Încărcător de baterie

Această unitate încarcă bateriile până când ating o tensiune specificată, apoi aplică o încărcare de echilibrare până când bateriile sunt scoase.

Un încărcător este un dispozitiv utilizat pentru a furniza energie unei celule secundare reîncărcabile (sau baterii ) prin forțarea unui curent electric prin ea.

Curentul de încărcare depinde de tehnologia și puterea electrică a bateriei reîncărcate. De exemplu, curentul care trebuie aplicat la reîncărcarea unei baterii de automobile 12 V este foarte diferit de cel necesar încărcării bateriei unui telefon mobil .

Tensiunea (și curentul) necesare pentru reîncărcarea bateriilor sunt de tip continuu (DC).

Tipuri de încărcătoare

Simplu

Un încărcător simplu echivalent cu un adaptor de perete AC / DC. Aplicați în mod constant 300mA pe baterii. Dacă sunt lăsate conectate prea mult timp, acestea pot fi deteriorate

Un încărcător de baterii de acest tip, adică o sursă de alimentare stabilizată cu putere redusă, funcționează prin furnizarea unei anumite intensități de curent continuu bateriei încărcate.

Simplitatea acestei proceduri implică un cost de achiziție redus, dar există un compromis în ceea ce privește calitatea. De obicei, un încărcător simplu necesită mai mult timp de încărcare (intensitate redusă a curentului livrat) pentru a evita efectele de supraîncărcare . În ciuda acestui fapt, o baterie lăsată să se reîncarce prea mult timp va fi slăbită (sau chiar distrusă) din cauza supraîncărcării, deci ar fi necesar să respectăm timpii așteptați, care ar trebui monitorizați. Aceste încărcătoare furnizează tensiune și curent constant bateriei.

Prelinge

Un încărcător Trickle încarcă bateria încet, la viteza de auto-descărcare. Este cel mai lent dintre diferitele tipuri de încărcătoare. O baterie poate fi lăsată la nesfârșit într-un încărcător. Dacă lăsați o baterie într-un încărcător de scurgere, aceasta o va restabili treptat la încărcare completă, fără supraîncărcare.

Încărcător de baterie cu temporizator

Ieșirea unui încărcător cu temporizator este constantă, dar se termină după un timp prestabilit. Cronometrul încărcătorului, la sfârșitul anilor nouăzeci, era cel mai obișnuit tip pentru bateriile cu capacitate NiCd mare (în timp ce bateriile cu capacitate mică de consum NiCd erau de obicei încărcate cu un încărcător simplu). Încărcătoarele cu temporizator pot fi adesea achiziționate cu o serie de baterii într-un singur pachet. Odată cu evoluția tehnologiei, având tendința de a crește capacitatea de la an la an, un încărcător cu temporizator vechi poate încărca doar parțial noile baterii. Încărcătoarele de baterii cu temporizator au avut, de asemenea, dezavantajul că, prin încărcarea bateriilor care nu au fost complet descărcate, acestea au fost apoi supraîncărcate, deoarece nu există nicio modalitate de a detecta starea de încărcare: chiar dacă bateria a fost încărcată, a continuat să primească curent, deoarece timpul temporizat de dispozitiv nu expira încă.

Inteligent

Curentul de ieșire depinde de starea bateriei. Un încărcător inteligent poate monitoriza tensiunea bateriei, temperatura și / sau timpul sub încărcare pentru a determina curentul optim de încărcare în acel moment. Încărcarea se termină atunci când combinația detectată de tensiune, temperatură și / sau timp sugerează că bateria este complet încărcată.

Pentru bateriile NiCd și NiMH, tensiunea crește încet în timp ce bateria se încarcă, până când a fost aproape complet reîncărcată. În acel moment, tensiunea scade până când bateria a fost reîncărcată complet. Astfel de încărcătoare sunt adesea denumite încărcătoare ∆V sau „delta-V” deoarece monitorizează schimbarea tensiunii.

Problema este că amploarea încărcătoarelor delta-V poate scădea mult, sau chiar zero, dacă bateriile reîncărcabile de capacitate foarte mare sunt reîncărcate. Acest lucru poate însemna că nici măcar un încărcător inteligent nu avertizează că bateriile sunt deja complet încărcate și continuă să se încarce. Acest lucru ar putea duce la supraîncărcarea bateriilor. Cu toate acestea, mulți așa-numiți încărcătoare inteligente utilizează o combinație de sisteme, care în majoritatea cazurilor ar trebui să prevină supraîncărcarea.

Un încărcător inteligent tipic încarcă o baterie la aproximativ 85% din capacitatea sa maximă într-un timp scurt, de obicei doar o oră, și apoi trece la o încărcare compensatoare, luând până la câteva ore pentru a încărca bateria la capacitatea maximă.

Rapid

Încărcătoarele rapide utilizează circuite de control al bateriei pentru a le reîncărca rapid, fără a deteriora elementele. Unele au un ventilator de răcire care ajută la menținerea temperaturii bateriilor sub control. De asemenea, se pot comporta ca niște încărcătoare standard atunci când sunt utilizate cu baterii normale NiMH care nu au circuite de control speciale. Unele încărcătoare rapide, precum cele fabricate de Duracell, pot reîncărca rapid orice baterie NiMH, chiar dacă nu au circuite de control.

Puls

Unele încărcătoare folosesc tehnologia pulsului, în care bateriei i se dă un impuls de curent pseudo-direct care are un timp de creștere, înălțime, rata de repetare (frecvență) și amplitudine bine controlate. Această tehnologie funcționează cu orice dimensiune, tensiune, capacitate sau chimie a bateriei, inclusiv baterii auto și baterii reglate cu supape. Cu încărcarea prin impulsuri, se pot aplica tensiuni ridicate instantanee fără a supraîncălzi bateria. Mai multe tipuri de încărcătoare de impulsuri au fost brevetate, în timp ce altele sunt „ open source ”. Unele încărcătoare folosesc impulsuri pentru a verifica starea inițială a bateriei imediat ce încărcătorul este conectat, apoi utilizează curent continuu în timpul încărcării rapide și utilizează impulsuri pentru a termina încărcarea și / sau menține încărcarea. Unele încărcătoare folosesc „impulsuri încărcate negativ ”, numite și „încărcare reflexă ” sau „încărcare inversă”. Astfel de încărcătoare folosesc atât impulsuri de curent pozitiv, cât și impulsuri negative scurte.

Intrerupator

Cele mai moderne încărcătoare de baterii pentru baterii cu plumb / acid utilizează tehnologia Switch, adică modifică frecvența tensiunii și curentului de curent alternativ de intrare prin acțiunea unui microprocesor, pentru a obține un curent de ieșire continuu cu o ondulație foarte mică. Acest lucru permite încărcarea foarte eficientă chiar și a celor mai avansate tehnologii baterii plumb-acid, precum AGM (Absorbed Glass Matt) sau GEL și celule spiralate. De fapt, aceste baterii necesită o reîncărcare foarte precisă pentru a evita pierderea fracției lichide în caz de încălzire excesivă, deoarece completarea nu este posibilă din punct de vedere tehnic. Prezența microprocesoarelor mai mult sau mai puțin avansate permite adoptarea profilelor de reîncărcare cu curent / tensiune constantă în mai multe etape (în general de la patru la opt) și a unor faze particulare, cum ar fi desulfația, testul căderii de tensiune, menținerea unei perioade lungi în curent pulsat și mai mult în funcție de producător și de nevoile specifice. Faza de întreținere pulsată permite în special lăsarea bateriei atașată pentru o perioadă foarte lungă de timp, fără a suferi de problemele metodei „scurgere” sau „tampon”, care în ultimele generații bateriile cu plumb-acid pot duce rapid la evaporarea lichid și deteriorarea consecventă a plăcilor.

Încărcător portabil autoalimentat

Un încărcător portabil auto-alimentat, echipat cu un cablu de încărcare și adaptorul acestuia

Încărcătoarele portabile auto-alimentate, cunoscute sub numele de bănci de alimentare , funcționează pe o baterie internă. Producția lor a cunoscut o creștere odată cu răspândirea progresivă a smartphone-urilor , în special cu modelele mai subțiri și mai performante, care sacrifică autonomia pentru a favoriza profilul din ce în ce mai subțire al telefonului. Aceste dispozitive pot fi sau nu echipate cu un cablu de încărcare integrat și pot gestiona încărcarea și tensiunea de încărcare într-un mod mai mult sau mai puțin diferit.

Inducție (fără fir)

Încărcătoarele cu inducție utilizează inducția electromagnetică pentru a încărca bateriile. O stație de încărcare trimite energie electromagnetică prin cuplare inductivă către un dispozitiv electric care stochează energie în baterii. Acest lucru se întâmplă fără a fi nevoie de contact metalic între încărcător și baterie. Este utilizat în mod obișnuit cu periuțele de dinți electrice și alte dispozitive utilizate în baie. Deoarece nu există contacte electrice deschise, riscul de electrocutare asociat cu utilizarea acestuia este aproape complet absent.

Acest sistem în mileniul al treilea a început să se impună și în produsele informatice, dintre care printre primele se afla Palm Pre ^[1] .

Dezavantajul unui sistem wireless este eficiența redusă și eco-sustenabilitatea, având în vedere că a fost studiat și analizat în diferite moduri, chiar contradictorii, ^[2] .

Încărcător USB

Un încărcător USB poate încărca acumulatori printr-o conexiune USB, utilizând încărcarea altor baterii sau conectându-se la o priză sau la o priză electrică.

Deoarece conexiunea Universal Serial Bus asigură o tensiune electrică de cinci volți , un cablu USB poate fi utilizat ca sursă de alimentare pentru a reîncărca bateriile. Produsele bazate pe această idee includ încărcătoare pentru telefoane mobile și playere audio portabile.

Indicele de încărcare

Este adesea notat cu C și este egal cu o încărcare sau descărcare egală cu capacitatea unei baterii împărțită la 1 oră. De exemplu, o baterie cu C 1600 mAh corespunde la 1600 mA (sau 1,6 Ampere ) livrate timp de o oră.

Aplicații

Deoarece un încărcător este destinat să fie conectat la o baterie, este posibil să nu existe o reglare a tensiunii sau filtrarea tensiunii DC de ieșire. Încărcătoarele echipate cu ambele setări de tensiune și un sistem de filtrare pot fi identificate ca surse de alimentare stabilizate.

Încărcător de telefon mobil

Același subiect în detaliu: Universal Serial Bus § Încărcător universal de telefon mobil .

Majoritatea încărcătoarelor de telefon mobil nu sunt chiar încărcătoare, ci doar adaptoare care furnizează o sursă de alimentare pentru circuitul de încărcare, care este aproape întotdeauna conținut în telefonul mobil. Telefoanele mobile pot accepta de obicei o gamă largă de tensiuni, atâta timp cât sunt suficient de deasupra tensiunii bateriei telefonului. Cu toate acestea, dacă această valoare este prea mare, poate deteriora telefonul.

Încărcătoarele pentru telefoane mobile și alte dispozitive sunt cunoscute întrucât vin într-o gamă largă de tensiuni și tipuri de conectori de curent continuu, dintre care majoritatea nu sunt compatibile cu cele de la alți producători de telefoane sau chiar cu alte modele de telefoane mobile de la același producător.

Utilizatorii stațiilor de încărcare, accesibile publicului, trebuie să poată încrucișa referințele cu dispozitivele mărcilor / modelelor și parametrii de încărcare individuali și astfel să asigure livrarea taxei corecte pentru dispozitivul lor mobil. Un sistem de baze de date este una dintre soluții și este integrat în unele dintre cele mai recente modele de stații de încărcare.

Există, de asemenea, încărcătoare motorizate portabile vândute pe piață, care constau de obicei dintr-o dinamă cu manivelă și cabluri prelungitoare. Există, de asemenea, încărcătoare solare. China și alte țări elaborează un regulament național standard privind încărcătoarele de telefoane mobile utilizând standardul Micro-USB .

Încărcător de vehicule

Există două tipuri:

Pentru a reîncărca bateria de pornire a unui vehicul endoterm, de obicei plumb / acid
Pentru a reîncărca bateria unui vehicul electric (EV).

Baterii pentru vehicule electrice

Astfel de vehicule includ o baterie reîncărcabilă și, în general, utilizează o varietate de încărcătoare. O baterie de 10 Ampere- oră ar putea dura 15 ore pentru a ajunge la o stare complet încărcată dintr-o stare complet descărcată cu un încărcător de 1 Ampere, deoarece ar necesita aproximativ 1,5 ori capacitatea bateriei. Stațiile de încărcare publice VE asigură 6 kW (putere de 208 până la 240 VCA dintr-un circuit de 40 Amp ). Cu 6 kW, un EV este încărcat de aproximativ 6 ori mai repede decât cu 1 kW peste noapte.

Încărcarea rapidă se poate întâmpla și mai repede: este limitată doar de numărul de surse de curent alternativ și de tipul de sistem de încărcare.

La bord, încărcătorul bateriei EV (schimbarea sursei de alimentare CA la CC pentru a reîncărca bateria EV) poate fi:

Izolate: nu fac nici o conexiune fizică între sursa de alimentare A / C și bateriile încărcate. Acestea folosesc de obicei o formă de încărcare de inducție . Unele încărcătoare pot fi utilizate în paralel . Acest lucru permite o creștere mai mare a încărcării actuale și reduce numărul de reîncărcări.
Nu este izolat: încărcătorul are o priză electrică directă pentru cablajul A / C.

Încărcătoarele neizolate nu pot fi utilizate în paralel. Încărcătoarele Power Factor Corrector (CFP) se apropie de curentul maxim care poate fi livrat și scurtează timpii de încărcare.

Stații de încărcare

Există o listă publică a stațiilor de încărcare a vehiculelor electrice din Statele Unite. Proiectul „Un loc mai bun” este implementarea unei rețele de stații de încărcare. De asemenea, subvenționează achiziționarea de baterii pentru vehicule prin leasing și credite.

Încărcare wireless

Bosch a introdus în iunie 2013 un dispozitiv de încărcare wireless compatibil pentru mașinile Nissan Leaf și Chevrolet Volt ^[3] .

Prelungiți durata de viață a bateriei

Un scurtcircuit (care conectează terminalele de ieșire împreună) nu deteriorează de obicei un încărcător. Din acest motiv, constituie o sursă adecvată de tensiune continuă pentru experimentare. Cu toate acestea, poate fi necesar să conectați un condensator extern la bornele sale de ieșire pentru a „regla” suficient tensiunea, care poate fi considerată o tensiune continuă cu o tensiune mai mică adăugată la acesta. Pentru a vedea diferența dintre conectarea și nu conectarea unui condensator, puteți conecta și un osciloscop între cele două terminale. Un rezistor intern poate fi conectat pentru a limita curentul de scurtcircuit, iar valoarea acestui rezistor trebuie luată în considerare în experimente.

Pe de altă parte, există multe zvonuri despre cele mai bune practici pentru prelungirea duratei de viață a bateriei. Care sunt cele mai bune depinde de tipul de baterie. Se spune că bateriile pe bază de nichel , cum ar fi NiMH și NiCd, trebuie descărcate complet înainte de fiecare reîncărcare, altfel bateria își pierde capacitatea în timp într-un fenomen cunoscut sub numele de „efect de memorie”. Cu toate acestea, acest lucru este doar parțial corect: celulele din aliaj de nichel pot fi încărcate în orice moment al ciclului lor de descărcare - nu trebuie să fie complet descărcate. Efectul memoriei ar trebui evitat prin descărcarea completă a bateriei o dată pe lună (o dată la 30 de reîncărcări). Acest lucru extinde durata de viață a bateriei, deoarece efectul memoriei este prevenit prin evitarea ciclurilor complete de încărcare, despre care se știe că sunt dăunătoare pentru toate tipurile de baterii uscate, putând duce la o scădere permanentă a capacității bateriei. Majoritatea telefoanelor mobile moderne, laptopurilor de computer și majorității vehiculelor electrice folosesc baterii pentru ion litiu. Contrar unor recomandări, aceste baterii durează mai mult dacă bateria nu este complet încărcată; încărcarea sau descărcarea lor completă își degradează capacitatea relativ rapid. Degradarea are loc mai repede la temperaturi mai ridicate. Bateriile cu litiu se degradează mai mult în timpul încărcării complete, dacă sunt încărcate doar cu 40%. Condițiile de temperatură ridicată combinate cu încărcarea completă sunt exact scenariul care apare atunci când un laptop rulează pe cablul de alimentare CA. Degradarea bateriilor litiu-ion este cauzată de o creștere a rezistenței interne a bateriei datorită oxidării acestora, ceea ce reduce eficiența bateriei.

În autovehicule , cum ar fi bărci, rulote, motociclete, autoturisme și camioane, în principal acumulatori de plumb-acid (PbO la pol +, Pb la pol - și acid sulfuric diluat H2SO4 sunt utilizați universal, datorită costului lor redus. Ca electrolit).

Acestea utilizează acid sulfuric diluat (H2SO4 ad 1,28 kg / dm³ când este complet încărcat, a 15 ° C ) și, în general, pot fi încărcate și descărcate fără a arăta efectul memoriei, deși au alte limitări legate de greutate, dimensiune (sau energie specifică scăzută), limitele de utilizare la temperaturi scăzute (mai puțin de aproximativ −15 ° C ) și la problema sulfatării , adică prin acest termen reacția chimică naturală rezultată din procesul de descărcare prin care o pulbere albă foarte fină de PbSO4 este depusă pe plăci la început (cu diluarea electrolitului), dar care poate crește considerabil dacă acumulatorul este complet descărcat sau lăsat mult timp în această stare.

În aceste circumstanțe de descărcare profundă sau menținerea ratei de capacitate reziduală mai mică de aproximativ 80% din valoarea nominală pentru perioade prelungite, cristalelor li se dă timp să crească considerabil: aceasta implică deseori deteriorarea prin deformarea mecanică a izolatorilor și a plăcilor subțiri realizate în spongios plumbul și dificultatea de a aduce în soluție cristalele de PbSO4 astfel crescute, nu foarte conductoare și solubile în apă, pentru a recâștiga acidul sulfuric inițial atunci când bateria este complet încărcată, provocând o pierdere permanentă a capacității acumulatorului ( atenție : pierderea capacitatea la fiecare ciclu de încărcare / descărcare este un efect fizic mereu prezent, deoarece aceste procese nu sunt niciodată complet reversibile la 100%; în cazurile de sulfatare rata de deteriorare și / sau pierderea capacității este de mai multe ordine de mărime plus mare comparativ cu cazurile de utilizarea corectă a acumulatorului, adică îl acumulează Tore este utilizat în condiții anormale de funcționare în care nu ar trebui să funcționeze niciodată! ).

Prin urmare, această familie de acumulatori necesită:

un control scrupulos al nivelului și densității electrolitului atunci când bateria este complet încărcată, operațiuni fundamentale pentru a preveni creșterea concentrației datorită evaporării sau expunerii plăcilor la aer;
o menținere a stării de încărcare a acumulatorului cât mai aproape posibil de 90-100% (densitatea electrolitului din jur 1,27 ~ 1,28 kg / dm³ ), atunci când nu este utilizat pentru perioade prelungite (1-3 luni, dacă acidul este în contact cu plăcile sau dacă bateria a fost activată) și depozitare la temperaturi între 10 ~ 15 ° C ;
o rată de utilizare a acumulatorului care, de preferință, nu scade sub aproximativ 80% din capacitatea sa nominală (nou, la 15 ~ 20 ° C ), adică să limiteze cât mai mult posibil descărcările profunde și pentru perioade prelungite: dacă acest lucru nu este evitat, pentru a reduce cât mai mult posibil deteriorarea plăcilor ( întotdeauna prezentă, chiar dacă este de entitate variabilă ! ) Este recomandabil să efectuați următoarea reîncărcare cât mai curând posibil, cu curenți de reîncărcare mici pentru perioade prelungite și la temperaturi în jurul valorii de i 20 ° C ;
curățarea exterioară atentă a capacelor / sigiliilor, a celor doi poli și cu izolarea / conservarea contactelor (poli + și -) cu grăsimi de vaselină neutre.

Pentru toți acei acumulatori care au raportat deteriorări interne permanente ale plăcilor (în special cele pozitive, mai delicate, deoarece sunt realizate din PbO) cu perforarea membranelor de izolație între plăci și / sau pierderea materialului activ sau datorită substanței substanțiale „sulfatare”, nu mai rămâne decât înlocuirea cu un analog cu caracteristici egale.

Operația de recuperare a unui acumulator prin sulfatare (sau desulfatare), dincolo de metodele fezabile posibile și fezabile, realitatea este întotdeauna un proces lung, pacient și nu va restabili niciodată capacitatea pierdută ca urmare a acestuia: va, în cazuri mai fortuite, pentru a prelungi ușor durata de viață a acumulatorului, dar care nu mai poate fi considerată fiabilă pe termen lung, mai ales din punctul de vedere al ratei de auto-descărcare și a livrării vârfurilor actuale pe termen foarte scurt.

Aceste dispozitive nu sunt proiectate să funcționeze în condiții de descărcare / sulfatare parțială semnificativă: este o situație care trebuie evitată pe cât posibil și prevenirea și dimensionarea corectă (capacitatea în funcție de sarcini) sunt singurul mod posibil de a garanta o rată de fiabilitate acceptabilă acumulatorului și faceți-l adecvat pentru livrarea curenților de intrare așteptați.

În concluzie, o bună utilizare a acumulatorilor de plumb-acid nu poate fi niciodată separată de utilizarea / întreținerea atentă a acestora și de utilizarea unui încărcător de baterii excelent, mai ales în ultimii 15-20 de ani în care familia acestor celule chimice a devenit mai variat în funcție de utilizări și în care tendințele de construcție au mers în direcția creșterii capacităților și curenților de pornire, cu aceleași dimensiuni, în multe cazuri chiar reducând greutatea plăcilor prin scăderea grosimii acestora : acest lucru a avut evident consecință că pentru a crea acumulatori mai eficienți, dar mai scumpi, delicati, cu o durată medie de viață care a scăzut de la 12-15 ani 4-5 decenii în urmă, la actualii 3-5 ani, cu un impact puternic asupra costurilor reciclării / energiei (venituri pentru companii și state) și achiziții pentru utilizatorul final.