Как работает беспроводная зарядка смартфона? August 21st, 2016
Сейчас все чаще и чаще слышу про беспроводную зарядку. Четыре месяца назад, когда искал себе новую машину, видел Киа "Спортедж" со встроенной такой зарядкой. Еще подумал, вот на кого это рассчитано, на единиц? Казалось, что для этого надо иметь какую то крутую модель телефона или какое то дорогое оборудование. Но оказывается и мой телефон средней стоимости поддерживает эту технологию. Задумался, я же совсем не знаю принципов, как это работает. Мне казалось, что эта технология еще достаточно "далеко" от обывателя, а оно уже вот рядом и совсем доступно.
Давайте разберемся чуть подробнее...
Оказывается, принцип работы беспроводного зарядного устройства очень прост - достаточно поместить гаджет на специальную панель, чтобы он зарядился. В основе аксессуара лежит принцип работы индукционной катушки.
Беспроводные зубные щетки длительное время уже используют беспроводную зарядку. Технологию традиционно сопровождали проблемы низкой эффективности и медленной зарядки, но они были не критическим недостатком для зубной щетки или электрической бритвы, которые вы используете только в течение нескольких минут каждый день. Использование индуктивной зарядки является более безопасным, с той точки зрения, что нету провода, и он не замкнет, и вы случайно не дотронетесь мокрыми руками к участкам с плохой изоляцией.
Такой способ передачи энергии становится очень популярной в последнее время. В 2015 году всемирно популярный бренд начал продавать мебель, в которую будет встроен модуль беспроводной зарядки. Сегодня все флагманские модели смартфонов поддерживают Qi.
Ожидается, что в скором времени трансмиттеры или, другими словами, модули можно будет найти в аэропортах, ресторанах, кинотеатрах, фастфудах, торговых центрах, что позволит осуществлять зарядку телефонов и планшетов в любое время. На самом деле это облегчит жизнь юзерам мобильных гаджетов. Мы входим в новую эру, где совсем необязательно носить с собой повсюду проводные зарядные устройства для всех девайсов, которыми мы пользуемся.
Стандарт беспроводного питания называется Qi. В русской транскрипции слово произносится как «Ци». Такое имя стандарт носит в честь термина восточной философии и означает поток энергии. Он разработан Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии WPC. Эта организация объединяет мировых производителей электроники и ставит перед собой важную задачу - стандартизировать процесс зарядки гаджетов индукционным методом. В ближайшем будущем все девайсы можно будет заряжать без подключения к сети. Это невероятно удобно. Каждый из нас хотя бы раз сталкивался с ситуацией, когда разряжается смартфон. Приходится в срочном порядке искать выход. В скором времени модули беспроводной зарядки появятся во всех общественных местах, а также дома у каждого юзера.
В домашних условиях можно просто расположить модуль в удобном месте, и он никогда не потеряется, в отличие от проводной «зарядки». Достаточно просто поместить на него гаджет, немного подождать, пока пополнится ёмкость аккумулятора. Принцип работы беспроводной «зарядки» основан на свойствах индукционной катушки передавать электрический ток. В школьном курсе физики нас учили, что при подключении индукционной катушки к источнику питания в ней возникает магнитное поле перпендикулярно виткам катушки. Таким образом, если расположить две катушки в радиусе действия магнитного поля и при этом подключить одну из них к источнику питания, то во второй катушке появится напряжение. При этом важно учитывать тот факт, что две индукционные катушки ни в коем случае не должны соприкасаться между собой. Такой простой принцип положен в работу беспроводных зарядных устройств, поддерживающих технологию Qi.
Существует две разновидности стандарта Qi. Первая предполагает зарядку при низкой мощности - 5 ватт, а вторая - при высокой мощности - 120 ватт. Qi высокой мощности сейчас не выпускается производителями в силу объективных факторов. С помощью Qi на 120 ватт можно выполнить зарядку ноутбука. Qi на 5 ватт используют для пополнения ёмкости аккумулятора планшетных компьютеров и телефонов. Следует отметить, что для планшета и смартфона необходима различная сила тока. Беспроводное зарядное устройство для телефона создаёт силу тока в 1 ампер, а для планшетного компьютера - 2 ампера. При выборе аксессуара обязательно обращайте внимание на такие характеристики.
Современное беспроводное зарядное устройство состоит из двух компонентов. Один из них встроен непосредственно в гаджет, который поддерживает Qi и называется ресивером беспроводной зарядки. По сути, он является приёмником, который проводит электрический ток к аккумулятору. Второй компонент называют трансмиттером. Если подразумевается покупка беспроводной «зарядки», речь идёт именно о трансмиттере. Они бывают самых разных форм и размеров. В основном распространены круглые и прямоугольные передатчики.
Чтобы лучше понять, как работает беспроводная зарядка, следует учесть, что магнитное поле способно передавать не только электрический ток, но и данные о байтах и битах, что учли разработчики стандарта Qi. Взаимодействие между катушками будет возникать только в тот момент, когда гаджет со встроенным трансмиттером будет находиться поблизости от передатчика. Если аксессуар для зарядки гаджета будет функционировать в фоновом режиме, то посылаемый каждые 0,4 секунды передатчиком импульс не будет изменять напряжение в катушке, встроенной в трансмиттер. Можно сделать вывод, что современный аксессуар умеет распознавать, в каком режиме функционировать. Как только поблизости на расстоянии нескольких сантиметров окажется смартфон, напряжение в индукционной катушке резко снизится, и устройство перейдёт в режим активной работы. Как только аккумулятор смартфона будет заряжен, соответствующий сигнал переведёт зарядное устройство в фоновый режим. Можно сделать вывод, что современные беспроводные аксессуары для пополнения ёмкости батареи являются энергоэффективными.
Еще больше графиков и формул
Некоторые пользователи ошибочно полагают, что функция беспроводной зарядки Qi может нанести вред здоровью. Дело в том, что магнитное излучение не является ионизирующим. По своему влиянию на организм оно похоже на сигнал мобильной связи, сигнал Wi-Fi, радиосигнал. При этом сигнал мобильной сети, который поступает с вышки, является более сильным и имеет непрерывный характер, в то время, как электромагнитное излучение пропадает сразу после зарядки батареи смартфона. Мощность беспроводных зарядных устройств составляет 5 ватт. Её недостаточно чтобы оказать воздействие на человеческий организм. О негативном воздействии можно говорить лишь в том случае, когда мощность таких девайсов будет равняться 120 ваттам. Но подобные модели не выпускаются в промышленных масштабах. Этим объясняется отсутствие беспроводных зарядных устройств для ноутбуков. Важно знать, что технология беспроводного заряда аккумулятора давно используется во многих моделях электробритв и электрических зубных щёток, что в очередной раз доказывает её безопасность.
Перспективы
Данная индуктивная зарядка может быть удобна, но малый радиус действия является проблемой. Это разительно уменьшает удобство пользования данной технологией Изменится ли это? Может быть. Было проведено много исследований потенциала беспроводной зарядки и в различных технологиях были успехи в радиусе действия. Лазеры, микроволновые печи и более мощные варианты индуктивной зарядки смогли достичь больших расстояниях передачи. Недостатки препятствуют распространенное это слишком мощное излучение выше сказанных технологий. Можете обжечься или еще чего хуже. Трудно сказать, кто возьмет пальму первенства на этом рынке. Первым кандидатом, является Apple, потому что компания запатентовала устройство, которое может якобы заряжать на расстоянии до одного метра. Беспроводной Консорциум питания также постоянно ищет лучшие варианты. А тут еще Intel, которая недавно объявила, что она работает над интегрированной технологией магнитных устройств, которые будут помещены в ноутбук и раздавать питание на близлежащие смартфоны и периферийные устройства.
источники
Сейчас нет смысла собирать самостоятельно зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов: в магазинах огромный выбор готовых устройств, цены на них приемлемы. Однако не будем забывать о том, что приятно что-то сделать полезное своими руками, тем более что простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора вполне можно собрать из подручных деталей, и цена его будет копеечной.
Единственное, о чем сразу стоит предупредить: схемы без точной регулировки тока и напряжения на выходе, которые не имеют отсечки тока по окончании заряда, пригодны для зарядки только свинцово-кислотных аккумуляторов. Для AGM и использование подобных зарядок приводит к повреждению аккумуляторной батареи!
Как сделать простейшее трансформаторное устройство
Схема этого зарядного устройства из трансформатора примитивна, но работоспособна и собирается из доступных деталей – таким же образом сконструированы и заводские зарядные устройства простейшего типа.
По своей сути – это двухполупериодный выпрямитель, отсюда и требования к трансформатору: так как на выходе таких выпрямителей напряжение равно номинальному напряжению переменного тока, помноженному на корень из двух, то при 10В на обмотке трансформатора мы получим 14,1 В на выходе зарядного устройства. Диодный мост берётся любой с прямым током более 5 ампер или собрать его из четырех отдельных диодов, с теми же требованиями к току подбирается и измерительный амперметр. Главное – разместить его на радиаторе, который в простейшем случае представляет собой алюминиевую пластину не менее 25 см2 площадью.
Примитивность такого устройства – не только минус: за счет того, что у него нет ни регулировки, ни автоматического отключения, оно может использоваться для «реанимации» сульфатированных аккумуляторов. Но не нужно забывать и об отсутствии защиты от переполюсовки в этой схеме.
Главная проблема – где найти трансформатор подходящей мощности (не менее 60 Вт) и с заданным напряжением. Можно использовать, если подвернется советский накальный трансформатор. Однако его выходные обмотки имеют напряжение 6,3В, поэтому придется соединять две последовательно, одну из них отмотав так, чтобы в сумме на выходе получить 10В. Подойдет недорогой трансформатор ТП207-3, у которого вторичные обмотки соединяются следующим образом:
Отматываем при этом обмотку между клеммами 7-8.
Простое зарядное устройство с электронной регулировкой
Однако можно обойтись и без отмотки, дополнив схему электронным стабилизатором напряжения на выходе. К тому же такая схема будет удобнее в гаражном применении, так как позволит скорректировать ток заряда при просадках напряжения питания, ее используют и для автомобильных аккумуляторов небольшой емкости при необходимости.
Роль регулятора здесь выполняет составной транзистор КТ837-КТ814, переменный резистор регулирует ток на выходе устройства. При сборке зарядки стабилитрон 1N754A можно заменить советским Д814А.
Схема регулируемого зарядного устройства проста для повторения, и легко собирается навесным монтажом без необходимости в травлении печатной платы. Однако учтите, что полевые транзисторы размещаются на радиаторе, нагрев которого будет ощутим. Удобнее воспользоваться старым компьютерным кулером, подключив его вентилятор к выходам зарядного устройства. Резистор R1 должен иметь мощность не менее 5 Вт, его проще намотать из нихрома или фехраля самостоятельно или соединить параллельно 10 одноваттных резисторов по 10 ом. Его можно и не ставить, но нельзя забывать, что он защищает транзисторы в случае замыкания выводов.
При выборе трансформатора ориентируйтесь на выходное напряжение 12,6-16В, берите либо накальный трансформатор, соединив последовательно две обмотки, либо подбирайте готовую модель с нужным напряжением.
Видео: Самое простое зарядное устройство для АКБ
Переделка зарядного устройства от ноутбука
Однако можно обойтись и без поисков трансформатора, если под руками есть ненужное зарядное устройство от ноутбука – при простой переделке мы получим компактный и легкий импульсный блок питания, способный заряжать автомобильные аккумуляторы. Поскольку нам потребуется получить напряжение на выходе 14,1-14,3 В, ни один готовый блок питания не подойдет, однако переделка проста.
Посмотрим на участок типовой схемы, по которой собраны устройства такого рода:
В них поддержание стабилизированного напряжения осуществляет цепь из микросхемы TL431, управляющей оптопарой (на схеме не показана): как только напряжение на выходе превышает значение, которое задают резисторы R13 и R12, микросхема зажигает светодиод оптопары, сообщает ШИМ-контроллеру преобразователя сигнал на снижение скважности подаваемых на трансформатор импульсов. Сложно? На самом деле все просто смастерить своими руками.
Вскрыв зарядное устройство, находим недалеко от выходного разъема TL431 и два резистора, связанные с ножкой Ref. Удобнее настраивать верхнее плечо делителя (на схеме – резистор R13): уменьшая сопротивление, мы уменьшаем и напряжение на выходе зарядного устройства, увеличивая – поднимаем его. Если у нас ЗУ на 12 В, нам понадобится резистор с большим сопротивлением, если зарядное на 19 В – то с меньшим.
Видео: Зарядка для аккумуляторов авто. Защита от короткого замыкания и переполюсовки. Своими руками
Выпаиваем резистор и вместо него устанавливаем подстроечный, заранее настроенный по мультиметру на то же сопротивление. Затем, подключив к выходу зарядного устройства нагрузку (лампочку из фары), включаем в сеть и плавно вращаем движок подстроечника, одновременно контролируя напряжение. Как только мы получим напряжение в пределах 14,1-14,3 В, отключаем ЗУ из сети, фиксируем движок подстроечного резистора лаком (хотя бы для ногтей) и собираем корпус обратно. Это займет не больше времени, чем Вы потратили на чтение этой статьи.
Есть и более сложные схемы стабилизации, причем их уже можно встретить и в китайских блоках. Например, здесь оптопарой управляет микросхема TEA1761:
Однако принцип настройки тот же: меняется сопротивление резистора, впаянного между плюсовым выходом блока питания и 6 ножкой микросхемы. На приведенной схеме для этого использованы два запараллеленных резистора (таким образом получено сопротивление, выходящее из стандартного ряда). Нам нужно так же впаять вместо них подстроечник и настроить выход на нужное напряжение. Вот пример одной из таких плат:
Путем прозвонки можно понять, что нас интересует на этой плате одиночный резистор R32 (обведен красным) – его нам и надо выпаивать.
В Интернете часто встречаются похожие рекомендации, как сделать самодельное зарядное устройство из компьютерного блока питания. Но учитывайте, что все они по сути – перепечатки старых статей начала двухтысячных, и подобные рекомендации к более-менее современным блокам питания неприменимы. В них уже нельзя просто поднять напряжение 12 В до нужной величины, так как контролируются и другие напряжения на выходе, а они неизбежно «уплывут» при такой настройке, и сработает защита блока питания. Можно использовать зарядные устройства ноутбуков, выдающие единственное напряжение на выходе, они гораздо удобнее для переделки.
По принципу работы зарядные устройства для мобильных телефонов разделяются так:
- Аккумуляторные - работают по принципу накопления заряда и последующей передачи заряда устройству.
- Сетевые - питаются от центральной электросети мощностью 220 В и преобразовывают это напряжение в подходящее для устройства.
- Автомобильные - работают от прикуривателя в автомобиле. В качестве питания используют бортовую сеть автомобиля.
- Универсальные - представляют собой провод со специальным разъемом для подключения телефона с одной стороны и с USB-разъемом с другой стороны, что позволяет заряжать телефон от ПК и ноутбука.
- Беспроводные - устройство не контактирует напрямую с электрическим током, а просто кладется на специальную платформу (более подробно принцип их работы мы рассмотрим далее).
Давайте остановимся на сетевых и беспроводных зарядных устройствах.
Сетевое зарядное устройство
Устройство зарядного устройства для мобильного телефона довольно простое. В современном мире существует их огромное количество, в том числе и различающихся по типу электрохимической системы.
У каждого из них своя специфика работы. Для телефонов, как правило, используются аккумуляторы на основе лития - литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-polymer). У подобных аккумуляторов устройство зарядного устройства для мобильного телефона сводится к тому, что электрическая схема обеспечивает напряжение, превышающее номинальное на 10-15% и позволяющее производить быструю зарядку аккумулятора. Также важным элементом является контроллер заряда, который ограничивает подачу напряжения устройству в критических случаях.
Достоинства и недостатки
Основным преимуществом подобных зарядных устройств является их дешевизна, а также относительно малое время зарядки. К недостаткам же можно отнести наличие провода, который может износиться или оборваться. Поэтому более предпочтительным может оказаться беспроводное устройство.
Как работает беспроводное устройство
Беспроводное зарядное устройство для мобильных телефонов - это панель, на которую помещается телефон, где и происходит его зарядка. Звучит слишком фантастически? Но это правда. В его основе лежит принцип работы электрической катушки, основное свойство которой - это способность передавать электрический ток.
Еще со школы нам известно, что если подключить одну катушку к источнику тока, то в ней возникнет магнитное поле. И если вторую катушку расположить в радиусе действия магнитного поля, то в ней тоже возникнет электрический ток. Единственным важным условием при этом является то, что катушки не должны соприкасаться между собой.
Достоинства и недостатки
Главное достоинство здесь в том, что к мобильному телефону не подключаются никакие провода, следовательно, не будет расшатываться разъем USB. Более того, можно использовать несколько зарядных устройств, что значительно порадует любого пользователя мобильного телефона.
Если же говорить о недостатках, так это, конечно, его стоимость и большее время процесса зарядки. Если у вас телефон полностью разряжен, и вам нужно срочно его зарядить, процентов хотя бы на 20-30, то этот вариант вам явно не подойдет. Поэтому, имея беспроводную зарядку, лучше всегда быть начеку, и, отправляясь куда-то, иметь телефон заряженным.
Итак, как вы могли заметить из статьи, устройство зарядного устройства для мобильного телефона бывает разным, и отдать предпочтение можно любому из типов, в зависимости от личных желаний.
В наше время у каждой семьи в пользовании находится большое количество электронных устройств. Телефоны, смартфоны, фонарики, планшеты, игрушки для детей всех возрастов и многие другие бытовые приборы нуждаются в питании от переносных источников тока: батареек или аккумуляторов.
Источники питания создаются для длительной эксплуатации, но могут быстро выйти из строя по неосторожности. Чтобы максимально использовать заложенный в них ресурс производителя рекомендуем ознакомиться с особенностями работы аккумуляторов различных конструкций, правилами их зарядки и безопасного обращения.
Самым нетерпеливым читателям можно сразу перейти к правилам зарядки, рекомендуемым заводом. Они приведены в конце. Однако, последовательное прочтение материала позволит лучше понять их особенности и правильно применять на практике.
Как устроен и работает аккумулятор
Весь широкий ассортимент аккумуляторной продукции работает по единому принципу преобразования энергии химических процессов в электрическую. Для ее протекания создана специальная конструкция.
Принципы устройства аккумулятора
Герметичный сосуд, который называют банкой, заполняют электролитом. В него помещают две отделенные друг от друга пластины из разных металлов, именуемых электродами. На них образуется разность электрических потенциалов, которая способна совершать полезную работу.
Для повышения мощности энергии банки с пластинами делают увеличенных размеров или подключают параллельными цепочками. Чтобы поднять выходное напряжение их соединяют последовательно. Такие конструкции называют аккумуляторными батареями.
Классификация
По видам электролита аккумуляторы делят на:
- жидкостные;
- гелевые.
По конструктивным особенностям жидкостные аккумуляторы разделяют на:
- кислотные;
- щелочные;
- солевые.
Конструкции кислотных аккумуляторов используются относительно редко. Они могут встретиться в бюджетных моделях фонариков, где работают совместно с зарядным устройством.
Аккумуляторы щелочного типа, как правило, имеют повышенные габариты. Раньше их применяли для освещения в переносных фонарях, но сейчас подобные конструкции не удобны для работы и перестали применяться.
В мобильных устройствах для домашнего применения популярны модели аккумуляторов:
- свинцово-кислотных (Pb+H 2 SO 4);
- никель-кадмиевых (Ni-Cd);
- никель-цинковых (Ni-Zn);
- никель-металл-гидридных (Ni-Mh);
- литий-ионных (Li-ion);
- литий-полимерных (Li-Pol)
Конструктивные особенности различных моделей
Типовое устройство батареи аккумуляторов, состоящей из отдельных банок с набором вставленных в них положительных и отрицательных пластин, последовательность их расположения можно наблюдать на примере кислотной аккумуляторной батареи.
Конструкции цилиндрических или «пальчиковых» моделей представлены разрезанным видом для литий-ионного аккумулятора с поясняющими надписями для каждого слоя.
Внешний вид аккумуляторов
Габариты и форма источников тока создаются для удобного их расположения в гнездах мобильных устройств, надежного питания потребителей, возможности быстрой зарядки.
Аккумуляторы могут иметь форму цилиндра или таблетки, как показано на фотографии для распространенных никель-кадмиевых устройств, которые собираются в блоки специальными перемычками.
Когда по условиям эксплуатации предпочтительнее получать питание от единого блока, то создают общий корпус. В него встраивают отдельные пальчиковые элементы, которыми за счет их параллельного и последовательного подключения, обеспечивают выходные характеристики по току и напряжению.
Такой принцип заложен в создание батареи аккумуляторов для ноутбука.
Для малогабаритных мобильных устройств создаются аккумуляторы в форме небольшого параллепипеда с закругленными краями. На одной из торцевых сторон у него смонтированы латунные площадки, обеспечивающие создание электрического контакта для источника и потребителей тока.
Принцип преобразования химической энергии в интересующую нас электрическую поясняет картинка.
Между двумя рядом расположенными веществами с подобранными свойствами протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. Она сопровождается выделением электронов и ионов, которые при движении, как известно, образуют электрический ток.
Чтобы движущиеся заряды создавали электрические потенциалы, а не просто выделяли тепло в окружающую среду при смешивании окислителя с восстановителем, необходимо создать для этого условия.
Этим целям служат:
- анод (положительный заряд), осуществляющий окислительную реакцию;
- катод, восстанавливающий вещество;
- электролит, проводящий ток во время диссоциации рабочей среды на катионы и анионы.
Анод с катодом размещают в отдалённых сосудах, которые соединяются солевым мостиком. По нему движутся анионы и катионы, создавая внутреннюю цепь аккумулятора. Внешняя же цепочка образуется подключением потребителя ко входу, например, вольтметра или другой нагрузки.
На аноде и катоде постоянно происходит переход электронов и ионов в электролит и обратно. Во внутренней цепочке идет движение зарядов через солевой мостик, а во внешней протекает ток с анода к катоду.
Этот принцип является базовым для заряда и разряда всех моделей химических источников тока.
Как работает никель кадмиевый аккумулятор
Существует всего два вида работы:
- разряд;
- заряд.
Можно выделить еще режим хранения, но правильнее его отнести к разряду, который стараются максимально ограничить, хотя полностью избежать его не получается.
Цикл разряда
Накопленная на электродах энергия при подключении к ним нагрузки создает электрический ток во внешней цепи.
Анодом в никель-кадмиевом аккумуляторе работают окислы никеля с включениями частичек графита, снижающими общее электрическое сопротивление. В качестве катода используют губчатый кадмий.
Во время разряда происходит выделение молекул активного кислорода из состава окислов никеля, которые поступают в электролит и дальше на кадмий, окисляя его.
Цикл заряда
Его принято проводить при снятой нагрузке. Тогда можно использовать меньшую мощность зарядного устройства.
Полярность клемм у зарядного и аккумулятора должно совпадать, а внешняя мощность превосходить внутреннюю. Тогда под действием постороннего источника внутри аккумуляторной банки формируется ток с направлением, обратным разряду.
Он переориентирует ход химических процессов в емкости банки, обогащает анод кислородом и восстанавливает кадмий на катоде.
Как работает литий-ионный аккумулятор
Углеродный анод и катод из оксидов металла, содержащих литий, например, состава LiMn 2 O 4 , погружены в органический электролит.
В нем движутся положительно заряженные ионы Li+. Сам литий при этом не переходит в металлическое состояние, а создается обмен его ионов между электродными пластинами. По этой причине аккумуляторы называют литий-ионными.
Цикл заряда
Ионы лития изымаются (процесс деинтеркаляции) из содержащего литий катода и внедряются в анод (интеркаляция).
Цикл разряда
Перемещение ионов идет в обратном заряду направлении, а электроны от анода движутся к катоду и образуют электрический ток.
Если сравнить принципы работы аккумулятора любой конструкции, то можно наблюдать общую закономерность перемещения ионов между электродами по внутренней цепи и электронов по внешней при создании схем заряда и разряда.
Эксплуатационные характеристики аккумулятора
Рабочее напряжение
Его величину определяют на разомкнутых клеммах вольтметром при оптимальном заряде. В процессе работы оно постепенно снижается.
Емкость АКБ
Характеристика, показывающая количество тока в миллиамперах или амперах, которое способен выдать аккумулятор за промежуток времени, выраженный в часах.
Мощность
Параметр, учитывающий способность АКБ совершить работу в единицу времени.
Как работает зарядное устройство аккумуляторов мобильных устройств
Сейчас все дорогие электронные устройства снабжаются собственными приборами питания и зарядки.
Для восстановления рабочих характеристик аккумуляторов, используемых индивидуально, выпускаются отдельные зарядные устройства. К ним прилагаются инструкции и таблицы с указанием рекомендованной продолжительности технологического цикла.
Такие модели обычно выдают стабилизированное напряжение на клеммы аккумулятора, у которого при зарядке постепенно меняется электрическое сопротивление, влияющее на величину протекающего тока. Поэтому подобные рекомендации носят усредненный характер.
Формы токов, создаваемые зарядными устройствами
Для зарядки аккумуляторов могут использоваться не только постоянные токи, но и многих других видов, которые решают специфические задачи.
Чтобы обеспечить их протекание создают различные электронные схемы, которые выдают на клеммы аккумулятора напряжение соответствующего вида.
Принципиальные схемы зарядных устройств
Ввиду их разнообразия приведем для примера некоторые типовые решения.
Схема создания постоянных токов
За счет трансформатора понижается напряжение. Его гармоника выпрямляется диодным мостом и пульсации сглаживаются конденсатором высокой емкости.
На выход в аккумулятор поступают токи постоянной величины.
Схема создания пульсирующих токов
Удалив из предыдущей цепочки конденсатор получаем пульсации напряжения на клеммах аккумулятора, которые формируют токи аналогичной формы.
Схема создания пульсирующих токов с промежутком
Заменив диодный мост единичным диодом получаем пульсации токов повышенной частоты в два раза.
Сервисные зарядные устройства
За счет усложнения внутренней электрической схемы создаются различные дополнительные функции для зарядных устройств.
Во всех расчетах величины зарядного тока Iз в амперах за базовое значение принимается эмпирическое соотношение, отсчитываемое в процентах от значения емкости С, выраженной ампер-часами.
Однако для определенных моделей производитель может указать ток зарядки сразу в числовом выражении амперами, которое не соответствует этому правилу. Понятно, что у него есть для этого серьёзные основания.
Свинцово кислотные АКБ
Принято для зарядки использовать токи, составляющие 10% или 0,1 от емкости С. Их записывают 1С.
Для этих аккумуляторов напряжение на единичной банки не должно превышать 2,3 V, что следует учитывать при зарядке батареи, чтобы не превышать критическую величину.
Набор емкости кислотных аккумуляторов после достижения 90% номинальной величины идет по экспоненте. Поэтому дальнейшую зарядку выполняют уменьшенными токами с контролем напряжения на банках, что увеличивает продолжительность процесса.
Свинцово кислотные АКБ нуждаются в периодическом проведении контрольного тренировочного цикла с полным разрядом и зарядом.
Щелочные АКБ
Для них принято ток заряда поддерживать на уровне 25% от емкости или 0,25С.
Никель-кадмиевые модели аккумуляторов
Оптимальная температура для зарядки, как и для работы, в пределах +10÷30 О С. При ней лучше происходит поглощение кислорода на катоде.
Аккумуляторы цилиндрической формы смонтированы плотной намоткой электродов в рулон. Это позволяет эффективно заряжать их токами в широких пределах 0,1÷1С. Стандартный режим предусматривает токи 0,1С и время 16 часов. На каждом элементе напряжение поднимается с одного до 1,35 V.
Если в зарядное устройство вмонтирована система контроля перезаряда, то применяют повышенные токи постоянной формы величиной 0,2÷0,3С. Это позволяет снижать время зарядки до 6 или 3-х часов. Даже допустим перезаряд в пределах 120÷140%.
Характерный недостаток никель-кадмиевых АКБ - эффект «памяти» или обратимая утеря емкости, которая проявляется при нарушениях технологии заряда, а точнее после начала подзарядки аккумулятора с не полностью израсходованной емкостью.
Аккумулятор «запоминает» границу оставшегося резерва и при последующем разряде на нагрузку сокращает свой ресурс при ее достижении. Эту особенность учитывают при эксплуатации, а для хранения Ni-Cd АКБ их переводят в режим полного разряда.
Никель-металл-гидридные модели аккумуляторов
Они создавались для замены никель-кадмиевых АКБ, лишены эффекта памяти, обладают повышенной емкостью. Но, при подготовке к работе после месячного или более срока хранения, требуется проведения цикла полного разряда с последующей зарядкой. Выполнив 3÷5 таких циклов можно увеличить рабочую емкость.
Для хранения этих аккумуляторов осуществляют перевод их емкости в 40% от номинальной величины.
Зарядка производится по технологии 0,1С для никель-кадмиевых АКБ, но с контролем температуры. Ее превышение более 50 О С недопустимо. Сильный нагрев возникает в конце цикла, когда протекание химических реакций замедляется.
По этим причинам для никель-металл-гидридных аккумуляторов создаются специализированные устройства зарядки с встроенными датчиками температуры.
Никель-цинковые модели аккумуляторов
Напряжение одной банки равно 1,6 V. Сила зарядного тока 0,25С. Время заряда 12 часов. Эффект памяти отсутствует. Рекомендуемый предел достижения емкости при заряде - 90% от номинальной.
Нельзя нагревать более 40 О С. Ограниченный ресурс - в три раза короче, чем у никель-кадмиевых АКБ.
Литий-ионные модели аккумуляторов
Оптимальная зарядка выполняется постоянным током в два этапа с величиной:
- 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
- поддержанием постоянного напряжения на банке 4,2 V до окончания цикла.
Допустима зарядка током 1С за время 2÷3 часа.
Ресурс литий-ионных аккумуляторов снижают:
- зарядное напряжение, большее 4,2 V;
- перезаряд, сопровождающий скопление лития на катоде и выделение кислорода на аноде.
В результате происходит бурный выброс тепловой энергии, повышение давления в корпусе, разгерметизация.
В целях повышения безопасности при эксплуатации производители этих АКБ применяют одно или несколько мер защиты при заряде:
- схему отключения зарядного тока при достижении температуры в корпусе 90 О С;
- датчик превышения давления;
- систему контроля напряжения при заряде.
Поскольку литий-ионный аккумулятор работает и заряжается внутри дорогих электронных устройств, то к его зарядке следует относиться аккуратно, применять только специализированные зарядные устройства.
Особенности зарядки по глубине разряда
Особенности зарядки по температуре
Правильный выбор этих параметров позволяет значительно продлить ресурс эксплуатации литий-ионных АКБ.
Литий-полимерные модели аккумуляторов
К ним подходят все правила эксплуатации, разработанные для литий-ионных моделей. Но, поскольку в них отсутствует жидкий электролит, а используется гелеобразный, то при перезарядке либо перегреве исключается взрыв корпуса, который может только раздуться.
Понимание принципов того, как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств поможет продлить ресурс ваших гаджетов, эксплуатировать их надежно и безопасно.
Для закрепления материала предлагаем посмотреть видеоролик владельца Admiral134 «Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы».
Вам сейчас удобно задать вопрос в комментариях и переслать этот материал друзьям в соц сети.
Частые короткие поездки с постоянными циклами запуска и остановки двигателя машины делают очень трудной работу заряженного аккумулятора, особенно, зимой, когда бóльшую часть времени работают печка, фары, разного рода подогревы: окон, зеркал, сидения, руля и т.п. Всё это потому, что последние очень прожорливы, и сильно разряжают его, в то время как генератор попросту не успевает зарядить аккумулятор, а стартер, запускающий двигатель, ставит последнюю точку, особенно, в случае, если используется слишком часто, и не оставляет практически никаких шансов такому разряженному аккумулятору выжить в таком небольшом частном мире прожорливых потребителей. Это мы, конечно, утрируем! Тем не менее, зимой (но и летом тоже) есть большой риск того, что однажды аккумулятору просто не хватит сил, чтобы в очередной раз запитать самый прожорливый к электричеству элемент машины - стартер, и машина не заведётся, в результате чего Вам придётся его "прикуривать" .
Но таких случаев можно избежать, если у Вас есть специальное зарядное устройство для аккумулятора - относительно дешёвый, но очень полезный аксессуар, который позволяет восполнить то, что не досталось аккумулятору от генератора - зарядить его. Но как зарядное устройство заряжает аккумулятор?
Так выглядит типичное зарядное устройство для аккумулятора
На самом деле, всё очень просто - оно использует электричество из розетки, чтобы зарядить аккумулятор с помощью положительного и отрицательного выводов, которые присоединяются на соответствующие клеммы аккумулятора, заряжая его. Средний автомобильный аккумулятор имеет ёмкость около 48 ампер/часов (А ч), и это означает, что полностью заряженный аккумулятор обеспечивает 1 ампер тока в течение 48 часов, 2 ампера в течение 24 часов, 8 ампер в течение 6 часов и так далее. И работа зарядного устройства заключается в передаче аккумулятору на хранение этих амперов, чтобы тот впоследствии отдавал их компонентам нашего автомобиля.
Обычно зарядное устройство заряжает аккумулятор на отметке 2 ампера, соответственно, тот же аккумулятор заряжается в течение 24 часов, чтобы пресытиться положенным ему 48 амперами, необходимыми для полной зарядки аккумулятора. Но существует также широкий спектр зарядных устройств с различными регулируемыми скоростями заряда на рынке - от 2 до 10 ампер. Чем выше заряд, тем быстрее аккумулятор зарядится. Быстрая зарядка, однако, чаще всего нежелательна, так как это может попросту сжечь пластины аккумулятора (Вы знаете, что это за пластины, если читали ).
Нагрузки, которые налагаются на аккумулятор, можно определить по количеству тока, используемого в различных электрических компонентах машины: например, фары с включенным ближним светом потребляют в среднем от 8 до 10 ампер, а обогрев заднего стекла примерно столько же.
Теоретически, полностью заряженный аккумулятор, не принимая ток от генератора, должен крутить стартер примерно в течение 10 минут, обеспечить работу фар в течение восьми часов, а обогрева заднего стекла в течение 12 часов. Однако, по мере разрядки аккумулятора это время значительно падает.
Среднестатистическое бытовое зарядное устройство для аккумулятора включает в себя трансформатор и выпрямитель, которые позволяют изменить 220 Вольт переменного тока из розетки в 12 Вольт постоянного тока, а также позволяют сети питания обеспечить зарядку с такой скоростью, которая определяется самим состоянием батареи. В случае, когда аккумулятора ещё достаточно новый, зарядное устройство может повысить силу тока до 3-6 Ампер, и, таким образом, такой аккумулятор зарядиться гораздо быстрее. А вот аккумулятор, который своё отработал, попросту не будет держать заряд вообще и потому даже не будет принимать зарядку от з/у.
Итак, как заряжать аккумулятор - инструкция по порядку
Прежде всего, аккумулятор необходимо снять с автомобиля, отсоединив 2 провода с отрицательным и положительным зарядом от соответствующих клемм аккумулятора (можно заряжать аккумулятор и непосредственно на месте под капотом, главное - отсоединить провода автомобиля от клемм, иначе можно лишиться генератора). Убедитесь, что все электрические приборы в автомобиле выключены (в том числе и ключ зажигания повёрнут в положение "Off", когда не горит ни одна лампочка на приборной паенли и не работает магнитола) - в противном случае при снятии и последующем соединении заряженного аккумулятора с проводами питания автомобиля, место контакта будет сильно искрить.
После снятия зачистите контакты клемм аккумулятора и проводов для лучшего контакта.
Подключение зарядного устройства
Перед процессом зарядки аккумулятора всегда проверяйте уровень электролита посредством специального мерного окошка на аккумуляторе. При необходимости долейте электролит и почистите и протрите клеммы аккумулятора.
Желательно помимо самого зарядного устройства иметь также такой прибор как ареометр - специальный несложный прибор для измерения плотности электролита. Так Вы сможете определить, когда аккумулятор зарядится (электролит перестанет изменять (повышать) свою плотность), хотя, скорее всего, Ваше зарядное устройство покажет Вам, когда аккумулятор будет полностью заряжен.
У большинства аккумуляторов как раз для процесса зарядки установлены специальные вентиляционные отверстия с крышками, закрывающими их. Эти крышки желательно удалить перед зарядкой.
Установите зажим (или любой другой способ крепления провода зарядного устройства к клеммам аккумулятора) положительного (+) провода от зарядного устройства - он, как правило, окрашен в красный цвет - на положительную клемму аккумулятора - она, как правило заметно больше, чем отрицательная. Таким же образом соедините отрицательный провод с отрицательной клеммой.
Подключите зарядное устройство к сети и включите его. Индикатор или датчик (амперметр) покажет, что аккумулятор на данный момент заряжается. Датчик вначале может показывать высокую скорость зарядки, но она должна постепенно падать в процессе, пока аккумулятор заряжается. Если на Вашем зарядном устройстве нет автоматического изменения силы тока, то Вам необходимо установить его вручную - максимальная его величина должна составлять 10% от его номинальной ёмкости, а оптимальная для зарядки - 5% - так, при ёмкости аккумулятора 60 А ч сила тока на з/у при зарядке должна быть выставлена в 3 Ампера, а если эта величина будет выставлена превышающей 6 Ампер, то это более вероятно повредит аккумулятор. Помните, что чем ниже сила тока, тем дольше будет заряжаться аккумулятор, но тем дольше будет срок его службы при периодических циклах зарядки-разрядки.
