Капельная зарядка аккумулятора схема – Капельная зарядка

Капельная зарядка

Вопреки
существующему мнению капельная зарядка
не способствует долгой жизни аккумуляторов.
Дело в том, что при капельной зарядке
зарядный ток не отключают даже после
того, как аккумулятор полностью зарядился.
Именно поэтому выбирается малый ток.
Считается, что даже если вся энергия,
сообщаемая аккумулятору, будет
превращаться в тепло, при столь малом
токе он не сможет существенно нагреться.
Для NiMH аккумуляторов, которые значительно
хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd,
ток капельного заряда рекомендуется
не более 0.05С. Для аккумуляторов большей
емкости значение тока капельной зарядки
больше. Это означает, что в зарядном
устройстве, предназначенном для зарядки
аккумуляторов большой емкости,
аккумуляторы малой емкости будут сильно
нагреваться, что сокращает срок их
службы. Снижение тока капельной зарядки
ведет к увеличению длительности зарядки
сверх разумного. Аккумулятор большой
емкости, установленный в зарядное
устройство, предназначенное для зарядки
аккумуляторов малой емкости, может
вообще никогда не достичь своего полного
заряда, так как с процессом заряда будет
конкурировать саморазряд (это относится
к популярным в настоящее время
аккумуляторам с запредельно высокой
ёмкостью 2500-3000mAh). Долго находясь в таких
условиях аккумуляторы начинают
деградировать, теряя емкость.

При
всем желании надежно определить окончание
процесса капельной зарядки аккумулятора
невозможно. На низких зарядных токах
профиль напряжения плоский, практически
нет характерного максимума в конце
зарядки. Температура также растет
плавно. Единственным методом определения
является ограничение процесса зарядки
по времени. Однако при этом нужно знать
не только точную емкость аккумулятора
(которая зависит от возраста и состояния
аккумулятора), но и величину его начального
заряда. Исключить влияние начального
заряда можно только одним способом —
полностью разрядить аккумулятор перед
зарядкой. А это еще больше удлиняет
процесс зарядки и сокращает жизнь
аккумулятора, которая определяется 
количеством циклов заряд-разряд. Еще
одной помехой при вычислении длительности
капельной зарядки является низкий КПД
этого процесса. Для капельной зарядки
КПД не превышает 75%, более того, КПД
зависит от многих факторов, в том числе
от температуры и состояния аккумулятора.
Единственным преимуществом капельной
зарядки является простота реализации
(без контроля конца зарядки). В то же
время производители NiMH аккумуляторов
не рекомендуют пользоваться капельной
зарядкой. И только в самое последнее
время некоторые производители
аккумуляторов специально заявляют, что
современные NiMH аккумуляторы не деградируют
под воздействием длительной капельной
зарядки.

Быстрая зарядка

Большинство
производителей NiMH аккумуляторов приводят
характеристики своих аккумуляторов
для случая быстрой зарядки током 1С.
Хотя иногда можно встретить рекомендации
не превышать ток свыше 0.75С. Эти рекомендации
связаны с опасностью открывания
вентиляционных отверстий аккумулятора
(такие клапаны имеются на каждом корпусе
NiMH аккумулятора) при быстрой зарядке в
условиях повышенной температуры
окружающей среды. «Умное» зарядное
устройство должно оценить условия и
принять решение о допустимости быстрого
заряда. Считается, что быстрый заряд
можно использовать только в диапазоне
температур 0…+40°С и при напряжении на
аккумуляторе 0.8-1.8В. КПД процесса быстрой
зарядки очень высок (порядка 90%), поэтому
аккумулятор нагревается слабо. Однако
в конце зарядки КПД этого процесса резко
падает, и практически вся подводимая к
аккумулятору энергия начинает превращаться
в тепло. Это вызывает резкий рост
температуры и давления внутри аккумулятора,
что может вызвать его повреждение. И
хотя для современных аккумуляторов
взрыва, скорее всего, не последует,
просто откроются вентиляционные
отверстия, и часть содержимого аккумулятора
будет безвозвратно утрачена. Это точно
не пойдет на пользу аккумулятору, не
говоря уже об изменении внутренней
структуры электродов под воздействием
высокой температуры. Поэтому при быстрой
зарядке аккумулятора очень важно зарядку
вовремя прекратить. К счастью, в режиме
быстрой зарядки есть довольно надежные
критерии, по которым зарядное устройство
может это сделать.

Алгоритм
работы быстрого зарядного устройства
состоит из нескольких фаз:

1.
Определение наличия аккумулятора
2.
Квалификация аккумулятора (Qualification)
3.
Пред-зарядка (Pre-charge)
4. Переход к быстрой
зарядке (Ramp)
5. Быстрая зарядка (Fast
charge)
6. Дозарядка (Top-of Tcharge)
7.
Поддерживающая зарядка (Maintenance charge)

studfiles.net

Способы зарядки аккумулятора — МегаЛекции


Способы зарядки аккумулятора процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования. Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования, другая часть превращается в тепло. Можно ввести понятие «КПД процесса зарядки аккумулятора». Это тачасть энергии, поступающей от зарядного устройства, которая запасается в аккумуляторе.Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше, при других – ниже. Тем не менее, КПД может быть довольно высоким, что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора. Химические реакции, которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке, являются экзотермическими, вотличие от NiCd аккумуляторов, где они эндотермические. Это означает, что КПД зарядкиNiMH аккумуляторов ниже, и они более горячие в процессе зарядки. Это требует болеетщательного контроля процесса зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядкиобычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора. Это несовсем корректно с точки зрения размерностей физических величин, но принято считать, чтоток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА/ч равен 2500 мА. По скорости различаютнесколько видов зарядки: капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет, они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки. Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки: капельная и быстрая. К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током, большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то, что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс, пользуясь какими-то критериями. При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать, аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго.


Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению, капельная зарядка не способствует долгой жизниаккумуляторов. Дело в том, что при капельной зарядке зарядный ток не отключают дажепосле того, как аккумулятор полностью зарядился. Именно поэтому ток выбирается малым. Считается, что даже если вся энергия, сообщаемая аккумулятору, будет превращаться втепло, при столь малом токе он не сможет существенно нагреться. Для Nigh аккумуляторов, которые значительно хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd, токкапельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкостизначение тока капельной зарядки больше. Это означает, что в зарядном устройстве, предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости, аккумуляторы малойемкости будут сильно нагреваться, что сокращает срок их службы. Снижение тока капельнойзарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного. Аккумулятор большойемкости

, установленный в зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторовмалой емкости, может вообще никогда не достичь своего полного заряда, так как спроцессом заряда будет конкурировать саморазряд. Долго находясь в таких условиях, аккумуляторы начинают деградировать, теряя емкость. При всем желании, надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно. На низких зарядных токах профиль напряжения плоский, практически нет характерногомаксимума в конце зарядки. Температура также растет плавно. Единственным методомявляется ограничение процесса зарядки по времени. Однако при этом нужно знать не толькоточную емкость аккумулятора (которая зависит от возраста и состояния аккумулятора), но ивеличину его начального заряда. Исключить влияние начального заряда можно только однимспособом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой. А это еще больше удлиняетпроцесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора, которая определяется количествомциклов заряд-разряда. Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядкиявляется низкий КПД этого процесса. Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, болеетого, КПД зависит от многих факторов, в том числе от температуры и состоянияаккумулятора. Единственным преимуществом капельной зарядки является простотареализации (без контроля конца зарядки). В то же время производители Nigh аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой. И только в самоепоследнее время производители аккумуляторов специально отмечают, что современныеNiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки.

Быстрая зарядка Большинство производителей Nigh аккумуляторов приводят характеристики своихаккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретитьрекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открываниявентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышеннойтемпературы окружающей среды. «Умное» зарядное устройство должно оценить условия ипринять решение о допустимости быстрого заряда. Считается, что быстрый заряд можноиспользовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе0.8…1.8 В. КПД процесса быстрой зарядки очень высок (порядка 90%), поэтомуаккумулятор нагревается слабо. Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает ипрактически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Этовызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать егоповреждение. И хотя для современныхаккумуляторов взрыва, скорее всего, не последует, просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора буде тбезвозвратно утрачена. Это точно не пойдет на пользу аккумулятору, не говоря уже обизменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры. Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить. Ксчастью, в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии, по которым зарядное устройство может это сделать.

Виды зарядных устройств

Различие первое — схема заряда (заряд с фиксированным значением тока заряда или заряд при постоянном значении напряжения). При заряде с фиксированным значением тока аккумулятор можно зарядить полностью. Однако на завершающей стадии зарядки сильно повысится температура электролита, что может уменьшить срок службы аккумулятора. Если же аккумулятор заряжать при постоянном значении напряжения, то не возникнет необходимости контроля зарядки, электролит не перегреется и не закипит. Однако в этом случае аккумулятор не зарядится полностью из-за большого падения тока в конце зарядки. По этим причинам наиболее продвинутые зарядные устройства используют комбинированную схему зарядки. То есть вначале аккумулятор заряжается при постоянном значении тока, а затем стабилизируется напряжение и начинает спадать ток. Такие устройства называют автоматическими.

Различие второе — способ заряда (трансформаторные или импульсные ЗУ). Трансформаторные устройства работают без преобразования частоты. Такие зарядные устройства наделены большим и тяжелым трансформатором и выпрямителем. Ведь все, что нужно, — это преобразовать переменный ток с напряжением в сети 220 В в постоянный ток с напряжением около 12 В. Импульсные зарядные устройства также наделены трансформатором, но маленьким и легким, работающим на более высоких частотах.

Различие третье — источник питания. Существуют зарядные устройства, работающие от электрической сети и от прикуривателя в автомобиле. Зарядные устройства, работающие от обычной электрической сети, очень просты в обращении и удобны. Если у вас есть электричество в гараже, то аккумулятор можно оставить на подзарядку на расчетное время. Двенадцативольтовые зарядные устройства, работающие от прикуривателя, самые быстрые зарядные устройства. Многие из них могут регулировать скорость подзарядки в зависимости от емкости аккумулятора. Однако, эти зарядные устройства не следует оставлять подключенными на длительное время, так как существует большая вероятность перезарядки батареи.

Различие четвёртое — назначение ЗУ ­- зарядно-пусковые (пуско-зарядные) устройства или зарядно-предпусковые (зарядные) устройства. Первый тип не только более мощный, но и может работать в двух режимах: пуска двигателя и заряда аккумулятора. Выводные провода у них сделаны значительно толще, чем в обычных зарядных устройствах, но и цена зарядного устройства этого типа выше. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, в связи с малым значением рабочего тока, способно только заряжать или подзаряжать аккумуляторы. Но зато такие устройства допускают их подключение к аккумуляторам, не отсоединяя последних от сети автомобиля.



Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Методы заряда NiMH аккумуляторов и принципы работы «умных» зарядных устройств

-У большинства посетителей этого сайта есть много вопросов относительно методов заряда никель-металлогидридных (NiMH) аккумуляторов. Надеюсь, что в данной статье вы найдёте много ответов на свои вопросы …

За основу взят материал из статьи Ридико Леонида Ивановича

В настоящее время для питания различных портативных электронных устройств используется несколько видов аккумуляторов: никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-полимерные (Li-Po), литий-фосфатные (Li-Fe, LiFePO4). Но всё чаще производители электроники переходят на использование элементов питания, в основе которых используются литиевые технологии: литий-полимер (Li-Po), литий-ион (Li-ion). Причины такого перехода вполне объяснимы, литиевые аккумуляторы имеют большую удельную емкость, низкий саморазряд, способны отдавать большие токи при разряде. Литий-полимерные аккумуляторы обладают ещё одним преимуществом — технологически их можно изготовить любой формы, аккумулятор может быть сверхплоским, толщиной всего несколько миллиметров. Кроме того Li-Po-аккумулятору можно придать весьма сложную форму, что позволяет применять его в устройствах с ограничениями по габаритным размерам (современные сотовые телефоны, портативные ноутбуки и т.п.)  … 

К сожалению, литиевые  аккумуляторы, выпускаемые различными фирмами (и даже одной фирмой, но для разных моделей устройства) имеют разные размеры и несовместимы между собой. Теряется такое важное качество, как взаимозаменяемость.

С одной стороны, это позволяет создавать более компактные устройства, разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая. Но в то же время, это вызывает ряд неудобств. Если, например, требуется второй аккумулятор для того или иного устройства, возникают определенные проблемы: нужно найти точно такой же аккумулятор, той же фирмы, причем, стоимость его будет довольно высокой, поскольку нет предложений от конкурентов. Это же касается и зарядных устройств, для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое «фирменное» зарядное устройство. Потребители хотят иметь выбор и часто голосуют кошельком против такого подхода, покупая устройства, работающие на стандартных аккумуляторах размера АА или ААА. Такие аккумуляторы намного дешевле, широко представлены на рынке, а в экстренных случаях могут быть заменены обычными батарейками, которые имеют такой же типоразмер. Как недостаток можно назвать их несколько меньшую удельную емкость и несколько меньшую компактность устройств, использующих такие аккумуляторы. Но есть и важное преимущество —   если во всех устройствах используются аккумуляторы типоразмера АА или ААА, достаточно одного зарядного устройства.

Стандартные аккумуляторы

Если вести речь об аккумуляторах форм-фактора АА или ААА, то есть смысл говорить только о NiMH аккумуляторах. Применявшиеся ранее NiCd аккумуляторы встречаются все реже, тем более, что зарядное устройство, спроектированное для работы с NiMH аккумуляторами, будет нормально работать и с NiCd аккумуляторами (но не наоборот!!!). По сравнению с NiCd аккумуляторами, NiMH аккумуляторы имеют на 30-40% большую удельную емкость, меньше страдают эффектом «памяти», не содержат опасного для окружающей среды кадмия. Однако у NiMH аккумуляторов есть и недостатки: они дороже (хотя разница в стоимости постепенно стирается), имеют меньшее количество циклов заряд-разряд (характеристики некоторых аккумуляторов постепенно начинают ухудшаться уже после 200-300 циклов), имеют более высокое внутреннее сопротивление, больший, примерно в полтора раза, саморазряд (это не относится к NiMH аккумуляторам с низким саморазрядом). Даже несмотря на то, что при разряде они могут отдавать значительные токи, разряд током сверх допустимого ведет к уменьшению количества циклов, поэтому большинство производителей рекомендуют не превышать ток 0.5С. Там, где требуются большие разрядные токи, до сих пор используются NiCd аккумуляторы. Технология NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется, и уже сегодня ведущие производители этих аккумуляторов заявляют, что современные модели NiMH аккумуляторов полностью свободны от эффекта «памяти», некоторые аккумуляторы обладают минимальным саморазрядом и даже допускают до 1000-1500 циклов заряд-разряд.

Способы зарядки аккумулятора

В процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования. Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования, другая часть превращается в тепло. Можно ввести понятие «КПД процесса зарядки аккумулятора». Это та часть энергии, поступающая от зарядного устройства, которая накапливается в аккумуляторе. Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше, при других — ниже. Тем не менее, КПД может быть довольно высоким, что позволяет производить зарядку большими токами, не опасаясь перегрева аккумулятора. Химические реакции, которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке, являются экзотермическими, в отличие от NiCd аккумуляторов, где они эндотермические. Это означает, что КПД зарядки NiMH аккумуляторов ниже, и они более сильно нагреваются в процессе зарядки, что требует более тщательного контроля процесса зарядки.

Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядки обычно измеряют в единицах С, где С — численное значение емкости аккумулятора. Это не совсем корректно с точки зрения размерностей физических величин, но принято считать, что ток 1С для аккумулятора емкостью 2500 мА/ч равен 2500 мА. По скорости различают несколько видов зарядки:

  • капельная зарядка (trickle charge)
  • быстрая зарядка (quick charge)
  • ускоренная зарядка (fast charge)

Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1С, быстрая зарядка — током порядка 0.3С, ускоренная зарядка — током 0.5-1.0С. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет, они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца процесса зарядки. Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки: капельная и быстрая.

К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током большим 0.1С. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то, что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс, пользуясь определёнными критериями. При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать, а аккумулятор может находиться в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго.

Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению капельная зарядка не способствует долгой жизни аккумуляторов. Дело в том, что при капельной зарядке зарядный ток не отключают даже после того, как аккумулятор полностью зарядился. Именно поэтому выбирается малый ток. Считается, что даже если вся энергия, сообщаемая аккумулятору, будет превращаться в тепло, при столь малом токе он не сможет существенно нагреться. Для NiMH аккумуляторов, которые значительно хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd, ток капельного заряда рекомендуется не более 0.05С. Для аккумуляторов большей емкости значение тока капельной зарядки больше. Это означает, что в зарядном устройстве, предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости, аккумуляторы малой емкости будут сильно нагреваться, что сокращает срок их службы. Снижение тока капельной зарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного. Аккумулятор большой емкости, установленный в зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, может вообще никогда не достичь своего полного заряда, так как с процессом заряда будет конкурировать саморазряд (это относится к популярным в настоящее время аккумуляторам с запредельно высокой ёмкостью 2500-3000mAh). Долго находясь в таких условиях аккумуляторы начинают деградировать, теряя емкость.

При всем желании надежно определить окончание процесса капельной зарядки аккумулятора невозможно. На низких зарядных токах профиль напряжения плоский, практически нет характерного максимума в конце зарядки. Температура также растет плавно. Единственным методом определения является ограничение процесса зарядки по времени. Однако при этом нужно знать не только точную емкость аккумулятора (которая зависит от возраста и состояния аккумулятора), но и величину его начального заряда. Исключить влияние начального заряда можно только одним способом — полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой. А это еще больше удлиняет процесс зарядки и сокращает жизнь аккумулятора, которая определяется  количеством циклов заряд-разряд. Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядки является низкий КПД этого процесса. Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, более того, КПД зависит от многих факторов, в том числе от температуры и состояния аккумулятора. Единственным преимуществом капельной зарядки является простота реализации (без контроля конца зарядки). В то же время производители NiMH аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой. И только в самое последнее время некоторые производители аккумуляторов специально заявляют, что современные NiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки.

Быстрая зарядка

Большинство производителей NiMH аккумуляторов приводят характеристики своих аккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1С. Хотя иногда можно встретить рекомендации не превышать ток свыше 0.75С. Эти рекомендации связаны с опасностью открывания вентиляционных отверстий аккумулятора (такие клапаны имеются на каждом корпусе NiMH аккумулятора) при быстрой зарядке в условиях повышенной температуры окружающей среды. «Умное» зарядное устройство должно оценить условия и принять решение о допустимости быстрого заряда. Считается, что быстрый заряд можно использовать только в диапазоне температур 0…+40°С и при напряжении на аккумуляторе 0.8-1.8В. КПД процесса быстрой зарядки очень высок (порядка 90%), поэтому аккумулятор нагревается слабо. Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает, и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать его повреждение. И хотя для современных аккумуляторов взрыва, скорее всего, не последует, просто откроются вентиляционные отверстия, и часть содержимого аккумулятора будет безвозвратно утрачена. Это точно не пойдет на пользу аккумулятору, не говоря уже об изменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры. Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить. К счастью, в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии, по которым зарядное устройство может это сделать.

Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз:

1. Определение наличия аккумулятора
2. Квалификация аккумулятора (Qualification)
3. Пред-зарядка (Pre-charge)
4. Переход к быстрой зарядке (Ramp)
5. Быстрая зарядка (Fast charge)
6. Дозарядка (Top-of Tcharge)
7. Поддерживающая зарядка (Maintenance charge)

Фаза определения наличия аккумулятора

В этой фазе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1С. Если при этом напряжение оказывается выше 1.8 В, аккумулятор отсутствует или поврежден. В любом случае зарядка начинаться не должна. Как только будет обнаружено меньшее напряжение, делается вывод, что аккумулятор подключен и можно начинать зарядку.

Во всех других фазах зарядки на фоне основных действий должна производиться проверка наличия аккумулятора. Эта необходимость связана с тем, что аккумулятор в любой момент может быть вынут из зарядного устройства. При этом из любой фазы зарядное устройство должно перейти на первую фазу — определение наличия аккумулятора.

Фаза квалификации аккумулятора

Зарядка начинается с фазы квалификации аккумулятора. Эта фаза нужна для грубой оценки начального заряда аккумулятора. Если напряжение на аккумуляторе меньше 0.8В, то быструю зарядку производить нельзя. В таком случае требуется дополнительная фаза пред-зарядки. Если же напряжение больше этой величины, то фаза пред-зарядки пропускается. На практике аккумуляторы в устройствах стараются не разряжают ниже 1.0В. Поэтому фаза пред-зарядки реально никогда не используется, разве что при зарядке глубоко разряженных или долго не бывших в употреблении аккумуляторов.

Фаза пред-зарядки

Эта фаза предназначена для начальной зарядки глубоко разряженных аккумуляторов. Значение тока пред-зарядки выбирается в пределах 0.1-0.3С. Фаза пред-зарядки должна быть ограничена во времени (например, 30 мин). Более длительная пред-зарядка смысла не имеет, так как у исправного аккумулятора напряжение должно довольно быстро достигнуть порогового значения 0.8-0.9В. Если же напряжение не растет, значит аккумулятор поврежден и процесс зарядки нужно прервать с индикацией ошибки.

Во всех длительных фазах зарядки необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Для NiMH аккумуляторов максимально допустимой во время зарядки считают температуру 50-60°С. Как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза перехода к быстрой зарядке

Если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В, то можно начинать быструю зарядку. Сразу включать большой зарядный ток не рекомендуется. Ток нужно плавно повышать в течение 2-4  мин, пока он не достигнет заданного тока быстрой зарядки.

В этой фазе необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Как и во всех других фазах необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза быстрой зарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.5-1.0С. Основной проблемой при быстрой зарядке является точное определение момента окончания зарядки. Если фазу быстрой зарядки вовремя не прекратить, аккумулятор будет разрушен. Поэтому весьма желательно, чтобы для определения окончания быстрой зарядки использовалось сразу несколько независимых критериев.

Для NiCd аккумуляторов обычно применялся, так называемый,  -dV метод (Дельта-Пик метод, англ. – «delta peak»). В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе растет, но в самом конце зарядки оно начинает падать. Для NiCd  аккумуляторов критерием окончания зарядки являлось снижение напряжения примерно на 30 мВ (на каждый аккумулятор). -dV — самый быстрый метод, он хорошо работает даже с частично заряженными аккумуляторами. Если, например, установить на зарядку полностью заряженный аккумулятор, то напряжение на нем начнет быстро расти, затем довольно резко падать, что вызовет окончание зарядки.

Для NiMH аккумуляторов данный метод работает не столь хорошо, потому что падение напряжения для них менее выражено. При токах зарядки менее 0.5С максимум напряжения вообще может отсутствовать, поэтому зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, не всегда может определить конец зарядки аккумуляторов большой емкости. При повышенных температурах максимум напряжения также несколько смазывается. Слабое падение напряжения в конце зарядки вынуждает повышать чувствительность, что может привести к досрочному завершению быстрой зарядки из-за помех. Помехи генерируются как самим зарядным устройством, так и проникают из питающей сети. По этой причине не рекомендуется заряжать аккумуляторы в автомобиле, так как бортовая сеть обычно имеет очень высокий уровень помех. Сам аккумулятор тоже является источником шумов. Поэтому при измерении напряжения нужно применять фильтрацию. Надежность метода -dV уменьшается при зарядке батарей последовательно соединенных аккумуляторов, если отдельные аккумуляторы в батарее различаются по степени заряда. При этом пик напряжения для разных аккумуляторов батареи наступает в разные моменты времени, и профиль напряжения смазывается.

Иногда для NiMH аккумуляторов вместо метода -dV используют метод dV=0, когда вместо падения напряжения детектируют плато на профиле напряжения. Критерием конца зарядки в этом случае служит постоянство напряжения на аккумуляторе в течение, например 10 минут. Метод dV=0 можно рассматривать как вариант метода -dV с установленным нулевым порогом изменения напряжения.

Несмотря на все трудности определения конца зарядки методом -dV, именно этот метод большинством производителей NiMH аккумуляторов называется как основной при быстрой зарядке. Типичным значением для изменения напряжения в конце зарядки током 1С является 2.5-12 мВ на один аккумулятор.

Сразу после включения большого зарядного тока напряжение на аккумуляторе может испытывать флуктуации, которые могут быть неверно восприняты как падение напряжения в конце зарядки. Для предотвращения ложного прекращения быстрой зарядки первые 3-10 мин (hold off time) после включения зарядного тока контроль -dV должен быть выключен.

Одновременно с падением напряжения в конце зарядки начинает расти температура и давление внутри аккумулятора. Поэтому конец зарядки можно определить по возрастанию температуры. Устанавливать абсолютный порог температуры для определения момента окончания зарядки не рекомендуется, так как сильное влияние на точность будет оказывать температура окружающей среды. Поэтому чаще используют не саму температуру, а скорость ее изменения dT/dt. Считается, что при зарядном токе 1С процесс зарядки нужно завершать, когда скорость роста температуры dT/dt достигнет 1°С/мин. Нужно отметить, что при токах зарядки менее 0.5С скорость роста температуры почти не меняется и этот критерий использовать нельзя. Ввиду тепловой инерции метод dT/dt склонен вызывать некоторый перезаряд аккумулятора.

Как метод dT/dt, так и метод -dV вызывают некоторый перезаряд аккумулятора, что ведет к снижению срока его службы. Для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора, завершение заряда лучше проводить малым током при низкой температуре аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов заметно падает. Поэтому фазу быстрой зарядки желательно завершать чуть раньше. Существует так называемый inflexion метод определения окончания быстрой зарядки. Суть метода заключается в том, что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе, а максимум производной напряжения по времени. Т.е. быстрая зарядка прекратится в тот момент, когда скорость роста напряжения будет максимальной. Это позволяет завершить фазу быстрой зарядке раньше, когда температура аккумулятора еще не успела значительно подняться. Однако метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений (вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения).

Некоторые зарядные устройства используют не постоянный зарядный ток, а импульсный. Импульсы тока имеют длительность около 1 сек, промежуток между импульсами — порядка 20-30 мс. Преимуществом такого метода называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему, меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации. Точных данных по эффективности такого метода нет, во всяком случае вреда он не приносит. С другой стороны, такой способ имеет другие преимущества. В процессе детектирования окончания быстрого заряда необходимо точно измерять напряжение на аккумуляторе. Если измерение проводить под током, то дополнительную погрешность будет вносить сопротивление контактов, которое может быть нестабильным. Поэтому на время измерения зарядный ток желательно отключать. После выключения зарядного тока необходимо сделать паузу 5-10 мс, пока напряжение на аккумуляторе установится. Затем можно производить измерение. Для эффективной фильтрации помех сетевой частоты можно произвести ряд последовательных   выборок   на   интервале   20   мс   (один    период   сетевой   частоты)   с последующей цифровой фильтрацией.

Идея заряда импульсным током получила дальнейшее развитие. Был разработан метод, который называют FLEX Negative Pulse Charging или Reflex Charging. Этот метод отличается от простого импульсного заряда наличием в промежутках между импульсами тока зарядки импульсов разрядного тока. При длительности импульсов тока зарядки порядка 1 сек. длительность импульсов разрядного тока выбирается порядка 5 мс. Величина разрядного тока больше тока зарядки в 1.0-2.5 раз. Преимуществом такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах (вызывающих эффект «памяти»). Но есть результаты независимой проверки этого метода фирмой General Electric, которые говорят о том, что пользы такой метод не приносит, как впрочем и вреда.

Поскольку правильное определения окончания быстрого заряда является очень важным, хорошее зарядное устройство должно использовать несколько методов определения сразу. Кроме того должны проверяться некоторые дополнительные условия для аварийного прекращения быстрой зарядки. Так в фазе быстрой зарядки необходимо контролировать температуру аккумулятора и прекращать быструю зарядку в случае достижения критического значения. Для быстрой зарядки ограничение по температуре более жесткое, чем для зарядки вообще. Поэтому при достижении температуры +45°С необходимо аварийно прекратить быструю зарядку и перейти на фазу дозарядки меньшим током. Желательно перед продолжением зарядки дождаться остывания аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов падает.

Еще одним дополнительным условием является ограничение времени быстрой зарядки. Зная ток зарядки, емкость аккумулятора и КПД процесса зарядки можно вычислить время, необходимое для полной зарядки. Таймер быстрой зарядки должен быть установлен на время больше расчетного на 5-10%. Если это время истекло, а ни один из способов детектирования окончания быстрой зарядки не сработал, она аварийно прекращается. Такая ситуация, скорее всего, говорит о неисправности каналов измерения напряжения и температуры.

Кроме того, как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза дозарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.1-0.3С. При токе дозарядки 0.1 С производители рекомендуют длительность дозарядки 30 мин. Более длительная дозарядка приводит к перезаряду, что увеличивает емкость аккумулятора на 5-6%, но сокращает количество циклов заряд-разряда на 10-20%. Еще одним положительным эффектом дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов в батарее. Те аккумуляторы, которые полностью заряжены, будут рассеивать подводимую энергию в виде тепла, в то время как другие будут заряжаться. Если фаза дозарядки идет непосредственно после фазы быстрой зарядки, полезно в течение нескольких минут остудить аккумуляторы. С повышением температуры способность аккумулятора принимать заряд существенно падает. Например, при температуре 45°С аккумулятор способен принять только 75% заряда. Поэтому дозарядка, проведенная при комнатной температуре, позволяет получить более полный заряд аккумулятора.

Фаза поддерживающей зарядки

Зарядные устройства, предназначенные для зарядки NiCd аккумуляторов по окончанию процесса зарядки обычно переходят в режим капельного заряда, чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии. Это приводит к тому, что температура аккумулятора всегда остается повышенной, что уменьшает срок службы аккумулятора. Для NiMH аккумуляторов долго находиться в состоянии капельной зарядки нежелательно, так как эти аккумуляторы плохо переносят перезаряд. По крайней мере ток поддерживающей зарядки должен быть очень низким, чтобы только компенсировать саморазряд. Для NiMH аккумуляторов саморазряд составляет до 15% емкости в первые 24 часа, затем саморазряд снижается и составляет 10-15% в месяц. Для того, чтобы скомпенсировать саморазряд, достаточен средний ток менее 0.005С. Некоторые зарядные устройства включают ток поддерживающей зарядки раз в несколько часов, остальное время аккумулятор отключен. Величина саморазряда сильно зависит от температуры, поэтому еще лучше сделать поддерживающий заряд адаптивным: небольшой ток зарядки включается лишь тогда, когда обнаруживается заданное уменьшение напряжения на аккумуляторе.

В принципе, от фазы поддерживающей зарядки можно вообще отказаться, но если между зарядкой и использованием аккумуляторов проходит время, то непосредственно перед использованием аккумуляторы нужно подзарядить для компенсации саморазряда. Хотя более удобно, если зарядное устройство постоянно поддерживает аккумуляторы в состоянии полной зарядки.

Сверхбыстрый заряд

При заряде до 70% своей емкости КПД зарядки близок к 100%. Это является хорошей предпосылкой для создания сверхбыстрого зарядного устройства. Конечно, увеличивать зарядный ток до бесконечности нельзя. Есть предел, обусловленный скоростью протекания химических реакций. На практике возможно использовать токи до 3С. Для того, чтобы аккумулятор не перегрелся, после достижения 70% заряда ток нужно снизить до уровня обычной быстрой зарядки и контролировать окончание зарядки обычным образом. Задача состоит в том, чтобы надежно контролировать достижение 70% отметки. Надежных методов для этого нет, повышение температуры инерционно, а перегрев укоротит жизнь аккумулятора. Особенно проблематично определение степени заряда в сборке, где могут быть аккумуляторы по-разному разряженные. Еще одной проблемой является подвод к аккумуляторам зарядного тока. При столь высоких токах плохой контакт может вызвать дополнительный нагрев и даже разрушение аккумулятора. И вообще, это весьма рискованное мероприятие, так как при ошибках зарядного устройства возможен взрыв. Нужно ли так спешить?

«Умное» зарядное устройство

Аккумуляторы даже одного форм-фактора могут иметь разную емкость. Например, для NiMH аккумуляторов размера АА в настоящее время характерными являются емкости 1900-2850 мA/ч, а для аккумуляторов размера ААА – 750-1100 мА/ч. Значения же токов зарядки пропорционально ёмкости аккумулятора. Если заряжать менее ёмкий аккумулятор большим током, будет происходить нагрев. Если заряжать аккумулятор меньшим током, возникают неудобства, связанные с увеличением времени зарядки. К тому же, в таких условиях может не работать один из методов определения окончания быстрой зарядки. В идеале зарядное устройство должно иметь возможность выбора зарядного тока в зависимости от используемых аккумуляторов. Однако на практике чаще всего токи устанавливают для типовых аккумуляторов. В настоящее время для аккумуляторов размера АА можно считать средней емкость примерно 2000 мА/ч, а для аккумуляторов ААА — примерно 800 мА/ч.

Нужно отметить, что для аккумуляторов одного форм-фактора с ростом емкости внутреннее сопротивление уменьшается незначительно, как и связанные с ним потери. Поэтому, если ток зарядки устанавливать равным 1С, температура аккумуляторов большей емкости будет выше. Как указывалось ранее, повышенная температура является причиной неполной зарядки. Поэтому для аккумуляторов размера АА можно рекомендовать не превышать ток зарядки 1.5-2А, независимо от их емкости. Иначе нужно применять принудительное охлаждение аккумуляторов во время быстрой зарядки с помощью вентилятора.

Поскольку для аккумуляторов разных размеров используются разные посадочные места с раздельными контактами, для изменения зарядного тока между АА и ААА аккумуляторами никаких дополнительных переключателей обычно не требуется.

Проблема выключения питания зарядного устройства

Если во время зарядки питание зарядного устройства было выключено, при включении должен происходить переход на фазу определения наличия аккумулятора. При этом процесс зарядки начнется сначала, но в силу того, что для определения момента окончания быстрой зарядки используются независимые от общего времени зарядки критерии, быстрый заряд продлится необходимое для полной зарядки время. А вот дозарядка будет повторена полностью, несмотря на то, что она, возможно, уже была частично выполнена. Но это практически не создает проблем, так как аккумуляторы, находящиеся в стадии дозарядки, считаются готовыми к использованию, и их можно вынуть в любой момент. Единственным минусом является перезаряд, который испытывают аккумуляторы при многократной дозарядке. Даже если периодически запоминать в энергонезависимой памяти текущее состояние процесса зарядки, это не решит проблем. Невозможно учесть саморазряд, так как неизвестна продолжительность пребывания зарядного устройства в обесточенном состоянии. К тому же, в обесточенном состоянии аккумуляторы могли быть вынуты или заменены. Полностью эта проблема решена в «умных» Li+ аккумуляторных сборках, которые внутри содержат контроллер, измеряющий величину заряда, сообщаемого аккумулятору или полученного от него. Это позволяет в любой момент точно определять степень заряда аккумулятора.

Тем не менее, одним из требований, предъявляемых к зарядному устройству, является низкий разряд установленных аккумуляторов при отсутствии питания устройства. Ток разряда через цепи обесточенного зарядного устройства не должен превышать примерно 1 мА.

Первичные источники тока

Кроме аккумуляторов в форм-факторе АА и ААА выпускаются первичные источники тока (их называют батарейки, хотя это и не совсем правильно). Основное распространение получили первичные источники двух типов: щелочные (Alkaline) и марганцево-цинковые. Щелочные источники имеют ёмкость в 5-7 раз выше, но они и более дорогие.

При установке первичных источников тока в зарядное устройство с режимом быстрой зарядки возможен взрыв, так как вентиляционные отверстия конструкцией первичных источников тока обычно не предусмотрены. Для устранения такой опасности весьма желательно, чтобы зарядное устройство могло отличать первичные источники тока от аккумуляторов и не включать режим быстрой зарядки в случае установки первых.

Отличий между аккумуляторами и первичными источниками тока относительно немного. Напряжение тех и других может быть одинаковым, в процессе разряда оно находится примерно в одном и том же диапазоне. Единственным отличием является более высокое внутреннее сопротивление у первичных источников тока. Именно по этому признаку отличают первичные источники тока от аккумуляторов контроллеры DS2711/12 фирма «MAXIM». Полностью заряженные NiMH аккумуляторы размера АА имеют внутреннее сопротивление порядка 25-50 мОм, размера ААА – 50-100 мОм. В то же время полностью заряженные щелочные батарейки размера АА имеют внутреннее сопротивление порядка 150-250 мОм, размера ААА – 200-300 мОм. Как видно, отличить аккумуляторы от первичных источников тока можно установив предельное значение внутреннего сопротивления порядка 150 мОм. Однако это справедливо только для полностью заряженных аккумуляторов и батареек. При разрядке у тех и других внутреннее сопротивление растет, и различия в общем случае исчезают.

Для определения первичных источников тока контроллеры DS2711/12 в процессе быстрой зарядки каждые 31 секунд выключают зарядный ток и измеряют напряжение на аккумуляторе без тока. По этому и другому значениям, измеренным уже с зарядным током, вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора. Если оно оказывается больше установленного предела, то процесс зарядки прерывается с индикацией ошибки. Из-за того, что у разряженных батареек и аккумуляторов внутреннее сопротивление может быть одинаковым, алгоритм не всегда будет работать. Однако есть несколько эффектов, которые делают работу зарядного устройства с таким алгоритмом вполне приемлемым. Если пытаться заряжать батарейку, разряженную до напряжения ниже 0.8В, то зарядное устройство не включит режим быстрой зарядки, пока в режиме пред-зарядки не будет достигнуто напряжение 0.8В. Поскольку пред-зарядка ведется относительно малым током, такой режим не может привести к существенному нагреву и разрушению батарейки. Когда напряжение достигнет 0.8В, то включится режим быстрой зарядки. Если ток быстрой зарядки 1А и более, то высока вероятность того, что из-за высокого внутреннего сопротивления батарейки напряжение поднимется выше 1.8В и зарядка сразу будет прервана. Если же этого не произойдет, то зарядку прервет первое измерение внутреннего сопротивления. В режиме быстрой зарядки (током 1А и более) для разряженного аккумулятора времени 31 сек. окажется достаточно для того, чтобы его внутреннее сопротивление уменьшилось и проверка ошибки не показала. Если же внутреннее сопротивление окажется выше нормы, процесс зарядки прервется. Поэтому для глубоко разряженного аккумулятора может потребоваться несколько попыток старта процесса зарядки, после чего внутреннее сопротивление аккумулятора станет меньше установленного порога и процесс зарядки пройдет нормально. Таким образом, введение в алгоритм зарядки процедуры определения первичных источников тока может вызвать некоторые побочные эффекты, такие как необходимость перезапуска процесса зарядки глубоко разряженного аккумулятора. Можно, конечно, усовершенствовать алгоритм определения первичных источников тока. Например, сделать порог внутреннего сопротивления зависимым от напряжения на аккумуляторе. Но никто не может гарантировать полной достоверности определения. К тому же, новые разработки первичных источников тока имеют все более близкие параметры к параметрам аккумуляторов. Включать определение первичных источников тока в алгоритм работы зарядного устройства или оставить это на совести пользователя — решать нужно в каждом конкретном случае.

Эффект памяти и восстановление аккумуляторов

Эффект памяти сильнее всего проявляется в NiCd аккумуляторах как снижение емкости аккумулятора при повторяющихся циклах неполной разрядки-зарядки. Суть эффекта состоит в том, что на электродах образуются крупные кристаллические образования, в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться. Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка аккумулятора (до напряжения 0.8-1.0 В) с последующей зарядкой. В особо тяжелых случаях может потребоваться несколько таких циклов. NiMH аккумуляторы практически свободны от эффекта памяти. По заявлениям производителей максимальная потеря емкости, связанная с этим эффектом, не превышает 5%, что заметить крайне сложно. Тем не менее, примерно раз в месяц рекомендуется перед зарядкой NiMH аккумуляторов их полностью разрядить.

Желательно, чтобы зарядное устройство имело возможность разрядки аккумулятора с контролем минимального напряжения, по достижению которого разрядка прекращается. Режим разрядки аккумулятора в зарядном устройстве полезен не только с точки зрения восстановления аккумуляторов. Он оказывается очень кстати, когда возникает необходимость зарядить аккумуляторы с разной или неизвестной степенью начального заряда. Перед зарядкой степень заряда всех аккумуляторов желательно выровнять, что проще всего сделать их полной разрядкой. Особенно актуально это для зарядных устройств, заряжающих батарею последовательно соединенных аккумуляторов. Зарядное устройство с функцией разряда может обладать возможностью измерения емкости аккумуляторов, что также очень полезно на практике.

Взаимодействие аккумуляторов в сборке

Отдельные аккумуляторы в батарее могут иметь несколько отличающиеся характеристики. Причиной является разброс параметров при производстве аккумуляторов, неравномерное распределение температуры внутри батареи при эксплуатации и разные темпы старения отдельных аккумуляторов. В итоге при зарядке батареи аккумуляторы с меньшей емкостью будут подвергаться перезарядке. Это вызывает дальнейшую деградацию таких аккумуляторов и выход их из строя. С другой стороны, если один из аккумуляторов в батарее имеет высокий саморазряд или вовсе закорочен, то при попытке полной зарядки такой сборки перезаряд будут испытывать исправные аккумуляторы.

Аккумуляторы с меньшей емкостью будут разрушаться и в процессе разрядки сборки. Эти аккумуляторы окажутся разряженными раньше, дальнейшая разрядка сборки может вызвать очень глубокий разряд таких аккумуляторов и даже их переполюсовку. При этом температура и давление внутри аккумуляторов будет повышаться, что может привести к их разрушению.

В результате даже небольшое начальное различие емкости аккумуляторов в сборке будет возрастать в процессе эксплуатации, и это может закончиться разрушением одного из аккумуляторов. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы степень зарядки отдельных аккумуляторов была по возможности одинаковой. В идеальном случае каждый аккумулятор батареи должен заряжаться отдельно. Однако готовые сборки аккумуляторов часто имеют всего два вывода, поэтому заряжать можно только всю сборку сразу. В таком случае может оказаться полезным выравнивание (balancing) степени зарядки аккумуляторов. Выравнивание обязательно нужно производить для новой или глубоко разряженной сборки. Перед началом выравнивания контролируют напряжение на сборке. Если напряжение сборки менее 0.8В/акк. (т.е. в пересчете на каждый аккумулятор), то производят зарядку до 0.8В/акк. током примерно 0.1 С. Затем нужно произвести выравнивание, для чего следует полностью зарядить сборку током 0.3С, ограничив процесс заряда временем 4.0-4.5 часов. Если сборка аккумуляторов долго не находилась в эксплуатации, то рекомендуется дополнительно произвести несколько циклов заряд-разряда стандартными методами.

2a3a.ru

Схема простого зарядного устройства для АКБ

Привет всем, я за свою практику делал множество схем зарядных устройств для самых разных аккумуляторов, но в последнее время заметил, что несмотря на огромную базу схем в интернете, люди хотят видеть простую схему зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов из очень доступных компонентов, поэтому я решил воплотить эту идею в жизнь.

Эта схема была снята из радиожурнала, которая стала очень популярной в последнее время, по сути это тиристорный регулятор напряжения, многие наверное будут осуждать мое решение об использовании именно этой схемы, ведь она не имеет узла контроля тока, защиты и многих других плюшек, которыми снабжены современные зарядные устройства.

Вы конечно правы, но именно эта схема была повторена радиолюбителями, в том числе и мною множество раз и зарекомендовала себя с лучшей стороны.

Итак, о схеме; она отличается от обычных линейных схем, обратите внимание на транзисторы Q1 и Q2, на их базе собран генератор импульсов, то есть аккумулятор по сути заряжается импульсами тока, в этом можно убедиться подключив осциллограф, такой режим работы имеет множество плюсов.

Первый из них заключается в том, что силовой элемент схемы работает не в линейном, а в ключевом режиме, следовательно, нагреваться будет меньше, и ещё импульсная зарядка может быть полезной для консульфатации аккумулятора, а значит такая зарядка в теории может восстанавливать АКБ.

Генератор импульсов собран на маломощной комплементарной паре, можно использовать буквально любые маломощные транзисторы, например наши КТ 361 и КТ 315. Выходной ток может доходить до 10 ампер, следовательно с ее помощью можно эффективно заряжать аккумуляторы с ёмкостью до 100 ампер\часов.

Диодный мост нужен с запасом, советую использовать диоды ампер на 15-20, я ставил готовую сборку на 30 ампер. Сетевой понижающий трансформатор должен обеспечивать выходное напряжение не менее 15 или 16 вольт и соответствующий ток.

Тут важно запомнить — эффективный ток заряда для автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов составляет десятую часть от ёмкости аккумулятора,  например аккумулятор на 60 ампер\часов эффективный ток заряда должен быть в районе 6 ампер и т.д.

В моем варианте был использован готовый трансформатор от источника бесперебойного питания, по мне это хороший вариант. Мне повезло и обмотки трансформатора оказались медными, а не алюминиевыми как это бывает с бюджетными бесперебойниками.

Порывшись в старом хламе мне удалось найти только один тиристор, но к сожалению и тот оказался нерабочим, по идее можно собрать аналог тиристора, но я решил использовать обычный транзистор типа империи MJE13009 и всё прекрасно заработало.

переделал на транзистор

Печатная плата получилась довольно компактной, кстати исходный файл платы доступен для скачивания в конце статьи. Транзисторы и диодный мост устанавливают на радиатор, конструкцию также желательно дополнить кулером.  Индикаторы поставил стрелочные, амперметр на 1 ампер, но после замены шунта он стал отображать ток до 10 ампер, вольтметр на 15 вольт.

Хотел всё это дело собрать в корпусе от блока питания компьютера но на данный момент работаю над несколькими проектами и времени попросту нет, но в дальнейшем обязательно займусь изготовлением корпуса.

Выходное напряжение регулируется от чистого ноля. Процесс зарядки автомобильных аккумуляторов происходит следующим образом, включаем зарядное устройство в сеть и вращением переменного резистора добиваемся на выходе 14 и 14.4 вольт выходного напряжения.

Это напряжение полностью заряженного автомобильного аккумулятора, дальше подключаем зарядку к аккумулятору не забывая соблюдать полярность, то есть плюс к плюсу, а минус к минусу.

По мере заряда аккумуляторной батареи ток будет снижаться и в конце процесса значение будет близким к нулю, этим заряд можно считать завершенным.

Плохо то, что схема лишена защиты от коротких замыканий, может спасти только предохранитель, также отсутствует функция защиты от переполюсовки питания, но все это можно дополнить и позже, было бы желание))).

Плата в формате .lay; скачать…

Автор; АКА КАСЬЯН

xn--100—j4dau4ec0ao.xn--p1ai

Принцип работы умных зарядных устройств

В нынешнее время производители электроники для питания чаще используют элементы питания, в основе которых лежат литиевые технологии: литий-полимер (Li-Po), литий-ион (Li-ion). Плюс таких аккумуляторов в том, что у них большая удельная емкость, низкий саморазряд, способность отдавать большие токи при разряде и такие аккумуляторы изготавливаются любых форм и размеров. Для заряда таких аккумуляторов нужны специальные зарядные устройства.

Отметим, что подобные зарядные устройства нередко используются для подзарядки различных электрических инструментов, использующихся сотрудниками ЖКХ. Товары для ЖКХ, кстати, по сравнительно низкой цене можно приобрести в компании ЖКХ-МАРКЕТ, которая вот уже на протяжении более 10 лет занимается снабжением жилищно-коммунальных хозяйств в Москве и Московской области.

Стандартные аккумуляторы

Потребители часто приобретают такие устройства, которые работают на стандартных аккумуляторах типа АА или ААА. Они могут быть заменены обычными батарейками и специального зарядного устройства не требуется. Все реже и реже появляются, раньше использовавшие аккумуляторы NiMH. Они имеют емкость на 40% больше чем NiCD аккумуляторы. NiMH аккумуляторы с каждым днем совершенствуются. К примеру, если раньше у них саморазряд был высоким, то теперь некоторые аккумуляторы имеют минимальный саморазряд.

Способы зарядки аккумулятора

Когда заряжается аккумулятор, в нем происходят химические преобразования. Та энергия, которая поступает при зарядке, часть нее тратиться на эти преобразования, а часть превращается в тепло. NiMH аккумуляторы при зарядке нагреваются сильнее чем Nicd потому что химические реакции, протекающие при его заряде, являются экзотермическими.

Скорость заряда аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядки измерят в единицах С – численное значение емкости аккумулятора. Есть несколько видов зарядки:

• капельная зарядка (trickle charge) – ток 0.1 С
• быстрая зарядка (quick charge) – ток 0.3 С
• ускоренная зарядка (fast charge) – ток 0.5-1.0 С

Капельная зарядка

При капельном заряде выбирают маленький ток, потому что зарядка продолжается, если даже аккумулятор заряжен. При таком малом токе аккумулятор не так сильно нагревается. Точно определить окончание процесса зарядки тут невозможно.

Быстрая зарядка аккумулятора

Такая зарядка с током 1С рекомендована не всем аккумуляторам, потому что может открыться вентиляционное отверстие аккумулятора, при высокой температуре окружающей среды (до +40). При быстрой зарядке нужно во время прекратить процесс заряда.

Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз:

1. Определение наличия аккумулятора
2. Квалификация аккумулятора (Qualification)
3. Пред-зарядка (Pre-charge)
4. Переход к быстрой зарядке (Ramp)
5. Быстрая зарядка (Fast charge)
6. Дозарядка (Top-of Tcharge)
7. Поддерживающая зарядка (Maintenance charge)

Фаза определения наличия аккумулятора. Здесь проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1С. Если при этом напряжение будет 1.8 В, аккумулятор отсутствует или поврежден. При высоком напряжении зарядка не должна начинаться, как только будет обнаружено низкое напряжение, зарядка начнется. В остальных фазах должна проводиться проверка наличия аккумулятора, потому что на любой фазе аккумулятор может быть вынут и зарядное устройство должно возвращаться к первой фазе.

Фаза квалификации аккумулятора. С этой фазы начинается зарядка аккумулятора. Эта фаза нужна для оценки начального заряда аккумулятора. Судя по напряжению на аккумуляторе, нужно определить, нужна пред-зарядка или нет.

Фаза пред-зарядки. Эта фаза не должна длиться более 30 минут. Фаза пред-зарядки требуется для глубоко разряженных аккумуляторов. Для всех длительных фаз нужен контроль температуры, она не должна превышать 60 градусов во время зарядки.

Фаза перехода к быстрой зарядке. Не желательно сразу включать быстрый ток, лучше постепенно превышать в течение 2-х минут. Быструю зарядку можно начинать, если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В.

Фаза быстрой зарядки. Самое главное в этой фазе – вовремя прекратить заряд, иначе аккумулятор разрушиться. Чтобы вовремя остановить зарядку, можно использовать несколько методов определения заряда.

Для NiCd аккумуляторов применяется dV-метод – это самый быстрый метод определения заряда, к концу зарядки напряжения на аккумуляторе понижается.

Для NiMH аккумуляторов dV-метод работает не так хорошо. И используют dV=0 метод. Здесь детектируют постоянство напряжения на аккумуляторе. Если в течении 10 минут напряжение одно и то же, то пора отключать зарядку.

Также, окончание зарядки можно определить по температуре, так как к концу зарядки давление внутри аккумулятора растет и повышается температура. Некоторые зарядные устройства вместо постоянного тока используют импульсный. Импульсы тока длятся 1 сек. Плюсом такого метода является то, что он лучше выравнивает концентрацию активных веществ по всему объему, уменьшает вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивацию.

Фаза дозарядки. В этой фазе ток зарядки должен быть 0.1-0.3 С. Длительность дозарядки – 30 минут, далее уже будет перезарядка. После быстрого заряда лучше остудить аккумулятор и после начать процесс дозарядки.

Фаза поддерживающей зарядки. Постоянный ток для аккумулятора вреден, так как аккумулятор постоянно будет иметь высокую температуру. После окончания зарядки, аккумуляторы NiCd переходят в капельный режим, для поддержания заряда. А аккумуляторы NiMH не переносят перезаряд и поэтому поддержание заряда им пользу мало принесет. В принципе, можно обойтись и без этой фазы.

Сверхбыстрый заряд

Можно использовать ток до 3С. Когда аккумулятор заряжен на 70%, заряд нужно уменьшить и продолжать в обычном режиме. Если этого не сделать сверхвысокий нагрев аккумулятора разрушит его или даже взрыв.

«Умное» зарядное устройство

Аккумуляторы одного форм-фактора. К примеру, NiMH аккумуляторы размера АА имеют емкость 1900-2850 мА/ч, а аккумуляторы размера ААА – 750-1100 мА/ч. Ток зарядки должен быть пропорционален емкости аккумулятора. При зарядке большим током аккумулятора с маленькой емкостью, будет нагрев. При зарядке маленьким током, время зарядки будет длительным. В общем, зарядное устройство должно контролировать ток, то есть, использовать большой ток для аккумуляторов с большой емкостью и маленький ток для меньшей емкости. В этом заключается смысл «умного» зарядного устройства.

Проблема выключения питания зарядного устройства

Если при процессе зарядки питание зарядного устройства выключено, то при включении питания должен произойти переход на фазу определения наличия аккумулятора. При этом зарядка начинается сначала и дозарядка будет произведена полностью. Минус частой дозарядки в том, что оно может перерасти в перезарядку. «Умный» аккумулятор Li+ содержит контролер, измеряющий величину заряда.

Первичные источники тока

Первичные источники тока – это батарейки (щелочные и марганцево-цинковые). Отличие между первичными источниками и аккумуляторами является внутреннее сопротивление, которое у первичных источников выше. Если внутреннее сопротивление будет больше нормы, процесс зарядки прервется.

Эффект памяти и восстановления аккумуляторов

Проявляется эффект памяти в NiCd аккумуляторах. Смысл эффекта заключается в том, что на электродах образуются крупные кристаллические образования, в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться. Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка. Такая полная разрядка рекомендуется проводить в аккумуляторах NiMH перед их зарядкой. Будет лучше, если иметь зарядное устройство с функцией разряда.

Взаимодействие аккумуляторов в сборке

Отдельные аккумуляторы в батареи могут иметь разные характеристики. Аккумуляторы, которые имеют меньшую емкость, будут разрушаться в процессе разрядки сборки. И каждый аккумулятор в батареи должен заряжаться отдельно, но в готовых сборках есть только два вывода и возможен только совместный заряд. В этом случае нужно выравнивание.

serp1.ru

Зарядное устройство для герметичных свинцовых (гелевых) аккумуляторов

РадиоКот >Схемы >Питание >Зарядные устройства >

Зарядное устройство для герметичных свинцовых (гелевых) аккумуляторов

Здоровеньки булы, громодяне!

Эта история началась когда мы решили отправиться в лес в ночь с субботы
на воскресение — у брата был день варенья, и мы его решили отметить на свежем воздухе под шашлычек
и водочку. Стали собираться. Для освещения взяли пару фонарей, для наведения музыкального
фона небольшую магнитолку-бумбокс. Разумеется, для всего этого купили батарейки, что обошлось нам
в кругленькую сумму. С рожами счастливых идиотов мы вломились в лес и бойко приступили к сборке дров,
трезво (пока еще) рассудив, что было бы неплохо наломать этих самых дров пока не стемнело.
А дров надо было на два костра — для шашлыков и для обогрева — освещения места празднования.
Ну что я вам хочу сказать… на следующий день мне с трудом удавалось разогнуться, поскольку
для того, чтобы от костра света было достаточно туда надо постоянно подбрасывать дрова, которые
надо рубить в лесу, в котором после захода солнца стало темно, как сами знаете где и батареи
в фонарях приходилось экономить и освещать место пьянства костром, для которого надо рубить дрова.
Я повторяюсь, да? Ну вот той ночью у меня таких повторений было очень много.
В связи с чем на следующий день возникло два вопроса — «я отдыхал?» Или «где и как сделать, чтобы такого
больше не случалось?»

Прежде всего батареи — ясно, что нужны аккумуляторы, но посмотрев на цены современных никель-кадмиевых
аккумуляторов моя жаба категорически отказалась их покупать.
Тут я вспомнил про УПС-ы — ну знаете, такие бандуры для того, чтобы ваш комп не вырубился в самый
неподходящий момент, когда вы заканчиваете проходить сапера 100х100, а добрый сосед уже подключил
самопальный сварочный агрегат в розетку и радостно ухмыльнувшись включил его, обесточивая, таким
образом пол-дома.

Так вот, в этих бандурах применяются герметичные свинцовые аккумуляторы — их еще называют гелевыми.
По стоимости они не сравнимы с Ni-Cd аккумуляторами — первые стоят значительно меньше последних.
Поехал я в магазинчик и прикупил себе вполне даже средненький аккумулятор с напряжением 12 вольт и
ёмкостью 7,2 ампер-часа.

Рис.1 Фото аккумулятора.


Как видите, он совсем даже небольшого размера, весит в районе 2,5 кило, так что даже если поехать в
лес не на машине, а на свои двоих — руки оттягивает не сильно.


Далее все было просто — берем 10-ти ваттную автомобильную лампочку, вешаем её на длинном проводе на дерево
и подключаем к сабжу — свет готов. А для подключение магнитолы ваяем простенький стабилизатор на КРЕН8А
или её буржуйском аналоге LM7809, прикручиваем провода к клемам в батарейном отсеке — e voila — имеем
свет и музыку. Должен вам сказать, что подобная схема уже испытывалась — хватает на всю ночь непрерывной
работы и аккумулятор до конца не разряжается.


Но вы же понимаете, что все хорошо до конца не бывает — должна быть где то капелька отходов чловеческого
метаболизма, которая должна отравить всю идиллию. В данном случае засада в том, что эти аккумуляторы нельзя
заряжать обычными зарядными устройствами для автомобильных аккумуляторов.
Обычные кислотно-свинцовые аккумуляторы заряжаются постоянным по величине током, при этом напряжение на
клеммах все время растет и когда оно достигает определенной величины — электролит в аккумуляторе закипает,
что свидетельствуе об окончании заряда. Давайте себе представим, что будет, когда закипит герметичный
аккумулятор. Я так полагаю, что жертв и разрушений вряд ли удасться избежать. Посему эти ящики заряжают
по-другому: ток заряда устанавливают равным 0,1С, где С — это ёмкость аккумулятора, причем, зарядный ток
ограничивают, поскольку этот товарищ «неудовлетворенный желудочно» и готов сожрать все, что ему дают,
напряжение стабилизируют и устанавливают в пределах 14-15 вольт. В процессе заряда напряжение остается
практически неизменным, а ток будет уменьшаться от установленного, до 20-30мА в самом конце заряда.
То есть, нужно было собрать зарядное устройство.


Возиться ужасно не хотелось, но тут выручили буржуи — ST Microelectronics — у них, оказывается есть
почти готовое решение — микросхема L200C. Эта хреновина представляет собой стабилизатор напряжения
с программируемым ограничителем выходного тока. Ессс, сказал я. Мяу, казал Кот — он был со мной полностью
согласен.

Документация на эту микросхему лежит тут. www.st.com/stonline/products/literature/ds/1318.pdf
Схема зарядного устроства на рисунке 2 — это практически типовая схема включения




Рис.2 Схема принципиальная

Особо описывать в общем то и нечего, остановлюсь только на паре моментов.
Прежде всего — токозадающие резисторы R2-R6. Их мощность должна быть не меньше указанной на схеме, а
лучше больше. Ну если вы, конечно, не фанат дымовых спецэффектов и не тащитесь от вида почерневших
резисторов.




Рис 3.1 Макетка с деталюхами

Микросхему, разумеется, надо установить на радиатор, причем, тоже не жадничать — все это
хозяйство расчитано на долговременную работу, поэтому, чем легче будет тепловой режим элементов, тем
лучше для них, а значит и для вас. Резистором R7 подстраивается выходное напряжение в пределах 14-15 вольт. Диоды лучше брать наши, отечественные в металлических корпусах, тогда
их не надо устанавливать на радиаторы. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 15-16 вольт.
Лично я никакой платы не делал, не так уж много тут деталей — собрал все на макетке.
Что получилось видно на фотке.


Рис 3.2 Все в сборе, ток без корпуса

Работает все, как и предсказано в теории — ток, по началу, большой, к концу заряда опустился до незначительного
и в таком состоянии живет уже несколько дней. Кстати, фирма производитель рекомендует как раз такой, незначительный
ток в течении длительного времени для сохранения ёмкости батареи.
Документацию на саму батарею можно найти на сайте www.csb-battery.com.
Ну удачи, смотрите аккуратнее с паяльником то.




Обсудить статью в форуме


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

www.radiokot.ru

Обзор схем зарядных устройств

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных
батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную
работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей
производят током, значение которого можно определить по формуле

I=0,1Q

где I — средний зарядный ток, А., а Q — паспортная
электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по
эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное
протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в
течение длительного времени.

Классическая схема зарядного устройства для автомобильного
аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и
регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют
проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы
тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная
тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и
увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать
магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной
(сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных
сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная
схема такого устройства приведена на рис.
2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется
лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе,
поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком схемы на Рис. 2 является необходимость
обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора
раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20В).

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку
12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток
зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена
на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения
устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится
кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в
ней.

Выключателями Q1 — Q4 можно подключать различные
комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог
срабатывания реле К2, которое должно срабатывать при
напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью
заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена схема еще одного зарядного устройства, в
котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального
значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием
угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на
однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется
положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда
аккумулятора 10А , устанавливается амперметром. Защита устройства обеспечена со стороны сети и
нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4),
размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора
должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и
соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое
больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным
недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором
(тиристором).

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и
тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а
следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если регулирующий элемент перенести из цепи
вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. Схема такого устройства показана на рис.
5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен
примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1
включен в диагональ выпрямительного моста VD1 — VD4. Поскольку ток
первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока
заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно
небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на
радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной
обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой
зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока
(что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К
недостатку этого зарядного устройства следует отнести
гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что
необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения
(например, использовать переменный резистор с пластмассовой
осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на
рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8
необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик
VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3
типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых
стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта
(КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа
КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с
рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.).
Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а
если радиаторы будут сильно нагреваться, в
корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для
обдува.

www.radiolub.ru

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о