В большинстве случаев, все зарядные устройства используют схему автоматической зарядки аккумулятора для плавного выполнения операции зарядки и продления срока службы аккумулятора.
Считаете ли вы, что зарядные устройства для аккумуляторов стали важной частью нашей повседневной жизни как в личной, так и в профессиональной сфере?
Дело в том, что все мы хотим использовать портативное электронное оборудование, которое использует для работы аккумулятор. В продаже доступны различные виды электронного оборудования с аккумуляторным питанием, такие как мобильные телефоны, электрические велосипеды и самокаты, ноутбуки и т.д.
Для зарядки аккумуляторов мы используем зарядное устройство. Оно безопасно для всех пользователей. Но многим интересно, как работают зарядные устройства. В этой статье мы и поговорим об этом, а также рассмотрим схему автоматической зарядки аккумулятора и обсудим ее параметры.
Основные параметры зарядки
При безопасной зарядке аккумулятора необходимо учитывать три основных параметра:
- Постоянный ток (CC)
- Постоянное напряжение (CV) и
- Автоматическое отключение
Постоянный ток — здесь фиксируется величина зарядного тока аккумулятора. Этот ток поддерживается изменением напряжения.
Постоянное напряжение — здесь ток будет изменяться в соответствии с требованиями к зарядке аккумулятора, при этом напряжение остается постоянным.
Автоматическое отключение — определяет напряжение зарядки аккумулятора и, когда аккумулятор достигает полного уровня заряда, отключает напряжение зарядки.
Эти три основных параметра необходимы для успешной зарядки аккумулятора, не влияя на срок его службы.
В литий-ионных аккумуляторах, помимо этих параметров, также важны терморегулирование и ступенчатая зарядка для поддержания напряжения батареи и ее срока службы. Литий-ионный аккумулятор использует BMS (систему управления батареями) для поддержания этих параметров.
Давайте вкратце разберем перечисленные выше фундаментальные параметры.
Почему CC и CV важны?
Уровень зарядного тока является наиболее важным фактором, который существенно влияет на поведение аккумулятора. Это простой метод, который использует небольшой постоянный ток для зарядки аккумулятора во время полного процесса зарядки. Когда аккумулятор достигает заданного значения, зарядка CC прекращается.
В основном этот метод используется для зарядки никель-кадмиевых, никель-металлгидридных и литий-ионных аккумуляторов. Высокий ток зарядки быстро заряжает аккумулятор, но значительно снижает срок его службы. Следовательно, низкий зарядный ток обеспечивает высокое использование емкости, но заряжает аккумулятор медленно, что неудобно , например, для электромобилей.
Например, в литий-ионном аккумуляторном блоке 2S две ячейки 18650 по 3,7В каждая подключены последовательно, значит общее напряжение составляет 7,4В. Этот аккумулятор следует заряжать, когда напряжение падает до 6,4 В (3,2 В на элемент), а зарядка должна быть завершена до 8,4 В (4,2 В на элемент). Следовательно, значения 6,4 В и 8,4 В для этого аккумуляторного блока уже фиксированы.
Другой метод — это зарядка при постоянном напряжении, при которой поддерживается заданное напряжение для зарядки аккумулятора. Если напряжение постоянно, зарядный ток уменьшается по мере зарядки аккумулятора.
Зарядка аккумулятора требует более высокого значения тока для обеспечения постоянного напряжения на ранней стадии. Высокий зарядный ток от 15% до 80% обеспечивает быструю зарядку, но нагружает аккумулятор и может повлиять на срок его службы.
В режиме CC мы определяем ток зарядки. Этот ток зависит от класса аккумулятора/элемента (указанного в техническом описании аккумулятора) и от номинала аккумулятора в ампер-часах.
Предположим, мы выбрали значение 1000 мА в качестве постоянного зарядного тока. Таким образом, изначально, когда начинается зарядка аккумулятора, зарядное устройство должно перейти в режим CC и подать 1000 мА в аккумулятор, изменяя напряжение зарядки. Благодаря этому аккумулятор будет заряжаться, и напряжение начнет медленно расти.
Цепь постоянного напряжения
Здесь мы рассматриваем режим CV зарядного устройства литиевой батареи, в котором мы должны регулировать напряжение батареи от 6,4 В до 8,4 В, как обсуждалось ранее. Стабилизатор напряжения IC LM317 может сделать это, используя всего два резистора. Ниже описана схема зарядного устройства с режимом постоянного напряжения.
Заказать модуль LM317 источника питания с регулятором напряжения постоянного тока можно здесь.
Рассчитаем выходное напряжение для регулятора LM317,
Vout = 1,25 * (1 = (R2 / R1)), где 1,25 — опорное напряжение.
Здесь выходное напряжение (Vout) должно быть 8,4 В. Чтобы собрать эту схему, значение R1 должно быть меньше 1000 Ом, поэтому мы используем резистор 560 Ом. С помощью приведенной выше формулы мы можем вычислить значение R2.
8,4 В = 1,25 * (1+ (R2 / 560 Ом)
R2 = 3,3 кОм.
В качестве альтернативы вы можете использовать любую комбинацию номиналов резисторов, которая обеспечивает выходное напряжение 8,4 В. Для этой комбинации вы можете использовать любой онлайн-калькулятор LM317, чтобы облегчить вашу работу.
Цепь постоянного тока
Используя один резистор, микросхема LM317 может стать регулятором тока. Ниже показана схема зарядного устройства для этого регулятора тока.
Согласно приведенному выше объяснению, мы рассматриваем 1000 мА как постоянный ток зарядки.
Чтобы рассчитать номинал резистора для требуемого тока (приведен в паспорте аккумулятора) как,
Резистор (Ом) = 1,25 / Ток (А)
R = 1,25 / 1А = 1,25 Ом.
Поэтому нам нужно использовать резистор 1,25 Ом для построения этой схемы. У нас нет резистора на 1,25 Ом, поэтому мы выбираем ближайшее значение 1,5 Ом, которое указано на принципиальной схеме.
Цепь автоматического отключения
Автоотключение — важнейший параметр зарядки аккумулятора. В большинстве зарядных устройств используется цепь автоматического отключения. На приведенной ниже картинке показана схема зарядного устройства с функцией автоматического отключения. Она реализована с помощью регулируемого стабилизатора напряжения LM317.
Эта схема обеспечивает регулируемое выходное напряжение постоянного тока и заряжает аккумулятор. LM317 — это монолитная интегрированная ИС, доступная в трех различных корпусах. Этот регулятор напряжения обеспечивает ток нагрузки 1,5 А и диапазон выходного напряжения от 1,2 до 37 В.
Работа цепи автоматического отключения
По сути, схема использует основные компоненты источника питания, такие как трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор. Понижающий трансформатор (от 230 В до 15 В) понижает напряжение питания переменного тока. Далее, выпрямитель использует четыре диода 1N4007, которые преобразуют понижающий переменный ток в постоянный.
Конденсаторы С1 и С2 используются для работы фильтра. Для регулирования напряжения мы использовали микросхему C1 LM317. Она также работает как устройство управления током.
Здесь переменный резистор VR1 изменяет питание на вывод ADJ (Adjust) регулятора напряжения и, следовательно, изменяет выходное напряжение.
На схеме показаны зеленый и красный светодиоды. Зеленый светодиод показывает состояние зарядки аккумулятора, а красный светодиод отображает полную зарядку аккумулятора.
Когда батарея полностью заряжается, стабилитрон (12 В) генерирует обратное напряжение, которое течет к базе транзистора BD139 и включает его. Из-за такой проводимости в транзисторе контакт ADJ регулятора напряжения будет подключаться к земле, которая отключает выходное напряжение регулятора. Во время этого непрерывного процесса, чтобы избежать теплового воздействия, используйте радиатор.
Микросхема LM317 обеспечивает переменное выходное напряжение. Это напряжение можно изменять с помощью контакта ADJ, поэтому общее выходное напряжение будет следующим:
Vout = Vref (1 + R2 / R1) + IADJ R2
Где Vout — выходное напряжение.
В зависимости от положения резистора формула будет такой:
Vout = VREF (1 + VR1 / R1) + I ADJ VR1
Подача тока в зависимости от номинала аккумулятора
Очень важно выбрать ток зарядки, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Этот зарядный ток зависит от емкости аккумулятора (номинал в ампер-часах). Каждая батарея имеет свой определенный номинал в ампер-часах. Это заряд аккумулятора.
Ознакомьтесь с приведенными ниже примерами расчетов времени зарядки. Приведенные ниже расчеты являются приблизительными. Зарядный ток не всегда одинаковый. Когда аккумулятор почти полностью заряжен, зарядный ток уменьшается.
Например, у нас есть аккумулятор емкостью 50 Ач:
Сначала рассчитаем зарядный ток. По стандарту зарядный ток должен составлять 10% от емкости аккумулятора.
Следовательно, зарядный ток для АКБ 50А равен:
50 Ач x (10/100) = 5 ампер
Но из-за некоторых потерь для зарядки аккумулятора может потребоваться 5-8 Ампер.
Предположим, мы использовали 8 ампер для зарядки, тогда время зарядки аккумулятора на 50 Ач будет:
50/8 = 6,25 часа
Но это идеальный случай, практически было замечено, что 40% потерь приходится на зарядку аккумулятора.
50 x (40/100) = 20… .. (120 Ач x 40% потерь)
Следовательно,
50 + 20 = 70 Ач (50 Ач + потери)
Время зарядки аккумулятора = Ач / зарядный ток
70/8 = 8,75 часов (в реальном случае)
Следовательно, для полной зарядки аккумулятора на 50 Ач потребуется около 9 часов, если требуемый зарядный ток 8А.
Если ваш аккумулятор имеет емкость 50 Ампер-часов, то не стоит использовать зарядное устройство с током заряда 5А, иначе, на зарядку аккумулятора уйдет около 10 часов, это очень долго.
Идеальное время зарядки аккумуляторов должно составлять 2-3 часа. Этот зарядный ток может варьироваться в зависимости от типа аккумуляторов, поэтому вы можете установить зарядный ток в соответствии с емкостью батареи и ее типом.
С Уважением, МониторБанк