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.

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

1. Что такое электрический ток?
2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?
4. Как устроен сухой гальванический элемент?
5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?
6. Как устроен аккумулятор?
7. Где применяются аккумуляторы?

Задание

1. С помощью Интернета найдите, какие существуют типы зарядных устройств и выделите их особенности.
2. Подготовьте презентацию о применении аккумуляторов.

Простой в использовании и необходимый аксессуар. Используется почти каждый день. Скорее всего, у Вас дома их несколько штук. Что это? Зарядное устройство! Для телефона, планшета, ридера, смарт-часов...

Типы зарядных устройств – сетевое, автомобильное и индукционное

Сетевое зарядное устройство – это аксессуар, который позволяет заряжать устройства с помощью электрического тока прямо из розетки. Это означает, что Вы сможете воспользоваться им не только дома или на работе, но везде, где есть доступ к электроэнергии. Отсоединяемый от блока питания кабель USB позволяет заряжать устройство с помощью USB-порта в вашем компьютере или ноутбуке.

Автомобильное зарядное устройство – это аксессуар, который заряжает устройства от розетки прикуривателя в автомобиле. Чаще всего состоит из блока питания, который подключается непосредственно в прикуриватель с выходом USB на кабель, который с одной стороны имеет разъем USB, а с другой – micro-USB или USB типа C. Как правило, даёт энергию только установки ключа в замок зажигания.

Индуктивное зарядное устройство является современным решением, которое позволяет осуществлять беспроводную зарядку устройств. Аксессуар состоит из кабеля питания, а также платформы, на которой Вы размещаете телефон для зарядки. Зарядное устройство подключается к розетке, и в момент, когда телефон не используется, его можно положить на платформу беспроводной зарядки. Когда Вы вновь возьмете телефон в руки – зарядка прекратится.

Индуктивная зарядка будет работать с вашим смартфоном, если он адаптирован к этой технологии. Металлическая задняя панель предотвращает использование индукции, в отличие от корпуса из стекла. Беспроводная зарядка возможна только с определенными моделями, которые отвечают этому условию. Информацию на эту тему вы найдете в спецификации устройства.

Зарядное устройство с технологией Power Delivery – это, как правило, устройство с разъемом USB типа C. Благодаря этому, может использоваться одновременно для зарядки телефона или ноутбука, если они имеют совместимые порты USB C. Некоторые модели зарядных устройств имеют также стандартные порты USB 2.0 и могут использоваться для зарядки других мобильных устройств.

Параметры зарядных устройств

Когда-то каждый производитель телефонов использовал решения, подходящие только для его устройств. Позже, по общему соглашению производителей, большинство перешло к стандарту micro-USB, чтобы ограничить образование электронных отходов . Благодаря единому стандарту, теоретически зарядным устройством от одного смартфона можно зарядить любой другой. Вы можете также использовать его для пополнения энергии в устройстве чтения электронных книг или фотокамере.

На практике стоит обратить внимание на характеристики зарядного устройства, такие как зарядное напряжение , выраженное в вольтах (V) и сила тока , выраженное в амперах (А). Как правило, параметры эти подобраны так, чтобы эффективно и безопасно заряжать устройство, с которым в комплекте шел зарядник. Само то, что зарядное устройство имеет идентичные разъем micro USB не даёт гарантии, что оно надежно зарядит телефон или ридер другой марки.

Да, Вы быстрее зарядите смартфон с помощью зарядного устройства с силой тока 2А и напряжением 5В, чем зарядным устройством с силой тока 1А и напряжением 5В. Однако, помните, что высокая интенсивность зарядки уменьшает срок службы батареи .

В большинстве случаев более оптимальна медленная зарядка. Мы говорим, конечно, об аккумуляторах Li-Ion, которые используются в большинстве современных устройств. Мы знаем, однако, что иногда нам не хватает времени на подключение телефона к зарядному устройству на два часа. Спорадические использование мощного зарядника не должно навредить.

Как долго длится зарядка различных устройств

Каждое зарядное устройство поддерживает свои уровни силы тока и напряжения , что приводит к более длительному или более короткому времени зарядки устройств. Многое зависит от типа зарядного устройства – будь то сетевое зарядное устройство, автомобильный зарядник или кабель, подключаемый к разъему USB ноутбука. Ещё одна переменная – это емкость батареи в заряжаемом устройстве. Если сложить вместе все эти элементы, можно даже предсказать приблизительное время зарядки вашего устройства.

Большинство сетевых зарядных устройств для мобильных гаджетов имеет напряжение на уровне 5В. Разница заключается в силе тока, а значения колеблется в диапазоне от 1 до 2,1 А. Быстрее будет заряжать устройство с наиболее высокой силой тока. Помните, однако, что высокая интенсивность может привести к перегреву аккумулятора. Как правило, как мобильные устройства, так и сами зарядные устройства имеют защиту, которая отключает ток после полной зарядки аккумулятора, однако, стоит помнить также об отключении телефона после восстановления уровня запаса энергии.

В случае автомобильных зарядных устройств диапазон, безусловно, шире: напряжение от 3.6 до 20 Вольт и ток от 0,7А до 4,8А. Помните, однако, что более высокими значениями характеризуются зарядники, предназначенные для одновременной зарядки нескольких устройств. Таким образом, как напряжение тока, так и сила тока «разделяется» на несколько портов – от 2 до 5. Что, однако, позволяет осуществлять довольно быструю зарядку.

Индукционные зарядные устройства позволяют использовать напряжение 5-9 Вольт и ток 1-2А. Словом: также обеспечивают сравнительно быструю зарядку устройств.

Зарядка через USB (кабель подключенный напрямую к компьютеру), – это медленный вариант, но и самый безопасный для вашего устройства. Конечно, много зависит от стандарта USB: 2.0 обеспечивает напряжение величиной 5 Вольт и силу тока в 0,5 А. В случае USB 3.0 и 3.1 – это уже 0.9 А. Новейший стандарт USB-C обеспечивает ток от 0,5А до 3А.

Технологии быстрой зарядки устройств

Всё чаще в характеристиках смартфонов можно найти информацию о поддержке технологии быстрой зарядки . Чаще всего они касаются моделей, которые имеют аккумуляторы большой емкости и их зарядка стандартным способом была бы слишком долгой. Эти технологии позволяют быстро «подзарядить» батарею в течение нескольких или десятков минут, чтобы её хватило ещё на несколько часов работы.

Преимущества технологии быстрой зарядки :

• возможность зарядки устройства в течение короткого времени
• адаптация для оборудования с большой емкостью аккумулятора

Недостатки технологии быстрой зарядки :

• быстрее изнашиваются батареи, которые «не любят» зарядки током высокой интенсивности
• возможность чрезмерного нагрева смартфона и аккумулятора

QuickCharge – это технология, разработанная компанией Qualcomm. Для работы требуется как зарядное устройство, поддерживающее этот стандарт, так и совместимое с ним устройство. Все версии технологии QuickCharge обратно совместимы. Устройства, совместимые с технологией, не должны быть оснащены процессором Qualcomm, потому что за поддержку этого решения отвечает не процессор, а, прежде всего, внешний контроллер.

Решение основано на подаче на устройство питания большого напряжения и силы тока, что увеличивает мощность зарядки – например, зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 1А обеспечивает лишь 5Вт (ватт) мощности во время зарядки. Зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 2А обеспечивает уже в два раза больше мощности – вплоть до 10 Ватт.

В процессе развития технологий дошло до того, что напряжение может изменяться от 3,6 до 20 Вольт, а максимальная мощность была увеличена до 18 Ватт.

Технология Quick Charge учитывает также характерные особенности литиевых аккумуляторов. Этот тип батареи хорошо работает, когда быстро заряжается в начале, а потом постепенно снижается ток зарядки.

Adaptive Fast Charging работает по аналогичному принципу, как Quick Charge. Зарядное устройство обеспечивает устройству ток с более высоким напряжением и силой. Благодаря этому, аккумулятор заряжается в более короткие сроки.

Основная идея этой технологии заключается в предоставлении как можно большей мощности аккумулятору в кратчайшие сроки. Это делает достаточным подключения зарядного устройства на 10 минут, чтобы пополнить энергию на последующие несколько часов.

Зарядное устройство регулирует параметры к потребностям устройства и времени зарядки и с течением времени уменьшает мощность. Благодаря этому, зарядка может длиться меньше или дольше, но в каждой из этих ситуаций обеспечивается безопасность.

SuperCharge – это технология, появившаяся в некоторых устройствах марки Huawei. Заключается в том, что процессом зарядки управляет зарядное устройство, – благодаря этому, контроллер в телефоне может быть гораздо проще.

Зарядное устройство обеспечивает смартфону ток стандартного напряжения 5В и очень высокой силы – до 4,5А. Благодаря тому, что зарядкой управляет зарядное устройство, телефон не производит чрезмерного количества тепла.

Зарядное устройство - устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника; как правило, - от сети переменного тока напряжением 220 Вольт.

Зарядное устройство состоит из:
— преобразователя напряжения (трансформатор, импульсный блок питания);
— выпрямителя;
— стабилизатора напряжения;
— устройства контроля силы тока или процесса заряда;
— амперметр или светодиодные индикаторы.

Виды зарядных устройств:
— встроенные;
— внешние.

Типы зарядных устройств для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей:
1. Зарядные устройства нормального (медленного) заряда
2. Зарядные устройства быстрого заряда
3. Зарядные устройства скоростного заряда

Зарядные устройства нормального (медленного) заряда .

Используют для зарядки только никель-кадмиевых батарей. Зарядные устройства этого типа, иногда называют ночными, они самые дешевые из всех видов батарей Ток нормального заряда составляет 0,1 с, время заряда – 14 — 16 ч., при таком малом токе и длительном времени заряда трудно определить время окончания заряда По этой причине индикатор готовности батареи в зарядных устройствах для нормального заряда обычно отсутствует.

Если зарядный ток установлен правильно, полностью заряженная батарея становится чуть теплой на ощупь, и нет необходимости немедленно отключать ее от зарядного устройства. В нем батарея может оставаться более чем на один день. Но лучше всего отключать зарядное устройство сразу после окончания заряда.

Не следует использовать зарядные устройства медленного заряда для зарядки батарей малой емкости, так как они рассчитаны на работу с более мощными батареями. В таком случае аккумуляторная батарея станет нагреваться уже по достижении 70% своей емкости.

А в случае, если для зарядки мощной аккумуляторной батареи используется недостаточно мощное зарядное устройство, батарея в процессе заряда будет оставаться холодной и никогда не будет заряжена до конца. Тогда она потеряет часть своей емкости.

Зарядные устройства быстрого заряда.

Используют для зарядки как никель-кадмиевых, так и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Они характеризуются как зарядные устройства среднего класса как по скорости заряда, так и по цене. Заряд аккумуляторов в них происходит в течение 3 — 6 часов током около 0,ЗС. В качестве необходимого элемента эти зарядные устройства имеют схему контроля достижения аккумуляторами определенного напряжения в конце заряда и их отключения в этот момент. Зарядные устройства быстрого заряда обеспечивают лучшее по сравнению с устройствами медленного заряда обслуживание аккумуляторов. В настоящее время они уступили свое место зарядным устройствам скоростного заряда.

Зарядные устройства скоростного заряда .

Используют для зарядки как никель-кадмиевых, так и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Основное преимущество зарядных устройств скоростного заряда — меньшее время заряда. Хотя из-за большей мощности источника напряжения и необходимости использования специальных узлов контроля и управления такие зарядные устройства имеют наиболее высокие цены. Время заряда в зарядных устройствах такого типа зависит от тока заряда, степени разряда аккумуляторов, их емкости и типа. При токе заряда 1С разряженная никель-кадмиевая батарея заряжается в среднем менее чем за один час. Если же аккумуляторная батарея полностью заряжена, некоторые зарядные устройства переходят в режим подзарядки пониженным током заряда и с отключением по сигналу таймера.

Правила эксплуатации зарядных устройств
— перед включением зарядного устройства поставьте его на ровную поверхность;
— защитите зарядное устройство от воздействия пыли, грязи, продуктов питания, жидкости, перегрева и переохлаждения, а также от прямых солнечных лучей;
— при изменении условий хранения зарядного устройства, которые сопровождаются резким перепадом температуры и влажности, снаружи или внутри него может образоваться конденсат. Прежде чем начать работать с устройством, дайте влаге испариться. Это поможет избежать выхода зарядного устройства из строя.
— при переносе зарядного устройства из холодной среды в более теплую или из теплой в холодную не включайте питание, пока температура устройства не придет в соответствие с температурой среды;
— при отключении кабеля от сети беритесь за специальную петлю на вилке. Не тяните за кабель. Разъединяя разъемы, держите их прямо, чтобы не погнуть контакты. Аналогично, перед подключением кабеля убедитесь в правильной ориентации и соответствии частей разъемов.

Хранение зарядного устройства

Зарядное устройство в заводской упаковке должно храниться в проветриваемых помещениях при температуре воздуха от + 1° до +40° С, относительной влажности до 80%, при отсутствии в воздухе газов и щелочей, паров кислот, вызывающих коррозию.

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