Быстрые и ультрабыстрые зарядные устройства
- Категория: Поддержка по зарядным устройствам
- Опубликовано 01.05.2016 11:46
- Автор: Abramova Olesya
Ультрабыстрые зарядные устройства
Нигде ультрабыстрая зарядка не пользуется таким большим спросом, как в области электротранспорта. Подзарядка электромобиля за несколько минут по удобству будет сравнима с заполнением бака 50 литрами топлива, что эквивалентно 600 кВт/ч энергии. Такой большой показатель аккумулированной энергии несколько непрактичен для электрохимического источника энергии, так как в этом случае его вес составит порядка 6 тонн. Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют мощность 150 Вт/кг; энергия же ископаемого топлива относительно веса примерно в 100 раз больше. (Смотрите BU-1007: Конечная теплотворность).
Зарядка электромобиля всегда будет занимать больше времени, чем заполнение бака, а аккумулятор всегда будет поставлять меньше энергии на единицу веса в сравнении с ископаемым топливом. Попытка обойти законы природы путем ультрабыстрой зарядки в любом случае несет стресс, даже если аккумулятор разработан специально под такой тип зарядки. Мы должны понимать, что электрическая батарея – довольно медленное устройство по своей природе. Как и человек, электрохимические источники тока подвержены старению и с возрастом их характеристики ухудшаются.
Будь это аккумулятор для электромобиля, электровелосипеда, летающего объекта или портативного устройства, в любом случае для ультрабыстрой зарядки должны соблюдаться следующие условия:
-
Аккумулятор должен быть специально разработан под ультрабыструю зарядку, и его состояние должно быть хорошим.
-
Ультрабыстрая зарядка применяется только во время первой фазы зарядки. Зарядный ток должен быть снижен после достижения аккумулятором 70 процентов заряда.
-
Все электрические элементы в аккумуляторе должны быть сбалансированы и обладать ультранизким сопротивлением. Такие элементы в старых аккумуляторах часто имеют несоответствия по емкости или сопротивлению, что приводит к чрезмерным нагрузкам на более слабые элементы.
-
Ультрабыстрая зарядка может быть сделана только при комнатной температуре, так как низкие температуры замедляют химические реакции. Неспособность аккумулировать всю поставляемую зарядным устройством энергию приводит к газообразования, металлизации и нагреву.
Зарядные устройства Blue Power (Голландия)
| Blue Power IP20 | Blue Power IP65 | Blue Power IP67 |
 |
 |
 |
| 12/24В, 15-40А | 12/24В, 5-40А | 12/24В, 5-15А |
| Профессиональные портативные зарядные устройства для транспорта и энергетики с интеллектуальным адаптивным алгоритмом заряда. Также могут применяться как источники питания. | ||
Ультрабыстрое зарядное устройство можно сравнить с высокоскоростным поездом, который движется со скоростью 300 км/ч. И каким бы не был современным этот поезд, он в любом случае зависим от железнодорожного полотна, которое и регулирует возможную скорость. Таким же образом существует зависимость аккумулятора с зарядным устройством.
Рисунок 1: Ультрабыструю зарядку можно сравнить с высокоскоростным поездом. Можно сконструировать сверхбыстрый поезд, но его скорость все равно будет ограничена возможностями транспортных путей.
Правильно сконструированное ультрабыстрое зарядное устройство способно оценивать состояние аккумулятора и вносить коррективы в алгоритм зарядки исходя из его способности получать заряд. Зарядное устройство также должно включать в себя температурный датчик и другие элементы обеспечения безопасности, чтобы уменьшать ток заряда при определенных условиях и вовсе останавливать процесс зарядки, если аккумулятор не справляется с зарядными нагрузками.
“Умные” аккумуляторные батареи, работающие по SMBus (System Managment Bus) или другому протоколу, способны сами реагировать на ток заряда. SMBus контролирует состояние аккумулятора и прекращает зарядку в случае возникновения нештатной ситуации. Это может быть, к примеру, несоответствие элементов в аккумуляторе, которое потребует отдельной калибровки. Некоторые “умные” аккумуляторы при неисправности приостанавливают не только зарядку, но и даже свою эксплуатацию.
Максимальный ток заряда литий-ионного аккумулятора зависит от конструкции элемента, а не от материала катода, как это принято считать. Главными проблемами ультрабыстрой зарядки литий-ионной электрохимической системы является предупреждение оседания лития на аноде и контроль температуры аккумулятора. Тонкий анод из мелких частиц графита имеет высокую пористость и оптимизирован для ультрабыстрой зарядки из-за большой площади поверхности. Элементы, сконструированные с расчетом на мощностные показатели, могут заряжаться и разряжаться большими токами, но при этом плотность энергии довольно мала. Элементы, оптимизированные под емкость, имеют более толстый анод с меньшей пористостью, и скорость их заряда не должна превышать 1С.
Применяйте ультрабыструю зарядку только в случае необходимости. Хорошо разработанное ультрабыстрое зарядное устройство должно предлагать выбор времени заряда, чтобы пользователь сумел выбрать наиболее щадящий режим исходя из доступного времени. На рисунке 2 сравнивается время жизни литий-ионных аккумуляторов с различными значениями зарядного тока - 1С, 2С и 3С (С - емкость аккумулятора). Наилучшая долговечность обеспечивается при зарядке и разрядке силой тока ниже 1С; 0,8С - рекомендуемое значение.
Рисунок 2: Циклическая производительность литий-ионных аккумуляторов с силами тока зарядки разрядки 1С, 2С и 3С. Эксплуатация со значениями силы тока больше 1С сокращает срок службы аккумулятора. Используйте более медленную зарядку и разрядку аккумуляторов. Это правило относится ко всем электрическим батареям.
Зарядные устройства Victron Energy (Голландия)
| Phoenix Charger | Skylla-i | Skylla-TG |
 |
 |
 |
| 12/24В, 16-200А | 24В, 80-500А | 24/48В, 30-500А |
| Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления. | ||
Итоги
Все электрические батареи лучше работают при комнатной температуре и при умеренной зарядке и разряде. Такие требования к эксплуатации конечно же несколько не совпадают с современными потребностями, где необходима и быстрая зарядка и и обеспечение высокой мощности. Соответственно такие требования приводят к определенному износу аккумулятора, что сказывается на его сроке службы.
Если требования к быстрой зарядке и высоким нагрузочным характеристикам являются обязательными, то лучшим выбором будет прочный аккумулятор с элементами оптимизированными под мощностные показатели; недостатком такого выбора будет некоторое увеличение размеров и веса вследствие особенностей конструкции аккумулятора. Можно провести аналогию с тяжелым дизельным двигателем для грузовика вместо легкого форсированного двигателя для спортивного автомобиля. Большой дизельный двигатель будет иметь более долгий срок службы чем легкий форсированный, даже если оба имеют одинаковую мощность. В таблице 3 приведены зарядные характеристики аккумуляторов на основе свинца, никеля и лития.
| Marin GEL Range | Deep Cycle GEL Range | Solar GEL Range |
 |
 |
 |
| 10 - 12 лет / 800 циклов | 10 - 12 лет / 800 циклов | 10 - 12 лет / 800 циклов |
| для электромоторов лодок и катеров | для глубоких циклических разрядов | для солнечных электростанций |
