Основна проблема, яка виникає при заряді акумуляторів, полягає в пошуку параметра, вимірювання якого дозволили б з достатньою точністю визначити стан повного заряду.
В ході заряду герметичних лужних акумуляторів змінюється кілька параметрів: напруга, температура, внутрішній тиск. Характер їх змін в процесі заряду герметичного нікель-кадмиевого акумулятора зображений на малюнку 1. Ці параметри забезпечують різну чутливість і мають різні обмеження при використанні. Характер зміни зазначених параметрів у нікель-металгідридних акумуляторів схожий, але вони більш чутливі до перегріву при перезаряді.
Рис.1. Зміна характеристик герметичного нікель-кадмиевого акумулятора при заряді
Заряд стандартним режимом зазвичай проводиться протягом регламентованого часу. Контроль напруги при такій стратегії заряду малоефективний, так як при низьких щільності струму заряду напруга в кінці процесу (Uкон) змінюється незначно і контроль процесу по його величині, обраної відповідно до рекомендованої виробником як типовою для даного типу джерела струму, може привести до недозаряду одних і перезаряду інших акумуляторів (в залежності від їх індивідуальних зарядних характеристик). Паспортна величина кінцевого напруги паказивает тільки статистичний параметр, а розкид його у акумуляторів в партії може бути помітним. До того ж величина ця залежить від температури і напрацювання акумулятора.
При швидкому заряді використання напруги в якості контрольного параметра виявилося більш результативним. Це визначається зміною виду зарядної кривої. У цьому випадку немає потреби орієнтуватися на конкретну величину граничного зарядного напруги, потрібно лише встановити момент досягнення його максимальної величини. Для цього пристроями контролю періодично визначається величина dU / dt або d2U / dt2. Максимум зарядного напруги спостерігається як правило при заряді до 110-120% Сп.
У випадки припинення заряду в цей момент, при подальшому розряді в стандартному режимі вдається зняти близько 95% номінальної ємності. Для забезпечення більшої перезарядження (до 140-160%) потрібно або необхідний час зберігати заряд тим же струмом, або забезпечити перехід до більш безпечного режиму підзарядки меншим струмом.
В даний час для контролю ходу швидкого заряду частіше використовується інший критерій: переривання заряду виробляють після того, як напруга акумулятора зменшиться на ΔU після досягнення максимуму. Це забезпечує необхідний рівень перезарядження акумуляторів.
Такий контроль рекомендується для швидкого заряду (протягом 1 год) циліндричних лужних рулонних акумуляторів, якщо виробник дозволяє такий заряд для конкретного типу акумуляторів. У літературі він називається детекцией -ΔU. Величина -ΔU для акумуляторів різних виробників може становити від 5-10 до 10-20 мВ, Для контролю заряду частіше пропонується використовувати величину 10 мВ / акумулятор при температурі заряду від 0 до 30 ° С. При цьому на початку заряду (протягом 5-10 хв) рекомендується не проводити вимірювання напруги джерела струму, щоб уникнути спрацьовування системи контролю через можливого стрибка напруги (і подальшого його невеликого спаду) після тривалого зберігання.
Іншим параметром, який застосовується при контролі заряду сучасних герметичних лужних акумуляторів, є температура. Контроль температури найбільше потрібен при заряді нікел'-металгідридних акумуляторів. Температурний датчик встановлюється на кожному акумуляторі, а на одному з них в батареї. Зрозуміло, що вплив конструктивних особливостей батареї і реалізованих в ній умов теплообміну роблять контроль заряду по абсолютній величині температури Т вельми проблематичним, так як непросто однозначно визначити величину цього параметра. Фахівці компанії GP, наприклад, детально досліджували процес заряду батареї ємністю 2,5 Ач струмом 0,5 С при температурі навколишнього середовища (tокр) від 15 до 45 ° С. Вивчався відключення при температурі батареї (Tбат), що дорівнює 55 і 60 ° С. Було показано, що якщо температура навколишнього середовища вище 35 ° С, то при Tбат = 55 ° С має місце істотний недозаряд. При Tбат = 60 ° С недозаряд дещо зменшується. Збільшувати ще більше значення контрольованого параметра (Tбат> 60 ° C) не можна без ризику збільшення небезпеки відмови акумулятора.
Всі виробники як правило рекомендують максимальну величину температури при швидкому заряді - не більше 55 ° С. Слід розуміти, що при підвищених температурах навколишнього середовища уникнути недозаряд при такому способі контролю зарядного процесу не вийде. Більш раціональним є контроль іншого параметра: швидкості зміни температури (ΔT / Δt), що дозволяє при будь-якій температурі навколишнього середовища діагностувати інтенсифікацію побічних процесів, яка має місце при перезаряді. Величина ΔT / Δt, при якій різні виробники рекомендують відключати герметичні лужні акумулятори, знаходиться в інтервалі від 1 до 2 ° С / хв при струмі заряду 1С та 0,8 ° С / хв, якщо струм менше.
Велика частина виробників вважає, що найкращі результати досягаються при контролі заряду за двома критеріями (оцінка -ΔU і ΔT / Δt) одночасно. Такий метод контролю універсальний як для акумуляторів різних типів, так і для різного рівня їх зарядженості. Слід зауважити, що другий з цих параметрів забезпечує більш сприятливі умови роботи акумуляторів при тривалій експлуатації.
Знайдений ще один електричний параметр, який за величиною значно більше змін напруги. Цей параметр - реакція джерела струму на тестовий сигнал змінного струму.
Для контролю ступеня зарядженості свинцево-кислотних акумуляторів можна використовувати напруга розімкнутого ланцюга, яке змінюється від 2,05-2,15В / ак при зарядженому стані (в залежності від концентрації кислоти) до 1,95-2,03 В / ак після повного розряду . Ця залежність показана на малюнку 2.
Рис.2. Залежність напруги розімкнутого ланцюга свинцево-кислотного акумулятора від рівня зарядженості
При контролі зарядженості свинцево-кислотного акумулятора в ході заряду, заряд вважається завершеним якщо струм заряду (при незмінному стандартній напрузі заряду) залишається незмінним протягом 3-х годин.
При заряді літій-іонних акумуляторів орієнтуються також на напругу акумулятора. У початковий період, коли тільки з'явилися літій-іонні акумуляторні батареї, що використовують графітову систему, потрібно обмеження напруги заряду з розрахунку 4,1 В на елемент. В даний час літій-іонні елементи можна заряджати до напруги 4,20 В. Допустиме відхилення напруги становить всього лише близько ± 0,05 В на елемент. Малюнок 3 відображає стандартний процес заряду літій-іонного акумулятора.
Рис.3. Залежність напруги і струму від часу при заряді літій-іонного акумулятора
ЕТАП 1 - Через акумулятор протікає максимально допустимий струм заряду, поки напруга на ньому не досягне порогового значення.
ЕТАП 2 - Максимальна напруга на акумуляторі досягнуто, струм заряду поступово знижується до тих пір поки він повністю не зарядиться. Момент завершення заряду настає коли величина струму заряду знизиться до значення 3% від початкового.
ЕТАП 3 - Періодичний компенсуючий заряд, який проводиться при зберігання акумулятора, орієнтовно через кожні 500 годин зберігання.
Джерело: матеріал сайту http://www.powerinfo.ru/
