Принцип зарядки разных видов аккумуляторов

Электрическая энергия стала основой развития многих направлений техники. Всё больше устройств получает возможность использования в любое время и в любом месте без соединения с сетью. Эта возможность обеспечивается аккумуляторами. Они стали важнейшей частью таких устройств как мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты, источники света и многих других устройств в значительной мере, определяя выбор покупателя своими свойствами. В основе работы всех батарей лежат электрохимические процессы. Развитие энергетических показателей происходит по мере выявления новых химических соединений с более эффективными параметрами, которые технически можно реализовать в этих устройствах.

Разновидности

В ходе этого развития сформировалось несколько аккумуляторных групп:

• свинцово-кислотные;
• никель-кадмиевые и никель-металлогидридные;
• литий-ионные и литий-полимерные;
• алкалиновые.

Внутри них существует огромное число моделей производимых по всему миру.

Каждая группа характеризуется определёнными особенностями, которые охватывают не только устройства, но и эксплуатацию их. Как правило, зарядка батареи зеркально отображает его разрядку – чем дольше аккумулятор способен питать нагрузку, тем больше времени требуется для его зарядки. Но при разрядке, как правило, величина тока изменяется случайным образом. В то время как условия зарядки всегда одинаковы.

Особенности и принцип зарядки аккумуляторов

Поэтому применительно к той или иной группе важно правильно выбирать величины токов разрядки и зарядки и время их действия. Токи оказывают влияние на процессы рекомбинации веществ в теле устройства и сопутствующий им теплообмен с окружающей средой. В большинстве устройств при этом выделяются газы. Например, при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов появляется водород.

При определённой концентрации его в воздухе может образоваться взрывоопасная смесь, которая способна причинить значительный ущерб от малейшей искры. Например, от выключателя лампочки. Поэтому свинцово-кислотные батареи должны заряжаться при наличии вытяжной вентиляции. Если такой аккумулятор заряжается дома лучшее место для его расположения на это время балкон или приоткрытое окно со сквозняком. Эксплуатация никель-кадмиевых батарей должна выполняться соответственно их техническому паспорту.

Эти аккумуляторы наиболее чувствительны к режиму зарядки и при его неправильном выполнении быстрее «умирают».  Для них предпочтителен непрерывный ток разряда, который значительно меньше импульсного зарядного тока, воздействующего на батарею за меньшее время зарядки. Причём заряжать лучше всего полностью разряженный никель-кадмиевый аккумулятор. Основные характеристики батарей приведены в таблице далее.

Никель-металлогидридные батареи имеют свою особенность эксплуатации. Заряжать их лучше всего при неполном разряде. При работе этих аккумуляторов выделяется значительное тепло. Оно может оказать негативное воздействие на вещества батареи. По этой причине следует использовать только те зарядные устройства, которые идут в комплекте с нагрузкой этих аккумуляторов, и вот почему. Конструкция отсека для установки батарей оказывает влияние на обмен теплом с окружающей средой. А «штатное» зарядное устройство выполняет зарядку с учётом этого. Тогда никель-металлогидридные аккумуляторы прослужат дольше.

В любой батарее при зарядке выделяется газ. Поэтому конструкция корпуса предусматривает отвод его во внешнюю среду через специальный клапан. Количество газа, который выделяется за единицу времени, зависит от величины зарядного тока. В малогабаритных аккумуляторах отвод газа происходит медленно. Поэтому если их заряжать более сильным током давление внутри корпуса начнёт увеличиваться, что вызовет его деформацию. Устройство отвода газов, выделяющихся при зарядке в «пальчиковом» аккумуляторе показано на изображении слева.

Батареи без специальных мер защиты могут проработать совсем недолго по причине недопустимо больших токов разряда и зарядки. Поэтому в большинстве из тех, что идут в комплекте с мобильными телефонами, ноутбуками и другими устройствами есть специальные предохранительные элементы. Например, такие как термопредохранители, плавкие предохранители, встроенные в аккумулятор микросхемы. Они предназначены для ограничения тока при работе батареи либо из-за слишком сильного её нагрева при зарядке, либо из-за перегрузки по току нагрузки.

Аккумуляторы, изготовленные на основе никеля, могут заряжаться несколькими способами. Их отличия показаны в таблицах далее.

Если процесс зарядки батареи на основе никеля начался, его не рекомендуется прерывать. Повторные включения этого процесса ускоряют износ этого аккумулятора.

Если используется метод нормального, т.е. медленного заряда при наименьшей величине тока получается стимуляция процесса кристаллизации вещества внутри аккумуляторной батареи и быстрее завершается срок её использования. Быстрый и скоростной способы зарядки в этом отношении предпочтительнее. Но при быстрой зарядке контроль готовности батареи к отключению от зарядного устройства определяется по величине напряжения на нём.

Поскольку величина напряжения аккумулятора не поддаётся нормированию в приемлемом диапазоне при их серийном производстве, быстрый способ зарядки требует индивидуального зарядного устройства для каждой батареи. А это также не приемлемо при массовом производстве. Поэтому быстрый способ применяется редко. Наилучшим является скоростной способ с контролем температуры заряжаемой батареи. А для продления срока службы аккумулятора на основе никеля такой способ рекомендуется один раз в месяц совмещать с полным разрядом его нормальным током.

Поскольку процесс зарядки аккумуляторов дело тонкое в зарядном устройстве применяется микроконтроллер для управления ходом процесса. Готовность аккумулятора определяется по незначительному уменьшению величины напряжения. Для этого микроконтроллер управляет величиной зарядного тока так, чтобы упомянутое уменьшение напряжения удалось зафиксировать и завершить зарядку.

Но в никель-металлогидридных батареях изменение напряжения, как правило, незначительно и его сложно зафиксировать даже с микроконтроллером. Зато весьма заметно изменение температуры при насыщении аккумулятора. Это свойство является основным для измерения заряженности этих батарей. Свинцово-кислотные батареи неприхотливы в отношении зарядки и могут оставаться подключенными к зарядному устройству длительное время независимо от величины имеющегося заряда. Если от батареи не будет отбираться энергия, она зарядится со временем до своего номинального напряжения. Главное чтобы величина зарядного тока определяла приемлемую температуру для заряжаемой батареи.

Батареи на основе лития по своей нетребовательности в отношении режима зарядки похожи на свинцово-кислотные аккумуляторы. Они также могут быть длительно подключенными к зарядному устройству. При этом они почти не нагреваются. При насыщении аккумулятора энергией его зарядный ток резко уменьшается. В зарядном устройстве это фиксируется и является сигналом о завершении процесса зарядки.

Правильная эксплуатация любого аккумулятора является основным условием его продолжительной работы. Но при этом необходимо также правильно хранить аккумулятор в течение длительного времени.