аккумулятор

РАДИОТЕХНИКА

Аккумуляторы

Существует неколько типов аккумуляторов: никель-кадминевые (NiCd), никель-метал-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li+), литий- полимерные (Li-Polymer). В настоящее время широкое распространение получили аккумуляторы литий за счет большой удельной емкости, низкого саморазряда и способности отдавать токи большой силы. Аккумуляторы на основе лития обладают еще одним дополнительным преимуществом. Конструктивно их можно создать любой формы: от сверхтонких, до любой конфигураци, заполняющие любые объемы. Однако данное преимущество литий аккумуляторов с одной стороны, а с другой- теряется взаимозаменяемость. Аккумуляторы одного устройства не подходят к другому, а про разных производителей и говорить нечего. Соответственно, чтобы купить аккумулятор такой, нужно потратить энную сумму денег. В то время как аккумуляторы АА и ААА сравнительно дешевле и более доступны и могут быть заменены в некоторых случаях обычными щелочными элементами такого форм-фактора. К недостаткам можно отнести меньшую удельную емкость и малую компактность.
   Caмыми востребованными аккумуляторами форм-фактора АА или ААА являются NiMH (никель-металл-гидридные). Они имеют процентов на 30...40 больше удельную емкость, меньше зависят от "эффекта памяти" и в их состав не входит вредный компонент кадмий..
    Однако купить аккумулятор NiMH обойдется намного дороже, чем NiCd аккумуляторы. Еще к недостаткам следует отнести их малый цикл заряда-разряда, порядка 200....300 циклов, после чего их характеристики начинают ухудшаться. Имеют большое внутреннее сопротивление. Однако технология производства NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется и уже на данный момент существуют экземпляры с улучшенными характеристиками.    В процессе зарядки аккумулятора энергия не полностью расходуется на химические преобразования, часть ее преобразовывается в тепло. Поэтому для эффективности заряда аккумуляторов можно ввести понятие КПД. Коэффициент полезного действия не может быть больше 100%. У аккумуляторов NiMH КПД заряда значительно ниже, чем у NiCd. Это объясняется тем, что химические реакции, протекающие в них, носят экзотермический характер. В то время как у NiCd они эндотермические, поэтому никель-металл-гидридные аккумуляторы более склоны к нагреву. Соответственно зарядка аккумулятора происходит с низким КПД..
   Существует несколько видов заряда аккумуляторов: капельная, быстрая и ускоренная. Капельная зарядка обычно производится током 0.1С, где С- емкость аккумулятора. Быстрая -0.3С, и ускоренная-0.5-1.0С током. Отличительных особенностей между быстрой и ускоренной зарядкой нет. Можно считать, что заряд током больше 0,1С будет считаться быстрой зарядкой. Если при быстрой зарядке нужно контролировать время окончания, то при капельной зарядке - можно заряжать сколько угодно по времени.

Капельная зарядка

Существует мнение, что капельная зарядка положительно влияет на долговечность аккумулятора. Однако это не совсем так. Дело в том, что при таком способе зарядки, зарядное устройство не отключается даже после того, как аккумулятор полностью зарядился. А зарядные устройства, предназначенные для заряда аккумуляторов большой емкости, для малых будут служить причиной сильного нагрева. Что значительно снижает срок их эксплуатации. А снижение капельного тока может привести к тому, что полный заряд аккумулятора может так и не быть достигнут. Например, при использовании зарядного от малых емкостей аккумулятора для заряжания больших емкостей. Более того, при таких условиях будет присутствовать наряду с током заряда ток саморазряда, что негативно также влияет на срок службы..
Как заряжать аккумулятор при капельном способе? Диагностировать точное время окончания заряда не возможно, так профиль напряжения в конце заряда плоский, температура также растет плавно. Здесь только можно ограничить по времени зарядку аккумуляторов, что и является их преимуществом по сравнению с другими способами заряда.

Быстрая зарядка

Производители никель-металл-гидридных аккумуляторов рекомендуют использовать быструю зарядку током 1С, а в некоторых случаях током 0.75С во избежание открытия вентиляционных отверстий. Во время быстрой зарядки КПД очень большой порядка 90%. Но ближе к концу КПД падает и соответственно, начинает расти температура. Современное устройство аккумулятора спроектировано таким образом, что при неконтролируемом росте температуры, откроются вентиляционные отверстия, и часть вещества будет утеряно. Поэтому здесь очень важно определить точное время окончания заряжания. Во время быстрой зарядки существуют надежные критерии по которым, можно прекратить зарядку..
Работа современных зарядных устройств состоит из нескольких фаз:

1.Определение аккумулятора.
2.Состояние аккумулятора.
3.Предзарядка.
4.Переход к быстрой зарядке.
5. Быстрая зарядка
6.Дозарядка.
7. Поддерживающая зарядка.

Фаза определения аккумулятора

В этой фазе проверяется наличие напряжения на клеммах аккумулятора. Если оно превышает 1,8В, то это говорит, что аккумулятор поврежден или отсутствует. Если напряжение меньше, то "умное зарядное" определяет, что аккумулятор подключен и можно начинать его зарядку.

Состояние аккумулятора

В этой фазе определяется состояние аккумулятора. Если напряжение его меньше 0,8В, то быструю зарядку использовать нельзя. Для этого сначала нужно подзарядить малым током, т. е. использовать фазу предзарядки. Если же напряжение на клеммах больше 0,8В, то фаза предзарядки пропускается. На практике зарядка аккумулятора в фазе предзарядки используется очень редко, так как современные аккумуляторы редко разряжают до значения меньше 1В.

Предзарядка

Эта фаза предназначена для глубоко разряженных аккумуляторов у которых напряжение на выводах меньше 0,8В. Значение зарядноо тока предзарядки выбирается в пределах 0,1-0,3В и ограничена временем зарядки, например, 40 минут. В более длительной зарядке смысла нет, так как в исправных аккумуляторах напряжение в 0,8В достигается очень быстро. Если напряжение не растет, что показывает, что аккумулятор не исправен, и его зарядку нужно прекратить с выводом ошибки на экран. Также нужно контролировать температуру, и при достижении +50С°,например, у NiMH-ых аккумуляторах, прекратить зарядку.

Фаза перехода к быстрой зарядке

Если напряжение на клеммах аккумулятора превышает 0,8В, то можно начинать быструю зарядку. Однако сразу заряжать большим током не рекомендуется. В течении пяти минут ток следует плавно увеличивать, пока он не достигнет тока быстрой зарядки. В этой фазе нужно контролировать рост температуры и как во всех фазах- наличие аккумулятора.

Быстрая зарядка

В этой фазе ток заряда устанавливается в пределах 0,5-1В. Здесь важно точно определить момент окончания заряда, так как если упустить момент окончания быстрой зарядки, аккумулятор может быть разрушен. Здесь очень важно, чтобы определение конца быстрой зарядки происходило по нескольким критериям. В этом случае, чаще всего используют для определения изменение напряжения, т. е. , например, у NiCd напряжение в процессе зарядки сначала растет, а затем в самом конце начинает падать, что и будет являться критерием окончания быстрой зарядки. Этот метод получил название dv-метод. Также определить конец быстрой зарядки можно по изменению температуры. Этот метод не совсем точен, но вкупе с dv-методом применим. Следует также отметить, что завершать быструю зарядку рекомендуется током малой величины. Ну и как дополнительным методом будет является ограничение время быстрой зарядки. Если не один из методов диагностирования окончания быстрой зарядки не сработал, включается таймер и прекращает быструю зарядку.

Фаза дозарядки

При такой фазе устанавливают ток заряда в пределах 0,1-0,3С и рекомендуется заряжать в течении 30 минут. Заряжать заряженный аккумулятор имеет смысл, так как при этом увеличивается его емкость на 5-6% и можно получить аккумулятор повышенной емкости. Однако не следует дозаряжать более рекомендуемого времени, так как это способствует уменьшению цикла заряд-разряд на 10-20%. Зарядка аккумулятора в фазе дозарядки должна производиться после того как аккумулятор "остыл" после быстрой зарядки. Так как с ростом температуры способность заряжаться у аккумуляторов значительно снижается.

Поддерживающая зарядка

После окончания зарядки зарядное устройство обычно переходит в фазу поддерживающей зарядки. Так сказать в режим капельного заряда. Это делается для того, чтобы поддерживать аккумулятор в заряженном состоянии. Однако это приводит к повышению температуры аккумулятора, что негативно отражается на его долговечности. Еще нужно отметить, что для NiMH аккумуляторов долговременное нахождение в капельной зарядке не желательно, так как они плохо переносят перезаряд. Или ток поддерживающей зарядки должен быть очень мал, где-то в пределах 0.005С, чтобы скомпенсировать саморазряд. Вообще-то фазу поддерживающей зарядки можно и не применять, однако если между зарядкой и его эксплуатацией проходит некоторое время, то рекомендуется его подзарядить..
Одним из важных требований, предъявляемых к зарядному устройству, это малый ток разряда по цепи при отключенном питании. Поэтому прежде чем купить зарядное для аккумулятора, нужно обратить внимание на этот немаловажный параметр.

Немного о первичных источниках тока

Помимо аккумуляторов, существуют так называемые первичные источники тока, которые еще называют батарейками, хотя это и неправильное название. Они подразделяются на щелочные (alcaline) и марганцево-цинковые. Первые имеют емкость раз в пять больше чем у вторых..
Различить аккумуляторы от источников первичных токов одного форм-фактора на первый взгляд сложно. Поэтому современные зарядные устройства должны безошибочно определять, что поставлено на зарядку: аккумулятор либо источник тока. Так как при быстрой зарядке, батарейка может попросту взорваться из-за отсутствия на ней вентиляционных отверстий. Но и задача определения типа подключенного источника также связана с определенными трудностями. Одним и способов идентификации является определение по внутреннему сопротивлению. У аккумуляторов оно составляет от 25-100 Ом, а первичные источники имеют 100-300 Ом. Однако опять же, эти значения справедливы для элементов, которые полностью разряжены. У полностью заряженных внутреннее сопротивление практически не отличается. Поэтому неплохо было бы использовать для идентификации подключенного устройства использовать и другие параметры. Хотя это и значительно увеличивает стоимость зарядного устройства. Но как говорится, самый лучший способ - это, вообще, отказаться от определения типа элемента и предоставить это самому пользователю.

Эффект памяти в аккумуляторах.

Для некоторых аккумуляторов существует такое понятие как эффект памяти. Более склоны к такому эффекту NiCd аккумуляторы. Эффект памяти получается при неполной зарядке-разрядке и заключает в появлении на электродах крупных кристаллических образований. Из-за этого некоторая часть активного вещества перестает использоваться. Для того чтобы устранить эффект памяти нужно произвести полную разрядку аккумулятора. В особо критических случаях может потребоваться несколько циклов зарядов-разрядов. NiMH аккумуляторы в меньшей степени подвержены этому эффекту. Фактически потеря емкости составляет где-то 5?. Но все равно рекомендуется раз в месяц производить полную разрядку таких аккумуляторов.
Неплохо, если зарядные устройства будут оснащены контролем минимального напряжения, так как разряжать аккумуляторы рекомендуется до 0.8-1.0В. Производить полную разрядку полезно производить не только для восстановления аккумуляторов, но и в том случае, когда точно не ивестно остаточная емкость, либо зарядка производится нескольких аккумуляторов, соединенных в батарею.

полезные ссылки