считающиеся модернизированными, обладающими намного более универсальными характеристиками. Внутри этих приспособлений (по-прежнему герметичных) электролит представлен в загущенном виде, имеет желевидную консистенцию. Заменить его невозможно, однако он не проливается при повреждении оболочки, не испаряется, не несет угрозы окружающей среде. Кроме того, эксплуатировать такую батарею можно в любом положении и даже в условиях высоких вибраций. Глубокий разряд такие разработки также способны переносить без проблем.

Зарядка таких устройств имеет ряд особенностей:

  • восстановить уровень заряда возможно только применяя специально для этого созданные зарядные устройства, никакими универсальными или самопальными средствами зарядить гелевый герметичный аккумулятор нельзя;
  • температура электролита в ходе зарядки не должна подниматься выше 45 градусов по Цельсию, иначе это чревато выходом изделия из строя;
  • перезаряд таких АКБ крайне вреден, если ток заряда превысит 30% емкости батареи, она вспучится и, скорее всего, перестанет быть пригодной к использованию.

Как и в ситуации со стандартными свинцово-кислотными решениями, запрещено хранить батареи AGM в разряженном виде, особенно, если напряжение каждого из компонентов, входящих в ее структуру, падает до 1,8 Вольта или ниже.

Как зарядить свинцово кислотный аккумулятор 12 вольт?↑

Зачастую АКБ 12 вольт принадлежат к классу AGM и, как и все представители этой категории, допускают максимальный разряд до 30% (без деформаций и рисков для работоспособности изделия).

Для этих батарей актуально целых 3 стратегии зарядки:

  • одноступенчатая или быстрая выполняется в пределах плавающего заряда при напряжении в пределах 13,2-13,8 вольт, токе от 0,1 до 0,3С (под “С” понимается емкость конкретного аккумулятора в ампер-часах);
  • двухступенчатая – наиболее часто используемая и рекомендуемая большинством производителей, осуществляется сначала в рамках основного цикла (восстановление 80%) при 14,2-14,8В и 0,1-0,3С, а затем в рамках плавающего заряда при 13,2-13,8В;
  • трехступенчатая – позиционируется как самая эффективная, производится в 3 этапа: основной заряд при 14,2-14,8 В, накопительный – при 14,2-14,8 вольтах, плавающий – при 13,2-13,8 вольта.

Крайне важно выполнять заряду устройством, имеющим индикацию по обоим параметрам: напряжению и току. Оптимальным вариантом может стать зарядное с так называемой интеллектуальной системой управления.

Узнать больше об аккумуляторах AGM можно из этого видео-ролика:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
×
×
Adblock
detector