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.
Итак, вы рассматриваете покупку подключаемого к сети автомобиля - отличный выбор. Однако , вы должны проанализировать не только обычные критерии покупки, такие как цена, кузовные особенности, мощность, эффективность, комплектация и цвет, но и вопрос зарядки электромобиля . Приобретая или первое, о чем задумывается потенциальный владелец - как и при помощи чего будет происходить зарядка аккумуляторных батарей . Ведь даже человек мало осведомленный о возможностях экоавтомобилей, прекрасно понимает, что обычной вилки и розетки для этого бывает недостаточно.
Попробуем разобраться, какие существуют на сегодняшний день, основные типы зарядных устройств и разъемов .
Зарядки для электромобилей априори разные, к сожалению , по примеру mini-USB в производстве электрокаров пока нет (на данный момент ведется работа по внедрению ). Существует 4 типа зарядных станций, о которых должен быть осведомлен каждый водитель или будущий владелец электромобиля и несколько видов коннекторов, которыми комплектуются станции и модели электромобилей.
Типы зарядных станций:
Mode 1
Наименее мощный тип зарядки, осуществляемый преимущественно от бытовой сети. Интервал подзарядки электромобиля с помощью такого метода, составляет приблизительно 12 часов. Процесс происходит без специального оборудования, при помощи стандартной розетки и специального адаптера переменного тока. На сегодня данный тип практически не применяется для зарядки серийных автомобилей из-за низкой безопасности подключений.
Mode 2
Стандартный тип зарядной станции переменного тока, использовать которую можно в быту или пользоваться на автозаправочных комплексах. Применяется для зарядки электромобилей всех типов с традиционными разъемами подключаемого коннектора с системой защиты внутри кабеля. Длительность процесса составляет порядка 6-8 часов при емкости аккумуляторных батарей 20-24 кВт ч.
Mode 3
Самый мощный режим, используемый на станциях с переменным током. К нему применимы разъемы Type 1 - для однофазной и Type 2 - для трехфазной сети.
Mode 4
Тип зарядных станций в которых применяется не переменный, а постоянный ток. Мощность подобных комплексов для некоторых электромобилей бывает слишком высока. У тех же, что поддерживают подобный стандарт, аккумуляторы заряжаются до 80% в течении 30 минут. Подобные зарядные комплексы можно встретить на городских парковках и шоссе, хотя они довольно редки в Украине, поскольку обустройство такого комплекса требует отдельной линии электроснабжении большой мощности. Кроме того цена данной зарядной станции довольно высокая.
Tesla Supercharger
Отдельно стоит отметить тип , которые отличаются от указанных выше, обособленностью использования. Это даже не зарядные станции, а нагнетатели энергии, которые в течении 20 минут заряжают батареи до 50% объема, за 40 минут до 80% и за 75 минут до 100%. Tesla Supercharger обеспечивают высокую зарядную мощность 135 кВт постоянного тока (DC). Коннекторы станции в зависимости от региона использования разняться по форме коннектора, в США они имеют три разъема, в Европе пять, что существенно усложняет эксплуатацию импортированных из Америки в европейские страны электромобилей компании.
Так как в характеристики Mode 1-4 постоянно вносятся правки, предлагаем более простую классификацию типов зарядных станций по мощности зарядки :
- Для бытовых электросетей переменного тока 230 В до 16 А (3,7 кВт). Их часто называют кабелем так как они имеют малый корпус.
- Для ускоренной зарядки от электросетей переменного тока 230 В/400 В от 16 А до 40 А (от 3,7 кВт до 30 кВт).
- Fast charger или «Суперчарджер» - быстрая зарядка постоянным током подает питание на аккумулятор минуя инвертор. Это габаритное стационарное оборудование мощностью от 10 кВт до 400 кВт.
Зарядные станции также можно классифицировать по принципу использования:
- Станции предназначенные для стационарной установки.
- Для портативного использования в одном или нескольких местах.
- Станции для портативного и стационарного использования.
Классификация видов электромобильных разъемов
Кроме режимов работы зарядных станций необходимо знать и типы разъемов подключения коннектора, которые адаптированы к работе каждой из них.
Тип разъема коннектора Type 1 J1772
5-ти контактный стандартный разъем электромобильного коннектора, характерный для большинства электромобилей американского и азиатского производства. Разъем Type 1 применим для подзарядки электромобиля от зарядных комплексов, работающих по стандартам Mode 2, Mode 3. Подзарядка происходит при помощи однофазной сети переменного тока с максимальным напряжением 230 В, силой тока 32 А и предельной мощности в 7,4 кВт.
Type 2 (Mennekes)
7-ми контактный разъем характерный в основном для европейских электромобилей, а также для ряда китайских авто прошедших адаптацию. Особенность разъема заключается в возможности использовать однофазную и трехфазную сеть, с максимальным напряжением 400 В, силой тока 63 А, и мощностью 43 кВт. Обычно 400 В 32 А ~ 22 кВт при трехфазном подключении и 230 В 32 А ~ 7,4 кВт при однофазном подключении. Разъем допускает использование зарядных станций с режимами работы Mode 2, Mode 3.
CHAdeMO
2-контактный коннектор постоянного тока разработанный при сотрудничестве крупнейших японских автопроизводителей с компанией TEPCO. Может использоваться для зарядки большинства японских, американских и ряда европейских электромобилей. Рассчитан для использования на мощных зарядных станциях работающих от постоянного тока в режиме Mode 4, позволяющих заряжать батарею электромобиля до 80% в течении 30 минут (на мощности 50 кВт). Рассчитан на максимальное напряжение 500 В и силу тока 125 А с мощностью до 62,5 кВт, но уже .
CCS Combo (Type 1/Type 2)
Комбинированный тип коннектора, который позволяет вам использовать как медленные, так и быстрые быстрые точки зарядки. Работа разъема возможна благодаря инверторной технологии преобразующей постоянный ток в переменный. Транспортные средства с таким типом соединения могут принимать зарядную скорость вплоть до максимально «быстрой» зарядки. Разъемы CCS Combo не одинаковы для Европы и США и Японии: для Европы предлагают разъем Combo 2 совместимый с Mennekes, а для США и Японии Combo 1 который связан с J1772. Зарядка при помощи CSS Combo рассчитана на 200-500 В при 200 А и мощности 100 кВт. CSS Combo 2 на данный момент наиболее распространенный тип разъема на быстрых зарядных станциях в Европе вместе с CHAdeMO.
GB/T
Данный стандарт характерен для автомобилей только китайского производства и часто его называют просто GBT. Визуально он почти полностью напоминает европейский Mennekes, но технически с ним не сопоставим. Существует два типа разъемов для данного стандарта один для медленной второй для быстрой зарядки.
Далее приводим информационную таблицу, в которой вы сможете найти данные о типах разъемов для европейских и американских электромобилей популярных в Украине. Данная информация поможет тем, кто хочет купить электромобиль, но не владеет в полной мере данными касательно зарядки электромобилей.
Электромобиль |
Регион |
Порты переменого тока АС | Порты постоянного тока DC | Примечание |
|||||
| Type 1 J1772 | Type 2 Mennekes | Tesla Supercharger | CCS Combo 1 | CCS Combo 2 | CHAdeMO | Tesla Supercharger | |||
| BMW i3 | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | |
| EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | ||
| Chevrolet Bolt EV | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только через CCS Combo |
| Opel Ampera-e | EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | |
| Chevrolet Spark EV | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только через CCS Combo (Скоростная АС зарядка не поддерживается) |
| EU | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Fiat 500e | US | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Ford Focus Electric | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | ||
| Hyundai Ioniq Electric | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только через CCS Combo |
| EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | ||
| Jaguar I-Pace | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только через CCS Combo |
| EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | ||
| Kia Soul EV | US | да | нет | нет | нет | нет | да | нет | |
| EU | да | нет | нет | нет | нет | да | нет | ||
| Mercedes-Benz B-Class Electric | US | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Mitsubishi i-MiEV | US | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Nissan e-NV200 | US | да | нет | нет | нет | нет | опция | нет | Скоростная зарядка только через CHAdeMO |
| EU | до 2018 | с 2018 | нет | нет | нет | опция | нет | ||
| Nissan Leaf | US | да | нет | нет | нет | нет | опция | нет | Скоростная зарядка только через CHAdeMO |
| EU | до 2018 | с 2018 | нет | нет | да | опция | нет | ||
| Renault Kangoo Z.E. | US | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Renault ZOE | US | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только АС |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Smart ForTwo Electric Drive | US | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Tesla Model S | US | нет | нет | да | нет | нет | переходник | да | Скоростная зарядка CHAdeMO через адаптер, Tesla Supercharger |
| EU | нет | да | нет | нет | нет | переходник | да | ||
| Tesla Model X | US | нет | нет | да | нет | нет | переходник | да | Скоростная зарядка CHAdeMO и CCS Combo2 через адаптер, Tesla Supercharger |
| EU | нет | да | нет | нет | переходник | опция | да | ||
| Toyota RAV4 EV | US | да | нет | нет | нет | нет | нет | нет | Скоростная зарядка не поддерживается |
| EU | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | ||
| Volkswagen e-Golf | US | да | нет | нет | да | нет | нет | нет | Скоростная зарядка только через CCS Combo |
| EU | нет | да | нет | нет | да | нет | нет | ||
Хотели бы напомнить, что для удобства использования электромобилей
Статья о том, как выбрать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Виды устройств, важные нюансы выбора. В конце статьи - видео о простом з/у для аккумулятора своими руками.
Содержание статьи:
Современный автомобиль оснащается всё большим количеством приборов, которые питаются от бортовой сети. Роль аккумулятора заключается в обеспечение дополнительной энергии в тех ситуациях, когда генератор не справляется с нагрузками. А аккумуляторные батареи, как правило, разряжаются в самый неподходящий момент. Особенно в зимний период. И в отличие от аккумуляторов других электроприборов, АКБ для авто зарядным устройством не комплектуются; его приходится покупать отдельно.
Разновидности зарядных устройств и их особенности
З/у имеют несколько классификаций и в зависимости от своего типа наделены теми или иными качествами.
По методу заряда приборы делятся на 3 категории:
Метод фиксированного значения тока
Такие устройства заряжают аккумулятор до предела и довольно быстро. Однако в завершение процедуры электролит имеет свойство чрезмерно нагреваться, а это снижает срок эксплуатации аккумулятора, провоцируя ускоренное старение.
Метод постоянного напряжения
В данном случае электролит сохраняет требуемую температуру и контролировать процесс зарядки нет необходимости, так как при этой схеме прибор поддерживает заданный уровень напряжения. К минусам можно отнести снижение напряжения в конце процесса. Это не позволяет осуществить максимально возможный заряд аккумулятора.
Комбинированный метод
Сочетает в себе два вышеописанных варианта - в начале процесс идет при фиксированном значении тока, а под конец переходит на стабилизацию напряжения. Такой тандем делает этот тип приборов наиболее эффективными и востребованными.
По способу заряда з/у делятся на 2 категории:
Устройства трансформаторного типа
В быту они вряд ли встретятся, так как обладают внушительными габаритами и столь же внушительным весом. Их назначение - преобразование тока 220В в постоянный ток (12В).
Импульсные
Принцип действия подобен предыдущему варианту, однако эта разновидность отличается компактностью и малым весом. Поэтому идеально они подходят для бытового использования.
В зависимости от модели, импульсные з/у могут иметь:
- индикатор окончания заряда;
- индикатор неправильного подключения (переполюсовки);
- функцию защиты от коротких замыканий,
- функцию автоматической зарядки;
- функцию защиты от переполюсовки и пр.
Трансформаторные модели стоят дешевле, однако кроме описанных выше недостатков требуют еще и контроля во время работы. Поэтому импульсный вариант предпочтительнее.
В зависимости от источника питания , з/у разделяют на 3 категории.
Работающие от электрической сети
Если машина находится в гараже, где подведено электричество, то такой вариант самый простой, удобный и надежный. В этом случае АКБ можно подзаряжать, пока машина не используется.
Работающие от прикуривателя
К недостаткам можно отнести тот факт, что при длительной и/или интенсивной (в некоторых моделях скорость регулируется) подпитке возникает риск перегрузки бортовой сети.
Но зато в случае непредвиденных ситуаций зарядить аккумулятор можно в любое время и в любом месте.
Работающие от солнечной энергии
Используются редко, так как качественные изделия стоят дорого, а дешевые, как правило, малоэффективны и недолговечны.
Ну и конечно же, им нужен солнечный свет для работы. Солнечная модель может быть полезной как вспомогательный вариант. Например, для тех, кто имеет сетевое з/у, но часто оказывается «далеко от розетки». К примеру, рыбаку, любителю отдыха на природе или охотнику такое устройство пригодится наверняка.
Согласно назначению , з/у подразделяют на 2 типа.
Зарядно-пусковые (или пуско-зарядные)
Выполняют функцию не только подзарядки, но и запуска двигателя - работают в двух режимах: автоматическом и режиме отдачи максимального тока.
Некоторые модели универсальны, с их помощью можно восстановить работу ДВС, зарядить телефон, ноутбук и другие приборы. Достаточно лишь иметь набор штекеров нужного размера.
Важно соблюдать правила эксплуатации и использовать прибор по назначению только после того, как клеммы будут отсоединены от бортовой сети.
Зарядно-предпусковые
Используются только для подпитки аккумулятора, запуск двигателя с их помощью невозможен. Обусловлено это тем, что приборы характеризуются малым значением рабочего тока. Плюсом является то, что при их использовании нет необходимости производить отключение от бортсети.
Что необходимо учитывать при выборе
Прежде чем приступать к покупке з/у, следует тщательно изучить документы к конкретной батарее и автомобилю (в частности параметры бортсети). Это позволит избежать многих сложностей и конкретизировать запросы. По сути, указанной в инструкциях информации достаточно, чтобы подобрать подходящее устройство. Однако есть и некоторые второстепенные нюансы, которые стоит учесть при выборе.
Контрафакт
Мало таких изделий, которые могут выиграть соревнование с зарядными устройствами по числу подделок. Поэтому покупать приборы лучше всего у официальных дилеров или, по крайней мере, в торговых точках, пользующихся хорошей репутацией.
Если вы определились с конкретной маркой, стоит поискать в сети Интернет информацию об особенностях бренда и его копиях. Качественную подделку определить таким способом, возможно, и не получится, но избавить себя от низкосортного азиатского ширпотреба вполне реально.
Возможности
Лучше обзавестись з/у с небольшим (именно небольшим, слишком усердствовать не стоит) запасом тока. Такое приобретение имеет два преимущества: устройству не придется работать на пределе своих возможностей и в случае замены аккумулятора на модель большей емкости, не нужно будет менять з/у.
Индикация
Бывает светодиодной и приборной. Светодиодная не отличается такой точностью, однако для бытового использования ее вполне хватит.
Автоматический режим
Если есть возможность, предпочтение следует отдать именно автоматизированному варианту. Это избавит владельца от необходимости контролировать работу прибора и возможных последствий.
Страна-производитель
Многие отечественные изделия по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам, поэтому стоит присмотреться к российской продукции. Она не только выигрывает в цене, но и риск купить подделку практически равен нулю. А ведь даже уступающий по качествам отечественный прибор лучше поддельного престижного бренда.
Коробка передач
Для авто с АКП оптимальным вариантом будет зарядно-предпусковое устройство, так как оно не нуждается в обязательном отключении источника питания от бортсети.
Необслуживаемые аккумуляторы
Защита от неправильного подключения
В случае так называемой переполюсовки функция поможет не только предотвратить поломку аккумуляторной батареи, но и самого з/у.
Функция десульфитации
Позволяет восстанавливать батарею с образованиями сульфата свинца на пластинках.
Номинальный ток заряда
Номинальным током называют ток, который составляет 10% от емкости батареи. Имея информацию об АКБ (можно найти в документах или на корпусе изделия), высчитать необходимую мощность з/у не составит труда.
Например, зарядник в 6А подойдет для большинства батарей емкостью 60-70 А-ч, которыми оснащаются легковые автомобили. А вот для грузовика или джипа придется поискать более мощное устройство.
Тип аккумулятора
Если у вас свинцовая батарея (WET), то ей понадобится специальное устройство. Для аккумуляторов остальных разновидностей подойдут любые з/у, однако следует учитывать их особенности.
Гелевые батареи (GEL) и батареи с электролитовой пропиткой (AGM) чувствительны к перепадам температур и перегреву. Для них понадобиться зарядное с функцией регулировки тока и расширенным температурным диапазоном.
Но лучше всего не заниматься экспериментами и приобрести подзарядное, рекомендованное производителем.
Заключение
Некоторые автомобилисты полагаются на генератор, считая состояние аккумулятора второстепенной проблемой. Однако наличие зарядного способно значительно облегчить жизнь водителя, ведь никогда не знаешь, как скоро понадобиться помощь АКБ и когда она окажется полностью разряжена. А для этого иногда достаточно оставить габаритные огни на ночь включенными или поставить машину у подъезда на некоторое время с включенной сигнализацией.
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.
– единственное простое средство для восстановления его работоспособности. Конечно же, в случае его разрядки, а не окончательной поломки. Для решения второго случая предусмотрены специальные способы восстановления, о которых расскажем чуть ниже, после особенностей зарядных устройств (ЗУ).
Казалось бы, что зарядные устройства не обладают массой особенностей, однако это не так. Перед тем как их перечислять, разделим зарядные устройства на две категории: первая – любительские, вторая – профессиональные. К любительским относятся недорогие переносные ЗУ, которые предназначены для личного пользования. Соответственно, профессиональные ЗУ используется для комплексного обслуживания всех типов аккумуляторов, которые позволяют одновременно заряжать и восстанавливать несколько аккумуляторных батарей.
Итак, особенности любительских зарядных устройств следующие:
- 1)Автоматизация
- 2)Защита от переполюсовки
- 3)Возможность пуска двигателя автомобиля
- 4)Возможность десульфатации
- 5)Несколько режимов заряда
- 6)Малые габариты и вес
Автоматизация позволяет зарядить аккумулятор без осуществления контроля над процессом. Это очень облегчает задачу для людей, не очень разбирающихся в физике, так как изначально существовали только такие способы заряда, где необходимы познания в этой сфере. Защита от переполюсовки - тоже очень полезная особенность зарядного устройства. Она позволяет предотвратить порчу как микросхем ЗУ, так и аккумуляторной батареи. К слову, переполюсовка – это неправильное подключение проводов ЗУ к клеммам АКБ.
Пусковые зарядные устройства (или пуско-зарядные) созданы не только для заряда аккумулятора, но и для пуска автомобильного двигателя в экстренном случае. Такие ПЗУ очень полезны при частых поездках вне города.
Если зарядное устройство обладает функцией десульфатации , то оно способно восстановить аккумулятор, на пластинах которого образовался сульфат свинца, блокирующий электроны. При десульфатации происходит очистка пластин от этого сульфата и аккумулятор снова может функционировать.
Несколько режимов заряда АКБ дают возможность проводить заряд именно тем способом, которым Вы хотите – при постоянном напряжении, постоянным током или комбинированным. Малые габаритные размеры и вес обеспечивают устройству мобильность. Его можно легко перевозить в автомобиле или переносить в руках.
Профессиональные зарядные устройства обладают вышеперечисленными функциями, за исключением малых габаритных размеров и массы. Также такие ЗУ зачастую являются стационарными.
