Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора

Чтобы рассчитать параметры зарядного устройства для конкретного аккумулятора, необходимо прежде всего принять в расчет тип и параметры аккумулятора, который вы собираетесь этим устройством заряжать. Важнейшие характеристики заряжаемого аккумулятора — это: емкость, напряжение полного заряда, максимально допустимый ток заряда, а также диапазон допустимых рабочих температур.

В зависимости от того, что это за аккумулятор, какого типа материалы в нем используются — параметры зарядного устройства должны подбираться индивидуально. Здесь мы рассмотрим свинцово-кислотный и литий-ионный аккумуляторы, а точнее особенности их зарядки.

Правда в том, что если аккумулятор всегда заряжать правильно, с соблюдением оптимальных величин напряжения и тока, то он сохранит свою емкость на протяжении многих циклов заряда-разряда. Разумеется при условии, что и разряжается он тоже с соблюдением ограничений, без перегрузок, без перегревов. Итак, как же рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора?

Литий-ионный аккумулятор

Главная заряженная частица, отвечающая за образование тока в литий-ионном аккумуляторе, — это положительно заряженный ион лития. Он способен внедряться в кристаллическую решетку материала на аноде, например в углерод в форме графита, а также образовывать соли или оксиды металлов (например с марганцем, кобальтом или с железом и фосфором).

В силу именно такого химического состава, максимальное конечное напряжение заряда между электродами литий-ионного аккумулятора не должно превышать 4,2 вольта, а лучше — 4,1 вольта, это продлит срок его службы, замедлит необратимые изменения.

Заряжать литий-ионный аккумулятор необходимо напряжением в 5 вольт, чтобы не ждать бесконечно долго. При этом оптимальный ток заряда должен составлять от 50 до 100% от значения емкости, то есть аккумулятор емкостью 2400мАч оптимально будет заряжать током от 2,4А до 1,2А.

Для недопущения перезаряда, качественные зарядные устройства заряжают такие аккумуляторы в 2 стадии: на первой стадии на электроды подается 5 вольт и заряд некоторое время идет с предельно разрешенным током до достижения порогового напряжения в районе 4,1 вольт, а потом начинается вторая стадия — с меньшим током, когда напряжение доводится до конечных 4,1-4,2 вольт.

Поэтому мощность зарядного устройства для литий-ионного аккумулятора (для 1 ячейки) рассчитывается так: максимальное напряжение умножить на максимальный ток, допустим 5В*2,4А=1,2Вт — для нашего примера.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотный аккумулятор работает благодаря химическим реакциям свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. Любой классический автомобильный аккумулятор устроен именно так. В процессе заряда сульфат свинца распадается на ионы (отрицательно заряженный SO4 и положительно заряженный H), на катоде образуется диоксид свинца, на аноде — чистый свинец. При разряде — металлический свинец окисляется до сульфата свинца, диоксид свинца восстанавливается на катоде, а на аноде окисляется свинец.

Если аккумулятор перезарядить (продержать на зарядке чрезмерно долго), то сульфат свинца закончится, останется только вода, и начнется ее электролиз: на аноде при этом будет выделяться кислорода, а на катоде (отрицательном электроде) — водород — в жидком электролите будет видно как пойдут пузырьки.

В силу именно такого химического состава, напряжение максимального заряда одной ячейки свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2,17 вольта. В 12 вольтовом аккумуляторе таких последовательно соединенных секций 6, а в 6 вольтовом — 3 последовательно соединенные секции. Поэтому максимальное напряжение заряда 12 вольтного аккумулятора составляет 13,02 вольта. Для 6 вольтного — 6,51 вольт.

Таким образом, зарядное устройство в процессе зарядки должно подавать на электроды постоянное напряжение исходя из по крайней мере 2,45 вольт на элемент (чтобы зарядка не шла бесконечно долго) — для 12 вольтного это 14,7 вольт, а для 6 вольтного получается 7,35 вольт. Начальный ток заряда оптимально принять за 30% от емкости.

В итоге максимальная рабочая мощность зарядного устройства должна рассчитываться как максимальное напряжение умножить на максимальный ток, допустим 14,7В*30А=441Вт — для свинцово-кислотного аккумулятора номинальным напряжением 12 вольт, емкостью 100Ач.

Источник

Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора

Сегодня во всем мире литий-ионные аккумуляторы распространены наиболее широко, чем любые другие: в смартфонах и ноутбуках, в фото- и видеокамерах, в портативных плеерах и в электромобилях, — всюду можно встретить аккумуляторы на базе соединений лития. И столь широкая популярность обрушилась на литиевые аккумуляторы отнюдь не случайно.

Литий-ионные аккумуляторы компактнее, а по весу они в 4 раза легче свинцовых собратьев аналогичной емкости, при этом легко принимают форму того прибора, для которого делаются. Многие любители даже сами собирают батареи литий-ионных аккумуляторов большой емкости для своих нужд из небольших ячеек стандартного типоразмера 18650, легко доступных на рынке. И вопрос относительно качества эксплуатации таких батарей конечно же встает отнюдь не в последнюю очередь.

В частности, потребителю всегда необходимо подобрать зарядное устройство для своего аккумулятора. Это может быть готовое устройство со всеми необходимыми опциями, которое человек просто покупает, либо при желании зарядное устройство можно вполне разработать и изготовить самому.

Так или иначе, необходимо с самого начала определиться с параметрами такого зарядного устройства, здесь не достаточно просто знать, что номинальное напряжение для одного элемента составляет 3,7 вольт, нужно предусмотреть еще кое-что. Как раз о том, на что следует обратить внимание, и как рассчитать параметры зарядного устройства для литий-ионного аккумулятора, пойдет речь в нашей статье.

Контроль напряжения, необходимость балансировки ячеек

Изначально необходимо понимать, что литиевые аккумуляторы как в процессе зарядки, так и в процессе разрядки нельзя перегружать, ибо из-за перегрева такой аккумулятор не только быстро потеряет свою исходную емкость, но может даже воспламениться. Для защиты от данной неприятности в корпуса литиевых аккумуляторов еще на этапе их производства встраивают платы-контроллеры заряда-разряда, призванные защитить аккумуляторы от превышения максимально допустимого напряжения в процессе зарядки.

Данные контроллеры могут опционально контролировать и температуру аккумулятора, размыкая цепь заряда или разряда при перегреве или при коротком замыкании, а также ограничивать глубину разряда и ток потребления питаемой аккумулятором нагрузки. Между тем, не все производители литиевых аккумуляторов встраивают такую защиту в свои продукты, некоторые стремясь сэкономить не ставят ее вовсе, подвергая пользователей опасности.

Кроме того, существует особенность последовательной зарядки литиевых аккумуляторов: необходимо использовать вспомогательные схемы балансировки, чтобы если один из аккумуляторов батареи (набранной из последовательно соединенных ячеек) немного отличается емкостью так, что полностью заряжается в составе батареи первым, то его необходимо из заряжаемой цепи (батареи) временно исключить и продолжить зарядку остальных ячеек уже без него. Так предотвращается перезаряд одних и недозаряд других ячеек «последовательной» батареи.

Параметры зарядного устройства

Итак, если аспекты в плане безопасности поняты, если схемы балансировки (в случае необходимости) на аккумуляторах установлены, то остается лишь определиться с токовыми параметрами зарядного устройства. Чтобы зарядить литиевый аккумулятор с номинальным напряжением 3,7 вольт, необходимо приложить к его клеммам напряжение 4,2 вольта, чтобы не ждать бесконечно долго окончания процесса зарядки.

Что касается величины тока зарядки, то производители рекомендуют заряжать литиевый аккумулятор средним током численно равным не более 0,1 величины емкости аккумулятора, такой режим будет точно безопасным, аккумулятор не перегреется заряжаясь, и надолго сохранит свой ресурс, если с ним всегда обходиться так же бережно.

Например, один аккумулятор емкостью 2600 мАч рекомендуется заряжать средним током в 260 мА. Если батарея содержит несколько таких ячеек параллельно, то ток умножают на количество ячеек.

Например: вам необходимо зарядить параллельно 4 литиевых аккумулятора типоразмера 18650, довести их напряжение от 3,0 вольт до 3,7 вольт, при этом на каждом из них написано, что емкость 2600 мАч. Значит зарядное устройство должно быть в состоянии обеспечить средний ток 4*260мА = 1040 мА при напряжении 4,2 вольта.

Что значит средний ток? Это значит, что максимальный ток должен быть примерно вдвое больше — по 520 мА на элемент или в сумме 2080 мА для четырех элементов. Во время зарядки ток будет постепенно убывать почти до нуля по мере роста напряжения на аккумуляторах от 3,0 до 3,7 вольт, а его среднее значение составит около 260 мА на элемент. Это почти идеальные условия. Максимальный ток, который должен смочь дать наш зарядник — 2,08 А.

Некоторые более совершенные зарядные устройства способны контролировать процесс заряда, подавая вначале значительно больший ток, но при этом не допуская перегрева элементов. Так процесс зарядки получится более скоростным, но при этом остается в принципе безопасным.

Рассмотрим, однако, как долго будут полностью заряжаться аккумуляторы из нашего примера средним током 260 мА на элемент. Литиевых элементов по 2600 мАч у нас 4 штуки, значит суммарная их емкость составляет 10400 мАч.

Если принять, что они разряжены до допустимого минимума (примерно в 3 вольта), и заряжать их нужно полностью (примерно до 3,7 вольт), то средним общим током в 1,04 А (4 по 260 мА) они будут заряжаться в течение часа, причем вначале ток составит 2,08 А, и медленно станет снижаться по мере зарядки почти до нуля (на самом деле — до тока саморазряда аккумуляторов).

Источник

Калькулятор расчета времени зарядки аккумулятора автомобиля

Зарядки требует не только полностью севший АКБ (до такого доводить нежелательно), но и аккумулятор находящийся в эксплуатации. Только вот время подзаряда будет у них разное. Зачастую это от 8 до 12 часов. Наш онлайн калькулятор поможет подсчитать сколько нужно заряжать автомобильный аккумулятор, используя для этого постоянный ток.

Когда, как и каким током заряжать

Как правило, о степени заряженности АКБ судят по плотности его электролита. Плотность полностью заряженной батареи должна составлять 1,26-1,28 г/см³, напряжение не менее 12,5 В. Все будет зависеть от того, какая плотность электролита была изначально установлена в новом аккумуляторе вашего региона проживания, может быть как 12,7 В так 12,9В. Чем плотность ниже, тем сильнее она разряжена. Уменьшение плотности на 0,01 г/см3 по сравнению с номинальной означает, что батарея разрядилась примерно на 6-8%. Степень заряженности нужно определять по банке имеющей наименьшую плотность.

Степень заряженности (%)	Плотность электролита (г/см³)	Степень разряженности (%)	Напряжение аккумуляторной батареи (В)	Время заряда при 10% от емкости (часы)
100	1,277	0	12,73	Нет необходимости
90	1,258	10	12,62	2
80	1,238	20	12,50	4
70	1,217	30	12,37	6
60	1,195	40	12,24	8
50	1,172	50	12,10	10
40	1,148	60	11,96	13
30	1,124	70	11,81	16
20	1,098	80	11,66	20
10	1,073	90	11,51	24
0	1,06	100	11,4	Сульфатация

Свинцово-кислотный аккумулятор, который летом разряжен более чем на 50%, а зимой даже лишь более 25% необходимо снимать и подзаряжать. Также дополнительной зарядки требует та АКБ, плотность в банках которой, отличается более чем на 0,02 г/см³.

Оптимальным током зарядки аккумуляторной батареи считается ток равный 0,05 от ее емкости (уравнительный заряд). Так для батареи емкостью в 55 Aм/ч эта величина составляет 2,75 А, а для 60 Ач уже 3 ампера. Цель такого метода — обеспечение полного восстановления активных масс во всех пластин аккумулятора.

Хотя зачастую применяют так называемый форсированный заряд и берут другое соотношение – 10% от емкости. То есть стандартный аккумулятор легкового автомобиля 55Ah заряжают током 2.75-5.5A, а для 60Ah АКБ зарядный ток выставляют в пределах от 3А до 6А. Но, нужно знать, что чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд, хотя и требуется больше времени. Точно такая же ситуация и с подаваемым напряжением — чем больше тем быстрее, но, оно не должно падать ниже 13,8 и превышать 14,5В). Зарядное напряжение поднимают до 16,0-16,5В лишь при зарядке необслуживаемого аккумулятора.

Обязательно следует отметить, что на сегодняшний день есть несколько методов подзарядки АКБ:

• При постоянном токе;
• При постоянном напряжении;
• Комбинирование в автоматическом режиме (рассматривать не будем, поскольку в таком случае калькулятор подсчета времени не нужен).

Этапы разряжености автомобильного аккумулятора

Время зарядки АКБ при постоянном токе

Формула расчета зарядного тока имеет вид: I=Q*k, где Q – емкость батареи, а k – некий коэффициент от номинала (идеальное его значение находится в границах 0,04…0,06, а оптимальное до 0,1). Исходя из такой рекомендации, подсчет времени, которое нужно для полностью посаженого аккумулятора имеет такой вид: Т= Q/ I. Подставив свои значения, вы увидите, что получается достаточно много времени, но поскольку, зачастую требуется не полная зарядка, а лишь восстановление утраченной емкости, то эта цифра будет в два или полтора раза меньше.

Для ориентировочной оценки требуемого времени на зарядку автомобильного аккумулятора постоянным током сначала необходимо определить степень разряженности батареи (в процентах), потом определить потерянную емкость (в Ач), а затем, выбрав величину зарядного тока, рассчитать время полной зарядки. Формула для расчета сколько по времени подзаряжать аккумулятор авто выглядит так:

Умножение данного соотношения в 2 раза, нужна из-за того, что КПД процесса составляет 40-50%, остальное тратится на нагрев, а также связанные с этим электрохимические процессы.

Когда в течение часа на клеммах аккумулятора, при зарядке, напряжение перестает увеличиваться — аккумулятор заряжен на 100%.

Величина конечного напряжения зависит от: величины зарядного тока, температуры, внутреннего сопротивления АКБ, наличия в электролите примесей и от состава сплава решеток.

Как пользоваться калькулятором

Чтобы узнать сколько времени нужно заряжать ваш аккумулятор не нужно вдаваться в подробности всех процессов и расчетных формул достаточно воспользоватся этим калькулятором.

Для онлайн расчета необходимо заполнить все три поля:

1. В поле «Номинальная емкость» вписываете емкость заряжаемого автоаккумулятора.
2. В поле «Степень разряженности» можно ввести как процентное соотношение вычисленное по таблице, так и напряжение замеренное вольтметром.
3. В ячейке «Зарядный ток» нужно указать каким именно током планируете заряжать АКБ от зарядного устройства.

По нажатию кнопки «Рассчитать» получите необходимое время для полного заряда аккумулятора автомобиля.

Часто задаваемые вопросы

Сколько нужно заряжать аккумулятор чтобы завести машину?

Чтобы завелась машина и можно было ехать, в летнее время, достаточно заряжать АКБ 30 минут током 10% от емкости аккумулятора. Этого времени достаточно чтобы его напряжение поднялось до 11,8 Вольт и двигатель смог завестись стартером без постороннего усилия. Зимой, нужно будет ставить батарею на зарядку минимум на 1 час чтобы поднять его напряжение до 12В. Дальнейший заряд аккумуляторной батареи будет происходить от генератора, когда машина будет ездить на оборотах свыше 1500 об/мин.

От чего зависит скорость зарядки аккумулятора?

Скорость зарядки зависит от силы тока. Скорость химической реакции при повышении тока заряда будет ускоряться. Чем выше ток от зарядного устройства будет идти на АКБ, тем быстрее он зарядится, но тем он сильнее и нагревается. Заряжать большим током необслуживаемые аккумуляторы категорически запрещено.

Сколько ампер ставить при зарядке аккумулятора?

Номинальное значение силы зарядного тока составляет 10% от её емкости. Следовательно, при зарядке аккумулятора нужно ставить 4.5, 5.5, 6.0 или 7.0 ампер. В зависимости от того с какой аккумуляторной батареей пришлось работать. А чтобы точно посчитать сколько ампер нужно выставить на зарядном устройстве, в вашем случае, воспользуйтесь калькулятором умножив емкость АКБ на 0,1.

Сколько заряжать аккумулятор 60 ампер часов?

Чтобы понять сколько заряжать аккумулятор 60ah, необходимо сначала определить степень его разреженности. Среднее время зарядки севшего АКБ составляет от 10 до 12 часов. Если аккумулятор 60 ставить на зарядку на 6 ампер, когда он имеет всего 11,7В при плотности электролита 1,1 г/см³, то свою полную емкость он восстановит за 14 часов. Конечное время зависит от уровня разряда. Аккумуляторная батарея считается полностью заряженной, когда на его клеммах вольтметр будет показывать 12,73В, и будет активное кипение электролита.

Сколько ампер должен показывать заряженный аккумулятор?

Чтобы проверить заряженный ли аккумулятор, не проверяют сколько ампер показывает мультиметр, ведь заряженный аккумулятор уже не будет брать никаких ампер. На клеммах проверяют напряжение, которое должно составить не менее 12,7В спустя получаса после зарядки и около 13,4В если проверять сразу после отключения. Поэтому сколько ампер должен показывать заряженный аккумулятор является не корректным вопросом.
Если зарядное устройство имеет не индикаторные лампочки, а встроенный амперметр, то вопрос сколько будет показывать ампер на табло зарядного устройства (которое заряжает постоянным напряжением) может возникать, однако при полном заряде вы тоже увидите стрелку на нуле (0,1 A). А вот если зарядка осуществлялась постоянным током, то нужно контролировать не ток, он будет, таким как его установили изначально, – смотрите на напряжение. Заряженный кислотный аккумулятор подключенный к устройству покажет 14,4В. Полностью заряженный до 100% кальциевый АКБ выдаст 16,3В и ток подскочит до 0,8А после того как сначала он упал до 0,4, что будет свидетельствовать о начале электролиза.

Источник