Зарядные устройства для аккумуляторов
Введение
Зарядное устройство - это прибор, который преобразует переменный электрический ток внешнего источника питания (сети 220V или 380V) в постоянный ток с нужными параметрами, подходящими конкретному аккумулятору. Качественное и правильно подобранное зарядное устройство - это основа хорошей работы и долговечности вашего накопителя.
В идеале, аккумулятор и ЗУ должны работать вместе “как лошадь и повозка”, но в реальности это не всегда так. Пользователи аккумуляторов зачастую не в полной мере осознают сложные требования к питанию портативного устройства, в особенности - к зарядке в неблагоприятных условиях.
Из чего состоит ЗУ
Составляющие зарядных устройств могут отличаться в зависимости от типа питаемого аккумулятора, его ёмкости и рабочего напряжения. Базовое ЗУ состоит из:
1) Преобразователя напряжения. Его задача заложена в самом названии: преобразование входного напряжения (т.е. напряжения сети переменного тока) в нужное для аккумулятора напряжение. В роли такого преобразователя обычно выступают понижающие трансформаторы или блоки питания.
2) Выпрямителя тока. Он преобразует переменный ток сети в постоянный.
3) Стабилизатора тока и/или стабилизатора напряжения - контролирует параметры напряжения на входе и тока на выходе (например, если вы пользуетесь устройством во время зарядки).
4) Контроллер. Специальная микросхема, которая отвечает за отслеживание уровня заряда и своевременное отключение аккумулятора от сети.
5) Индикатор заряда (стрелочный или светодиодный). Помогает визуально определить, на каком этапе находится зарядка.
В результате совместная работа компонентов ЗУ сводится к “настройке” сетевого тока под нужные параметры и восполнение энергии аккумулятора в необходимых пределах.
(Более подробно о процессе заряда на примере литий-ионного аккумулятора)
Виды
Зарядные устройства бывают:
- По видам использования:
- персональными и промышленными
- По сложности встроенного контроллера:
- обычными и “умными”
- По скорости зарядки:
- медленные
- быстрые
- сверхбыстрые
ВАЖНО! Каждое отдельное зарядное устройство обладает индивидуальными параметрами тока и напряжения, которые могут быть пригодны для одного типа аккумуляторов и совершенно непригодны для другого. Не стоит использовать одно ЗУ для аккумуляторов с разным химическим составом и разной ёмкостью - если, конечно, вы не являетесь обладателем умного зарядного устройства с интеллектуальной системой контроля, подходящей для разных элементов.
Потребительские товары обычно поставляются с недорогим персональным зарядным устройством, которое хорошо работает при использовании его по назначению. Промышленные ЗУ часто изготавливаются третьей стороной и имеют специальные функции, например, “зарядка при неблагоприятных температурах”. Хотя аккумуляторы могут работать при температуре ниже 0°C, не все химические вещества можно заряжать в холодном состоянии (большинство литий-ионных аккумуляторов относятся к этой категории). Свинцовые и никелевые аккумуляторы, конечно, заряжаются и в холоде, но с меньшей скоростью.
Некоторые зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов имеют функцию “пробуждения” или ускорения, позволяющую подзарядить литий-ионный аккумулятор, если он “заснул” из-за чрезмерного разряда (т.е. напряжение элемента упало до 0V).
Состояние сна может возникнуть при хранении батареи в разряженном состоянии: в этом случае такое явление как саморазряд доведёт уровень напряжения до минимального.
Обычное зарядное устройство считает такой аккумулятор неработоспособным. Другие же применяют небольшой зарядный ток, чтобы поднять напряжение до 2,20–2,90V на элемент и активировать защитную плату, после чего начинается обычный заряд. Следует соблюдать осторожность, если литий-ионный аккумулятор разряжен до уровня 1,5V в течение недели или более.
Способы зарядки
Зарядные устройства для аккумуляторов на основе свинца и лития работают на постоянном напряжении и постоянном токе (Constant Current Constant Voltage - CCCV), при котором напряжение ограничивается при достижении установленного предела (в случае с литий-ионными элементами зарядка начинается с медленного, а затем быстрого роста напряжения до установленного предела). На этом этапе батарея начинает насыщаться, и ток постепенно снижается вплоть до полной зарядки.
Накопители на основе никеля заряжаются постоянным током (CC) и медленно растущим напряжением. Фиксация полного заряда происходит при наблюдении небольшого падения напряжения после устойчивого роста. Этот метод известен как дельта-напряжение-дельта-температура (DVDT) и хорошо работает при быстрой и сверхбыстрой зарядке.
Для защиты от коротких замыканий и других сбоев, зарядное устройство должно содержать специальный таймер (если устанавливается время заряда), а также датчики температуры (если устанавливается температурный предел для защиты от перегрева).
Эффективность и безопасность
Такое явление, как повышение температуры является нормальным для аккумуляторов на основе никеля, особенно при достижении 70%-го уровня заряда. Когда заряд достигает максимума, батарея должна остыть. Если температура остается выше температуры окружающей среды, значит зарядное устройство работает неправильно, и аккумулятор следует извлечь. Длительная непрерывная зарядка никелевых аккумуляторов может приводить к их поломке. NiCd и NiMH элементы нельзя оставлять в зарядном устройстве без присмотра, особенно на долгое время. Если вы не пользуетесь ими постоянно, храните их в прохладном месте и заряжайте перед включением.
Литиевые аккумуляторы всегда должны оставаться холодными при зарядке. Если ваш аккумулятор нагревается во время зарядки, лучше прекратить его использование или лишний раз проверить исправность элемента и/или зарядного устройства. ЗУ для литий-ионных источников тока являются наиболее эффективными и способны заряжать аккумулятор до 70% менее чем за час. Дополнительное время предназначено для длительного заряда насыщения, который не является обязательным, как для свинцово-кислотного аккумулятора. На самом деле полностью Li-ion лучше не заряжать - так он прослужит дольше.
Свинцово-кислотный аккумулятор быстро не заряжается. Свинцовая кислота может быть заряжена до 70% примерно за 8 часов; оставшееся время занимает важнейшая для кислотных батарей дозарядка. В целом, на полную зарядку в данном случае уходит 14–16 часов. Также допустима частичная зарядка при условии, что свинцово-кислотный аккумулятор время от времени получает полный заряд для предотвращения сульфатации.
Вывод
Современный мир предлагает потребителю великое множество электроприборов, чуть менее великое множество аккумуляторов к ним и довольно большой выбор зарядных устройств. Несмотря на существование сверхбыстрых зарядок, не стоит гнаться за скоростью, так как это может стоить вашему аккумулятору или гаджету работоспособности и безопасности. Большинство ЗУ так или иначе ориентировано на конкретные параметры накопителя и определённые методы зарядки, которые им подходят. Обращайте внимание на тип химии вашего аккумулятора, ёмкость и, самое главное - рекомендации производителя, указанные в инструкции. Так вы не только получите максимально эффективный результат, но и продлите срок службы своего устройства.