Метод заряда cc cv что это: Заряд аккумуляторов при помощи БП в режимах CC/CV — conspi.ru — Конспирология

Содержание

Заряд аккумуляторов при помощи БП в режимах CC/CV

Блоки питания, работающие в режимах CC/CV, могут быть использованы для заряда некоторых видов аккумуляторов. Например, Li-Ion или свинцово-кислотных.

В качестве примера зарядка автомобильного свинцово-кислотного 12В аккумулятора при помощи БП Gophert CPS-3205 II.

Пределом напряжения выставлял 14.7В, пределом тока — 5А. А далее идет зарядка, которую продемонстрирую следующим графиком:

Первый этап заряда — это режим CC. Напряжение меньше выставленного, поэтому используется полный ток (5А). Напряжение медленно растет, ток сохраняется.

Второй этап заряда — это режим CV. Напряжение достигает предела, ток начинает уменьшаться для удержания напряжения.

И здесь есть один момент. БП измеряет напряжение на выходе, но до аккумулятора еще идут провода со своим сопротивлением. Сопротивление проводов вызывает падение напряжения, поэтому напряжение на аккумуляторе меньше, чем на выходе из БП. БП уже видит напряжение 14.7В, а на аккумуляторе его еще нет, поэтому переход в режим CV с началом снижения тока происходит раньше времени. На графике это видно, поскольку он отображает напряжение на аккумуляторе, а не на БП.

Само по себе это не так страшно. Поскольку БП начинает снижать ток, то и падение напряжения уменьшается. По мере уменьшения тока измеренное БП напряжение приближается к напряжению на аккумуляторе. Но это затягивает процесс заряда. Идеальным вариантом было бы использование четырехпроводной схемы подключения БП к аккумулятору (когда напряжение измеряется на отдельных двух проводах, которые можно присоединить непосредственно к аккумулятору), но далеко не все БП это умеют. Мой Gophert не поддерживает.

В некоторых ситуациях можно искусственно завышать настройки напряжения БП, контролируя реальное напряжение на аккумуляторе, а потом понижать настройку по мере заряда. Но это уже не автоматически режим.

После ощутимого падения тока на графике видно, что я руками уменьшил настройку напряжения с 14.7В до 13.7В. БП на некоторое время вообще отключил выдачу тока, а потом перешел в удержание 13.7В небольшим током, это буферный режим для аккумулятора.

Аналогичным способом (но без буферного режима и с другим напряжением) можно заряжать аккумуляторы Li-Ion, они подходят для заряда CC/CV. Например, я заряжал литий-титанатные элементы перед тестовой установкой на автомобиль.

Но хочу обратить внимание на защиту БП Gophert от перенапряжения. Если в настройках выставлено небольшое напряжение (например, 5В), а подключается аккумулятор с заметно большим напряжением (например, 12В), то БП выводит на экране 0UP (OUP, что означает OVP — Over Voltage Protection) и перестает реагировать на управление. Отключите провода от аккумулятора, выключите-включите БП и выставите правильное значение напряжения. И только после этого подключайте аккумулятор. Небольшое превышение допускается (как в примере было ограничение 13.7В при напряжении на аккумуляторе больше 14В).

Еще по этой теме:
Изображения из альбомов:

вопросы и ответы • Проверено лично!

Нужно уяснить, что мы подразумеваем под тренировкой Li-Ion. Если то же, что в случае с NiMH, циклический заряд-разряд для восстановления ёмкости, то для литиевых элементов эта процедура не имеет смысла. В литиевых аккумуляторах совершенно иной химический процесс. Деградация литиевых элементов происходит из-за нарушения структуры катода и разрушения анода. К сожалению, оба этих процесса необратимы.

Однако, иногда «тренировкой» называют балансировку элементов в литиевой батарее. Эта процедура крайне важна, она производится специальными устройствами, наиболее популярным из которых является SkyRC Imax B6. Если батарея состоит из последовательно соединенных литиевых элементов, то при работе раньше разрядятся те, у которых больше внутреннее сопротивление, даже если разница незначительна. Давайте представим механику процесса на примере батареи 2S.

Она состоит из двух литиевых элементов, максимальное напряжение каждого 4,20 вольта. Соответственно, напряжение полностью заряженной батареи 2S — 8,4 В. При работе первый элемент разрядился чуть быстрее, поскольку двух абсолютно идентичных аккумуляторов не бывает. Контроллер отключил питание и мы получили батарею из двух элементов, в первом остаточный заряд 2,7 вольта, а во втором 2,5. Для того, чтобы снова получить готовую к работе заряженную батарею, нам нужно, чтобы каждый элемент зарядился до 4,2 В. Подключаем батарею к зарядному устройству. Она заряжается в нормальном режиме, пока каждый элемент не поднимает своё напряжение на 1,5 вольта. При этом более хороший элемент достигает 4,2 В, но зарядка не прекращается, поскольку полный заряд 8,4 В еще не достигнут, второй элемент набрал только 4,0 В. Зарядное устройство продолжает заряжать батарею, при этом первый элемент, который достиг предела, перегревается и кипит всё то время, пока второй набирает ёмкость. Наконец, батарея заряжается до 8,4 В и ЗУ отключает ток. Теперь у нас первый аккумулятор становится слабым звеном, поскольку кипение отобрало у него немалую часть ёмкости. В таком режиме батарея долго не протянет, десять-двадцать циклов и в утиль.

Поэтому на батареях, состоящих из нескольких элементов, существует балансировочный разъем. В случае с двумя элементами разъем имеет три контакта, это плюс, минус, и еще один контакт, подключаемый между элементами батареи. Зарядное устройство следит за напряжением каждого элемента батареи, и, если один из них зарядился, выключает его из цепи, продолжая заряжать оставшиеся. По этому же принципу работают платы BMS, которые встроены в некоторые батареи, в этом случае на разъем подается нужное напряжение, а BMS сам следит, сколько какой банке следует скормить.

Спецификация ROBITON Li-ion 10440 350мАч Пром.упаковка

%PDF-1.5 % 2 0 obj >/ExtGState>/Font>/XObject>>>/Rotate 0/StructParents 0/Tabs/S/Type/Page/Annots[ 1 0 R ]>> endobj 4 0 obj >/ExtGState>/Font>/XObject>>>/Rotate 0/StructParents 1/Tabs/S/Type/Page/Annots[ 3 0 R ]>> endobj 6 0 obj >/ExtGState>/Font>/XObject>>>/Rotate 0/StructParents 2/Tabs/S/Type/Page/Annots[ 5 0 R ]>> endobj 8 0 obj >/ExtGState>/Font>/XObject>>>/Rotate 0/StructParents 3/Tabs/S/Type/Page/Annots[ 7 0 R ]>> endobj 10 0 obj >stream

Спецификация ROBITON Li-ion 10440 350мАч Пром.упаковка

endstream endobj 11 0 obj >/XObject>>>/BBox[ 0 0 119.06 17.86]/FormType 1/Matrix[ 1 0 0 1 0 0]/Length 69/Filter/FlateDecode>>stream x+TT(T0

Особенности заряда кальциевых аккумуляторов

07.02.2020

Что стоит знать о кальциевых аккумуляторах

Некоторые автолюбители считают, что пластины Са/Са аккумуляторов произведены из кальция, а не из традиционного свинца. Однако на самом деле это не так. Если бы пластины автомобильных аккумуляторов были изготовлены из кальция, то электрохимической реакции заряда — разряда от батареи мы бы просто не увидели. Поэтому пластины изготовлены из свинца, а кальций присутствует только в качестве добавки и то — всего лишь 0,07 процентов. В аккумуляторах, изготовленных по технологии Са/Са кальций добавляется как в положительные пластины, так и в отрицательные. В аккумуляторах Pb/Cа, которые иначе называются гибридными, кальций находится только в отрицательных пластинах.

Принцип действия, а также электрохимические реакции у кальциевых аккумулятором абсолютно идентичны традиционным свинцовым. Разница между ними — в наличии кальция, который в нормальных условиях не позволяет закипеть аккумулятору, а также способствует защите свинца от коррозии. (Под нормальными условиями подразумевается эксплуатация аккумулятора в автомобиле, где он заряжается под напряжением примерно в 14,4 — 15 В, и, соответственно, не закипает). Также, за счет добавления кальция, свинцовые пластины становятся более прочными, что положительно влияет на срок службы. Благодаря технологии Са/Са, стало возможным делать более тонкие пластины (относительно пластин в свинцовых аккумуляторах). За счет этого увеличились площади поверхностей пластин, что, в свою очередь повлияло на рост так называемых пусковых токов.

Итог: аккумуляторы изготовленные по технологии Са/Са и Pb/Cа рассчитаны на эксплуатацию в автомобилях с напряжением бортовой сети до 15 В. При этом аккумулятор нормально заряжается, не кипит, ток саморазряда ниже, по сравнению с традиционными АКБ.
Кипение аккумулятора и повреждение пластин происходит при более высоких напряжениях, которых на исправном автомобиле не возникает.
Из свойств кальциевых аккумуляторов следует вывод — они проще в обслуживании и дольше сохраняют заряд.

Как правильно заряжать аккумулятор Са/Са

Если аккумулятор в вашем автомобиле не заряжается до конца (причины могут быть различными: низкие температуры на улице, короткие и нечастые поездки, проблемные генератор и т. д.), необходимо заряжать его с помощью обычного зарядного устройства

Напряжение заряда должно быть в диапазоне 14,4-15В
Ток заряда должен составлять не более 10 % от емкости вашего аккумулятора
Алгоритм заряда «CC/CV» стандартный для свинцово кислотных аккумуляторов; заряд постоянным током до порогового напряжения, затем заряд постоянным напряжением с понижением тока заряда.
Категорически противопоказано «кипячение» кальциевым АКБ. Так как в лучшем случае оно приводит к снижению технических характеристик прибора, а в худшем — к выходу устройства из строя.
Чтобы добиться более «плотного» заряда, лучшего растворения сульфатов и увеличения ресурса, необходимо производить заряд аккумулятора с наименьшим значением тока.

Сейчас на рынке появилось множество подделок. Чтобы отличить качественную АКБ от подделки, а также понять оригинальное устройство перед нами или нет — нужно обратить внимание на маркировку. На корпусе аккумулятора должны быть указаны следующие характеристики:

стартовый ток
значение напряжения
значение номинальной емкости
дата выпуска данного устройства
подробная информация о производителе

Каждый вправе сам выбирать напряжение и ток заряда. Но Вы заметили, что мы не говорим о заряде напряжением 16 и более вольт? Эти АКБ заряжаются точно так-же, как и свинцово-кислотные.

Преимущества кальциевых аккумуляторов

Длительный срок эксплуатации. При правильной эксплуатации срок службы кальциевого аккумулятора, в среднем, составляет около пяти лет.
Низкий уровень саморазряда. В сравнении с малосурьмянистыми разновидностями аккумуляторов, характеристика кальциевых аккумуляторов ниже почти на 70 процентов.
Повышенная прочность пластин АКБ. Что позволяет пластинам быть устойчивым к вибрациям.
Снижение интенсивности коррозионных процессов. Это увеличивает срок службы АКБ.
Кальциевые аккумуляторы оснащены защитой от перезаряда. Характерно свойство выдерживать напряжение до 14,8 В.
Большинство кальциевых аккумуляторов (около 90 процентов) — необслуживаемые.
Возможно изготовление пластин меньшей толщины. У производителей есть возможность выпускать аккумуляторы с увеличенным количеством пластин, что влияет на мощность — она становится больше.
Прекрасный вариант для начинающих автомобилистов. Как мы уже говорили, в большинстве случаев, автомобильный аккумулятор Са/Са является необслуживаемым. Что позволяет водителю не проводить дополнительные действия, такие как измерение уровня и плотности электролита.

Аккумуляторы такого вида идеально подходят для установки в автомобили с полностью исправным электрооборудованием. Желательно, чтобы в транспортном средстве присутствовали системы, которые самостоятельно могут отключать музыку, габаритные огни, свет, в том случае, когда автомобилист забыл сделать это сам.

Недостатки кальциевых АКБ.

К сожалению, в нашей жизни не существует идеальных вещей. Поэтому и кальциевые аккумуляторы также имеют некоторый ряд недостатков.

Чувствительность к глубоким разрядам. Это главное отличие кальциевых батарей от их гибридных и сурьмянистых аналогов. Кальциевые аккумуляторы крайне не рекомендуется разряжать ниже напряжения в 12 В. Всего лишь при одном глубоком разряде такая АКБ потеряет пятую часть своей емкости. При однократном полном разряде батарея лишается половины емкости, в то время как устройство, которое пережило 9 -10 разрядов, становится абсолютно непригодным к эксплуатации.
Достаточно высокая стоимость. Что обусловлено дорогим, а также сложным процессом производства.
Не подходит для режима передвижений в «городском стиле». Длительные простои, в случае, если автомобилем пользуются нечасто и на короткие дистанции, негативно, и даже губительно влияют на кальциевые аккумуляторы.

Заметим, что кальциевые аккумуляторные батареи подходят только для использования в автомобилях. Советуем воздержаться от установки таких устройств в катер или лодку (там они могут подвергнуться глубокому разряду).

Неправильно — «правильная» зарядка кальциевых АКБ

Предположим, что у нас есть кальциевая АКБ. Подаем на нее стандартные 14,4 В и дожидаемся, пока ток, потребляемый батареей, не понизится до 0,1 А (вспоминаем, что это один из признаков, что аккумулятор зарядился). Далее отключаем зарядное устройство и измеряем плотность электролита. Плотность, при заряженном аккумуляторе, должна быть 1,27, однако при измерении мы не видим этой цифры. Что же делать? В интернет многие советуют в таком случае заряжать кальциевые АКБ напряжением 16,1 — 16,5 В. Давайте разберемся, что же будет, если мы последуем этим советам.

При зарядке таким напряжением, плотность все же повысится, как мы и хотели. Однако подав такое напряжение мы спровоцировали то самое кипение, с которым борется производитель.
В современных батареях реагирует преимущественно тот электролит, который находится в конвертах. Однако тот, который мы втянули ареометром, находится за пределами зоны электрохимической реакции, из чего делаем вывод, что плотность этого электролита совершенно не должна повышаться в одно время с зарядом батарее.
При подаче на клеммы 16 В — электролит на конвертах начинает «кипеть», благодаря чему он начал интенсивно смешиваться с тем, что находится над пластинами. Это и есть единственная причина того, что после повторного замера мы увидели плотность 1,27. Хотя эта плотность и так уже была достигнута внутри конвертов. В то время как мы кипятили АКБ, пластины деградировали, теряя часть свинца.
Предположим, мы все-таки зарядили кальциевую батарею методом из интернета и установили ее на автомобиль. Что же произойдет дальше? После первого запуска заряд, который был накоплен «кипячением», тратится на работу стартера. А далее АКБ подзаряжается под напряжением 14,5 В.

Подводя итоги

Чтобы правильно выбрать АКБ, которая подходит для вашего конкретного автомобиля, необходимо учитывать следующие параметры:

совместимость аккумулятора с Вашей моделью транспортного средства
условия и интенсивность эксплуатации

При возникновении каких-либо сомнений при выборе подходящей АКБ советуем обратиться за помощью и консультацией к специалистам. Также консультацию можно получить на нашем форуме https://forum.orionspb.ru/
Кальциевые аккумуляторы больше подходят автомобилистам, которые ездят часто и на дальние расстояния, а также предпочитают высокое качество езды. При своевременной подзарядке устройство будет эксплуатироваться в течение долгого времени — в течение срока, заявленного производителем и даже дольше.

Видео на тему:

Как заряжать LiFePO4 аккумуляторы | ЭлектроФорс

LiFePO4 — это тип литиевых аккумуляторов в которых катодом (положительным электродом) служит феррофосфат лития, а анодом (отрицательным электродом) — графит. По сравнению со свинцово-кислотными литий железо-фосфатные батареи обладают в несколько раз большей удельной емкостью и сроком службы. Благодаря чрезвычайно прочной кристаллической структуре фосфата железа, не разрушающегося при многократном приеме и возврате ионов лития эти аккумуляторы одни из самых долгоживущих в настоящее время.

Содержание статьи

Зарядка LiFePO4 аккумуляторов
LiFePO4 аккумуляторы заряжают постоянным током, постоянным напряжением либо комбинацией этих двух методов. При двухступенчатой зарядке напряжение сначала повышают постоянным током до 14,4-14,6 Вольт, а затем при постоянном напряжении происходит насыщение аккумулятора. Один этап зарядки позволяет аккумулятору набрать примерно 90- 95% емкости, два — 100%.
Характеристики типичной литий-железо-фосфатной аккумуляторной батареи:
Характеристика Значение
Номинальная емкость, Ач 125
Минимальная емкость, Ач 119
Электрическая энергия, кВтч 1,6
Номинальное напряжение, В 12,8
Выходное напряжение, В >12,8
Внутреннее сопротивление, мОм
Последовательное/параллельное соединение Последовательно до 4 аккумуляторов. Параллельно не ограничено
Максимальное напряжение зарядки, В 14,6 ± 0,1
Поддерживающее напряжение, В 13,8± 0,2
Стандартный зарядный ток, А 60
Максимальный зарядный ток, А 80
Стандартный разрядный ток, А 80
Максимальный разрядный ток, А 100 в течении 30 минут
Габариты, мм (Д х Ш х В) 318 х 165 х 215
Вес, кг 14,7
Характеристика Значение
Защитное напряжение при перезаряде, В/яч 3,8± 0,025
Пороговое напряжение для сброса защиты при переразряде, В/яч 3,6± 0,025
Порядок отключения защиты Напряжение ниже порогового
Защитное напряжение при переразряде, В/яч 2,0± 0,08
Пороговое напряжение для сброса защиты при переразряде, В/яч 2,3± 0,1
Порядок отключения защиты Зарядка выше порогового напряжения
Защита от перегрузки по току, А 350
Задержка срабатывания защиты, с 0,5-1,5
Порядок отключения защиты Сброс нагрузки до допустимого значения
Защита от перегрева, С 65± 5
Сброс защиты при перегреве, С 50± 10
Когда заряжать LiFePO4 аккумулятор
Если LiFePO4 аккумулятор разряжен не полностью, заряжать его после каждого использования не обязательно. Сульфатации, из-за которой уменьшается емкость частично заряженного свинцово-кислотного аккумулятора, у литий-железо-фосфатных батарей не бывает. Однако если система управления отсоединяет аккумулятор от нагрузки из-за низкого напряжения, лучше зарядить его немедленно.
Температура зарядки
Зарядное устройство может следить за температурой одного или нескольких аккумуляторов.
LiFePO4 аккумуляторы заряжают при температуре от 0 до 40 С. Некоторые, но не все, безопасно заряжать при температурах ниже 0 С. При отрицательной температуре зарядный ток уменьшают до 0,05-0,1С (5-10% от емкости аккумулятора)
От перегрева аккумулятор защищает система управления. Но температуру может контролировать и зарядное устройство у которого есть температурный датчик. Такое зарядное снижает напряжение, если аккумулятор нагревается свыше 20 С и отключается если его температура достигает 55 С. Зарядное устройство дублирует функции BMS и создает дополнительный уровень защиты, который первым сработает в случае возникновения аварийной ситуации
Последовательное и параллельное соединение
Напряжение последовательно или параллельно соединяемых аккумуляторов должно быть одинаковым. Разница не должна превышать 50 мВ (Точные значения дает производитель аккумуляторной батареи). Одинаковое напряжение снижает вероятность появления дисбаланса во время эксплуатации. Если напряжения отличаются более чем на 50 мВ (0,05 В), то перед соединением аккумуляторы необходимо зарядить по отдельности одним и тем же зарядным устройством, а затем вновь проверить состояние спустя несколько часов.
Контроль за состоянием аккумулятора
Вольтметр не дает точного представления о состоянии LiFePO4 аккумулятора. Для определения его заряженности лучше использовать счетчик амперчасов или батарейный монитор. Подробнее о контроле аккумуляторов
Зарядка от генератора двигателя
На многих автомобилях и на большинстве катеров выходное напряжение генератора постоянное. Это значит, что в течении всего времени работы двигателя аккумулятор будет находится под повышенным напряжением. Срок службы аккумулятора в таких условиях сократится
На автомобилях с двигателями EURO 5/6 напряжение генератора зависит от режима движения и изменяется от 11,5 до 15,5 Вольт. При таком напряжении LiFePO4 аккумулятор заряжаться не будет, а колебания напряжения станут причиной постоянного срабатывания защиты
Ток автомобильного или лодочного генератора может оказаться выше допустимого для аккумулятора
Разряженный аккумулятор создаст для генератора длительную нагрузку близкую к максимальной. Работая на полной мощности генератор перегреется и при недостаточном охлаждении может сгореть
Если BMS разорвет соединения между аккумулятором и генератором во время работы двигателя, скачек напряжения может повредить диоды и регулятор генератора DC-DC устройство, установленное между стартовым и сервисным литиевым аккумуляторами устраняет описанные проблемы, защищает генератор и заряжает литий-железо-фосфатный аккумулятор в правильном режиме
Подробнее о способах зарядки тягового литиевого аккумулятора
Эти устройства позволяют быстро и безопасно заряжать LiFePO4 аккумуляторы от генератора автомобильного или лодочного двигателя:
Sterling Power BB1260
Входное напряжение 11-20 Вольт
12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp
Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-20 Вольт
Максимальный ток 60 А &nbsp&nbsp&nbsp
Есть режим 50% мощности
Быстрая зарядка постоянным током
Режимы для GEL(2), AGM(2), LiFePO4, кальциевых и жидко-кислотных аккумуляторов &nbsp&nbsp&nbsp
9 режимов зарядки. Возможность создать собственный зарядный профиль
— &nbsp&nbsp&nbsp
Класс защиты IP21
Sterling Power BB1230
12->12 Вольт
Максимальный ток 30 А
Быстрая зарядка постоянным током &nbsp&nbsp&nbsp
Четырехступенчатый зарядный профиль. Постоянный ток, постоянное напряжение, кондиционирование и поддерживающая зарядка
Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
—
Sterling Power BBW1212
12->12 Вольт &nbsp&nbsp&nbsp
Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-16 Вольт. Выходного 13-15,1
Максимальный ток 28 А &nbsp&nbsp&nbsp
Максимальный ток, потребляемый устройством. Работает с генератором любой мощности
Безопасно для LiFePO4 АКБ
Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
Водонепроницаемое &nbsp&nbsp&nbsp
Класс защиты IP68
Система управления аккумулятором
Литий-железо-фосфатные ячейки безопасно работают в диапазоне от 2 до 4,2 Вольт. По сравнению с другими типами литиевых элементов они более устойчивы к перенапряжению. Тем не менее, приложенное в течении продолжительного времени повышенное напряжение приводит к образованию металлического лития на аноде и навсегда ухудшает рабочие характеристики аккумулятора. Материал катода окисляется и становится менее стабильным, а выделяющийся диоксид углерода повышает давление в ячейках.
Зарядное устройство приостанавливает работу по сигналу BMS литий-железо-фосфатного аккумулятора, снимает напряжение с аккумулятора и создает дополнительный уровень защиты. Если в аварийной ситуации BMS выдает 0 Вольт, используется разъем BMS 1. Если высокий уровень сигнала (положительное напряжение), BMS 2. В обоих случаях устройство вновь запускается, после того как устранена причина отключения и аккумулятор вернулся в рабочее состояние
Система управления ограничивает максимальное напряжение каждого элемента и аккумуляторной батареи в целом. Защита срабатывает, если напряжение ячейки превышает 3,8 Вольт, а напряжение всего аккумулятора 15,2-15,6 Вольт.
Разряд аккумулятора ниже определенного уровня также недопустим. При напряжении ячейки меньше 2,0 В материал электродов начинает разрушаться, поэтому минимально рекомендуемое напряжение для большинства аккумуляторов 10,5-11,0 Вольт.
Система управления предохраняет литиевый аккумулятор от перезарядки, чрезмерного разряда и короткого замыкания. Но полагаться на одну только BMS нельзя. Первым уровнем защиты должно стать зарядное устройство и подключаемое к аккумуляторной батарее оборудование
Напряжения зарядки и емкость
Если напряжение зарядного устройства ниже определенного уровня, реакции в аккумуляторе не протекают. Если выше, ионы покидают катод и внедряются в кристаллическую структуру материала анода. Процесс происходит благодаря силе, «вбивающей» ионы внутрь кристалла. Чем больше сила, тем больше ионов проникнет в кристалл, но тем большую нагрузку он испытывает. Таким образом заряженность аккумулятора зависит от напряжения зарядки
LiFePO4 ячейки 26650 заряжались током 1,6 А до определенного напряжения, после чего напряжение ограничивалось и ток снижался до 30мА. Заряженные ячейки разряжались током 2,5 А (около 1С) до 2,6 Вольт. Видно, что заряженность аккумулятора возрастает с увеличением напряжения. При напряжении 3 Вольта она совсем небольшая, но существенно возрастает при 3,3 Вольтах. При напряжениях 3,4 и 4,2 В аккумуляторы набирали практически одинаковую емкость. Разница составила около 3%.
При низком пороговом напряжении литий-железо-фосфатный аккумулятор заряжается не полностью. Это уменьшает время его непрерывной работы, но не влияет на срок службы как у свинцово-кислотного. Зато пониженное напряжение снижает стресс аккумулятора во время зарядки.
Литий железо-фосфатные элементы можно безопасно заряжать до 4,2 Вольт. Напряжение выше этого разрушает органический электролит. Но несмотря на стойкость к перезаряду после того как аккумулятор наберет полную емкость, его необходимо отключать от источника зарядки. Время нахождения заряженного аккумулятора при пороговом напряжении должно быть минимальным
Чем заряжать LiFePO4
Заряженный до 100% 12-вольтовый LiFePO4 аккумулятор имеет напряжение 13,3-13,4 В, а его свинцово- кислотный аналог в том же состоянии — 12,6 -12,8 Вольт. Напряжение разряженного на 80% литий-железо-фосфатного аккумулятора около 13 Вольт, а свинцово-кислотного 11,8 Вольт. При изменении заряженности на 80% напряжение LiFePO4 аккумулятора меняется всего 0,5 В
Зарядные устройства для LiFePO4 и для свинцово-кислотных аккумуляторов работают по одинаковому принципу. Различия в более высоком напряжении на один элемент, отсутствии стадии кондиционирования, а у некоторых моделей и поддерживающей зарядки.
Зарядные кислотных АКБ
Для свинцово-кислотных аккумуляторов общепринятой в настоящее время является зарядка, состоящая из трех – пяти стадий. Переход от одной стадии к другой происходит автоматически по мере заряда аккумулятора.
Так изменяются ток и напряжения во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов. Дозарядка выполняется каждые 7 дней. Если из-за нагрузки напряжение падает до 12,5 Вольт, цикл зарядки возобновляется. Обе функции не подходят для LiFePO4 аккумуляторов
На первом этапе зарядное устройство устанавливает максимально возможный ток. Напряжение аккумулятора начинает постепенно расти, и чтобы сохранить ток постоянным, зарядное повышает выходное напряжение. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет определенного порогового значения. Как только это произойдет зарядка постоянным током прекращается и устройство переходит ко второй стадии, которая называется абсорбцией или поглощением
Дальнейшая зарядка идет уже при фиксированном напряжении и постоянно снижающемся токе. Когда ток, потребляемый аккумулятором, опустится примерно до 10% от номинала устройства, вторая стадия завершается. Устройство переходит к этапу кондиционирования, а затем к заключительной стадии — поддерживающей зарядке. Задача последнего этапа — не допускать саморазряда аккумулятора, сульфатации и потери емкости.
Максимальная продолжительность стадии абсорбции зависит от типа свинцово-кислотного аккумулятора. У жидко-кислотных она составляет до 480 минут, а у гелевых доходит до 600 минут. Если в течении этого времени этап поглощения не завершился, срабатывает таймер и устройство переходит к поддерживающей зарядке автоматически. Так происходит, если зарядное недостаточно мощное для данной аккумуляторной батареи, в системе существует нагрузка, не позволяющая устройству снизить ток или аккумулятор поврежден и его пластины замкнуты. Для каждого конкретного аккумулятора длительность абсорбции вычисляется в зависимости от первого этапа зарядки. Когда аккумулятор сильно разряжен первый этап (зарядка постоянным током) идет долго, поэтому длинной будет и стадия абсорбции
Описанные этапы образуют «алгоритм зарядки», который имеет свои уникальные параметры для каждого типа аккумуляторов. Напряжение окончания первого этапа, напряжение абсорбции, продолжительность этапа абсорбции и поддерживающее напряжение для гелевых, AGM и жидко-кислотных аккумуляторов различные. Напряжение абсорбции изменяется от 14,0 до 15,1 Вольт, а поддерживающее напряжение от 13,2 до 13,8 Вольт.
Особенности зарядных для LiFePO4
Зарядные устройства для LiFePO4 аккумуляторов используют алгоритм постоянный ток / постоянное напряжение (CC / CV). Он обеспечивает быструю зарядку без риска перезаряда и напоминает процесс заряда свинцово-кислотных аккумуляторов. Однако есть и отличия
Напряжение железо-фосфатного аккумулятора круто растет в самом конце цикла зарядки. В этот же момент ток, потребляемый аккумулятором резко падает и зарядное устройство должно снизить или отключить напряжение
Зарядные для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей имеют режим десульфатации электролита. Литиевые аккумуляторы выравнивания не требуют. Выравнивающее напряжения свыше 15 В + приведет к срабатыванию защиты или повредит железо-фосфатные элементы
Другая, часто встречающаяся функция — это дозарядка. Напряжение заряженного свинцово-кислотного аккумулятора около 12,7 В. Поддерживающее напряжение зарядного устройства – от 13,3 до 13,8 Вольт. Поэтому подключенное к аккумулятору зарядное устройство не только предотвращает его саморазряд, но и питает оборудование, имеющееся в электрической системе. Когда нагрузка в цепи возрастает, аккумулятор начинает разряжаться. Если через некоторое время его напряжение снизится и достигнет «уровня дозарядки», зарядное переключится в режим максимального тока и начнет новый цикл.
«Уровень дозарядки» для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи 12,5–12,7 В. Но при таком напряжении литий-железо-фосфатный аккумулятор разряжен примерно на 85-95%. Поэтому для аккумуляторов этого типа «уровень дозарядки» должен быть выше — 13,1-13,2 Вольт.
Эти устройства подходят для зарядки LiFePo4 аккумуляторов от сети 220 В
Victron
Blue Smart IP67
Ток 17 Ампер
Напряжение 12 Вольт
1 Выход
Режимы для LiFePO4, GEL, AGM и жидкокислотных АКБ. Регулируемый ток заряда
Sterling Power
Ultra Light
Ток 30 Ампер
Напряжение 12 Вольт
2 Выхода
Режимы для LiFePO4, GEL, AGM и жидкокислотных АКБ. Подключение BMS. Регулируемый ток заряда
Sterling Power
Ultra
Ток 50 Ампер
Напряжение 12 Вольт
3 Выходa
Режимы для LiFePO4, GEL, AGM и жидкокислотных АКБ.Всего 12 порфилей заряда. Регулируемый ток. Температурный датчик
Некоторые устройства проводят «профилактическую» дозарядку аккумуляторов во время хранения. Процедура выполняется каждые семь дней и включает в себя весь многоступенчатый алгоритм. Столь частая зарядка литий-железо-фосфатным аккумуляторам не требуется. Наоборот их лучше хранить разряженными на 50%, подзаряжая 1 раз в 6 месяцев. В этом случае безвозвратные потери емкости окажутся меньше
Современные зарядные устройства перед началом работы определяют текущее состояние аккумулятора короткими импульсами напряжения. Полученная таким образом информация о внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, позволяет «решить» с какой стадии начинать зарядку. Поскольку напряжение даже разряженного LiFePO4 аккумулятора выше 13 Вольт, некоторые устройства посчитают его почти полностью заряженным, сразу перейдут к поддерживающему этапу или не станут заряжать совсем.
Как уже говорилось, максимальная продолжительность этапа абсорбции, установленная в зарядных устройствах для свинцово-кислотных аккумуляторов, колеблется от 480 до 600 минут. У железо-фосфатных она существенно короче, не более 30 минут. Таким образом, если ток в цепи не снизился до установленного в зарядном устройстве значения (существует нагрузка, утечка на землю и т.д) аккумулятор будет находится под напряжением 14,4 Вольта не полчаса, а 8-10 часов.
Зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов можно использовать для зарядки LiFePO4 батарей, если:
Устройство не имеет автоматического и не отключаемого режима десульфатации или выравнивания
Между этапом абсорбции и поддерживающей зарядкой нет стадии кондиционирования с напряжением 14,0-14,1 Вольт
Напряжение зарядного устройства в выбранном режиме не превышает 14,6 В.
После полной зарядки LiFePO4 аккумулятора питание такого устройства необходимо отключать, поскольку у большинства моделей алгоритм хранения не соответствует требованиям литий железо-фосфатных батарей.
В конечном счете, зарядное устройство с алгоритмом для LiFePO4 – это наилучший способ сохранить емкость и продлить срок службы дорогого аккумулятора
Li-ion, Ni-Mh акум. ― DELTAMOBILE

Поиск продукта в этой категории
Тип отображения каталога
стандартныйсписоксписок с фото
Сортировать по: наименованию (возр | убыв), цене (возр | убыв), рейтингу (возр | убыв)

Компактное и удобное зарядное устройство XTAR MC4, способное заряжать литий-ионные (li-ion) аккумуляторы типоразмера 10440, 14500, 16340, 17335, 17500, 17670, 18650, 18700, 20700, 26650
На корпусе зарядного устройства имеется четыре диодных индикатора: идет зарядка — горит красный, зарядка окончена — горит зеленый.Плавный пуск в начале процесса зарядки предотвращает повреждение разряженного аккумулятора большим зарядным током.

Способ зарядки Li-ion батарей: заряд постоянным током (CC) и постоянным напряжением (СV), данный метод заряда рекомендуемый наиболее скоростной, сохраняет ресурс аккумуляторов и не уменьшает их емкость со временем.

Имеется защита от неправильной установки аккумулятора, функция плавного старта и режим активации сильно разряженных аккумуляторов.

15,90 Euro

Сравнить

Универсальное зарядное устройство XTAR VC2 Plus Master — автоматическое зарядное устройство, совместимое практически с любым типом перезаряжаемых аккумуляторов. У вас теперь нет необходимости иметь несколько зарядных устройств под разные форматы аккумуляторов.
Зарядное устройство XTAR VC2 Plus Master способно автоматически определять и заряжать литий-ионные и никель — металлогидридные аккумуляторы, выбирая для каждого типа необходимый вольтаж и режим зарядки.

На дисплее отображается время, необходимое для полного заряда аккумулятора, процент заряда, ток заряда и тип заряжаемого аккумулятора.

Наличие подвижного контакта позволяет заряжать практически любые типоразмеры аккумуляторов, начиная от компактных 10440 и заканчивая большими 32650.

17,90 Euro

Нет на складе. Для получения дополнительной информации о возможных сроках поставок, звоните или пишите.

Сравнить

Каждый из двух слотов для заряда аккумуляторов контролируется индивидуальным микрочипом, который следит за всеми параметрами заряжаемой батареи. В устройстве предусмотрен плавный старт заряда для предотвращения повреждения аккумуляторов при заряде большим током и широкий диапазон зарядных токов для заряда li-ion аккумуляторов с большим диапазоном емкостей. Контакт в каждом слоте подпружиненный, что позволяет не использовать дополнительные вставки. Сбоку и сзади корпуса находятся радиаторные пластины для отвода лишнего тепла в процессе зарядки.
Два независимых канала зарядки

Выбор зарядного тока: 250мА, 500мА, 1000мА.

Выбор конечного напряжения заряда аккумулятора 3,7В 4,2В 4,35.

Заряжает новый формат аккумуляторов, которые могут заряжаться до напряжения отсечки 4.35 В., что позволит вашим фонарям работать дольше и ярче, чем с обычными Li-ion АКБ с напряжением отсечки 4.2 В.

Точный LCD индикатор заряда, отображающий напряжение на каждом аккумуляторе и уровень заряда.

Защита от перезаряда (автоматическое отключение зарядки при полном заряде аккумулятора)

Функция восстановления чрезмерно разряженных аккумуляторов.

Функция плавного старта препятствует резкому увеличению тока заряда в начале зарядки, что увеличивает срок службы аккумуляторов.

Наличие USB выхода, позволяющий использовать зарядное устройство в режиме «POWER BANK» — заряжать от аккумулятора ваши телефоны или электронные девайсы. Присутствует защита, которая не позволит разрядить незащищенные аккумуляторы в зарядном устройстве ниже 3В±0,2В. Режим «USB» активируется нажатием на кнопку 1,5 сек. с вставленным аккумулятором в левый канал ЗУ. Режим USB не работает когда зарядное устройство подключено к сети 220 В.

В комплекте авто адаптер 12 В для подключения к бортовой сети автомобиля.

27,00 Euro

Сравнить

Компактное зарядное устройство XTAR SC1 предназначено для быстрой и безопасной зарядки высокотоковых аккумуляторов и аккумуляторов с большой ёмкостью.
Универсальное зарядное устройство для заряда литий-ионных Li-ion цилиндрических аккумуляторов типоразмера: 18650, 18700, 20650, 20700, 21650, 21700, 22650, 25500, 26650

Способ зарядки для Li-ion батарей: заряд постоянным током (CC) и заряд постоянным напряжением (CV)

Зарядный ток : 2000мА

Рекомендуется для зарядки высокотоковых аккумуляторов и аккумуляторов с большой ёмкостью.

Защита от короткого замыкания и от обратной полярности.

Защита от перезаряда (автоматическое отключение зарядки при полном заряде аккумулятора)

Функция активации сильно разряженных аккумуляторов.

Функция плавного старта, препятствует резкому увеличению тока заряда при старте, что увеличивает срок службы аккумуляторов

5,90 Euro

Сравнить

Зарядное устройство батареи CCCV
Выходные характеристики
Выход, текущий из зарядного устройства батареи,
Переменные для выхода текущие и связанные уравнения:
_Iout является выход текущая команда в A.
_I’out является предварительно отфильтрованной текущей командой в A.
_kp является пропорциональной составляющей фильтра ПИДа.
_ki является интегральной составляющей фильтра ПИДа.
_kd является усилением дифференциала фильтра ПИДа.
_{_Ioutr%} является пульсацией текущей производительности в %.
_{_foutir} является частотой пульсации текущей производительности в Гц.
t является временем в s.
ξ является фактором расхолаживания, который ограничивается значениями между 0 и 0.9.
_⍵n, частота радиана, в rad/s.
_d% является перерегулированием в %.
_ts является временем урегулирования в s.
_ICC является предварительно отфильтрованной текущей отрегулированной текущей командой в A.
_Ibulk является постоянной текущей командой в A.
_ICV является отрегулированной текущей командой предварительно отфильтрованного напряжения в A.
_V’out является командой напряжения, в V.
_V’tc является командой напряжения, в V.
_Vout является компенсированным воздействием напряжения температуры, в V.
Vout¯ измеренное выходное напряжение среднего значения, в V.
_Ta является температурой окружающей среды в °C.
_Tnom является номинальной температурой окружающей среды в °C.
_Vtc является отношением компенсации напряжения, в V / ° C.
_Vabs является напряжением поглощения, в V.
_Vfloat является напряжением плавающим, в V.
P является выходной мощностью в W.
Iout¯ среднее значение, измеренное текущий выход, в A.
Усиления управления:
Фактор расхолаживания
То, когда элемент управления выводом является текущим, отрегулировало частоту радиана,
То, когда элемент управления выводом является напряжением, отрегулировало частоту радиана,
Предварительно отфильтрованная текущая команда, _I’out, обеспечивается или от предварительно отфильтрованной текущей отрегулированной текущей команды, _ICC, или от предварительно отфильтрованного напряжения отрегулировал текущую команду, _ICV. Графики показывают различные заряженные фазы цикла.
Если Output control mode установлен в Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и _Vout ниже, чем Float voltage или Absorption voltage, в то время как Absorption end condition не соответствуют
Если Output control mode установлен в Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и _Vout равен Float voltage или Absorption voltage, в то время как Absorption end condition не соответствуют
Когда опция Enable absorption phase выбрана и переключатели зарядного устройства батареи от постоянного тока до постоянного управления напряжением, если Absorption end condition не соответствуют, компенсация напряжения температуры окружающей среды, _V’tc задан как
В противном случае, компенсация напряжения температуры окружающей среды, _V’tc задан как
Когда опция Enable absorption phase выбрана и переключатели зарядного устройства батареи от постоянного тока до постоянного управления напряжением, если Absorption end condition не соответствуют, компенсация напряжения температуры окружающей среды, _V’out задан как
В противном случае, компенсация напряжения температуры окружающей среды, _V’out задан как
Выходная мощность задана как
Введите характеристики
Вход, текущий из зарядного устройства батареи,
Переменные для входа текущие и связанные уравнения:
_Iin является входом текущая команда в A.
P’ является нормированной выходной мощностью.
P является выходной мощностью в W.
_Pnom является номинальной выходной мощностью в W.
_I’n является нормированной гармонической амплитудой.
_fin является частотой входного напряжения в Гц.
_fn является гармонической частотой в Гц.
t является временем в s.
_VinA является входным напряжением, задержанным пятым из его периода, в V.
_Vin является входным напряжением фазы задержанный пятым из ее периода, в V.
_{_Iinr%} является входом текущая пульсация в %.
_{_finir} является входом текущая частота пульсации в Гц.
_{_θVin} является углом входного напряжения в рад.
_{_θVinA} является углом входного напряжения фазы A в рад.
Где, _feff, полиномиальная функция после параметров Charger efficiency и Efficiency usage factor. Этот полиномиальный порядок является половиной количества вводимых пар данных. Для входных значений, P’, между 0 и 1, полином должен возвращаемые значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается, пока это условие не соблюдают. Если порядок достигнет 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.
Где, _fTHD, полиномиальная функция после параметров Total harmonic distortion и THD usage factor. Этот полиномиальный порядок является половиной количества вводимых пар данных. Для входных значений, P’, между 0 и 1, полином должен возвращаемые значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается, пока это условие не соблюдают. Если порядок достигнет 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.
Где, _fPF, полиномиальная функция после параметров Power factor и PF usage facto r. Этот полиномиальный порядок является половиной количества вводимых пар данных. Для входных значений, P’, между 0 и 1, полином должен возвращаемые значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается, пока это условие не соблюдают. Если порядок достигнет 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.
Где, _fHARMS, сумма синусоид, заданных параметрами Harmonics amplitude и Harmonics frequency после выражения
Когда параметр Type устанавливается на DC,
Когда параметр Type устанавливается на 1-phase AC ,
Когда параметр Type устанавливается на 3-phase AC (wye) :
Когда параметр Type устанавливается на 3-phase AC (delta) :
Где:
Многоступенчатый метод зарядки CC-CV для литий-ионной батареи
Зарядка литий-ионной батареи с использованием стратегии постоянного тока и постоянного напряжения (CC-CV) при –10 ° C позволяет достичь только 48,47% от нормальной емкости. Чтобы улучшить плохие характеристики зарядки при низкой температуре, принцип работы зарядки аккумулятора при низкой температуре анализируется с использованием электрохимической модели и модели эквивалентной схемы RC первого порядка; кроме того, предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. В предлагаемой многоступенчатой стратегии CC-CV зарядный ток уменьшается, чтобы продлить процесс зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения зарядки.Результаты зарядки многоступенчатой стратегии CC-CV получены при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C по сравнению с результатами CC-CV и двухступенчатой стратегии CC-CC. Результаты сравнения показывают, что при заданных температурах емкость заряда увеличивается с помощью многоступенчатой стратегии CC-CV, и примечательно, что емкость зарядки может достигать 85,32% от номинальной емкости при −10 ° C; также сокращается время зарядки.
1. Введение
Благодаря преимуществам нулевого загрязнения, высокой энергоэффективности и плюралистичности источников энергии электромобили (EV) стали новой точкой развития автомобильной промышленности [1–3].Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и высокого уровня безопасности [4]. Но аккумуляторная технология по-прежнему не может удовлетворить потребности электромобилей в отношении больших расстояний, быстрого восстановления емкости и использования при низких температурах [5]. При низкой температуре химическая активность аккумулятора снижается, сопротивление увеличивается, а емкость уменьшается. Процесс зарядки более сложен, чем процесс разряда при низкой температуре [6, 7].
В последние годы была проделана большая работа над стратегиями зарядки.В [8] для получения быстрой зарядки был предложен трехступенчатый метод зарядки Ni / MH аккумулятора. В [9] была предложена оптимальная стратегия зарядки током, основанная на граничных кривых зарядного тока. Кривые граничного зарядного тока были получены путем анализа повышения температуры и поляризационного напряжения в процессе зарядки. Период зарядки был уменьшен, а емкость увеличена с помощью стратегии. В [10] предложена стратегия зарядки с изменяемым напряжением, которая может обнаруживать и динамически отслеживать подходящую продолжительность зарядного импульса.По сравнению с традиционной стратегией CC-CV скорость зарядки была увеличена на 14%, а эффективность зарядки — на 3,4%. В [11] была построена модель оценки SOC, а процесс зарядки CC-CV контролировался SOC батареи. Емкость заряда можно контролировать, чтобы получить более высокий уровень заряда и избежать перезарядки. В [12] был использован алгоритм Ant Colony System для выбора оптимального зарядного тока среди пяти состояний зарядки, время зарядки было уменьшено, а срок службы батареи увеличен на 25%.В [13] для получения быстрого заряда использовался алгоритм на основе Тагучи. При использовании стратегии зарядки емкость аккумулятора может достигать 75% за 40 минут. В [14] был предложен метод зарядки с нечетким управлением на основе постоянной поляризации для адаптации приема зарядного тока с каскадами SOC батареи. Стратегия зарядки может сократить время зарядки без явного повышения температуры. Ruan et al. и Zhao et al. [15, 16] исследовали температурные характеристики процесса зарядки и разрядки. Температура увеличилась больше в процессе разрядки по сравнению с повышением температуры в процессе зарядки.Процесс импульсной зарядки / разрядки был добавлен перед процессом зарядки, чтобы аккумулятор можно было предварительно нагреть. Аккумулятор мог начать процесс зарядки при относительно высокой температуре, а емкость заряда увеличивалась при низкой температуре.
Все стратегии зарядки, предложенные в [8–14], в разной степени увеличивают характеристики зарядки аккумулятора. А вот производительность зарядки при низких температурах не рассматривается. Хотя стратегия зарядки с предварительным нагревом при низкой температуре, предложенная в [15, 16], может увеличить емкость зарядки, процесс самоподогрева требует слишком много времени и не может работать в условиях низкого SOC.В этой статье анализируется зарядная характеристика литий-ионного аккумулятора при различных температурах, используется электрохимическая модель и модель эквивалентной схемы первого порядка для теоретического анализа плохих низкотемпературных характеристик литий-ионного аккумулятора и предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. Многоступенчатая стратегия CC-CV сравнивается с CC-CV и двухэтапной CC-CV стратегией при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C.
2. Экспериментальная
2.1. Аккумулятор и оборудование
Используемый аккумулятор представляет собой литий-ионный цилиндрический аккумулятор 18650 с нормальной емкостью 1.37 Ач, нормальное напряжение 3,2 В и напряжение отключения 3,6 В. Максимальные скорости зарядки и разрядки составляют 1 ° C и 2 ° C соответственно. Материал положительного электрода — LiFePO ₄, материал отрицательного электрода — LiC ₆. Тестер аккумуляторов — это тестер аккумуляторов LD с 8 каналами тестирования, и процесс тестирования можно программировать и контролировать с помощью компьютера. Аккумулятор был протестирован в температурной камере, чтобы гарантировать постоянство температурного параметра. Подробные параметры тестера батарей и температурной камеры приведены в таблице 1.Схема эксперимента представлена на рисунке 1.
Аккумуляторное оборудование Максимальный испытательный ток 20 A
Максимальное испытательное напряжение 5 В
Испытание точность 0,1%
Температурная камера Максимальная температура 150 ° C
Минимальная температура −40 ° C
Температурный допуск 0.01 ° C

2.2. Экспериментальный процесс
В ходе экспериментов были протестированы стратегии зарядки аккумулятора: CC-CV, двухступенчатый CC-CV и многоступенчатый CC-CV. Температурные точки испытания составляли 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C. Стратегии зарядки объясняются следующим образом.
Для стратегии CC-CV процесс постоянного тока заряжался при 0,3 C до напряжения отключения 3,6 В, а процесс постоянного напряжения заряжался при 3.6 В в течение 5 мин.
Для двухступенчатой стратегии CC-CV в первом процессе постоянного тока была зарядка при 1 ° C до напряжения отсечки 3,6 В. Затем во втором процессе постоянного тока зарядный ток был уменьшен до 0,5 ° C. зарядный ток был уменьшен, напряжение на клеммах упало ниже 3,6 В, что позволило продлить процесс постоянного тока до тех пор, пока напряжение на клеммах снова не достигнет значения напряжения отключения. Процесс зарядки при постоянном напряжении осуществлялся при 3,6 В в течение 5 мин [17].
Для многоступенчатой стратегии CC-CV процесс постоянного тока был разделен на десять этапов. Максимальные и минимальные значения составляли 1 ° C и 0,1 ° C соответственно, а зарядный ток уменьшался на 0,1 ° C, когда напряжение на клеммах достигало напряжения отключения. Процесс зарядки при постоянном напряжении составлял 3,6 В в течение 5 мин.
3. Зарядная характеристика аккумулятора при низкой температуре
3.1. Характеристика зарядной емкости при разной температуре
Выбранный аккумулятор был заряжен по стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C для получения характеристики зарядной емкости при низкой температуре.Перед каждым процессом зарядки при разной температуре аккумулятор разряжался пустым при 25 ° C и выдерживался в течение шести часов, чтобы обеспечить одинаковую температуру всей батареи. Как показано на Рисунке 2, зарядные емкости при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C составляют 1,309 Ач, 1,196 Ач и 0,664 Ач соответственно. Зарядная емкость уменьшается на 8,6% при 0 ° C и на 49,3% при −10 ° C по сравнению с таковой при 25 ° C. Емкость зарядки сильно уменьшается при −10 ° C.

3.2. Характеристика OCV при разной температуре
Батарея была протестирована по правилу гибридной импульсной характеристики мощности (HPPC), которое подробно описано в «Руководстве по тестированию батареи Freedom CAR» [18], чтобы получить OCV, омическое сопротивление () и сопротивление поляризации ().SOC можно рассчитать по следующей формуле: где — начальное значение SOC батареи, AHC — нормальная емкость батареи при 25 ° C, и — разрядный (положительный) или зарядный (отрицательный) ток. Как кривые OCV, показанные на Рисунке 3, OCV отражает тенденцию к увеличению с понижением температуры, а разница OCV при разных температурах относительно более очевидна при низком SOC.

3.3. и характеристика при разной температуре
Как показано на рисунках 4 и 5, оба значения и увеличиваются с понижением температуры.остается стабильным при увеличении SOC, и увеличение составляет почти 258% при -10 ° C. увеличивается с увеличением SOC и снижением температуры, и максимальное увеличение составляет почти 257% при -10 ° C с 90% SOC.

4. Электрохимическая модель и эквивалентная схема первого порядка
4.1. Электрохимический литий-ионный аккумулятор, модель
Doyle et al. предложили теорию пористого электрода для анализа электрохимического процесса литий-ионного аккумулятора [19].Одномерная геометрия состоит из коллектора отрицательного / положительного тока, отрицательного / положительного электродов и разделителя. Материал коллектора отрицательного тока — медь, а материал коллектора положительного тока — алюминий. Активным материалом положительного электрода является LiFePO ₄, а активным материалом отрицательного электрода — LiC ₆. Сепаратор представляет собой пористую полиолефиновую мембрану. Электролит представляет собой соль лития, растворенную в жидкой смеси этиленкарбоната (EC) и диметилкарбоната (DMC) в соотношении 1: 1 или 2: 1.Пример одномерной геометрии процесса зарядки показан на рисунке 6 [20], а химическое уравнение зарядки:

В процессе зарядки электроны перемещаются от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь, и Li ⁺ перемещается от положительного электрода к отрицательному через сепаратор в электролите. Поскольку процесс зарядки представляет собой химическую реакцию, на характеристики реакции влияют концентрация и диффузия Li ⁺.Концентрация литий-иона в фазе электролита изменяется со временем и может быть описана вторым законом Фика по координате, показанной на рисунке 6 [21]: где — концентрация литий-иона в фазе электролита, — коэффициент диффузии Li ⁺. в фазе электролита — число переноса ионов лития по отношению к скорости растворителя, — постоянная Фарадея, — это плотность тока переноса заряда.
Распределение Li-иона в твердой фазе также описывается вторым законом диффузии Фика в полярных координатах [21]: где — концентрация Li-иона в твердом теле, — коэффициент диффузии Li ⁺ в твердом состоянии. фаза, — радиус сферической частицы.
Формула Аррениуса показывает коэффициент диффузии Li ⁺ в твердой фазе, как показано ниже [21]: где — энергия активации диффузии. — универсальная газовая постоянная, — эталонный коэффициент диффузии при, — эталонная температура, — температура. Формула (5) показывает, что коэффициент диффузии уменьшается с понижением температуры. В [14] указано, что диффузионная поляризация твердой фазы доминирует над общей поляризацией, а поляризация твердой фазы увеличивается с уменьшением коэффициента диффузии.Увеличение поляризации приводит к более высокому напряжению поляризации по сравнению с напряжением при нормальной температуре, пространство для увеличения напряжения на клеммах во время процесса зарядки постоянным током уменьшается, и зарядная емкость уменьшается.
Плотность тока переноса заряда может быть получена с использованием следующей формулы Батлера-Фольмера [20]: где — плотность тока обмена, и — коэффициенты передачи анода и катода, и — поверхностный потенциал над потенциалом, который можно получить, используя по следующей формуле [20]: где — потенциал твердой фазы, — потенциал фазы электролита, — напряжение холостого хода.
можно описать так, как показано ниже [20]: где — коэффициент скорости реакции, — максимальная концентрация литий-ионных ионов в электродах, и — это концентрация литий-ионов на поверхности активных частиц.
можно получить по следующей формуле [20]: где — энергия активации реакции, — коэффициент скорости реакции при. С понижением температуры коэффициент скорости реакции уменьшается. Как показывает формула (7), уменьшается с понижением температуры. Реакция зарядки затруднена из-за уменьшения коэффициента скорости реакции.Поскольку параметр не зависит от времени, препятствие для зарядки можно рассматривать как резистивный процесс. Увеличение импеданса также приводит к увеличению напряжения на клеммах и уменьшению зарядной емкости.
Анализ электрохимической модели процесса зарядки при низкой температуре показывает, что основное препятствие состоит в поляризации и увеличении импеданса. Это увеличение можно проанализировать с помощью модели эквивалентной схемы, поляризацию можно смоделировать параллельными емкостью и сопротивлением, а сопротивление можно смоделировать сопротивлением.В следующей части используется модель эквивалентной схемы первого порядка.
4.2. Модель эквивалентной схемы первого порядка
Модель эквивалентной схемы первого порядка используется для анализа процесса зарядки [21, 22]. Как показано на рисунке 7, представляет собой омическое сопротивление, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, соответственно, представляет поляризационную емкость и сопротивление поляризации, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, OCV представляет собой напряжение холостого хода, представляет собой напряжение на клеммах и представляет собой зарядку. Текущий.Могут быть получены следующие формулы:

Принимая во внимание и, можно получить следующее: где.
Из формул (10) — (11) видно, что определяется OCV,,, и. Как упоминалось выше, OCV мало изменяется при понижении температуры, а и значительно увеличивается при понижении температуры. Увеличение можно объяснить медленной кинетикой электрохимической реакции под влиянием температуры. Процесс постоянного тока в стратегии CC-CV ограничен напряжением отключения, а зарядная емкость в основном зависит от процесса постоянного тока.При низкой температуре и увеличиваются, и увеличиваются, и выше, чем при нормальной температуре. Напряжение отключения достигается раньше, и процесс постоянного тока прекращается раньше [23]. Увеличение и зависит от конструктивных параметров батареи и не может контролироваться в процессе зарядки. Единственный параметр, которым можно управлять, — это зарядный ток. Как было предложено в [17], для двухэтапной стратегии CC-CV процесс зарядки постоянным током был разделен на два этапа.Первый этап — это зарядка аккумулятора с максимальной скоростью заряда до достижения напряжения отключения. Ток зарядки второй ступени был уменьшен до половины максимальной скорости зарядки, а напряжение на клеммах можно уменьшить, чтобы продлить процесс зарядки постоянным током для увеличения емкости. В соответствии с текущим процессом снижения двухэтапной стратегии CC-CV, в этой статье предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV с более подробными текущими ставками. Как только напряжение отключения быстро достигается при низкой температуре, напряжение на клеммах может быть уменьшено с уменьшением зарядного тока, а процесс зарядки постоянным током может быть многократно продлен для увеличения зарядной емкости.Между тем, зарядный ток снижается от максимальной скорости, и многоступенчатая система может автоматически и постепенно выбирать оптимальный зарядный ток, чтобы максимально использовать высокую скорость зарядки и сократить период зарядки.
5. Результат и обсуждение
5.1. Анализ различных стратегий зарядки при 25 ° C
На рисунках 8–10 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при 25 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,25 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%, в то время как напряжения на клеммах двухступенчатой стратегии CC-CV и многоступенчатой стратегии CC-CV увеличиваются примерно до 3.4 В. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,4 В при достижении SOC 90% и резко возрастает до 3,6 В в конце зарядки. Напряжения на клеммах двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой CC-CV стратегии увеличиваются до 3,6 В с SOC 85%. При уменьшении тока напряжение на клеммах двухступенчатой стратегии CC-CV уменьшается до 3,49 В и снова увеличивается до 3,6 В с увеличением SOC на 7%. В отличие от двухступенчатой стратегии CC-CV, напряжение на клеммах многоступенчатой стратегии CC-CV имеет большее время уменьшения, чтобы увеличить заряд SOC до более высокого уровня.

На рисунке 11 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 25 ° C. Емкость зарядки CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой стратегии зарядки CC-CV составляет 1,309 Ач, 1,299 Ач и 1,368 Ач соответственно. Возможности двухэтапных стратегий CC-CV и нескольких CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV для текущего процесса уменьшения. Многоступенчатый CC-CV имеет самую высокую зарядную емкость, потому что процесс уменьшения тока многоступенчатой стратегии CC-CV имеет больше градиентов, чем двухступенчатая стратегия CC-CV.Периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухэтапного CC-CV и многоступенчатого CC-CV составляют 223 мин, 67,4 мин и 94,7 мин соответственно. Очевидно, что стратегия зарядки CC-CV имеет самый длинный период зарядки при низкой постоянной скорости зарядки. Хотя полный период зарядки двухступенчатого CC-CV короче, чем у многоступенчатого CC-CV, многоступенчатая стратегия зарядки CC-CV имеет большую емкость зарядки. Период зарядки многоступенчатой стратегии CC-CV короче, чем период зарядки двухступенчатой стратегии CC-CV в той же точке 94 зарядки SOC.8%.

5.2. Анализ различных стратегий зарядки при 0 ° C
Как показано на рисунке 12, в отличие от напряжения на клеммах при 25 ° C, напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,35 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%. Увеличивается крутизна увеличения напряжения на клеммах в диапазоне SOC от 10% до 80%. Повышение напряжения на клеммах в направлении напряжения отключения и резкое увеличение при 25 ° C с диапазоном SOC выше 80% исчезают. Увеличение напряжения на клеммах указывает на то, что нормальный процесс зарядки CC-CV был изменен увеличением внутреннего сопротивления при низкой температуре.

Как показано на рисунках 13-14, первая стадия зарядки двухступенчатой стратегии CC-CV длится недолго до достижения напряжения отключения для увеличения внутреннего сопротивления и высокой скорости зарядки. Вторая стадия зарядки снижает уровень зарядного тока на 0,5 C, а напряжение на клеммах уменьшается на 0,23 В и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение отключения. В отличие от двухступенчатой стратегии CC-CV, ток уменьшается на 0,1 C в многоступенчатой стратегии CC-CV.Напряжения на клеммах ступеней зарядки постоянным током 1–0,7 ° C быстро увеличиваются при SOC ниже 22%. Напряжение на клеммах 0,6–0,4 ° C на ступенях зарядки постоянным током увеличивается медленнее, при этом SOC составляет от 22% до 73,4%. Напряжения на клеммах 0,3–0,1 ° C на ступенях зарядки постоянным током снова быстро увеличиваются, при этом SOC превышает 73,4%. Кривая напряжения на клеммах многоступенчатого CC-CV показывает, что многоступенчатая стратегия CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки путем ограничения напряжения отключения и уменьшения тока.

Результат зарядки при 0 ° C показывает, что емкость CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой стратегии зарядки CC-CV составляет 1,196 Ач, 0,758 Ач и 1,246 Ач соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядные способности CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой стратегии зарядки CC-CV снижаются на 8,2%, 39,5% и 8,9% соответственно. Поскольку основная скорость зарядки двухступенчатой стратегии CC-CV на 0,5 ° C выше, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, и скорость зарядки больше не уменьшается, двухступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшее снижение снижения емкости зарядки. при 0 ° C.Поскольку многоступенчатая стратегия CC-CV имеет скорость зарядки на 0,2 ° C и 0,1 ° C ниже, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, емкость зарядки многоступенчатой стратегии CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV.
На рисунке 15 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 0 ° C. Периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой CC-CV составляют 183,4 мин, 68,7 мин и 148 мин. Тенденция кривой многоступенчатой стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную скорость увеличения емкости, хотя скорость замедляется для уменьшения тока в более поздний период.Как показано пунктирной линией, период зарядки многоступенчатой CC-CV короче, чем у двухступенчатой стратегии CC-CV с тем же самым зарядным SOC, равным 55,32%. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки и минимальный период зарядки при 0 ° C.

5.3. Анализ различных стратегий зарядки при –10 ° C
На рисунках 16–18 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при –10 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV достигает напряжения отключения в точке 48 SOC.67%. Напряжение на клеммах первой ступени двухступенчатой стратегии CC-CV возрастает прямо по направлению к напряжению отключения, а вторая ступень увеличивает SOC только до 32,26%. Все напряжения на клеммах зарядного тока при 1–0,6 ° C многоступенчатой стратегии CC-CV быстро увеличиваются до напряжения отключения с ростом SOC менее 10%. Конечные напряжения зарядного тока при 0,5–0,1 ° C увеличиваются медленнее, примерно на 75% от роста SOC. Все кривые напряжения на клеммах показывают, что напряжение увеличивается быстрее при более низкой температуре и более высокой скорости зарядного тока.

Результат зарядки при -10 ° C показывает, что емкости CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой CC-CV стратегии зарядки составляют 0,664 Ач, 0,442 Ач и 1,169 Ач, соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядные способности CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой стратегии зарядки CC-CV снижаются на 47,08%, 62,56% и 14,53% соответственно. Можно указать, что зарядная емкость CC-CV сильно уменьшается, и первая стадия двухступенчатой стратегии CC-CV наоборот становится пределом емкости.Многоступенчатая стратегия CC-CV может поддерживать емкость заряда выше 80% даже при −10 ° C.
На рисунке 19 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при −10 ° C, а периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухступенчатой CC-CV и многоступенчатой CC-CV составляют 101,7 мин, 39,38 мин и 197,1 мин. , соответственно. Кривая двухступенчатой стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную сложность увеличения емкости при такой температуре. Хотя крутизна увеличения напряжения на клеммах двухступенчатой стратегии CC-CV близка к таковой для многоступенчатой стратегии CC-CV, емкость заряда значительно отличается.Сравнение кривых SOC показывает, что период зарядки многоступенчатой стратегии CC-CV по-прежнему является самым коротким в той же точке SOC. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки при −10 ° C.

5.4. Анализ многоступенчатой стратегии CC-CV
На рисунке 20 показаны кривые емкости для различных значений зарядного тока многоступенчатой стратегии CC-CV при разной температуре, и соответствующая высокая зарядная емкость скорость зарядного тока уменьшается с понижением температуры.Зарядная емкость при 1 C составляет 1,162 Ач, что превышает 80% емкости аккумулятора, а при других скоростях зарядки требуется только восстановить оставшуюся емкость при 25 ° C. Хотя высокая скорость зарядки не работает при понижении температуры, величина зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,28 Ач составляет 0,5 C при 0 ° C. Уровень зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,266 Ач составляет 0,3 C при −10 ° C. Основная емкость заряжается в диапазоне значений зарядного тока при низкой температуре. Многоступенчатый CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки по двум причинам.Предел напряжения отключения может остановить этап зарядки с неоптимальной скоростью зарядного тока. Многоступенчатая система имеет десять значений зарядного тока от максимальной 1 C до минимальной 0,1 C, что обеспечивает потребности в зарядке при различных температурах. Многоступенчатая стратегия CC-CV — это стратегия зарядки в широком диапазоне температур, обеспечивающая высокую зарядную емкость и малый период зарядки.

6. Заключение
Из презентации выше видно, что зарядная емкость стратегии CC-CV может быть только 48.47% нормальной емкости при −10 ° C. Процесс зарядки анализируется с помощью электрохимической модели литий-ионного аккумулятора и модели эквивалентной схемы первого порядка. Увеличение внутреннего сопротивления является основным ограничением зарядной емкости при низкой температуре. Предлагаемая многоступенчатая стратегия CC-CV может расширить процесс зарядки постоянным током для получения большей емкости за счет снижения скорости зарядки, когда напряжение на клеммах достигает значения напряжения отключения. Экспериментальные результаты показывают, что емкость заряда при многоступенчатой стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C равна 1.368 Ач, 1,246 Ач и 1,169 Ач соответственно. По сравнению со стратегиями CC-CV и двухступенчатой CC-CV, многоступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшую емкость зарядки и самые короткие периоды зарядки при заданных температурах.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (NNSF) Китая (грант №51105220).
Li-Ion BMS — Белая книга
CCCV (постоянный ток, постоянное напряжение) идеально подходит для небольших батарей. Первоначально аккумулятор заряжается постоянным током. Когда аккумулятор почти полностью заряжен, его напряжение достигает значения постоянного напряжения зарядного устройства, а ток экспоненциально спадает по мере завершения заряда аккумулятора. В небольшой батарее напряжение зарядного устройства примерно поровну распределяется между ячейками внутри нее. Например, при зарядке автомобильного аккумулятора постоянное напряжение 13.5 В подается на батарею 12 В, каждая из 6 ячеек в ней получает около 2,25 В. Если какая-либо ячейка более заряжена, ее напряжение будет немного выше, забирая некоторое напряжение с других ячеек: например, если одна ячейка имеет 2,5 В, другие ячейки будут в среднем 2,20 В.
Однако в высоковольтной батарее, в которой много ячеек последовательно, гораздо больше шансов, что общее напряжение батареи не будет равномерно разделено между ее ячейками. Батарея с 10 последовательно соединенными ячейками LiFePO4 (максимальное напряжение 3.6 В) вполне может иметь полное напряжение 36 В. Но неизвестно, могут ли одни ячейки иметь напряжение 5 В, а другие — 3,2 В. Аккумуляторы LiIon плохо справляются с перезарядкой; после зарядки они не могут потреблять больше тока, поскольку другие последовательно соединенные элементы получают необходимый заряд. Их напряжение быстро растет после зарядки, поэтому очень легко поднять их напряжение слишком высоко.

Зарядка с помощью зарядного устройства CCCV: готовится самая заряженная батарея!
Вы можете чувствовать себя комфортно, пока зарядное устройство CCCV для 10-элементной батареи LiFePO4 поддерживает постоянное напряжение батареи на уровне 36 В.Но на самом деле вы можете варить самые заряженные элементы и не подозревать об этом!

Вот почему BMS (система управления батареями) необходима при зарядке литий-ионных аккумуляторов высокого напряжения. BMS не только сообщит вам, если напряжение ячейки слишком высокое. При правильном подключении к зарядному устройству, как только любая ячейка достигает максимального заряженного напряжения, BMS выключит зарядное устройство.
А как насчет остальных ячеек? Хорошая BMS также снимает заряд с наиболее заряженного элемента, пока его напряжение не станет достаточно низким, чтобы зарядное устройство могло снова включиться, и даст другим элементам возможность зарядиться.После многих циклов этого процесса все элементы будут полностью заряжены при одинаковом напряжении, а это означает, что батарея будет сбалансирована.

Зарядка с помощью только BMS, управляющей зарядным устройством: зарядка прекращается, когда наиболее заряженная ячейка заполнена, перезапускается после того, как она немного разряжена, до тех пор, пока аккумулятор не будет сбалансирован.
Побочным эффектом использования BMS является то, что вам больше не нужно иметь регулируемое зарядное устройство: подойдет любое зарядное устройство, даже зарядное устройство «грубой силы», если BMS может включать и выключать его.
«Зарядные устройства CCCV: ложное чувство безопасности» Давиде Андреа под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License. Разрешения, выходящие за рамки данной лицензии, можно получить, связавшись с автором.
Давиде Андреа, Элитион, 19.09.08
Методы и терминология зарядки аккумуляторов
Термины, связанные с резервными аккумуляторами
Ач
Емкость Ач или ампер / час — это ток, который аккумулятор может обеспечить в течение определенного периода времени, например.грамм. 100 Ач при скорости C10 до EOD 1,75 В / элемент. Это означает, что батарея может обеспечивать 10 ампер в течение 10 часов до конечного напряжения разряда 1,75 В. Различные производители аккумуляторов будут использовать разные скорости Cxx в зависимости от рынка или области применения, на которую рассчитаны их батареи. Обычно используются ставки C3, C5, C8, C10 и C20. По этой причине при сравнении аккумуляторов разных производителей с одинаковым объемом Ач, важно подтвердить, на каком уровне Cxx основан этот показатель.
Ячейка
Ячейка состоит из ряда положительно и отрицательно заряженных пластин, погруженных в электролит, который производит электрический заряд посредством электрохимической реакции
.Свинцово-кислотные элементы обычно создают электрический потенциал 2 В, в то время как никель-кадмиевые элементы обычно создают электрический потенциал 1,2 В.
Батарея
Батарея — это количество элементов, соединенных вместе. Ознакомьтесь с нашим полным ассортиментом аккумуляторов.
DOD
Глубина разгрузки. Доля общей емкости, используемой при разгрузке. 0-100%.
Цепочка / банк
Цепочка или блок аккумуляторов состоит из ряда элементов / аккумуляторов, соединенных последовательно, чтобы произвести аккумулятор или набор аккумуляторов с требуемым пригодным для использования напряжением / потенциалом
e.грамм. 6В, 12В, 24В, 48В, 110В.
SOC
Состояние заряда. Доля общей емкости, которая еще доступна для разряда. 0-100% .100% -DOD
Фактор окончания срока службы
Это фактор, включенный в расчет размера батареи, чтобы гарантировать, что батарея способна поддерживать полную нагрузку в конце расчетного срока службы батареи, рассчитанного по
умножая Ah на 1,25.
VPC (Вольт на элемент)
Вольт на элемент, то есть для свинцово-кислотной батареи напряжение VPC составляет 2 В, то есть 6 ячеек в 12 В.
Способы зарядки
Есть три распространенных метода зарядки аккумулятора; постоянное напряжение, постоянный ток и комбинация постоянного напряжения / постоянного тока с интеллектуальной схемой зарядки или без нее.
Постоянное напряжение позволяет полному току зарядного устройства течь в аккумулятор, пока источник питания не достигнет заданного напряжения. Затем ток будет снижаться до минимального значения при достижении этого уровня напряжения. Аккумулятор можно оставить подключенным к зарядному устройству до тех пор, пока он не будет готов к использованию, и он будет оставаться на этом «плавающем напряжении», непрерывной подзарядке, чтобы компенсировать нормальный саморазряд аккумулятора.
Постоянный ток — это простая форма зарядки аккумуляторов с уровнем тока, установленным примерно на 10% от максимального номинала аккумулятора. Время зарядки относительно велико с тем недостатком, что аккумулятор может перегреться, если он слишком заряжен, что приведет к преждевременной замене аккумулятора. Этот метод подходит для батарей типа Ni-MH. Батарея должна быть отключена, или функция таймера должна использоваться после зарядки.
Постоянное напряжение / постоянный ток (CVCC) — это комбинация двух вышеуказанных методов.Зарядное устройство ограничивает количество тока до предварительно установленного уровня, пока аккумулятор не достигнет предварительно установленного уровня напряжения. Затем ток уменьшается по мере того, как аккумулятор полностью заряжается. В свинцово-кислотных аккумуляторах используется метод зарядки постоянным током и постоянным напряжением (CC / CV). Регулируемый ток увеличивает напряжение на клеммах до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда, после чего ток падает из-за насыщения.
Зарядные устройства и способы зарядки аккумуляторов
Схемы зарядки
Зарядное устройство имеет три основные функции
Получение заряда в АКБ (Зарядка)
Оптимизация скорости зарядки (стабилизация)
Знание, когда остановиться (Завершение)
Схема начисления платы представляет собой комбинацию методов начисления и завершения.
Прекращение заряда
Когда аккумулятор полностью заряжен, необходимо как-то рассеять зарядный ток. В результате выделяется тепло и газы, которые вредны для аккумуляторов. Суть хорошей зарядки состоит в том, чтобы иметь возможность определять, когда восстановление активных химикатов завершено, и останавливать процесс зарядки до того, как будет нанесен какой-либо ущерб, при постоянном поддержании температуры элемента в безопасных пределах.Обнаружение этой точки отключения и прекращение заряда имеет решающее значение для продления срока службы батареи. В простейших зарядных устройствах это происходит при достижении заранее определенного верхнего предела напряжения, часто называемого напряжением завершения , . Это особенно важно для устройств быстрой зарядки, где опасность перезарядки выше.
Безопасная зарядка
Если по какой-либо причине существует риск чрезмерной зарядки аккумулятора из-за ошибок в определении точки отключения или неправильного обращения, это обычно сопровождается повышением температуры.Условия внутренней неисправности в батарее или высокие температуры окружающей среды также могут привести к выходу батареи за пределы безопасных рабочих температур. Повышенные температуры ускоряют выход батарей из строя, а мониторинг температуры элементов — хороший способ обнаружить признаки неисправности, вызванной множеством причин. Температурный сигнал или сбрасываемый предохранитель можно использовать для выключения или отсоединения зарядного устройства при появлении знаков опасности, чтобы не повредить аккумулятор. Эта простая дополнительная мера предосторожности особенно важна для аккумуляторных батарей большой мощности, где последствия отказа могут быть как серьезными, так и дорогостоящими.
Время зарядки
Во время быстрой зарядки можно перекачивать электрическую энергию в аккумулятор быстрее, чем химический процесс может на нее отреагировать, что приводит к разрушительным результатам.
Химическое воздействие не может происходить мгновенно, и будет происходить градиент реакции в объеме электролита между электродами с электролитом, ближайшим к преобразуемым или «заряжаемым» электродам, до того, как электролит находится дальше.Это особенно заметно в элементах большой емкости, которые содержат большой объем электролита.
Фактически, в химических превращениях клетки участвуют по крайней мере три ключевых процесса.
Одним из них является «перенос заряда», который представляет собой фактическую химическую реакцию, происходящую на границе раздела электрода с электролитом, и она протекает относительно быстро.
Второй — это процесс «массопереноса» или «диффузии», в котором материалы, преобразованные в процессе переноса заряда, перемещаются с поверхности электрода, давая возможность другим материалам достичь электрода и принять участие в процессе преобразования.Это относительно медленный процесс, который продолжается до тех пор, пока все материалы не будут преобразованы.
Процесс зарядки также может подвергаться другим значительным эффектам, время реакции которых также следует принимать во внимание, таким как «процесс интеркаляции», с помощью которого заряжаются литиевые элементы, при котором ионы лития вставляются в кристаллическую решетку основного электрода. См. Также Литиевое покрытие из-за чрезмерной скорости зарядки или зарядки при низких температурах.
Все эти процессы также зависят от температуры.
Кроме того, могут быть другие паразитные или побочные эффекты, такие как пассивация электродов, образование кристаллов и скопление газа, которые все влияют на время зарядки и эффективность, но они могут быть относительно незначительными или нечастыми, или могут возникать только в условиях неправильного обращения. . Поэтому они здесь не рассматриваются.
Таким образом, процесс зарядки аккумулятора имеет по меньшей мере три характерные постоянные времени, связанные с достижением полного преобразования активных химикатов, которые зависят как от используемых химикатов, так и от конструкции элемента.Постоянная времени, связанная с переносом заряда, может составлять одну минуту или меньше, тогда как постоянная времени массопереноса может достигать нескольких часов или более в большой ячейке с высокой емкостью. Это одна из причин, по которой элементы могут передавать или принимать очень высокие импульсные токи, но гораздо более низкие постоянные токи (еще один важный фактор — это рассеиваемое тепло). Эти явления нелинейны и относятся как к процессу разрядки, так и к зарядке. Таким образом, существует предел скорости приема заряда элемента.Продолжение закачки энергии в элемент быстрее, чем химические вещества могут реагировать на заряд, может вызвать локальные условия перезаряда, включая поляризацию, перегрев, а также нежелательные химические реакции вблизи электродов, что приведет к повреждению элемента. Быстрая зарядка увеличивает скорость химической реакции в элементе (как и быстрая разрядка), и может потребоваться «периоды покоя» во время процесса зарядки для того, чтобы химические воздействия распространялись через большую часть химической массы в элементе и для стабилизации на прогрессивном уровне заряда.
Узнайте больше о периодах отдыха и о том, как их можно использовать для увеличения срока службы батареи и повышения точности измерений SOC на странице «Программно конфигурируемая батарея».
См. Также влияние химических изменений и скорости зарядки в разделе Срок службы батареи.
Запоминающееся, хотя и не совсем эквивалентное явление — налив пива в стакан.Очень быстрое наливание приводит к образованию большого количества пены и небольшому количеству пива на дне стакана. Медленно наливая бокал по стенке или давая пиву отстояться до тех пор, пока пена не рассеется, а затем доливание позволяет полностью наполнить стакан.
Гистерезис
Постоянные времени и вышеупомянутые явления, таким образом, вызывают гистерезис в батарее.Во время зарядки химическая реакция отстает от приложения зарядного напряжения, и аналогично, когда к батарее прикладывается нагрузка для ее разрядки, происходит задержка до того, как полный ток может пройти через нагрузку. Как и в случае с магнитным гистерезисом, энергия теряется во время цикла заряда-разряда из-за эффекта химического гистерезиса.
На приведенной ниже диаграмме показан эффект гистерезиса в литиевой батарее.
Допущение коротких периодов стабилизации или отдыха во время процессов заряда-разряда для учета времени химической реакции будет иметь тенденцию к уменьшению, но не устранению разницы напряжений из-за гистерезиса.
Истинное напряжение батареи в любом состоянии заряда (SOC), когда батарея находится в состоянии покоя или в спокойном состоянии, будет где-то между кривыми заряда и разряда.Во время зарядки измеренное напряжение элемента во время периода покоя будет медленно перемещаться вниз в сторону состояния покоя, поскольку химическое преобразование в элементе стабилизируется. Точно так же во время разряда измеренное напряжение элемента во время периода покоя будет перемещаться вверх в направлении состояния покоя.
Быстрая зарядка также вызывает повышенный джоулев нагрев элемента из-за более высоких токов, а более высокая температура, в свою очередь, вызывает увеличение скорости процессов химического преобразования.
В разделе «Скорость разряда» показано, как скорость разряда влияет на эффективную емкость элемента.
В разделе «Конструкция ячеек» описывается, как можно оптимизировать конструкцию ячеек для быстрой зарядки.
Эффективность заряда
Это относится к свойствам самого аккумулятора и не зависит от зарядного устройства.Это соотношение (выраженное в процентах) между энергией, удаленной из аккумулятора во время разряда, по сравнению с энергией, используемой во время зарядки для восстановления исходной емкости. Также называется Coulombic Efficiency или Charge Acceptance .
Прием заряда и время заряда в значительной степени зависят от температуры, как указано выше. Более низкая температура увеличивает время зарядки и снижает прием заряда.
Обратите внимание, , что при низких температурах аккумулятор не обязательно получит полный заряд, даже если напряжение на клеммах может указывать на полный заряд. См. Факторы, влияющие на состояние заряда.
Основные методы зарядки
Постоянное напряжение Зарядное устройство постоянного напряжения — это в основном источник питания постоянного тока, который в своей простейшей форме может состоять из понижающего трансформатора от сети с выпрямителем для подачи постоянного напряжения для зарядки аккумулятора.Такие простые конструкции часто встречаются в дешевых зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. В свинцово-кислотных элементах, используемых в автомобилях и системах резервного питания, обычно используются зарядные устройства постоянного напряжения. Кроме того, в литий-ионных элементах часто используются системы постоянного напряжения, хотя они, как правило, более сложные с добавленной схемой для защиты как батарей, так и безопасности пользователя.
Постоянный ток Зарядные устройства постоянного тока изменяют напряжение, которое они подают на батарею, чтобы поддерживать постоянный ток, и отключаются, когда напряжение достигает уровня полной зарядки.Эта конструкция обычно используется для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных элементов или батарей.
Конусный ток Это зарядка от грубого нерегулируемого источника постоянного напряжения. Это не контролируемый заряд, как в V Taper выше. Ток уменьшается по мере нарастания напряжения элемента (противо-ЭДС). Существует серьезная опасность повредить элементы из-за перезарядки. Чтобы избежать этого, следует ограничить скорость и продолжительность зарядки.Подходит только для батарей SLA.
Импульсный заряд Импульсные зарядные устройства подают зарядный ток в аккумулятор импульсами. Скорость зарядки (на основе среднего тока) можно точно контролировать, изменяя ширину импульсов, обычно около одной секунды. Во время процесса зарядки короткие периоды покоя от 20 до 30 миллисекунд между импульсами позволяют стабилизировать химическое воздействие в батарее за счет выравнивания реакции по всему объему электрода перед возобновлением заряда.Это позволяет химической реакции идти в ногу со скоростью поступления электрической энергии. Также утверждается, что этот метод может уменьшить нежелательные химические реакции на поверхности электрода, такие как газообразование, рост кристаллов и пассивация. (См. Также Импульсное зарядное устройство ниже). При необходимости можно также измерить напряжение холостого хода батареи во время периода покоя.
Оптимальный профиль тока зависит от химического состава и конструкции клетки.
Взрывная зарядка Также называется Reflex или Зарядка с отрицательным импульсом Используется вместе с импульсной зарядкой, он применяет очень короткий импульс разрядки, обычно в 2–3 раза превышающий зарядный ток в течение 5 миллисекунд, во время периода покоя зарядки. деполяризовать клетку. Эти импульсы вытесняют любые пузырьки газа, скопившиеся на электродах во время быстрой зарядки, ускоряя процесс стабилизации и, следовательно, общий процесс зарядки.Выпуск и распространение пузырьков газа известно как «отрыжка». Были сделаны противоречивые заявления об улучшении скорости заряда и срока службы батареи, а также об удалении дендритов, которое стало возможным с помощью этого метода. Самое меньшее, что можно сказать, это то, что «аккумулятор не повреждается».
IUI Charging Это недавно разработанный профиль зарядки, используемый для быстрой зарядки стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов от определенных производителей.Он подходит не для всех свинцово-кислотных аккумуляторов. Первоначально аккумулятор заряжается с постоянной (I) скоростью, пока напряжение элемента не достигнет заданного значения — обычно напряжения, близкого к тому, при котором происходит газообразование. Эта первая часть цикла зарядки известна как фаза объемной зарядки. По достижении заданного напряжения зарядное устройство переключается в фазу постоянного напряжения (U), и ток, потребляемый батареей, будет постепенно падать, пока не достигнет другого заданного уровня. Эта вторая часть цикла завершает нормальную зарядку аккумулятора с медленно убывающей скоростью.Наконец, зарядное устройство снова переключается в режим постоянного тока (I), и при выключении зарядного устройства напряжение продолжает расти до нового более высокого предустановленного значения. Эта последняя фаза используется для выравнивания заряда отдельных ячеек в батарее, чтобы максимально продлить срок ее службы. См. Балансировка ячеек.
Капельная зарядка Капельная зарядка предназначена для компенсации саморазряда аккумулятора. Непрерывный заряд. Долговременная зарядка постоянным током для использования в режиме ожидания.Скорость заряда зависит от частоты разряда. Не подходит для некоторых типов батарей, например NiMH и литий, которые могут выйти из строя из-за перезарядки. В некоторых приложениях зарядное устройство предназначено для переключения на непрерывную зарядку, когда аккумулятор полностью заряжен.
Плавающий заряд . Аккумулятор и нагрузка постоянно подключены параллельно к источнику заряда постоянного тока и поддерживаются при постоянном напряжении ниже верхнего предела напряжения аккумулятора.Используется для систем резервного питания аварийного питания. В основном используется со свинцово-кислотными аккумуляторами.
Случайная зарядка Все вышеперечисленные приложения включают контролируемую зарядку аккумулятора, однако есть много приложений, в которых энергия для зарядки аккумулятора доступна только или доставляется случайным, неконтролируемым образом. Это относится к автомобильным приложениям, где энергия зависит от частоты вращения двигателя, которая постоянно меняется. Проблема стоит более остро в приложениях EV и HEV, в которых используется рекуперативное торможение, поскольку при торможении возникают большие всплески мощности, которые должна поглощать аккумулятор.Более щадящие применения — солнечные панели, которые можно заряжать только при ярком солнце. Все это требует специальных методов для ограничения зарядного тока или напряжения до уровней, которые может выдержать аккумулятор.
Тарифы зарядки
Батареи можно заряжать с разной скоростью в зависимости от требований. Типичные ставки показаны ниже:
Медленная зарядка = ночь или 14-16 часов зарядки при 0.1С рейтинг
Быстрая зарядка = от 3 до 6 часов зарядки при скорости 0,3 ° C
Быстрая зарядка = менее 1 часа зарядки при скорости 1.0C
Медленная зарядка
Медленная зарядка может выполняться в относительно простых зарядных устройствах и не должна приводить к перегреву аккумулятора. По окончании зарядки аккумуляторы следует вынуть из зарядного устройства.
Никады, как правило, наиболее устойчивы к перезарядке, и их можно оставить на непрерывной подзарядке в течение очень длительных периодов времени, поскольку процесс их рекомбинации имеет тенденцию поддерживать напряжение на безопасном уровне. Постоянная рекомбинация поддерживает высокое внутреннее давление в ячейке, поэтому уплотнения постепенно протекают. Он также поддерживает температуру ячейки выше окружающей среды, а более высокие температуры сокращают срок службы.Так что жизнь еще лучше если снять с зарядного устройства.
Свинцово-кислотные аккумуляторы немного менее надежны, но могут выдерживать кратковременный непрерывный заряд. Затопленные батареи, как правило, расходуют воду, а SLA, как правило, рано умирают из-за коррозии сети. Свинцово-кислотные соединения следует либо оставить в неподвижном состоянии, либо подзаряжать (поддерживать постоянное напряжение значительно ниже точки выделения газа).
С другой стороны, никель-металлгидридные элементы
будут повреждены при длительной подзарядке.
Однако литий-ионные элементы
не допускают перезарядки или перенапряжения, и заряд должен быть немедленно прекращен при достижении верхнего предела напряжения.
Быстрая / быстрая зарядка
По мере увеличения скорости зарядки возрастает опасность перезарядки или перегрева аккумулятора. Предотвращение перегрева батареи и прекращение заряда, когда батарея полностью заряжена, становятся гораздо более важными.Каждый химический состав элемента имеет свою характеристическую кривую зарядки, и зарядные устройства для аккумуляторов должны быть спроектированы так, чтобы определять условия окончания заряда для конкретного химического состава. Кроме того, должна быть предусмотрена некоторая форма отключения по температуре (TCO) или плавкий предохранитель, чтобы предотвратить перегрев аккумулятора во время процесса зарядки.
Для быстрой зарядки и быстрой зарядки требуются более сложные зарядные устройства. Поскольку эти зарядные устройства должны быть разработаны для определенного химического состава ячеек, обычно невозможно зарядить один тип элементов в зарядном устройстве, которое было разработано для другого химического состава ячеек, и вероятно повреждение.Универсальные зарядные устройства, способные заряжать все типы элементов, должны иметь сенсорные устройства для определения типа элемента и применения соответствующего профиля зарядки.
Примечание , что для автомобильных аккумуляторов время зарядки может быть ограничено доступной мощностью, а не характеристиками аккумулятора. Внутренние кольцевые силовые цепи на 13 А могут выдавать только 3 кВт. Таким образом, при условии отсутствия потери эффективности в зарядном устройстве, десятичасовая зарядка потребляет максимум 30 кВт · ч энергии.Достаточно примерно на 100 миль. Сравните это с заправкой автомобиля бензином.
Требуется около 3 минут, чтобы поместить в бак достаточно химической энергии, чтобы обеспечить 90 кВт-ч механической энергии, достаточной для того, чтобы автомобиль проехал 300 миль. Подача 90 кВт / ч электроэнергии в батарею за 3 минуты было бы эквивалентно скорости зарядки 1,8 мегаватт !!
Методы прекращения начисления
В следующей таблице приведены методы прекращения заряда для популярных аккумуляторов.Это объясняется в разделе ниже.
Способы прекращения начисления
SLA
Никад
NiMH
Литий-ионный
Медленная зарядка
Таймер
Предел напряжения
Быстрая зарядка 1
Имин
NDV
дТ / дт
Imin при пределе напряжения
Быстрая зарядка 2
Delta TCO
дТ / дт
dV / dt = 0
Прекращение резервного копирования 1
Таймер
ТШО
ТШО
ТШО
Прекращение резервного копирования 2
DeltaTCO
Таймер
Таймер
Таймер
TCO = отключение по температуре
Delta TCO = Превышение температуры окружающей среды
I min = минимальный ток
Методы контроля заряда
Было разработано множество различных схем зарядки и оконечной нагрузки для разного химического состава и различных приложений.Ниже приведены наиболее распространенные из них.
Управляемая зарядка
Обычная (медленная) зарядка
Полупостоянный ток Просто и экономично. Самый популярный. Поэтому при слабом токе тепло не выделяется, а происходит медленно, обычно от 5 до 15 часов. Скорость заряда 0,1C. Подходит для Nicads
Таймерная система зарядки Простая и экономичная.Надежнее, чем полупостоянный ток. Использует таймер IC. Зарядки со скоростью 0,2 ° C в течение заданного периода времени с последующей подзарядкой 0,05 ° C. Избегайте постоянного перезапуска таймера, вставляя и вынимая аккумулятор из зарядного устройства, поскольку это снизит его эффективность. Рекомендуется установка абсолютного отсечки температуры. Подходит для аккумуляторов Nicad и NiMH.
Быстрая зарядка (1-2 часа)
Отрицательный треугольник V (NDV) Система отсечки заряда
Это самый популярный способ быстрой зарядки для Nicads.
Батареи заряжаются постоянным током со скоростью от 0,5 до 1,0 С. Напряжение аккумулятора повышается по мере того, как зарядка достигает пика при полной зарядке, а затем падает. Это падение напряжения, -delta V, связано с поляризацией или накоплением кислорода внутри элемента, которое начинает происходить после того, как элемент полностью заряжен. В этот момент элемент попадает в зону опасности перезаряда, и температура начинает быстро расти, поскольку химические изменения завершены, и избыточная электрическая энергия преобразуется в тепло.Падение напряжения происходит независимо от уровня разряда или температуры окружающей среды, поэтому его можно обнаружить и использовать для определения пика и, следовательно, для отключения зарядного устройства, когда аккумулятор полностью заряжен, или переключения на непрерывный заряд.
Этот метод не подходит для зарядных токов менее 0,5 C, так как дельта V становится трудно обнаружить. Ложная дельта V может возникнуть в начале заряда при чрезмерно разряженных элементах. Это преодолевается с помощью таймера, который задерживает обнаружение дельты V в достаточной степени, чтобы избежать проблемы.Свинцово-кислотные аккумуляторы не демонстрируют падения напряжения после завершения зарядки, поэтому этот метод зарядки не подходит для аккумуляторов SLA.
dT / dt Система зарядки NiMH аккумуляторы не демонстрируют такого выраженного падения напряжения NDV, когда они достигают конца цикла зарядки, как это видно на графике выше, и поэтому метод отключения NDV не является надежным для завершения NiMH плата.Вместо этого зарядное устройство определяет скорость увеличения температуры элемента в единицу времени. Когда достигается заданная скорость, быстрая зарядка останавливается, и метод зарядки переключается на непрерывную зарядку. Этот метод более дорогой, но позволяет избежать перезарядки и продлевает срок службы. Поскольку длительная непрерывная зарядка может повредить NiMH аккумулятор, рекомендуется использовать таймер для регулирования общего времени зарядки.
Постоянный ток Система заряда с постоянным напряжением (CC / CV) .Используется для зарядки литиевых и некоторых других батарей, которые могут быть повреждены при превышении верхнего предела напряжения. Указанная производителем скорость зарядки при постоянном токе — это максимальная скорость зарядки, которую аккумулятор может выдержать без повреждения аккумулятора. Необходимы особые меры предосторожности, чтобы максимально увеличить скорость зарядки и гарантировать, что аккумулятор полностью заряжен, и в то же время избежать перезарядки. По этой причине рекомендуется переключать метод зарядки на постоянное напряжение до того, как напряжение элемента достигнет своего верхнего предела.Обратите внимание, что это означает, что зарядные устройства для литий-ионных элементов должны быть способны контролировать как зарядный ток, так и напряжение аккумулятора.
Чтобы поддерживать заданную скорость зарядки постоянного тока, зарядное напряжение должно увеличиваться синхронно с напряжением элемента, чтобы преодолеть обратную ЭДС элемента по мере его зарядки. Это происходит довольно быстро в режиме постоянного тока до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения элемента, после чего зарядное напряжение поддерживается на этом уровне, известном как плавающий уровень, во время режима постоянного напряжения.В течение этого периода постоянного напряжения ток уменьшается до тонкой струйки по мере того, как заряд приближается к завершению. Отключение происходит при достижении заданной минимальной точки тока, которая указывает на полный заряд. См. Также Литиевые батареи — Зарядка и производство батарей — Формирование.
Примечание 1 : Когда указаны скорости быстрой зарядки , они обычно относятся к режиму постоянного тока.В зависимости от химического состава ячейки этот период может составлять от 60% до 80% времени до полной зарядки. Эти значения не следует экстраполировать для оценки времени полной зарядки аккумулятора, поскольку скорость зарядки быстро снижается в течение периода постоянного напряжения.
Примечание 2: Поскольку литиевые батареи невозможно заряжать со скоростью зарядки C, указанной производителями, в течение всего времени зарядки, также невозможно оценить время зарядки полностью разряженной батареи, просто разделив Емкость аккумулятора в ампер-часах с указанной скоростью зарядки C, так как эта скорость изменяется во время процесса зарядки.Однако следующее уравнение дает разумное приближение времени для полной зарядки разряженной батареи при использовании стандартного метода зарядки CC / CV:
Время зарядки (час) = 1,3 * (емкость аккумулятора в Ач) / (ток зарядки в режиме CC)
Управляемая напряжением система заряда. Быстрая зарядка со скоростью от 0,5 до 1,0 С. Зарядное устройство выключилось или переключилось на непрерывный заряд при достижении заданного напряжения.Должен быть объединен с датчиками температуры в батарее, чтобы избежать перезаряда или теплового разгона.
V- Система заряда с конусным управлением Аналогична системе с контролем напряжения. Как только заданное напряжение достигнуто, ток быстрой зарядки постепенно уменьшается за счет снижения напряжения питания, а затем переключается на непрерывный заряд. Подходит для аккумуляторов SLA, позволяет безопасно достичь более высокого уровня заряда. (См. Также ток конуса ниже)
Таймер отказоустойчивости
Ограничивает ток заряда, который может протекать, чтобы удвоить емкость элемента.Например, для элемента емкостью 600 мАч ограничьте заряд до 1200 мАч. В крайнем случае, если отключение не достигнуто другими способами.
Предварительная зарядка
В качестве меры предосторожности для аккумуляторов большой емкости часто используется предварительная зарядка. Цикл зарядки инициируется низким током. Если нет соответствующего повышения напряжения батареи, это указывает на возможное короткое замыкание в батарее.
Интеллектуальная система зарядки
Интеллектуальные системы зарядки объединяют системы управления в зарядном устройстве с электроникой внутри батареи, что позволяет более точно контролировать процесс зарядки. Преимущества — более быстрая и безопасная зарядка и более длительный срок службы аккумулятора. Такая система описана в разделе «Системы управления батареями».
Примечание
Большинство зарядных устройств, поставляемых с устройствами бытовой электроники, такими как мобильные телефоны и портативные компьютеры, просто обеспечивают постоянный источник напряжения.Требуемый профиль напряжения и тока для зарядки аккумулятора обеспечивается (или должен предоставляться) от электронных схем, либо внутри самого устройства, либо внутри аккумуляторной батареи, а не от зарядного устройства. Это обеспечивает гибкость при выборе зарядных устройств, а также служит для защиты устройства от потенциального повреждения из-за использования неподходящих зарядных устройств.
Определение напряжения
Для простоты во время зарядки напряжение аккумулятора обычно измеряется на проводах зарядного устройства.Однако для сильноточных зарядных устройств может наблюдаться значительное падение напряжения на проводах зарядного устройства, что приводит к недооценке истинного напряжения аккумулятора и, как следствие, к недозаряду аккумулятора, если напряжение аккумулятора используется в качестве триггера отключения. Решение состоит в том, чтобы измерить напряжение с помощью отдельной пары проводов, подключенных непосредственно к клеммам аккумулятора. Поскольку вольтметр имеет высокое внутреннее сопротивление, падение напряжения на выводах вольтметра будет минимальным, и показания будут более точными.Этот метод называется соединением Кельвина. См. Также DC Testing.
Типы зарядных устройств
Зарядные устройства
обычно включают в себя некоторую форму регулирования напряжения для управления зарядным напряжением, подаваемым на аккумулятор. Выбор технологии схемы зарядного устройства обычно зависит от соотношения цены и качества. Ниже приведены некоторые примеры:
Регулятор режима переключения (Switcher) — Использует широтно-импульсную модуляцию для управления напряжением.Низкое рассеивание мощности при больших колебаниях входного напряжения и напряжения батареи. Более эффективен, чем линейные регуляторы, но более сложен.
Требуется большой пассивный выходной фильтр LC (катушка индуктивности и конденсатор) для сглаживания импульсной формы волны. Размер компонента зависит от текущей пропускной способности, но может быть уменьшен за счет использования более высокой частоты переключения, обычно от 50 кГц до 500 кГц., Поскольку размер требуемых трансформаторов, катушек индуктивности и конденсаторов обратно пропорционален рабочей частоте.
Коммутация сильных токов вызывает электромагнитные помехи и электрические помехи.
Регулятор серии (линейный) — Менее сложный, но с большими потерями — требуется радиатор для рассеивания тепла в последовательном транзисторе с понижением напряжения, который компенсирует разницу между напряжением питания и выходным напряжением. Весь ток нагрузки проходит через регулирующий транзистор, который, следовательно, должен быть устройством большой мощности. Поскольку нет переключения, он обеспечивает чистый постоянный ток и не требует выходного фильтра.По той же причине конструкция не страдает проблемой излучаемых и кондуктивных выбросов и электрических шумов. Это делает его подходящим для малошумных беспроводных и радиоприложений.
С меньшим количеством компонентов они также меньше.
Шунтирующий регулятор — Шунтирующий регулятор широко распространен в фотоэлектрических (PV) системах, поскольку они относительно дешевы в сборке и просты в конструкции. Ток зарядки контролируется переключателем или транзистором, подключенным параллельно фотоэлектрической панели и аккумуляторной батарее.Перезаряд батареи предотвращается за счет короткого замыкания (шунтирования) выхода PV через транзистор, когда напряжение достигает заданного предела. Если напряжение батареи превышает напряжение питания фотоэлектрических модулей, шунт также защитит фотоэлектрическую панель от повреждения из-за обратного напряжения путем разряда батареи через шунт. Регуляторы серии обычно обладают лучшими характеристиками контроля и заряда.
Понижающий регулятор Импульсный регулятор, который включает понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный.У них высокий КПД и низкие тепловые потери. Они могут выдерживать высокие выходные токи и генерировать меньше радиопомех, чем обычный импульсный стабилизатор. Простая бестрансформаторная конструкция с низким коммутационным напряжением и небольшим выходным фильтром.
Импульсное зарядное устройство . Использует последовательный транзистор, который также можно переключать. При низком напряжении батареи транзистор остается включенным и проводит ток источника непосредственно к батарее. Когда напряжение батареи приближается к желаемому регулирующему напряжению, последовательный транзистор подает импульс входного тока для поддержания желаемого напряжения.Поскольку он действует как импульсный источник питания в течение части цикла, он рассеивает меньше тепла и поскольку он действует как линейный источник питания в течение части времени, выходные фильтры могут быть меньше. Импульсный режим позволяет аккумулятору стабилизироваться (восстанавливаться) с небольшими приращениями заряда при прогрессивно высоких уровнях заряда во время зарядки. В периоды покоя поляризация клетки снижается. Этот процесс обеспечивает более быструю зарядку, чем это возможно при одной продолжительной зарядке высокого уровня, которая может повредить аккумулятор, поскольку не позволяет постепенно стабилизировать активные химические вещества во время зарядки.Импульсные зарядные устройства обычно нуждаются в ограничении тока на входе источника по соображениям безопасности, что увеличивает стоимость.
Зарядное устройство универсальной последовательной шины (USB)
Спецификация USB была разработана группой производителей компьютеров и периферийных устройств для замены множества патентованных стандартов механических и электрических соединений для передачи данных между компьютерами и внешними устройствами. Он включал двухпроводное соединение для передачи данных, линию заземления и линию питания 5 В, обеспечиваемую главным устройством (компьютером), которая была доступна для питания внешних устройств.Непреднамеренное использование порта USB заключалось в обеспечении источника 5 В не только для непосредственного питания периферийных устройств, но и для зарядки любых батарей, установленных в этих внешних устройствах. В этом случае само периферийное устройство должно включать в себя необходимую схему управления зарядом для защиты аккумулятора. Исходный стандарт USB определял скорость передачи данных 1,5 Мбит / с и максимальный ток зарядки 500 мА.
Питание всегда течет от хоста к устройству, но данные могут передаваться в обоих направлениях.По этой причине разъем USB-хоста механически отличается от разъема устройства USB, и поэтому кабели USB имеют разные разъемы на каждом конце. Это предотвращает подключение любого 5-вольтового соединения от внешнего источника USB к главному компьютеру и, таким образом, возможное повреждение хост-машины.
Последующие обновления увеличили стандартные скорости передачи данных до 5 Гбит / с, а доступный ток до 900 мА. Однако популярность USB-подключения привела к появлению множества нестандартных вариантов, в частности, к использованию USB-разъема для обеспечения чистого источника питания без соответствующего подключения для передачи данных.В таких случаях порт USB может просто включать в себя регулятор напряжения для подачи 5 В от автомобильной шины питания 12 В или выпрямитель и регулятор для подачи 5 В постоянного тока от сети переменного тока 110 или 240 В с выходными токами до 2100 мА. В обоих случаях устройство, принимающее питание, должно обеспечивать необходимый контроль заряда. Источники питания USB с питанием от сети, часто известные как «глупые» зарядные устройства USB, могут быть встроены в корпус сетевых вилок или в отдельные USB-розетки в настенных розетках переменного тока.
См. Дополнительную информацию о USB-соединениях в разделе, посвященном шинам передачи данных от батарей.
Индуктивная зарядка
Индуктивная зарядка не относится к процессу зарядки самого аккумулятора. Имеется в виду конструкция зарядного устройства. По сути, входная сторона зарядного устройства, часть, подключенная к сети переменного тока, состоит из трансформатора, который разделен на две части. Первичная обмотка трансформатора размещена в блоке, подключенном к сети переменного тока, а вторичная обмотка трансформатора размещена в том же герметичном блоке, который содержит аккумулятор вместе с остальной частью обычной электроники зарядного устройства.Это позволяет заряжать аккумулятор без физического подключения к сети и без обнажения каких-либо контактов, которые могут привести к поражению пользователя электрическим током.
Примером малой мощности является электрическая зубная щетка. Зубная щетка и зарядная база образуют трансформатор, состоящий из двух частей: первичная индукционная катушка находится в основании, а вторичная индукционная катушка и электроника содержатся в зубной щетке.Когда зубная щетка помещается в основание, создается полный трансформатор, и индуцированный ток во вторичной катушке заряжает аккумулятор. Во время использования прибор полностью отключен от электросети, а поскольку батарейный блок находится в герметичном отсеке, зубную щетку можно безопасно погружать в воду.
Техника также используется для зарядки имплантатов медицинских батарей.
Примером высокой мощности является система зарядки, используемая для электромобилей.По концепции аналогична зубной щетке, но в большем масштабе, это также бесконтактная система. Индукционная катушка в электромобиле принимает ток от индукционной катушки в полу гаража и заряжает автомобиль в течение ночи. Чтобы оптимизировать эффективность системы, воздушный зазор между статической катушкой и приемной катушкой можно уменьшить, опуская приемную катушку во время зарядки, и транспортное средство должно быть точно размещено над зарядным устройством.
Аналогичная система использовалась для электрических автобусов, которые принимают ток от индукционных катушек, встроенных под каждой автобусной остановкой, что позволяет увеличить дальность действия автобуса или, наоборот, для одного и того же маршрута могут быть указаны батареи меньшего размера.Еще одно преимущество этой системы заключается в том, что если заряд аккумулятора постоянно пополняется, глубина разряда может быть минимизирована, а это приводит к увеличению срока службы. Как показано в разделе «Срок службы батареи», время цикла увеличивается экспоненциально по мере уменьшения глубины разряда.
Более простая и менее дорогая альтернатива этой возможности зарядки состоит в том, что транспортное средство создает токопроводящую связь с электрическими контактами на подвесной эстакаде на каждой автобусной остановке.
Также были внесены предложения по установке сетки индуктивных зарядных катушек под поверхностью вдоль дорог общего пользования, чтобы позволить транспортным средствам собирать заряд во время движения, однако практических примеров еще не было установлено.
Зарядные станции для электромобилей
Подробнее о специализированных зарядных устройствах высокой мощности, используемых для электромобилей, см. В разделе «Инфраструктура для зарядки электромобилей».
Зарядные устройства Источники питания
При указании зарядного устройства также необходимо указать источник, от которого зарядное устройство получает свою мощность, его доступность, а также его напряжение и диапазон мощности. Следует также учитывать потери эффективности в зарядном устройстве, особенно для зарядных устройств большой мощности, где величина потерь может быть значительной. Ниже приведены некоторые примеры.
Управляемая зарядка
Простота размещения и управления.
Сеть переменного тока
Многие портативные зарядные устройства малой мощности для небольших электроприборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, должны работать на международных рынках. Поэтому они имеют автоматическое определение напряжения сети и, в особых случаях, частоты сети с автоматическим переключением на соответствующую входную цепь.
Для приложений с более высокой мощностью могут потребоваться специальные меры. Мощность однофазной сети обычно ограничивается примерно 3 кВт. Трехфазное питание может потребоваться для зарядки аккумуляторов большой емкости (более 20 кВтч), например, используемых в электромобилях, для которых может потребоваться скорость зарядки более 3 кВт для достижения разумного времени зарядки.
Регулируемый источник питания постоянного тока
Может поставляться установками специального назначения, такими как передвижное генерирующее оборудование для индивидуальных приложений.
Специальные зарядные устройства
Переносные источники, например солнечные батареи.
Возможность зарядки
Возможная зарядка — это зарядка аккумулятора при наличии питания или между частичными разрядками, а не ожидание полной разрядки аккумулятора. Он используется с батареями в циклическом режиме и в приложениях, когда энергия доступна только с перерывами.
Доступность энергии и уровни мощности могут сильно различаться. Для защиты аккумулятора от перенапряжения необходима специальная управляющая электроника. Избегая полной разрядки аккумулятора, можно увеличить срок службы.
Доступность влияет на спецификацию аккумулятора, а также на зарядное устройство.
Типичные области применения: —
Бортовые автомобильные зарядные устройства (Генераторы, рекуперативное торможение)
Зарядные устройства индукционные (в местах остановки транспортных средств)
Механическая зарядка

Это применимо только к определенному химическому составу клеток.Это не зарядное устройство в обычном понимании этого слова. Механическая зарядка используется в некоторых батареях большой мощности, таких как батареи Flow и воздушно-цинковые батареи. Цинково-воздушные батареи заряжаются путем замены цинковых электродов. Аккумуляторы Flow можно перезарядить, заменив электролит.
Механическая зарядка выполняется за считанные минуты. Это намного быстрее, чем длительное время зарядки, связанное с традиционной электрохимией обратимых ячеек, которое может занять несколько часов.Поэтому воздушно-цинковые батареи использовались для питания электрических автобусов, чтобы решить проблему чрезмерного времени зарядки.
Производительность зарядного устройства
Тип аккумулятора и область применения, в которой он используется, устанавливают требования к характеристикам, которым должно соответствовать зарядное устройство.
Чистота выходного напряжения
Зарядное устройство должно обеспечивать чистое регулируемое выходное напряжение с жесткими ограничениями на выбросы, пульсации, шум и радиочастотные помехи (RFI), которые могут вызвать проблемы для аккумулятора или цепей, в которых оно используется.
Для приложений с большой мощностью производительность зарядки может быть ограничена конструкцией зарядного устройства.
КПД
При зарядке аккумуляторов большой мощности потери энергии в зарядном устройстве могут значительно увеличить время зарядки и эксплуатационные расходы приложения. Типичный КПД зарядного устройства составляет около 90%, отсюда и необходимость в эффективных конструкциях.
Пусковой ток
Когда зарядное устройство изначально подключается к разряженной батарее, пусковой ток может быть значительно выше, чем максимальный указанный зарядный ток. Поэтому зарядное устройство должно быть рассчитано либо на передачу, либо на ограничение этого импульса тока.
Коэффициент мощности
Это также может быть важным фактором для зарядных устройств большой мощности.
См. Также «Контрольный список зарядного устройства»
Scilit | Статья — Многоступенчатый метод заряда CC-CV для литий-ионного аккумулятора
Многоступенчатый метод заряда CC-CV для литий-ионной батареи
Сяоган Ву, Чен Ху, , Джинлей Сун
Опубликовано: 13 октября 2015 г.
Резюме: Зарядка литий-ионного аккумулятора с помощью стратегии постоянного тока и постоянного напряжения (CC-CV) при -10 ° C может достигать только 48.47% от нормальной емкости. Чтобы улучшить плохие характеристики зарядки при низкой температуре, принцип работы зарядки аккумулятора при низкой температуре анализируется с использованием электрохимической модели и модели эквивалентной схемы RC первого порядка; кроме того, предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. В предлагаемой многоступенчатой стратегии CC-CV зарядный ток уменьшается, чтобы продлить процесс зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения зарядки. Результаты зарядки многоступенчатой стратегии CC-CV получены при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C по сравнению с результатами CC-CV и двухступенчатой стратегии CC-CC.Результаты сравнения показывают, что при заданных температурах емкость заряда увеличивается с помощью многоступенчатой стратегии CC-CV, и примечательно, что емкость зарядки может достигать 85,32% от номинальной емкости при −10 ° C; Кроме того, сокращается время зарядки 1. Введение Благодаря преимуществам нулевого загрязнения, высокой энергоэффективности и плюралистичности источников энергии электромобили (электромобили) стали новой точкой развития автомобильной промышленности [1–3]. Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и высокого уровня безопасности [4].Но аккумуляторная технология по-прежнему не может удовлетворить потребности электромобилей в отношении больших расстояний, быстрого восстановления емкости и использования при низких температурах [5]. При низкой температуре химическая активность аккумулятора снижается, сопротивление увеличивается, а емкость уменьшается. Процесс зарядки более сложен, чем процесс разрядки при низкой температуре [6, 7]. В последние годы была проделана большая работа по стратегиям зарядки. В [8] для получения быстрой зарядки был предложен трехступенчатый метод зарядки Ni / MH аккумулятора. В [9] была предложена оптимальная стратегия зарядки током, основанная на граничных кривых зарядного тока.Кривые граничного зарядного тока были получены путем анализа повышения температуры и поляризационного напряжения в процессе зарядки. Период зарядки был уменьшен, а емкость увеличена с помощью стратегии. В [10] предложена стратегия зарядки с изменяемым напряжением, которая может обнаруживать и динамически отслеживать подходящую продолжительность зарядного импульса. По сравнению с традиционной стратегией CC-CV скорость зарядки была увеличена на 14%, а эффективность зарядки — на 3,4%. В [11] была построена модель оценки SOC, а процесс зарядки CC-CV контролировался SOC батареи.Емкость заряда можно контролировать, чтобы получить более высокий уровень заряда и избежать перезарядки. В [12] был использован алгоритм Ant Colony System для выбора оптимального зарядного тока среди пяти состояний зарядки, время зарядки было уменьшено, а срок службы батареи увеличен на 25%. В [13] для получения быстрого заряда использовался алгоритм на основе Тагучи. При использовании стратегии зарядки емкость аккумулятора может достигать 75% за 40 минут. В [14] был предложен метод зарядки с нечетким управлением на основе постоянной поляризации для адаптации приема зарядного тока с каскадами SOC батареи.Стратегия зарядки может сократить время зарядки без явного повышения температуры. Ruan et al. и Zhao et al. [15, 16] исследовали температурные характеристики процесса зарядки и разрядки. Температура увеличилась больше в процессе разрядки по сравнению с повышением температуры в процессе зарядки. Процесс импульсной зарядки / разрядки был добавлен перед процессом зарядки, чтобы аккумулятор можно было предварительно нагреть. Аккумулятор мог начать процесс зарядки при относительно высокой температуре, а емкость заряда увеличивалась при низкой температуре.Все стратегии зарядки, предложенные в [8–14], в разной степени увеличивают зарядную характеристику аккумулятора. А вот производительность зарядки при низких температурах не рассматривается. Хотя стратегия зарядки с предварительным нагревом при низкой температуре, предложенная в [15, 16], может увеличить емкость зарядки, процесс самоподогрева требует слишком много времени и не может работать в условиях низкого SOC. В этой статье анализируется зарядная характеристика литий-ионной батареи при различных температурах, используется электрохимическая модель и модель эквивалентной схемы первого порядка для теоретического анализа плохих низкотемпературных характеристик литий-ионной батареи, а также предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV.Многоступенчатая стратегия CC-CV сравнивается с CC-CV и двухэтапной CC-CV стратегией при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C. 2. Экспериментальная 2.1. Батарея и оборудование Используемая батарея представляет собой цилиндрическую литий-ионную батарею 18650 с нормальной емкостью 1,37 Ач, нормальным напряжением 3,2 В и напряжением отключения 3,6 В. Максимальные скорости зарядки и разрядки составляют 1 ° C и 2 ° C соответственно. . Материал положительного электрода — LiFePO4, а материал отрицательного электрода — LiC6. Тестер аккумуляторов — это тестер аккумуляторов LD с 8 каналами тестирования, и процесс тестирования можно программировать и контролировать с помощью компьютера.Аккумулятор был протестирован в температурной камере, чтобы гарантировать постоянство температурного параметра. Подробные параметры тестера батареи и температурной камеры показаны в таблице 1. Экспериментальная установка может быть описана как на рисунке 1. Таблица 1: Параметры оборудования. Рисунок 1: Экспериментальная установка.2.2. Экспериментальный процесс В ходе экспериментов были протестированы стратегии зарядки аккумулятора: CC-CV, двухступенчатый CC-CV и многоступенчатый CC-CV. Температурные точки испытания составляли 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C. Стратегии зарядки объясняются следующим образом.Для стратегии CC-CV процесс постоянного тока представлял собой зарядку при 0,3 C до напряжения отсечки 3,6 В, а процесс постоянного напряжения — зарядку при 3,6 В в течение 5 минут. Для двухступенчатой стратегии CC-CV Первый процесс с постоянным током — зарядка при 1 C до напряжения отсечки 3,6 В. Затем во втором процессе с постоянным током зарядный ток был уменьшен до 0,5 C. Поскольку ток зарядки был уменьшен, напряжение на клеммах упало ниже 3,6. V позволяет продлить процесс постоянного тока до тех пор, пока напряжение на клеммах снова не достигнет напряжения отключения.Процесс постоянного напряжения представлял собой зарядку при 3,6 В в течение 5 минут [17]. Для многоступенчатой стратегии CC-CV процесс постоянного тока был разделен на десять этапов. Максимальные и минимальные значения составляли 1 ° C и 0,1 ° C соответственно, а зарядный ток уменьшался на 0,1 ° C, когда напряжение на клеммах достигало напряжения отключения. Процесс зарядки при постоянном напряжении составлял 3,6 В в течение 5 мин. 3. Зарядная характеристика аккумулятора при низкой температуре 3.1. Характеристики зарядной емкости при разной температуре Выбранный аккумулятор был заряжен по стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C для получения характеристики зарядной емкости при низкой температуре.Перед каждым процессом зарядки при разной температуре аккумулятор разряжался пустым при 25 ° C и выдерживался в течение шести часов, чтобы обеспечить одинаковую температуру всей батареи. Как показано на Рисунке 2, зарядные емкости при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C составляют 1,309 Ач, 1,196 Ач и 0,664 Ач соответственно. Зарядная емкость уменьшается на 8,6% при 0 ° C и на 49,3% при −10 ° C по сравнению с таковой при 25 ° C. Зарядная емкость сильно уменьшается при −10 ° C. Рисунок 2: Зарядная емкость стратегии CC-CV при разных температурах.3.2. Характеристика OCV при различной температуре Батарея была протестирована с помощью правила гибридной импульсной характеристики мощности (HPPC), которое подробно описано в «Руководстве по тестированию аккумуляторов Freedom CAR» [18], чтобы получить OCV, омическое сопротивление () и сопротивление поляризации (). SOC можно рассчитать по следующей формуле: где — начальное значение SOC батареи, AHC — нормальная емкость батареи при 25 ° C, и — разрядный (положительный) или зарядный (отрицательный) ток. Как кривые OCV, показанные на Рисунке 3, OCV отражает тенденцию к увеличению с понижением температуры, а разница OCV при разных температурах относительно более очевидна при низком SOC.Рисунок 3: Кривые OCV при различных температурах. 3.3. и характеристика при разной температуре Как показано на рисунках 4 и 5, оба значения и увеличиваются с понижением температуры. остается стабильным при увеличении SOC, и увеличение составляет почти 258% при -10 ° C. увеличивается с увеличением SOC и понижением температуры, и максимальное увеличение составляет почти 257% при -10 ° C с 90% SOC. Рисунок 4: кривые при разной температуре. Рисунок 5: кривые при разной температуре. Электрохимическая модель и эквивалентная схема первого порядка 4.1. Электрохимическая модель литий-ионного аккумулятора Doyle et al. предложили теорию пористого электрода для анализа электрохимического процесса литий-ионного аккумулятора [19]. Одномерная геометрия состоит из коллектора отрицательного / положительного тока, отрицательного / положительного электродов и разделителя. Материал коллектора отрицательного тока — медь, а материал коллектора положительного тока — алюминий. Активным материалом положительного электрода является LiFePO4, а активным материалом отрицательного электрода — LiC6. Сепаратор представляет собой пористую полиолефиновую мембрану.Электролит представляет собой соль лития, растворенную в жидкой смеси этиленкарбоната (EC) и диметилкарбоната (DMC) в соотношении 1: 1 или 2: 1. Пример одномерной геометрии процесса зарядки показан на рисунке 6 [20], а химическое уравнение зарядки — это рисунок 6: Пример одномерной геометрии процесса зарядки. В процессе зарядки электроны перемещаются от положительного электрода к отрицательному. через внешнюю цепь, а Li + перемещается от положительного электрода к отрицательному через сепаратор в электролите.Поскольку процесс зарядки представляет собой химическую реакцию, на характеристики реакции влияют концентрация и диффузия Li +. Концентрация Li-иона в фазе электролита изменяется со временем и может быть описана вторым законом Фика по координате, показанной на рисунке 6 [21]: где — концентрация Li-иона в фазе электролита, — коэффициент диффузии Li + в фазе электролита. , — число переноса ионов лития относительно скорости растворителя, — постоянная Фарадея, — плотность тока переноса заряда.Распределение литий-ионных аккумуляторов в твердотельных фазах.
Ключевые слова: аккумулятор / Электромобиль / Cv-зарядка / отрицательный электрод / Cc Cv / Метод зарядки / Cv-стратегия / Процесс зарядки / электрохимический процесс
Научное оповещение о новых публикациях
Не пропустите статьи , соответствующие вашему исследованию , от любого издателя
Получайте уведомления о новых статьях, соответствующих вашему исследованию
Узнайте о новых статьях от избранных авторов
Ежедневно обновляется для 49’000+ журналов и 6000+ издателей
Определите свой Scifeed сейчас
Щелкните здесь, чтобы просмотреть статистику по теме « Математические задачи в инженерии» .
Какие 3 этапа зарядки литиевой батареи?
Введение
Литиевые батареи
имеют 3 стадии зарядки , обычно делятся на эти три стадии:
Режим предварительной зарядки постоянным током
Режим регулирования постоянного тока
Режим стабилизации постоянного напряжения
Похоже на свинцово-кислотный аккумулятор? Что-то другое. Вот почему нам нужно купить новое зарядное устройство для литиевых батарей. Более того, что такое «быстрая зарядка» и как с ее помощью аккумулятор заряжается быстрее?
Каков принцип зарядки литиевой батареи?
Литиевые батареи
делятся на анодные (отрицательный полюс) и катодные (положительный полюс).Катод представляет собой соединение лития. Анод в основном изготовлен из графита, и оба они погружены в электролит.
Разрядка или зарядка — это фактически процесс, в котором ионы лития перемещаются между анодом и катодом батареи, и электрическая энергия и химическая энергия преобразуются друг в друга. Во время зарядки из-за действия электрического поля ионы лития перемещаются от положительного полюса к отрицательному и накапливают энергию; во время разряда ионы лития переходят от отрицательного к положительному положению под действием химической реакции, во время которой к источнику питания подается ток.
Скорость, с которой заряжаются литиевые батареи, на самом деле является скоростью, с которой электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, которая называется «мощностью» (P).
Формула: P (мощность) = I (ток) * U (напряжение)
Чем больше ток или напряжение, тем больше мощность, и литиевая батарея должна заряжаться быстрее. Однако из-за ограничений самой литиевой батареи зарядка в условиях пониженного или повышенного напряжения вызовет повреждение батареи.Поэтому метод зарядки литиевой батареи особенный и обычно делится на три этапа:
Режим предварительной зарядки
Определение: Когда телефон полностью разряжен, зарядное устройство сначала заряжает литиевый аккумулятор постоянным током с небольшим током, чтобы он медленно реактивировался.
В фазе предварительной зарядки аккумулятор заряжается со скоростью с низкой скоростью (типично для 1/10 режима стабилизации постоянного тока), когда напряжение аккумуляторной батареи ниже 3.0 В . Это обеспечивает восстановление пассивирующего слоя , который может раствориться после длительного хранения в состоянии глубокого разряда, а также предотвращает перегрев при заряде 1С, когда частичное разложение меди появляется на элементах с закороченным анодом при чрезмерном разряде.
Когда напряжение элемента батареи достигает 3,0 В , зарядное устройство будет увеличивать постоянный ток и постепенно увеличивать напряжение , что является основным этапом зарядки литиевой батареи.
Режимы работы зарядного устройства
Режим стабилизации постоянного тока (CC)
Определение: Заменяет ≈80% заряда аккумулятора с максимально возможной скоростью.
Это каскад постоянного тока . На этом этапе у аккумуляторов обычно остается около 80% их емкости. Это достигается за счет поддержания постоянного относительно высокого тока. Ток поддерживается постоянным против возрастающего внутреннего сопротивления зарядному току за счет повышения напряжения батареи.
Следовательно, если вы хотите увеличить скорость зарядки, лучший способ ее оптимизировать — это следующий этап: режим стабилизации постоянного тока.
Батарея с быстрой зарядкой — это батарея, которая может быть заполнена на 80% или 100% за короткое время.
Аккумуляторы с нормальной скоростью разряда (C-rate) можно быстро заряжать. Например, при зарядном напряжении 5 В и зарядке 1С его можно полностью зарядить за 1 час. Если это аккумулятор емкостью 1000 мАч, 1С означает, что ток зарядки составляет 1А; для аккумулятора 2000 мАч 1С означает, что ток зарядки составляет 2А и так далее.
литиевая батарея — Обычная батарея против батареи с быстрой зарядкой Grepow
Подробнее о батарее с быстрой зарядкой Grepow: Нажмите здесь
Как видно из диаграммы, период стадии зарядки постоянного тока нормальной батареи намного больше, батарея быстрой зарядки
Режим стабилизации постоянного напряжения (CV)
Определение: Напряжение поддерживается постоянным, чтобы предотвратить повреждение и поддерживать полную зарядку аккумуляторов, r восполняет оставшиеся 20% заряда.
Батарея обычно заряжается постоянным током 0,5 C или меньше, пока напряжение батареи не достигнет 4,1 или 4,2 В (в зависимости от точной электрохимии, около 80% заряда батареи). Когда напряжение батареи достигает 4,1 или 4,2 В, зарядное устройство переключается на ступень «Постоянное напряжение» , чтобы исключить перезаряд.
P.S .: Зарядные устройства Superior плавно обеспечивают переход от постоянного тока к постоянному напряжению, обеспечивая достижение максимальной емкости без риска повреждения аккумулятора.
Поддержание постоянного напряжения постепенно снижает ток, пока он не достигнет примерно 0,1 C, после чего зарядка прекращается. Если зарядное устройство остается подключенным к аккумулятору, применяется периодическая подзарядка для предотвращения саморазряда аккумулятора. Подзарядка обычно начинается, когда напряжение холостого хода батареи падает ниже 3,9–4 В, и прекращается, когда снова достигается напряжение полной зарядки от 4,1 до 4,2 В.
Можно ли зарядить литиевый аккумулятор свинцово-кислотным зарядным устройством?
Литиевые батареи разных типов и свинцово-кислотные батареи не рекомендуется использовать вместе, поскольку характеристики нагрузки и возможности батареи различаются, что приведет к ненормальным условиям и проблемам безопасности.
Как я упоминал ранее, зарядное устройство свинцово-кислотной батареи обычно устанавливается в двухступенчатый или трехступенчатый режим зарядки, заряд для литиевых и свинцово-кислотных аккумуляторов не совпадает из-за разных уровней напряжения.
Батареи с совершенно разными характеристиками не должны использоваться параллельно. Даже если добавить диоды, можно предотвратить саморазряд между батареями, но не получить хороший эффект параллельного разряда.
Связанная статья: Можно ли использовать вместе литиевые и свинцово-кислотные батареи?
Подробнее об аккумуляторе
Следите за официальным блогом Grepow, и мы будем регулярно обновлять отраслевые статьи, чтобы держать вас в курсе событий в области производства аккумуляторов.
Grepow: https://www.grepow.com/
Блог Grepow: https://blog.grepow.com/
Международный журнал научных и технологических исследований
ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В IJSTR (ISSN 2277-8616) —
Международный журнал научных и технологических исследований — это международный журнал с открытым доступом из различных областей науки, техники и технологий, в котором особое внимание уделяется новым исследованиям, разработкам и их приложениям.
Приветствуются статьи, содержащие оригинальные исследования или расширенные версии уже опубликованных статей конференций / журналов. Статьи для публикации отбираются на основе экспертной оценки, чтобы гарантировать оригинальность, актуальность и удобочитаемость.
IJSTR обеспечивает широкую политику индексирования, чтобы опубликованные статьи были хорошо заметны для научного сообщества.
IJSTR является частью экологически чистого сообщества и предпочитает режим электронной публикации, поскольку он является «ЗЕЛЕНЫМ журналом» в Интернете.
Мы приглашаем вас представить высококачественные статьи для обзора и возможной публикации во всех областях техники, науки и технологий.Все авторы должны согласовать содержание рукописи и ее представление для публикации в этом журнале, прежде чем она будет отправлена нам. Рукописи необходимо подавать онлайн

IJSTR приветствует ученых, заинтересованных в работе в качестве добровольных рецензентов. Рецензенты должны проявить интерес, отправив нам свои полные биографические данные. Рецензенты определяют качественные материалы.Поскольку ожидается, что они будут экспертами в своих областях, они должны прокомментировать важность рецензируемой рукописи и то, способствует ли исследование развитию знаний и развитию теории и практики в этой области. Заинтересованным рецензентам предлагается отправить свое резюме и краткое изложение конкретных знаний и интересов по адресу [email protected]
.

IJSTR публикует статьи, посвященные исследованиям, разработкам и применению в областях инженерии, науки и технологий.Все рукописи проходят предварительное рецензирование редакционной комиссией. Вклады должны быть оригинальными, ранее или одновременно не публиковаться где-либо еще, и перед публикацией они должны быть подвергнуты критическому анализу. Статьи, которые должны быть написаны на английском языке, должны содержать правильную грамматику и правильную терминологию.

IJSTR — это международный рецензируемый электронный онлайн-журнал, который выходит ежемесячно.
Обновлено: 07.12.2021 — 11:24
← Предыдущая запись
Следующая запись →
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Найти
Найти:
Свежие записи
Биржа coincheck: Bitcoin and cryptocurrency exchange. Buy, sell, and margin trade cryptocurrency.
Изобретатель биткоина: Создатель биткоина стал одним из богатейших людей мира: 15 апреля 2021, 11:56
Капитализация рынка: Капитализация рынка криптовалют впервые превысила $2 трлн :: РБК.Крипто
Как создать bitcoin кошелек: пособие для чайников 2021 — Крипто на vc.ru
Ферма для майнинга asic: Ошибка 404. Страница не найдена — Объявления на сайте Авито
Свежие комментарии
Мета
Войти
Лента записей
Лента комментариев
WordPress.org
2019. Все права защищены. Карта сайта


Характеристика	Значение
Номинальная емкость, Ач	125
Минимальная емкость, Ач	119
Электрическая энергия, кВтч	1,6
Номинальное напряжение, В	12,8
Выходное напряжение, В	>12,8
Внутреннее сопротивление, мОм
Последовательное/параллельное соединение	Последовательно до 4 аккумуляторов. Параллельно не ограничено
Максимальное напряжение зарядки, В	14,6 ± 0,1
Поддерживающее напряжение, В	13,8± 0,2
Стандартный зарядный ток, А	60
Максимальный зарядный ток, А	80
Стандартный разрядный ток, А	80
Максимальный разрядный ток, А	100 в течении 30 минут
Габариты, мм (Д х Ш х В)	318 х 165 х 215
Вес, кг	14,7


Характеристика	Значение
Защитное напряжение при перезаряде, В/яч	3,8± 0,025
Пороговое напряжение для сброса защиты при переразряде, В/яч	3,6± 0,025
Порядок отключения защиты	Напряжение ниже порогового
Защитное напряжение при переразряде, В/яч	2,0± 0,08
Пороговое напряжение для сброса защиты при переразряде, В/яч	2,3± 0,1
Порядок отключения защиты	Зарядка выше порогового напряжения
Защита от перегрузки по току, А	350
Задержка срабатывания защиты, с	0,5-1,5
Порядок отключения защиты	Сброс нагрузки до допустимого значения
Защита от перегрева, С	65± 5
Сброс защиты при перегреве, С	50± 10

	Способы прекращения начисления
	SLA	Никад	NiMH	Литий-ионный
Медленная зарядка			Таймер	Предел напряжения
Быстрая зарядка 1	Имин	NDV	дТ / дт	Imin при пределе напряжения
Быстрая зарядка 2	Delta TCO	дТ / дт	dV / dt = 0
Прекращение резервного копирования 1	Таймер	ТШО	ТШО	ТШО
Прекращение резервного копирования 2	DeltaTCO	Таймер	Таймер	Таймер

conspi.ru - Конспирология - Теория заговора

Заряд аккумуляторов при помощи БП в режимах CC/CV

вопросы и ответы • Проверено лично!

Спецификация ROBITON Li-ion 10440 350мАч Пром.упаковка

Особенности заряда кальциевых аккумуляторов

Что стоит знать о кальциевых аккумуляторах

Как правильно заряжать аккумулятор Са/Са

Преимущества кальциевых аккумуляторов

Недостатки кальциевых АКБ.

Неправильно — «правильная» зарядка кальциевых АКБ

Подводя итоги

Видео на тему:

Как заряжать LiFePO4 аккумуляторы | ЭлектроФорс

Зарядка LiFePO4 аккумуляторов

Когда заряжать LiFePO4 аккумулятор

Температура зарядки

Последовательное и параллельное соединение

Контроль за состоянием аккумулятора

Зарядка от генератора двигателя

Система управления аккумулятором

Напряжения зарядки и емкость

Чем заряжать LiFePO4

Зарядные кислотных АКБ

Особенности зарядных для LiFePO4

Li-ion, Ni-Mh акум. ― DELTAMOBILE

Поиск продукта в этой категории

Зарядное устройство батареи CCCV

Многоступенчатый метод зарядки CC-CV для литий-ионной батареи

1. Введение

2. Экспериментальная

2.1. Аккумулятор и оборудование

2.2. Экспериментальный процесс

3. Зарядная характеристика аккумулятора при низкой температуре

3.1. Характеристика зарядной емкости при разной температуре

3.2. Характеристика OCV при разной температуре

3.3. и характеристика при разной температуре

4. Электрохимическая модель и эквивалентная схема первого порядка

4.1. Электрохимический литий-ионный аккумулятор, модель

4.2. Модель эквивалентной схемы первого порядка

5. Результат и обсуждение

5.1. Анализ различных стратегий зарядки при 25 ° C

5.2. Анализ различных стратегий зарядки при 0 ° C

5.3. Анализ различных стратегий зарядки при –10 ° C

5.4. Анализ многоступенчатой ​​стратегии CC-CV

6. Заключение

Конфликт интересов

Благодарности

Li-Ion BMS — Белая книга

Методы и терминология зарядки аккумуляторов

Термины, связанные с резервными аккумуляторами

Ач

Ячейка

Батарея

DOD

Цепочка / банк

SOC

Фактор окончания срока службы

VPC (Вольт на элемент)

Способы зарядки

Зарядные устройства и способы зарядки аккумуляторов

Эффективность заряда

Основные методы зарядки

Тарифы зарядки

Методы прекращения начисления

Способы прекращения начисления

Методы контроля заряда

Примечание

Определение напряжения

Типы зарядных устройств

Зарядные устройства Источники питания

Механическая зарядка

Производительность зарядного устройства

Scilit | Статья — Многоступенчатый метод заряда CC-CV для литий-ионного аккумулятора

Многоступенчатый метод заряда CC-CV для литий-ионной батареи

Научное оповещение о новых публикациях

Какие 3 этапа зарядки литиевой батареи?

Введение

Каков принцип зарядки литиевой батареи?

Режим предварительной зарядки

Режим стабилизации постоянного тока (CC)

5.4. Анализ многоступенчатой стратегии CC-CV