Зарядное устройство – это специальное приспособление, которое предназначено для заряда аккумулятора электроэнергией от внешних источников. В большинстве случаев они используют энергию от сети переменного тока. Подобные устройства могут использоваться для подзарядки планшетов, телефонов, ноутбуков, зубных щеток, автомобилей и других агрегатов, где требуется подзарядка аккумулятора.
Часто устройства для зарядки аккумуляторов идут в комплекте с приобретенным оборудованием, к примеру, это зарядка для сотового телефона. Но в некоторых случаях подобное устройство необходимо приобретать самостоятельно. В продаже сегодня имеется большое количество устройств, которые позволяют произвести подзарядку аккумулятора. Но для правильного выбора требуется знать, как верно оценить подбираемое изделие, на что, прежде всего, следует обратить внимание.
Виды
Зарядное устройствопо способу своего применения может быть:
- Внешним.
- Встроенным.
Устройства могут классифицироваться по способу зарядки батареи, виду индикации, исполнению, присутствию функции разряда и других. К примеру, в устройствах для сотовых телефонов индикатором выступает экран мобильного, где высвечивается уровень зарядки батареи.
Зарядки также могут быть:
- Аккумуляторными – работа ведется по схеме накопления заряда и дальнейшей ее отдачи аккумуляторному устройству.
- Сетевыми – питание ведется от электрической сети, после чего идет преобразование напряжения в требуемое для конкретного агрегата.
- Автомобильные – они действуют от прикуривателя, расположенного в машине. Источником питания здесь выступает бортовая сеть.
- Универсальными – это провод, который имеет разъем, чтобы подключить смартфон, а также USB-разъем для зарядки от персонального компьютера.
- Беспроводными – телефон не взаимодействует прямо с током. Устройство представляет специальную платформу. В основе работы данного аксессуара лежит принцип индукционной катушки.
Для разных видов аккумуляторов производятся различные устройства зарядки, к примеру, для NiCd, NiMH, Li-Ion или даже комбинированных аккумуляторов.
По способу заряда устройства могут быть заряжающие постоянным или импульсным током. В зависимости от требуемых функций устройства могут быть профессиональными или бытовыми. По времени зарядки устройства могут быть медленными или быстрыми.
Устройство
Зарядное устройствов большинстве случаев включает следующие элементы:
- Преобразователь напряжения . Это может быть импульсный блок питания или трансформатор.
- Стабилизатор напряжения . Он поддерживает напряжение постоянного значения, вне зависимости от его колебаний, происходящих во входной цепи.
- Выпрямитель . Этот элемент преобразует электрический ток переменного значения в постоянный, то есть тот, который необходим для зарядки аккумулятора конкретного устройства. Каждый вид аккумулятора требует входящего напряжения определенной величины.
- Устройство, контролирующее процесс зарядки или силу электрического тока .
- Светодиодный индикатор .
Зарядное устройство может иметь и иные элементы, к примеру, аккумулятор во внешних агрегатах и другие приспособления. Промышленные устройства дополнительно имеют блоки с электронной аппаратурой, которые контролируют процесс зарядки. Такие устройства используются для одновременной зарядки 3-5 аккумуляторных батарей. Определенные модели могут заряжать одновременно импульсными токами и выполнять длительную зарядку.
Сложные устройства оснащаются микроконтроллерами, позволяющие максимально точно отслеживать целый ряд параметров: температуру, напряжение батареи, заряд и иные показатели. В более продвинутых устройствах даже присутствует датчик наружной температуры, ведь она существенно влияет на процесс зарядки.
Принцип действия
Все устройства, которые используются для подзарядки аккумуляторов, почти всегда действуют по единому принципу. При подключении к электрической сети, на зарядное устройство поступает напряжение 220 В. Элементы девайса корректируют силу и напряжение тока до тех показателей, которые необходимы для зарядки конкретного аккумулятора. К тому же каждый тип аккумуляторной батареи требует своего способа и порядка подзарядки.
Для автомобильных кислотно-свинцовых аккумуляторов рекомендуется подзарядка до момента их полной разрядки. Щелочные батареи следует разряжать полностью, ведь у них имеется эффект памяти. Но в то же время оба вида батарей следует подзаряжать до максимального значения. Поэтому в последнее время выпускаются лишь автоматические устройства для машин, которые не требуют вмешательства человека. Их нужно только подключить к сети и установить зажимы на клеммы батареи.
Автоматическое зарядное устройство управляет всем:
Контролирует уровень заряда, цикл, а также саму процедуру. После зарядки в сто процентов агрегат сам выключается. Если устройство не отсоединить, то оно будет постоянно вести контроль состояния батареи. При падении заряда датчики видят это, вследствие чего батарея начинает вновь заряжаться. В результате уровень зарядки будет находиться на 100 процентном уровне.
Существуют системы беспроводной зарядки, в которых применяется принцип электромагнитной индукции. Это значит, что зарядка происходит на определенном расстоянии благодаря появлению электрического тока в замыкающем контуре при смене магнитного напряжения, который пронизывает данный контур. Система включает первую и вторую катушку. В результате образуется система с индуктивной связью.
Ток переменного значения, который идет в обмотке первичной катушки, образует магнитное поле, образуя индукционное напряжение во второй катушке. Именно это напряжение применяется для зарядки батареи. Но данный принцип действует лишь на некотором небольшом расстоянии. При удалении телефона или иного устройства основная часть магнитного поля рассеивается, в результате вторичная катушка его не получает.
Также бывает и ручное зарядное устройство, которое часто применяется для зарядки сотового телефона где-нибудь в глуши, где нет электрической сети, к примеру, в тайге. Однако принцип работы их совершенной иной, они действуют по принципу ветряных турбин. Главным элементом подобных приспособлений является рукоятка для вращения. Функция данной рукоятки сопоставима функции, которую выполняет винт ветряной турбины.
При кручении рукоятки вращение передается стержню. В результате кинетическая энергия, которая создается человеком, направляется в генератор заряжающего устройства. Именно последний элемент выдает электрический ток с небольшим напряжением порядка 6 вольт. Этого напряжения вполне хватает, чтобы несколько зарядить севшую батарею, сделать необходимый звонок или отправить сообщение.
Применение
Зарядное устройствоприменяется для зарядки аккумуляторных батарей устройств и оборудования:
- Сотовые телефоны и смартфоны.
- Планшеты.
- Ноутбуки.
- Зубные щетки.
- Переносные , и многие другие электрические инструменты с аккумулятором.
- Электрокары.
- Переносные пылесосы, фены.
- Автомобили, мотоциклы и иное оборудование.
Как выбрать
Видов зарядок аккумуляторных батарей продается огромное количество. Это отечественные и зарубежные модели. Поэтому порой бывает затруднительно определиться с выбором.
- Если Вам требуется устройство для зарядки автомобиля время от времени, то присмотритесь к простому, но надежному девайсу без лишних функций. К примеру, подобная зарядка может пригодиться для зарядки аккумулятора вследствие его простоя во время холодов или поездки в зарубежные страны во время отпуска.
- Для новичков лучше всего выбирать автоматические устройства, где не нужно производить настройку. Для опытных владельцев автомобилей рекомендуются многофункциональные либо пуско-зарядные устройства. Количество опций ограничивается лишь финансовыми средствами.
- Необходимо приобретать лишь то устройство для зарядки, которое предназначено для конкретной электрохимической системы. Следует знать, что большая часть устройств используется лишь для конкретного вида оборудования. К примеру, разъем телефона может не подходить или устройство вырабатывает ток определенного напряжения. Тогда как для определенного девайса требуется совершенно иное напряжение. Не стоит заряжать аккумулятор в случае несоответствия напряжения.
- Применение устройства для зарядки более высокой мощности позволяет сократить время заряжания, однако могут иметься ограничения у самой батареи. Быстрая зарядка при отсутствии подобной функции у агрегата может снизить срок работы аккумулятора или даже вывести его из строя.
- Также следует обратить внимание на форму, дизайн, конструкцию и размеры устройства для зарядки. Выбор здесь в данном случае зависит от покупателя.
- При выборе беспроводного устройства нужно обратить внимание на производителя техники. Не каждый бренд производит девайсы с аккумуляторами, которые подходят для беспроводной зарядки. Также существуют свои стандарты питания «PMA» и «Qi». Здесь также могут быть ограничения. Не вся техника может поддерживать эти два стандарта.
- При подборе беспроводного устройства также следует обратить внимание на мощность, функциональность, время работы и безопасность.
Мобильная Справочная (c) 2003г
Важнейшим условием успешной работы любой аккумуляторной батареи является ее
правильная зарядка, которая зависит от
грамотного выбора зарядного устройства (ЗУ) и его
использования. Выбор зарядного устройства
влияет на производительность и срок службы
аккумуляторных батарей, хотя пользователь не
всегда может это сделать.
Наиболее распространенные типы зарядных
устройств
:
- ускоренные ЗУ 1–3-часовые;
- медленные ЗУ 14–16-часовые (иногда 24-часовые);
- кондиционирующие ЗУ.
Не всякий тип аккумуляторной батареи можно
заряжать в ускоренном зарядном устройстве; так,
например, свинцово-кислотный аккумулятор не
сможет зарядиться так быстро, как
никелево-кадмиевый.
Если Ni-Cd аккумулятор заряжать током в 1 С (100% током
от номинальной емкости в течение часа), то
типичная эффективность заряда по емкости будет
составлять 0,91 (для идеального аккумулятора будет
– 1). Для 100%-ного заряда следует заряжать 66 минут.
На медленном заряде в 0,1 С (10%-ным током от
номинальной емкости в течение 10 часов)
эффективность заряда по емкости составит 0,71.
Причиной низкой эффективности заряда является
то, что часть энергии заряда, поглощенного
батареей, расходуется через рассеяние в тепло.
Поэтому в медленном ЗУ (ток равен 0,1 С, т. е. 10% от
номинальной емкости – см. оценку емкости)
аккумулятор рекомендуют заряжать в течение 14–16
часов (не следует воспринимать это как заряд на
140%!), а не в течение 10 часов.
На правильность зарядки может влиять как сам
пользователь, так и собственно принцип работы
того или иного зарядного устройства.
В зависимости от типа аккумуляторной батареи, ее
конструкции, времени заряда и т. д., существуют
различные принципы работы зарядных устройств.
Принципы работы зарядных устройств
Важным моментом для большинства зарядных
устройств является определение окончания
заряда. Обычно медленные зарядные устройства
(для Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторов ток зарядки равен 10% от
номинальной емкости аккумулятора) не определяют
окончание заряда, поскольку при малом зарядном
токе более длительное нахождение аккумулятора в
ЗУ, скажем, на 1–2 часа, не приводит к критическим
последствиям.
Определение окончания заряда исключительно
важно в ускоренных зарядных устройствах, так как
более длительный заряд аккумулятора на больших
токах и соответственно повышение температуры
опасны для аккумуляторной батареи.
В некоторых дешевых зарядных устройствах
определение окончания заряда производится по
принципу достижения конкретного абсолютного
значения напряжения на аккумуляторной батарее.
Однако трудность правильной оценки степени
заряда аккумулятора в этом случае объясняется
тем, что напряжение батареи изменяется при
повторном циклировании и может варьироваться в
зависимости от температуры и скорости заряда. В
некоторых зарядных устройствах реализован
принцип отсчитывания конкретного времени заряда
с помощью таймера, с последующим прекращением
подачи зарядного тока на аккумулятор.
Недостаток данного метода состоит в том, что
пользователь, забыв уже о заряженной батарее,
может снова установить ее в данное зарядное
устройство, которое в свою очередь
«добросовестно», в строго отсчитанное таймером
время, на этот раз отдаст батарее еще одну порцию
зарядного тока, в результате чего «жизнь»
аккумуляторной батареи сократится.
Сложные зарядные устройства имеют
микроконтроллер, с помощью которого
осуществляется более точное обнаружение
окончания заряда, используя несколько методов –
контролируются напряжение батареи, ток,
температура или другие переменные значения.
Например, на Ni-Cd элементе по мере заряда
напряжение повышается, а затем, в конце процесса
заряда, подъем температуры, обусловленный
избыточным зарядом, вызывает некоторое снижение
напряжения на элементе.
Исследование этой характеристики позволило
разработать систему быстрого контролируемого
заряда. Такой признак, как снижение в напряжении,
называют отрицательной дельтой напряжения Negative
Delta V (NDV).
NDV – рекомендуемый метод обнаружения полного
заряда для открытого ведения контроля Ni-Cd
зарядных устройств и анализаторов, которые
обслуживают батареи, не имеющие внутреннего
термоэлемента (в некоторых Ni–Cd и Ni-MH современных
аккумуляторных батареях для обнаружения полного
заряда используется внутренний термоэлемент).
Более совершенные зарядные устройства,
использующие NDV-метод, включают в себя и другие
методы завершения заряда для более точного
определения полного заряда. В более сложных
зарядных устройствах имеется еще и датчик
внешней температуры, поскольку ее влияние на
заряд аккумуляторов играет очень большую роль,
так как не все типы аккумуляторных батарей могут
заряжаться при низких или при очень высоких
температурах. Так, например, эффективность
заряда Ni-Cd аккумуляторной батареи в более
высоких температурах очень низкая (аккумулятор
сможет принять не более 70% емкости при
температуре окружающей среды +45°С).
Метод импульсного заряда, который обязательно
применяется в кондиционирующих ЗУ и
анализаторах аккумуляторных батарей, наиболее
подходит для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторных батарей.
Суть метода заключается в том, что аккумулятор в
течение определенных периодов времени получает
заряд и разряд короткими импульсами. Активность
такого метода очень высока, так как разрядные
импульсы тока ми нимизируют формирование
нежелательных пузырей, кристаллов на пластине
Ni-Cd и Ni-MH аккумулятора, что в свою очередь
минимизирует эффект памяти и увеличивает срок
службы аккумуляторной батареи.
Выбор типа зарядных устройств
Приобретать рекомендованные производителем.
Каждая фирма-производитель имеет свои
технологии производства и соответственно свои
особенности эксплуатации зарядных устройств.
Использовать ускоренное ЗУ предпочтительнее в
том случае, если время заряда аккумулятора более
критично. Ускоренное ЗУ дороже обычного и
несколько сокращает время действия
аккумулятора.
Найти компромисс между жизнью и временем заряда
аккумулятора предоставляем пользователю.
Предпочтение кондиционирующих зарядных
устройств заключается в том, что, постоянно
заряжая Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторы в этих ЗУ, можно
заметно увеличить срок жизни аккумуляторов (не
забывая о правилах эксплуатации аккумуляторов!)
Словарь терминов
– характеризует
способность (нагрузочную) аккумуляторной
батареи удерживать номинальное напряжение при
большом разрядном (отдаваемом) токе.
Глубина разряда
– отношение разрядной
емкости к номинальной емкости батареи.
Емкость (С)
– энергия, которую способен
отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в
ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при
следующих условиях: меньшем токе разряда,
разряде с меньшими перерывами, более высокой
температуре окружающей среды, а также более
низком конечном напряжении.
Номинальная
– номинальное значение
емкости: количество энергии, которую способен
отдать полностью заряженный аккумулятор при
разряде в строго определенных условиях.
Например, емкость свинцово-кислотных батарей с
автоматическим регулированием внутреннего
давления измеряется, как правило, в условиях
20-часового разряда батареи, в то время как
емкости других типов батарей с более высокими
скоростями разряда определяются при 10-часовом
разряде.
Номинальное напряжение
– номинальное
значение напряжения батареи. Номинальное
напряжение свинцово-кислотных батарей
составляет 2 В на элемент, никелево-кадмиевых и
никелево- металлогидридных – 1,2 В на элемент, для
литиево-ионных – около 3,6 В в зависимости от
химического состава.
Саморазряд
– потеря емкости в отсутствие
внешнего потребителя тока.
Срок службы батареи
– наработка, при которой
разрядная емкость сделается меньше определенной
нормированной величины, обычно оценивается
рабочим количеством циклов «заряд-разряд».
Срок хранения
– максимальный период времени,
в течение которого батарея может храниться при
оговоренных условиях, не требуя дополнительной
зарядки.
Удельная емкость элемента по массе
–
отношение разрядной емкости к полной массе
(Вт·ч/кг, ватт-часы на килограмм).
Удельная емкость элемента по объему
–
отношение разрядной емкости к полному объему
(Вт*ч/ кубический метр, дюйм или литр).
Циклическое применение
– использование
батареи с попеременным чередованием зарядки и
разрядки. Заряд аккумуляторной батареи с
последующим разрядом называется циклом.
Электролиты
– вещества, растворы которых
проводят электрический ток.
Элемент
– составная часть аккумуляторной
батареи
Все зарядные устройства можно разделить на 3 типа. Самыми простыми являются неавтоматические устройства с блоком сетевого питания. Это блок питания трансформаторного типа. Такие зарядные устройства не имеют схем защиты аккумулятора. Их можно отличить по большому размеру и весу. Что касается трансформаторных зарядных устройств, то они являются весьма надёжными и долговечными. Но они не столь безопасны. Они приводят к перегреву аккумулятора, а также выкипанию электролита. В итоге , а иногда и разрушаются элементы аккумулятора. На сегодня большие трансформаторные зарядники почти полностью вышли из употребления.
Современные мобильные устройства, помимо удобного миниатюрного блока питания, имеют простую и функциональную ОС Андроид. Сейчас в интернете можно найти множество сайтов, предлагающих игры андроид 236 и массу различных приложений для работы и развлечений. Эти игры отлично подойдут для смартфонов и планшетов, подарив своим пользователям несколько часов приятно проведенного досуга.
Импульсные зарядные устройства
На сегодня наиболее популярны зарядные устройства, предназначенные для портативной техники. Это автоматические импульсные зарядники с наличием электронного таймера. При этом таймер зарядника способен работать в режиме быстрого заряда около четырёх часов. За этот период разряженный аккумулятор способен набрать основную часть своей ёмкости. После этого таймер переводит зарядник в режим импульсной зарядки. При этом электрическая энергия подаётся небольшими порциями на выводы элементов аккумулятора, чтобы поддерживать его в заряженном состоянии.
Зарядники с таймером просты и стоят недорого. Также они весьма удобны. При этом их всё же необходимо использовать с осторожностью. Учтите, что таймер настраивается производителем на период зарядки разряженного полностью аккумулятора. В случае если вы вставите в гнездо устройства аккумулятор, который частично разряжен, то тогда произойдет перезаряд, и в итоге аккумулятор может повредиться избыточным током.
В сотовых аппаратах, а также в КПК, цифровых плеерах и другой технике с наличием фирменной батареи это правило не действует. Но если вы используете универсальные зарядные устройства, то это правило следует учитывать.
Учтите, что полный разряд весьма опасен для любых аккумуляторов, и в первую очередь, для литий-ионных. Они даже могут выйти из строя из-за полного разряда. Учтите, что неиспользуемое устройство следует подзаряжать время от времени.
Самыми совершенными и универсальными являются зарядки с микропроцессорным управлением. Они могут заряжать любые аккумуляторы.
Они исключают перезаряд аккумуляторов. Их вполне можно использовать для зарядки любых частично разряженных аккумуляторов. Но учтите, что такие зарядники стоят очень дорого.
Заменять фирменную зарядку от сотового телефона универсальной нежелательно ввиду различия в электрических разъёмах и возможных ошибок. Фирменные зарядные устройства создаются конкретно под тот или иной тип аккумулятора. Так что это следует учитывать.
Как правильно подключать зарядное устройство? В случае с сотовыми телефонами последовательность такая – вначале вы должны подключить зарядник к электрической сети, после чего телефон — к заряднику. В противном случае вы можете навредить своему телефону.
Когда говорят об использовании электрической энергии в быту, на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут электрические лампы или прекращается движение электропоездов, троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.
Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения и существования в течение нужного нам времени?
Слово «ток» означает движение или течение чего-то.
Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанцию с потребителями электрической энергии?
Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых объясняются различные электрические явления (см. § 30). Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическими зарядами могут обладать и более крупные частицы вещества - ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.
Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создаётся и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока .
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделённые частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой - отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определённом направлении, возникнет электрический ток.
Рис. 44. Электрофорная машина
Рис. 45. Превращение внутренней энергии в электрическую
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине (рис. 44) в электрическую энергию превращается механическая энергия. Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток (рис. 45). Такой источник тока называется термоэлементом . В нём внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда (рис. 46). Это явление называется фотоэффектом . На нём основано устройство и действие фотоэлементов . Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.
Рис. 46. Превращение энергии излучения в электрическую
Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока - гальванического элемента и аккумулятора , которые будем использовать в опытах по электричеству.
В гальваническом элементе (рис. 47, а) происходят химические реакции, и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую. Изображённый на рисунке 47, б элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в смесь оксида марганца (IV) Мn0 2 и размельчённого углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углеродом заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH 4 CI) P.
Рис. 47. Гальванический элемент (батарейка)
В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония NH4CI цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.
Оксид марганца несёт положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.
Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами , возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.
Гальванические элементы - самые распространённые в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.
В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно, - аккумуляторы (от лат. аккумуляторе - накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещённых в раствор серной кислоты.
Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой - отрицательно. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками « + » и « - ». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный - с отрицательным полюсом.
Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щёлочи и пластины - одна из спрессованного железного порошка, вторая - из пероксида никеля. На рисунке 48 изображён современный аккумулятор.
Рис. 48. Аккумулятор
Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они служат для питания сети освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках Земли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.
а - мобильного телефона; б - ноутбука
На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. генератор - создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.
Вопросы
- Что такое электрический ток?
- Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
- Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?
- Как устроен сухой гальванический элемент?
- Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?
- Как устроен аккумулятор?
- Где применяются аккумуляторы?
Задание
- С помощью Интернета найдите, какие существуют типы зарядных устройств и выделите их особенности.
- Подготовьте презентацию о применении аккумуляторов.
1. Введение: современные зарядные устройства
Хорошее зарядное устройство является неотъемлемой составляющей частью хорошей аккумуляторной системы. Реалии рынка таковы, что он довольно сильно наполнен различными зарядными устройствами, в большинстве своем – невысокой ценовой категории. Но идеальной ситуацией является максимальное “родство” аккумуляторной батареи и зарядного устройства, они должны работать в паре словно тяговая лошадь и повозка. При разработке и конструировании новых моделей аккумуляторов зарядное устройство к ним должно разрабатываться параллельно, а то и в первую очередь. По факту же мы часто имеем ситуацию, когда зарядное устройство делается уже в спешке и постфактум, что конечно же отображается на функционировании всей аккумуляторной системы. Некоторые производители часто не догадываются о сложностях, которые могут возникнуть из-за недоработок в зарядных устройствах, особенно при зарядке в неблагоприятных условиях.
Рисунок 1: Аккумулятор и зарядное устройство должны взаимодействовать словно тяговая лошадь и повозка. Друг без друга они не обеспечат нужного результата.
Некоторые зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов имеют функцию “пробуждения”, необходимую для восстановления работоспособности аккумуляторов, у которых напряжение упало до критического уровня из-за чрезмерной разрядки. Причиной такого состояния аккумулятора может быть его долгое хранение, во время которого саморазряд понизил напряжение до точки отсечки. Обычное зарядное устройство не способно зарядить такой аккумулятор, поэтому довольно часто он признается неисправным и выбрасывается. Правильный алгоритм восстанавливающей зарядки состоит в том, чтобы применить к аккумулятору небольшой ток заряда, который поднимет напряжение к значению 2,2-2,9 В, что позволит активировать встроенную схему защиты, после чего станет возможна обычная зарядка. Следует быть осторожным в случае, если напряжение литий-ионного аккумулятора опускается ниже 1,5 В. Это может свидетельствовать о наличии в нем дендритов - образований, которые ставят под угрозу безопасность такого аккумулятора. (Смотрите BU-802b: Что происходит при повышенном саморазряде электрической батареи, где на рисунке 5 рассматриваются причины повышенного саморазряда литий-ионного аккумулятора после глубокой разрядки. Смотрите также BU-808a: Как пробудить “спящий” литий-ионный аккумулятор.)
Зарядные устройства для аккумуляторов на основе свинца и лития работают по специальному алгоритму - CC/CV (constant current/constant voltage - с англ. «постоянный ток/постоянное напряжение»). Значение силы тока зарядки постоянно, но при достижении аккумулятором определенного значения напряжения происходит понижение зарядного тока. Каждая электрохимическая система имеет свои определенные значения зарядных токов и напряжений.
Аккумуляторы на основе никеля заряжаются постоянным током без привязки к показателю напряжения аккумулятора. Обнаружение полного заряда фиксируется небольшим падением напряжения после периода устойчивого подъема. Зарядное устройство должно уметь быстро прекращать зарядку после индикации полного заряда, так как перезаряд может привести к внештатным ситуациях - короткому замыканию или выходу из строя элементов. Существует также способ определения полного заряда, основанный на изменении скорости роста температуры аккумулятора. Такой метод зарядки для никелевых аккумуляторов известен как dT/dt и хорошо себя показывает в режимах быстрой зарядки.
Повышение температуры при зарядке является нормальным явлением для никелевого аккумулятора, особенно этот эффект заметен при достижении уровня заряда в 70 процентов. Повышение температуры происходит из-за снижения эффективности зарядки, следовательно, зарядный ток должен быть уменьшен для предотвращения повреждения аккумулятора. Зарядное устройство фиксирует все эти температурные изменения и производит зарядку необходимой силой тока. Если же вы заметили, что заряжаемый аккумулятор все равно долгое время имеет повышенную температуру, то это свидетельствует о неправильном алгоритме зарядного устройства, и в таком случае его следует отключить во избежание повреждения аккумулятора.
NiCd и NiMH аккумуляторы не следует оставлять подключенными к зарядному устройству без присмотра в течение недель и месяцев. В случае отсутствия нужды в их эксплуатации, храните их в прохладном месте и заряжайте перед самым использованием.
Аккумуляторы на основе лития должны всегда оставаться прохладными при зарядке. Если вы заметили, что температура заряжаемого аккумулятора повысилась более чем на 10°С в сравнении с температурой окружающей среды, то зарядку следует прекратить. Благодаря встроенной схеме защиты, литий-ионные аккумуляторы не могут быть перезаряжены, соответственно, не имеет значения, подключен или отключен такой аккумулятор от зарядного устройства. Но в случае необходимости длительного хранения литий-ионного аккумулятора, лучше поместить его в прохладное место и зарядить непосредственно перед использованием.
Классическим примером зарядного устройства является довольно медленный прибор, которому для зарядки аккумулятора порой требуется вся ночь. Это восходит к давним временам, когда простое зарядное устройство для никель-кадмиевого аккумулятора имело постоянную фиксированную силу заряда в 0,1С (одну десятую от номинальной емкости). Такие зарядные устройства не имели функции обнаружения полного заряда, а для его достижения требовалось время от 14 до 16 часов. Достижение полного заряда NiCd фиксировалось небольшим повышением температуры аккумулятора. Для NiMH аккумулятора такой алгоритм зарядки не подходит из-за пониженной способности поглощать чрезмерный заряд. Современные недорогие зарядные устройства для типоразмеров АА, ААА и С часто используют именно этот алгоритм, поэтому в случае необходимости постоянной автономной готовности к работе устройства, следует запастись несколькими комплектами аккумуляторных батарей. Также при эксплуатации такого зарядного устройства необходимо следить за температурой аккумуляторов.
Если брать во внимание скорость зарядки, то зарядные устройства можно разделить на три группы - с медленной, средней и быстрой зарядкой. Зарядное устройство со средним временем зарядки, которое составляет 5-6 часов, в основном используется для потребительских устройств. Как правило, у него есть встроенная система обнаружения полного заряда и датчик температуры для обеспечения более безопасного процесса зарядки.
| Phoenix Charger | Skylla-i | Skylla-TG |
| 12/24В, 16-200А | 24В, 80-500А | 24/48В, 30-500А |
| Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления. | ||
Быстрые зарядные устройства имеют ряд преимуществ и самым очевидным из них является скорость зарядки. Возможность реализации этих преимуществ предполагает более тесную связь между зарядным устройством и аккумулятором. При скорости зарядки в 1С (Смотрите BU-402: Что такое С-рейтинг ), которую обычно использует быстрое зарядное устройство, полностью разряженный никель-кадмиевый или никель-металл-гидридный аккумулятор могут зарядиться всего лишь за один час. По мере того как аккумулятор приближается к полному заряду, некоторые зарядные устройства для никель-кадмиевой электрохимической системы уменьшают зарядный ток во избежание негативных эффектов перезаряда. Полностью заряженный аккумулятор переключает зарядное устройство в режим капельной подзарядки, также известной как обслуживающий заряд. Большинство современных зарядных устройств для никель-кадмиевой электрохимической системы имеют алгоритм зарядки и для никель-металл-гидридной, который отличается отсутствием режима капельной подзарядки.
Сила тока в холостом режиме зарядного устройства должна быть как можно ниже для экономии энергии. Существует система пятибального оценивания этой энергоэффективности, называемая Energy Star. Смысл оценивания состоит в назначении зарядным устройствам для мобильных телефонов и других гаджетов определенного количества звезд. Пять звезд получают зарядные устройства с мощностью холостого режима в 30 мВт и меньше; четыре звезды отвечают за диапазон 30-150 мВт; три звезды - 150-250 мВт; две - 250-350 мВт. Зарядные устройства с еще большей холостой мощностью получают, соответственно, самую низкую оценку - одну звезду. Energy Star призвана сократить потребление электроэнергии зарядными устройствами, которые и при холостом режиме по каким-то причинам остаются подключенными к электросетям. Количество таких зарядных устройств на нашей планете оценивается в один миллиард (!).
Используйте только зарядное устройство, предназначенное для определенной электрохимической системы. Большинство зарядных устройств предназначены только для одной электрохимической системы. Убедитесь, что напряжение аккумуляторной батареи согласуется с зарядным устройством. Не заряжайте аккумулятор при различии значений напряжения.
Реальный показатель емкости аккумулятора может немного отличаться от номинального. Зарядка аккумулятора большей емкости занимает и больше времени. Не следует использовать зарядное устройство к аккумулятору с емкостью, превышающей спецификации зарядного устройства более, чем на 25 процентов.
Использование зарядного устройства более высокой мощности сокращает время зарядки, но существуют ограничения относительно того, как быстро аккумулятор может быть заряжен. Ультрабыстрая зарядка в любом случае вызывает некоторый стресс аккумулятора.
Зарядное устройство для свинцово-кислотного аккумулятора должно переключаться в режим поддержания заряда при полном насыщении, а для никелевого необходима капельная подзарядка после полного заряда. Поддержание заряда и капельная подзарядка призваны компенсировать потери саморазряда.
При необходимости, зарядное устройство должно иметь датчик температуры для фиксации полного заряда или неисправности аккумулятора.
Соблюдайте температурные режимы зарядки. Свинцово-кислотный аккумулятор должен оставаться чуть теплым на ощупь; никелевый нагревается к концу заряда, но сразу остывает при полном заряде. Температура же литий-ионного не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 10°С.
Особо следите за температурой при использовании сомнительного недорогого зарядного устройства.
Производите зарядку при комнатной температуре. Более низкая температура скажется на скорости и качестве зарядки. Литий-ионные аккумуляторы не могут быть заряжены при отрицательных значениях температуры.
