Metody ładowania

Rozwój technologii akumulatorów rozwija nową elektronikę, samochody elektryczne i energię odnawialną.Wiedza o tym, jak działają różne metody ładowania baterii, jest ważne dla uzyskania najlepszej wydajności i najdłuższej żywotności z baterii.W tym artykule dotyczy różnych metod ładowania, takich jak stałe napięcie (CV) i stały prąd (CC), ich kombinacje i nowe metody, takie jak ładowanie stałej mocy (CP).Obejmuje również zaawansowane techniki, takie jak ładowanie impulsów i innowacyjna metoda ładowania IUI zaprojektowana dla określonych rodzajów baterii.Każda metoda ma własne zalety i jest najlepsza do niektórych zastosowań, pokazująca szczegółowe potrzeby nowoczesnej technologii akumulatorów.Ten artykuł nie tylko wyjaśnia, jak działają te metody, ale także pokazuje, w jaki sposób są one używane w dzisiejszym świecie opartym na technologii i przygotowuje scenę, aby uzyskać szczegółowe spojrzenie na każdą metodę ładowania, jak działają, oraz postępy technologiczne, które wciąż zmieniają dziedzinęŁadowanie baterii.

Katalog

Rysunek 1: Działa ładowania baterii

Stałe ładowanie napięcia

Ładowanie stałego napięcia (CV) jest metodą, w której napięcie przyłożone do akumulatora pozostaje ustalone przez cały proces ładowania.Różni się to od ładowania prądu stałego (CC), w którym prąd jest utrzymywany na stałym poziomie, podczas gdy napięcie się zmienia.W ładowaniu CV akumulator jest ładowany, aż osiągnie z góry określony poziom napięcia.W tym momencie napięcie jest utrzymywane, a prąd maleje, gdy akumulator zbliża się do pełnego naładowania.Ta metoda zapewnia, że ​​napięcie pozostaje w bezpiecznym zakresie, zapobiegając przeładowaniu i potencjalnym uszkodzeniu baterii.

Ta metoda ładowania wymagana na końcowym etapie ładowania akumulatorów litowo-jonowych.Zapewnia precyzyjną kontrolę napięcia, zapewniając, że każde ogniwo w pakiecie akumulatora osiąga optymalny poziom ładowania bez przekraczania maksymalnego limitu napięcia, który może zaszkodzić chemii i żywotności baterii.

Rysunek 2: Wykres ładowania stałego napięcia (CV)

Jak działa stałe napięcie (CV)?

Oto szczegółowy podział fazy ładowania CV:

Podczas fazy stałego prądu (CC) akumulator ładuje się, aż osiągnie określony próg napięcia, zbliżony do maksymalnej pojemności (około 4,2 woltów na ogniwo dla większości akumulatorów litowo-jonowych).

Po osiągnięciu tego progu obwód ładowania przechodzi z trybu CC do CV.Następnie ładowarka stosuje stałe napięcie do akumulatora.

Na początku fazy CV prąd ładowania jest wysoki.Gdy napięcie komórkowe zbliża się do napięcia ładowarki, prąd stopniowo maleje.Dzieje się tak, ponieważ potencjalna różnica między ładowarką a baterią zmniejsza się, naturalnie ograniczając prądowy przepływ zgodnie z prawem Ohma.

Gdy bateria nadal się ładuje, do utrzymania napięcia wymagane jest mniej prądu.Ten zmniejszający się prąd wskazuje, że bateria zbliża się do pełnej naładowania.

Proces ładowania kończy się, gdy prąd spada do niewielkiej części początkowej szybkości ładowania, często około 10% prądu początkowego.Ten spadek obecnych sygnałów, że bateria jest w pełni naładowana.

Stałe ładowanie prądu

Ładowanie prądu stałego (CC) to metoda ładowania akumulatora, w której prąd stały jest dostarczany do akumulatora, aż osiągnie określony poziom napięcia.W przeciwieństwie do ładowania stałego napięcia (CV), w którym napięcie pozostaje stałe, a prąd maleje wraz z ładowaniem akumulatora, ładowanie CC utrzymuje stały prąd przez cały proces ładowania.Ten prąd jest określony przez producenta baterii lub określony na podstawie charakterystyki baterii.W miarę wzrostu stałego prądu do akumulatora wzrasta jego napięcie.Gdy akumulator osiągnie wyznaczony próg napięcia, metoda ładowania może przełączyć się na stałe ładowanie napięcia w celu wypełnienia cyklu, zapewniając pełne naładowanie akumulatora bez nadmiernego ładowania.

Podstawową zasadą ładowania CC polega na utrzymaniu prądu do stałej baterii w całej fazie ładowania.Osiąga się to za pomocą obwodów lub urządzeń regulacji prądu, które monitorują i regulują bieżące wyjście, aby pasowały do ​​pożądanego poziomu.Ta metoda zapewnia wydajne przenoszenie energii i minimalizuje naprężenie ogniw akumulatorowych.Stałe ładowanie prądu jest szeroko stosowane w różnych zastosowaniach, w tym elektronice konsumpcyjnej, pojazdach elektrycznych i urządzeniach przemysłowych, ze względu na jej prostotę i skuteczność w bezpiecznym i niezawodnym ładowaniu akumulatorów.

Rysunek 3: Wykres stałego ładowania prądu

Pojawiające się technologie w ładowaniu prądu stałego akumulatora (CC)

Postępy w tej dziedzinie wynikają z potrzeby bardziej wydajnych, szybszych i bezpieczniejszych rozwiązań ładowania, koncentrując się na innowacyjnych materiałach, systemach zarządzania akumulatorami i inteligentnym algorytmom.Poniżej znajduje się angażujący przegląd tych nowych technologii:

Kategoria	Technologia	Opis	Korzyści
Materiały elektrody	Anody krzemu	Krzem może przechowywać dziesięć razy więcej litu Jony niż grafit, co prowadzi do wyższej gęstości energii i szybszego ładowania.	Wyższa gęstość energii, szybsze ładowanie
	Anody litowe	Litowy metal oferuje wyższą pojemność, ale Stwarza ryzyko zwarć z dendrytów.Rozwiązania obejmują Advanced Elektrolity i projekty stanu stałego.	Wyższa pojemność, zwiększone bezpieczeństwo
Systemy zarządzania akumulatorami (BMS)	Adaptacyjne ładowanie CC	Monitoruje ładunek każdej komórki, temperatura, i zdrowie, dostosowując prąd w czasie rzeczywistym za pomocą uczenia maszynowego i Zaawansowane algorytmy.	Zoptymalizowana wydajność, przedłużona bateria życie
Ładowanie bezprzewodowe CC	Rezonansowe sprzężenie indukcyjne i Rezonans magnetyczny	Techniki, które pozwalają na wydajną energię Przenieś na krótkie odległości bez fizycznych złączy, teraz skalowanie W przypadku większych aplikacji, takich jak EV.	Bezproblemowe, szybkie uzupełnienie energii dla EV
Nanotechnologia	Nanorurki węglowe i grafen	Nanostrukturalne materiały z wyjątkowymi Przewodność elektryczna i powierzchnia, włączone do akumulatora Elektrody w celu skrócenia czasu ładowania i poprawy trwałości.	Szybsze ładowanie, ulepszona bateria trwałość
	Hybrydowe systemy superkapacitor-batteri	Połączenie superkapacitorów dla szybkiego Ładowanie podczas fazy CC za pomocą akumulatorów do magazynowania energii.	Wysoka moc i gęstość energii, szybkie Możliwości ładowania
Oprogramowanie i kontrola	Modelowanie AI i predykcyjne	Używa ogromnej analizy danych do ustalenia Optymalne parametry ładowania, uczenie się z poprzednich cykli w celu udoskonalenia ładowania Profile i zapobiegają przeładowaniu i przegrzaniu.	Szybsze, bezpieczniejsze i bardziej wydajne ładowanie
Integracja IoT	Ładowarki i akumulatory z obsługą IoT	Umożliwia komunikację między ładowarami, baterie i scentralizowane systemy w celu optymalizacji harmonogramów ładowania i monitorowania Zdrowie baterii w czasie rzeczywistym.	Oszczędności kosztów, równoważenie obciążenia siatki, Monitorowanie w czasie rzeczywistym dla długowieczności i niezawodności baterii
Regulacja i standaryzacja	Wysiłki regulacyjne i standaryzacyjne	Ustanawia wytyczne dotyczące bezpiecznych i Skuteczne wdrożenie nowych technologii ładowania CC, zapewniającym Kompatybilność i bezpieczeństwo w różnych zastosowaniach i producentach.	Ułatwia integrację rynku, zapewnia Bezpieczeństwo i zgodność

Hybrydowe ładowanie napięcia/stałego prądu (CVCC)

Hybrydowe ładowanie CVCC (stałe napięcie, stały prąd) to nowoczesny sposób ładowania baterii.Wykorzystuje zarówno techniki stałego napięcia, jak i stałego prądu, aby poprawić proces ładowania.Głównym celem hybrydowego ładowania CVCC jest uczynienie baterii dłużej, bezpieczne ładowanie i wydajne działanie.Ta metoda jest przydatna w przypadku samochodów elektrycznych, gadżetów konsumenckich i magazynowania energii odnawialnej.

Tradycyjne ładowanie przez cały czas wykorzystuje stały napięcie lub stały prąd.W ładowaniu stałego prądu (CC) akumulator otrzymuje stały prąd, aż osiągnie określone napięcie.Podczas ładowania stałego napięcia (CV) akumulator uzyskuje stałe napięcie, podczas gdy prąd powoli maleje wraz z napełnianiem akumulatora.Hybrydowe ładowanie CVCC łączy te dwa sposoby rozwiązania swoich problemów i wykorzystania ich mocnych stron.

Cel hybrydowych ładowania CVCC jest trzykrotnie.Po pierwsze, ma na celu skrócenie czasu ładowania przy jednoczesnym wypełnianiu baterii do maksymalnej pojemności.Jest to bardzo ważne w przypadku samochodów elektrycznych, które wymagają szybkiego ładowania, aby skrócić przestoje.Po drugie, pomaga baterii trwać dłużej, unikając przeładowania i przegrzania, powszechnych problemów z tradycyjnym ładowaniem.Przez dokładnie kontrolowanie napięcia i prądu hybrydowe ładowanie CVCC zmniejsza zużycie ogniw akumulatorowych.Na koniec ta metoda zwiększa efektywność energetyczną, upewniając się, że zasilanie dostarczane do akumulatora jest zoptymalizowane, zmniejszając utratę energii i lepsze wykorzystanie dostępnej mocy.

Rysunek 4: Wykres ładowania CVCC

Jak działa hybrydowe stałe napięcie/stały prąd (CVCC)?

Faza początkowa: prąd wysoki

Metoda ładowania hybrydowego napięcia/stałego prądu (CVCC) rozpoczyna się od ładowania akumulatora wysokim prądem.Podczas tej fazy system ładowania zapewnia spójny, wysoki prąd baterii bez względu na jego napięcie.Takie podejście szybko ładuje baterię do poziomu pojemności w krótkim czasie.Wymagana jest faza wysokiego prądu, aby szybko doprowadzić baterię do użytecznego stanu.

Gdy akumulator pochłania prąd przychodzący, jego napięcie wzrasta.System ładowania monitoruje napięcie i prąd akumulatora, aby upewnić się, że granice bezpieczeństwa nie zostaną przekroczone.Ta faza jest skuteczna w przypadku akumulatorów zdolnych do obsługi danych wejściowych o wysokim prądu bez uszkodzenia lub nadmiernego ciepła.Czas trwania tej fazy różni się w zależności od rodzaju baterii i pojemności, ale ma na celu szybkie naładowanie akumulatora do określonego poziomu napięcia.

Faza przejściowa: stopniowe zmniejszenie prądu

Gdy napięcie baterii zbliża się do celu, system ładowania przechodzi na drugą fazę, w której prąd zmniejsza się.Gdy akumulator osiągnie określony próg napięcia, system zmniejsza prąd, zachowując stałą napięcie.Pomaga to zapobiec przeładowaniu i zmniejsza obciążenie ogniw akumulatorowych.

Faza przejściowa wymaga równowagi między utrzymaniem stałego napięcia a zapewnieniem prądu pozostania w bezpiecznych poziomach.System wykorzystuje algorytmy i mechanizmy sprzężenia zwrotnego do monitorowania stanu akumulatora i regulacji prądu.Celem jest zbliżenie baterii do pełnej pojemności przy jednoczesnym minimalizowaniu ryzyka o nadmiernej ładowaniu.Ta faza dopracowuje wprowadzanie energii, aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo ładowania.

Faza końcowa: osiągnięcie celu napięcia

W końcowej fazie system ładowania utrzymuje stałe napięcie, jednocześnie umożliwiając zmniejszenie prądu do zera.Gdy akumulator zbliża się do pełnego naładowania, prąd musi utrzymać stałe napięcie zmniejsza się.Ta faza zapewnia pełne naładowanie akumulatora bez przeładowania lub powodowania uszkodzenia.

Utrzymanie stałego napięcia w tej fazie pozwala akumulatorowi bezpieczne i wydajne wypełnienie cyklu ładowania.System ładowania nadal monitoruje napięcie i prąd akumulatora, dokonując regulacji w czasie rzeczywistym, aby utrzymać stabilność napięcia.Gdy prąd osiągnie minimalny poziom lub zero, proces ładowania jest zakończony, a bateria jest w pełni naładowana.

Ta ostatnia faza maksymalizuje pojemność naładowania i gotowości baterii do użytku.Kontrolując napięcie i prąd w całym procesie, hybrydowa metoda CVCC zapewnia niezawodny i wydajny sposób ładowania akumulatorów, zwiększenie wydajności i przedłużanie życia.

Stałe ładowanie mocy

Stałe ładowanie mocy wykorzystuje dynamiczne podejście.Zaczyna się od wysokiego prądu, gdy napięcie akumulatora jest niskie i zmniejsza prąd wraz ze wzrostem napięcia.Ta metoda dostosowuje dostarczanie mocy w oparciu o stan baterii, maksymalizując wydajność ładowania i zmniejszając naprężenie baterii.

Stałe ładowanie mocy jest techniką stosowaną głównie do ładowania akumulatorów, w których moc wejściowa jest utrzymywana na stałym cyklu ładowania.Moc, zdefiniowana jako szybkość transferu energii, jest obliczana przez pomnożenie napięcia (v) i prądu (i) (p = v x i).W tej metodzie, wraz ze wzrostem napięcia akumulatora, prąd jest regulowany, aby zapewnić, że moc pozostaje stała.Takie podejście optymalizuje początkowe fazy, gdy bateria może bezpiecznie zaakceptować wyższe prędkości transferu energii bez przegrzania lub stresu.

Rysunek 5: Wykres stałego prądu a stałego ładowania mocy

Jak różni się od innych metod ładowania?

Stałe ładowanie mocy różni się od bardziej powszechnych metod, takich jak stały prąd (CC) i ładowanie stałego napięcia (CV).Podczas ładowania stałego prądu ładowarka podaje stały prąd akumulatora, nawet gdy zmienia się napięcie.Działa to początkowo dobrze, ale staje się mniej wydajne, ponieważ bateria staje się pełniejsza, może powodować zbyt duże napięcie i obciążać akumulator.

Stałe ładowanie napięcia ustawia ładowarkę na stałe napięcie, a prąd maleje wraz z wypełnieniem akumulatora.Pomaga to uniknąć przeładowania i zapewnia ładowanie akumulatora bez przekraczania limitu napięcia.

Stałe ładowanie mocy próbuje połączyć dobre punkty obu metod.Dostosowuje zarówno prąd, jak i napięcie, aby utrzymać poziom mocy stały.Może to początkowo szybko naładować akumulator, podobnie jak stały prąd, a następnie zwolnić wraz ze wzrostem napięcia akumulatora, jak stałe napięcie.Ta metoda pomaga zarządzać obciążeniem baterii, dzięki czemu jest dobrym wyborem dla rzeczy, które wymagają szybkiego ładowania i długiej żywotności baterii, takich jak samochody elektryczne i urządzenia o dużej pojemności.

Ładowanie stałego napięcia mocy (CPCV)

Stałe napięcie mocy (CPCV) łączy dwie metody: stałe napięcie (CV) i stałą moc (CP).W trybie CV ładowarka utrzymuje napięcie stabilnie, aby uniknąć przeładowania akumulatora, gdy jest prawie pełna.W trybie CP, używanym na początku, ładowarka zapewnia moc ze stałą prędkością do szybkiego ładowania, zarządzając ciepłem i napięciem akumulatora.

Ta metoda zaczyna się od stałej mocy, aby szybko dostarczać energię przy wysokich prądach, gdy napięcie akumulatora jest niskie.Gdy akumulator zbliża się do pełnego naładowania, przesuwa się na stałe ładowanie napięcia, aby udoskonalić proces i zapobiec przepięciu.Strategia ta jest skuteczna w szybkim ładowaniu akumulatorów do znacznej pojemności przed optymalizowaniem końcowych etapów ładowania, zapewniając wydajność i bezpieczeństwo.

CPCV działa z różnymi rodzajami baterii, takich jak litowo-jonowe, które wymagają starannego ładowania.System przełącza się między CP i CV na podstawie poziomu ładowania baterii i innych czynników.

Rysunek 6: Wykres ładowania stałej mocy (CPCV)

Rodzaje baterii i urządzeń, które najbardziej korzystają z ładowania CPCV

Akumulatory najlepiej odpowiednie do ładowania CPCV

Ładowanie CPCV (stałe napięcie mocy) jest korzystne dla akumulatorów litowo-jonowych (litowo-polimerowych (LIPO).Te typy baterii są powszechne w nowoczesnych urządzeniach zaawansowanych technologicznie.Ładowanie CPCV zaczyna się od stałej fazy mocy, w której akumulator szybko pochłania dużo energii bez uderzenia zbyt wcześnie.Gdy akumulator osiągnie określone napięcie, ładowanie przesuwa się na fazę stałego napięcia, utrzymując stabilne napięcie do bezpiecznego ukończenia procesu ładowania bez podkreślenia lub przegrzania akumulatora.

Urządzenia, które zyskują z ładowania CPCV

• Smartfony i tablety: Te gadżety wymagają szybkiego i wydajnego ładowania, aby zwiększyć żywotność i wydajność baterii.

• Laptopy: Podobnie do smartfonów, laptopy korzystają z szybkiego, ale bezpiecznego ładowania, pomagają utrzymać zdrowie baterii w celu przedłużonego użytku w zakresie zasilania baterii.

• Pojazdy elektryczne (EV): EV mają duże pakiety akumulatorów, które korzystają z ładowania CPCV.Metoda szybko ładuje akumulator na wysoki poziom przed przejściem na stałe napięcie, aby bezpiecznie zakończyć proces.

• Narzędzia elektronarzędzi: baterie o dużej pojemności w elektronarzędzi można szybko i bezpiecznie ładować za pomocą CPCV, skracanie przestojów i zapewnienie gotowości narzędzi do użycia.

Ładowanie pulsu

Ładowanie impulsów jest metodą stosowaną do ładowania akumulatorów poprzez zastosowanie serii wysokiego prądu, a następnie okresy odpoczynku bez prądu lub krótkiego rozładowania.W przeciwieństwie do tradycyjnych metod wykorzystujących stały strumień prądu, ładowanie impulsów obejmuje cykle ładowania i odpoczynku.Ta technika ma na celu powtórzenie naturalnych procesów ładowania występujących w systemach biologicznych, optymalizowanie równowagi między wkładem energii a stabilnością chemiczną baterii.

Metodę tę można dostosować do różnych rodzajów akumulatorów, takich jak kwas ołowiowy, nikiel-kadm (NICD), nikiel-metal (NIMH) i akumulatory litowo-jonowe.Każdy typ może wymagać unikalnych konfiguracji impulsów, w tym zmian siły impulsu, czasu trwania i okresów odpoczynku.

Pulse ładując jedną wielką korzyść jest to, że zmniejsza tworzenie dendrytów w akumulatorach litowo-jonowych.Dendryty to struktury przypominające igłę, które mogą tworzyć się podczas ładowania i powodować zwarcia, zmniejszając żywotność i bezpieczeństwo baterii.Natura ładowania impulsów zatrzymuje się i startować, pomaga kontrolować, w jaki sposób litowe osady na elektrodach, obniżając ryzyko utworzenia dendrytów.

Ładowanie impulsów może poprawić wydajność baterii i żywotność, zmniejszając wytwarzanie ciepła podczas ładowania.Pomaga to utrzymać akumulator w odpowiedniej temperaturze, zachowuje jej pojemność i przedłuża jej żywotność.Jest to ważne w przypadku akumulatorów o dużej pojemności w pojazdach elektrycznych i przenośnym urządzeniu elektronicznym.

Ładowanie impulsów może również przyspieszyć proces ładowania bez uszkodzenia akumulatora.Umożliwia szybsze przywracanie energii w porównaniu do ciągłego ładowania prądu i pomocne dla aplikacji, które wymagają szybkiego czasów ładowania, takich jak systemy zasilania awaryjnego lub podczas krótkich przystanków samochodowych.

Rysunek 7: Ładowanie pulsu akumulatora litowo -jonowego

Jak działa ładowanie pulsu？

Ładowanie pulsu jest zaawansowaną metodą ładowania akumulatorów, której celem jest poprawa wydajności i długości życia akumulatorów, takich jak nikiel-kadm (NICD), wodorek niklowo-metalu (NIMH) i litowo-jonowy (litowo-jonowy (lit-jon).W przeciwieństwie do tradycyjnego ładowania ciągłego prądu stałego (DC), ładowanie impulsów zapewnia ładunek w krótkim, kontrolowanym wybuchom lub impulsom.Ta metoda optymalizuje proces ładowania i rozwiązuje typowe problemy z baterią, takie jak przegrzanie i „efekt pamięci” w akumulatorach NICD.

Ładowanie impulsów poprzez przerywane nakładanie wyższego prądu na baterię na krótki okres, a następnie okres odpoczynku bez prądu.Impulsy te zmniejszają ogólne naprężenie termiczne na baterii, umożliwiając rozpraszanie ciepła w okresach odpoczynku, minimalizując wzrost temperatury i potencjalne uszkodzenie.

Ładowarki impulsowe używają dwóch głównych rodzajów impulsów:

• Pulsy ładowania: impulsy o wysokim prądu, które szybko ładują akumulator.Amplituda, czas trwania i częstotliwość tych impulsów różnią się w zależności od rodzaju i stanu akumulatora.

• Impulsy wyładowań: Czasami przeplatane impulsami ładowania pomagają niszczyć elektrolit akumulatora i zmniejszyć efekt pamięci w akumulatorach NICD.

Ładowarka kontroluje czas trwania impulsów ładowania i odstępów między nimi za pomocą mechanizmów sprzężenia zwrotnego, które monitorują parametry akumulatora, takie jak napięcie i temperatura.Ta informacja zwrotna umożliwia ładowarce dostosować proces ładowania, zwiększając akceptację ładunku baterii i ogólne zdrowie.

Tricle Ładowanie

Tricle Ładowanie to technika stosowana do utrzymywania pełnego naładowania akumulatorów podczas unikania przeładowania.Działa poprzez dostarczanie małego, spójnego przepływu energii elektrycznej do akumulatora, odpowiadając jej naturalnej szybkości samozapisania.Ta metoda jest przydatna dla urządzeń, które nie są często używane, zapewniając, że pozostają one naładowane i gotowe bez szkody zdrowia baterii.

Proces ten stosuje minimalny, ciągły prąd, idealny do utrzymania ładunku baterii przez długi czas.Powolna szybkość ładowania utrzymuje baterię zdrowotną i gotową do użycia, nawet przy pełnym naładowaniu.Choć korzystne dla akumulatorów rezerwowych, nie jest to zalecane dla akumulatorów NIMH i litowo-jonowych, ponieważ można je uszkodzić przez przedłużające się ładowanie na niskim poziomie.

Głównym celem ładowania napływu jest utrzymanie baterii na optymalnym ładowaniu w nieskończoność.Proces ładowania struktury obejmuje staranne regulację prądu elektrycznego wpływającego do akumulatora.Ładowarka najpierw sprawdza napięcie akumulatora, aby zdecydować, ile prądu zapewnić.Jeśli napięcie jest poniżej celu, ładowarka dostarcza wyższy prąd, aby go ładować.Po osiągnięciu napięcia docelowego ładowarka przechodzi na niższy, stały prąd, który odpowiada szybkości samozadowolenia baterii.Takie podejście utrzymuje w pełni naładowanie baterii bez ryzyka przeładowania, przedłużenia jej żywotności i wydajności.

Rysunek 8: Ładowanie akumulatorów naprzód

Przydatność dla różnych rodzajów baterii i aplikacji

Baterie kwasowe ołowiu: Odpowiednie są zarówno ładowanie pływakowe, jak i pulsowe.Ładowanie pływaków jest często preferowane do zastosowań stacjonarnych, takich jak systemy awaryjne.

Baterie niklu-kadm: te akumulatory mogą wykorzystywać ładowanie impulsowe, jak i pływakowe, korzystne, gdy obciążanie jest problemem.

Baterie litowo-jonowe: nie nadają się do ładowania strużki ani pływaków ze względu na ich wrażliwość na nadmierne ładowanie.Ładowanie impulsowe, z kontrolowanymi seriami i odpowiednimi obwodami, lepiej nadaje się do ochrony i utrzymywania akumulatorów litowo-jonowych.

Ładowanie wieloetapowe stały prąd (MCC)

Ładowanie wieloetapowego prądu stałego (MCC) jest zaawansowaną techniką ładowania ogniw akumulatorowych, zwłaszcza akumulatorów litowo-jonowych i ołowiowych.Ta metoda obejmuje odrębne etapy ładowania stałego prądu, każda dostosowana do różnych faz cyklu ładowania baterii.Głównym celem ładowania MCC jest zwiększenie zdrowia baterii i długowieczności poprzez regulację prądu dostarczonego na różnych etapach procesu ładowania.

W pierwszym etapie stosuje się wyższy prąd stały, aby szybko naładować akumulator do części jej pojemności.Ta faza, znana jako ładowanie masowe, skutecznie zwiększa poziom ładowania baterii.

Gdy bateria osiąga pewne progi napięcia, system ładowania przesuwa się na etapy o niższych prądach.Etapy te zapewniają drobniejszą kontrolę, zapobiegając przeładowaniu i zmniejszaniu naprężeń ogniw akumulatorowych.Ta staranna modulacja pomaga utrzymać żywotność i wydajność baterii.

Rysunek 9: Wykres wieloetapowego ładowania stałego prądu (MCC)

Zalety ładowania MCC

Aspekt	Ładowanie MCC
Bateria Zdrowie	Minimalizuje stres podczas ładowania
Aktualny Modyfikacja	Dostosowuje się na podstawie poziomu ładowania baterii
Przegrzanie Zapobieganie	Zmniejsza prąd wraz ze wzrostem ładunku do Zapobiegaj przegrzaniu
Bateria Długowieczność	Zwiększa ogólne zdrowie i długowieczność
Temperatura Kierownictwo	Utrzymuje temperaturę w optymalnych zakresach
Woltaż Kierownictwo	Zapobiega nadmiernemu naprężeniom napięcia
Efektywność	Szybko oskarży się bez poświęcania bezpieczeństwo
Pojemność i stabilność	Utrzymuje wyższą pojemność i stabilność Przez długość życia
Aplikacja Stosowność	Nadaje się do różnych aplikacji (elektronika, pojazdy)

Obecne ładowanie stożkowe

Ładowanie prądu stożkowego, pochodzące z metody stałego napięcia, zmniejsza prąd ładowania wraz ze wzrostem napięcia akumulatora.Ta prostsza metoda wymaga starannego monitorowania, aby zapobiec przeładowaniu, szczególnie w akumulatorach zamkniętych ołowiu, aby uniknąć degradacji lub awarii.

Gdy akumulator ładuje się, jego odporność wewnętrzna wzrasta i może powodować wyższe temperatury i możliwe uszkodzenia, jeśli początkowy prąd wysokiego ładowania jest taki sam.Zmniejszając prąd, ładowarka zapewnia, że ​​bateria staje się mniejsza, ponieważ ładuje się więcej, obniżając ryzyko przegrzania i przedłużenia żywotności baterii.

W porównaniu z innymi metodami ładowania baterii ładowanie prądu stożkowego jest prostsze i często bezpieczniejsze.Różni się od bardziej złożonych technik, takich jak ładowanie impulsowe lub ładowanie prądu stałego/stałego napięcia (CC/CV) stosowane w akumulatorach litowo-jonowych.Metody te mogą ładować baterie szybciej i wydajniej, ale potrzebują bardziej zaawansowanych systemów do bezpiecznego kontrolowania procesu ładowania.

Ładowanie burp

Znany również jako ładowanie impulsów odruchowych lub ujemne, ładowanie BURP obejmuje krótkie impulsy rozładowania podczas odpoczynku ładowania.Ładowanie BURP to metoda stosowana w celu zwiększenia długowieczności i wydajności akumulatorów niklu, takich jak akumulatory niklu-kadm (NICD) i nikiel-metal (NIMH).Ta technika obejmuje krótko przerywanie procesu ładowania za pomocą impulsów z krótkim rozładowaniem.Te krótkie zrzuty uwalniają pęcherzyki gazowe, które gromadzą się w ogniwach akumulatorowych podczas normalnego ładowania.To wydanie, często nazywane „Butping”, zapobiega gromadzeniu ciśnienia i zmniejsza efekt pamięci, stan, który może zmniejszyć pojemność i żywotność baterii, jeśli jest wielokrotnie ładowana bez pełnego rozładowania.

Rysunek 10: Schemat ładowania burp

Jak działa ładowanie Burp？

Oto jak to działa i dlaczego jest to korzystne:

Podczas ładowania akumulatory te mogą tworzyć pęcherzyki gazowe na elektrodach, blokując przepływ energii elektrycznej.Ładowanie Burp obejmuje krótkie zrzuty lub „bekanie”, które pomagają w przekupie tych bąbelków, utrzymując płynne przepływ energii elektrycznej.

Krótkie zrzuty pomagają utrzymać wewnętrzne środowisko stabilnego baterii.Zmniejszenie gromadzenia się gazu i ciśnienia wewnętrznego, ładowanie burp zapewnia bardziej równy rozkład ładowania w baterii.

Ładowanie BURP zmniejsza ryzyko przeładowania i przegrzania, powszechnych problemów z tradycyjnymi metodami ładowania.To sprawia, że ​​proces ładowania jest szybszy i zapewnia ładowanie akumulatora w pełni i równomiernie.

Zapobiegając gromadzeniu się gazu i przegrzaniu, ładowanie BURP pomaga utrzymać wewnętrzne komponenty akumulatora.Prowadzi to do dłuższej żywotności dla baterii.

Ładowanie IUI

Ładowanie IUI jest nowoczesną metodą szybkiego ładowania standardowych zalanych akumulatorów ołowiowych.Obejmuje trzy fazy: początkowa faza prądu stałego do momentu osiągnięcia ustawionego napięcia, stałym fazą napięcia, w której prąd maleje aż do kolejnego poziomu wstępnego, oraz końcowy powrót do stałego prądu.Takie podejście zapewnia nawet ładowanie wszystkich komórek, maksymalizując wydajność i żywotność.

Metoda ładowania IUI jest korzystna dla standardowych zalanych akumulatorów ołowiowych, ponieważ zapewnia nawet ładowanie wszystkich ogniw, dobre do utrzymania optymalnej wydajności i przedłużenia ogólnej żywotności baterii.IUI ładowanie kontroluje prąd i napięcie, aby zapobiec przeładowaniu lub niedostatecznym ładowaniu, zmniejszając ryzyko awarii baterii.Skraca również czas ładowania, czyniąc go wydajnym i praktycznym dla wielu zastosowań.

Rysunek 11: Schemat ładowania IUI

Ładowanie pływaków

Ładowanie float to technika stosowana głównie z akumulatorami ołowiu w systemach zasilania awaryjnego.Ta metoda obejmuje podłączenie akumulatora i obciążenia do stałego źródła napięcia.Napięcie jest utrzymywane tuż poniżej maksymalnej pojemności baterii.Ta staranna kontrola napięcia zapobiega przeładowaniu i zapewnia, że ​​akumulator jest zawsze gotowy do użycia.

Praktycznie ładowanie pływaków utrzymuje akumulator w pełni gotowy bez ryzyka przeładowania.Stałe źródło napięcia równa naturalnemu samozadowoleniu baterii, utrzymując ładunek na optymalnym poziomie.Ta metoda jest bardzo przydatna w systemach, w których bateria musi być gotowa w dowolnym momencie, takich jak zasilacze nieprzerwane (UPS), oświetlenie awaryjne i generatory gotowości.

Korzystanie z ładowania zmiennoprzecinkowego pomaga utrzymać niezawodność baterii, upewniając się, że może zapewnić zasilanie w razie potrzeby.Zmniejsza również potrzebę częstej konserwacji i monitorowania, co czyni go praktycznym i wydajnym sposobem na przygotowanie systemów energii awaryjnej.

Rysunek 12: Schemat ładowania pływaka

Losowe ładowanie

Losowe ładowanie jest metodą stosowaną, gdy zasilacz jest niewiarygodny lub bardzo się zmienia.Dzieje się tak często w sytuacjach takich jak pojazdy ze zmieniającymi się prędkością silnika lub panele słoneczne dotknięte pogodą.

W pojazdach prędkości silnika mogą się znacznie różnić, powodując nieregularne moc wyjściowa, która utrudnia prawidłowe naładowanie baterii.Podobnie panele słoneczne wytwarzają energię elektryczną na podstawie światła słonecznego i mogą się szybko zmieniać z powodu chmur lub pory dnia.Zmiany te mogą obciążać akumulatory, jeśli nie są zgodne z prawem.

Aby poradzić sobie z tymi problemami, losowe ładowanie wykorzystuje specjalne techniki do zarządzania warunkami ładowania zmiennych.Obejmują one zaawansowane algorytmy i inteligentne systemy ładowania, które dostosowują się do zmian w czasie rzeczywistym do zasilania.Dzięki ciągłemu monitorowaniu mocy wejściowej i dostosowaniu procesu ładowania, systemy te chronią baterię przed uszkodzeniem spowodowanym przez wahania mocy.

Losowe ładowanie zapewnia również, że bateria działa dobrze i trwa dłużej, nawet z niespójnym źródłem zasilania.Zapobiega przeładowaniu podczas przypływów mocy i upewnia się, że jest wystarczające ładowanie podczas upływu mocy.

Rysunek 13: Wykres losowego ładowania

Wniosek

Badanie różnych sposobów ładowania akumulatorów pokazuje, jak ważna jest poprawa technologii akumulatorów w celu zaspokojenia rosnących potrzeb nowoczesnych urządzeń i systemów.Podstawowe metody, takie jak stały napięcie i stały prąd, a także bardziej zaawansowane techniki, takie jak hybrydowe CVCC i stałe ładowanie mocy, każda z nich ma własne zalety i są najlepsze dla określonych rodzajów baterii i zastosowań.Postęp w materiałach do elektrod, systemów zarządzania akumulatorami i wykorzystanie inteligentnych technologii są ważne dla poprawy i bezpieczniejszych akumulatorów.Przyszłość ładowania baterii zależy od opracowania i wykorzystywania tych technologii, aby zapewnić, że są one zrównoważone, wydajne i niezawodne.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jakie są trzy główne typy ładowania?

Powolne ładowanie: Ta metoda wykorzystuje standardową zasilanie prądu AC (prąd przemiennego) znalezione w warunkach mieszkalnych.Ładowarki działają na niższych poziomach mocy (do 3 kW), dzięki czemu nadaje się do ładowania na noc.

Szybkie ładowanie: Szybkie ładowarki wykorzystują wyższe poziomy mocy prądu przemiennego (do 22 kW) i znajdują się w publicznych stacjach ładowania.Mogą ładować akumulator pojazdu elektrycznego (EV) szybciej niż powolne ładowarki, zwykle w ciągu kilku godzin.

Szybkie ładowanie: są to najszybsze dostępne ładowarki, wykorzystujące zasilanie DC (prąd stały).Mogą zasilać większość pojemności baterii EV w niecałą godzinę.Poziomy mocy zaczynają się od około 50 kW i mogą wzrosnąć do 350 kW dla najbardziej zaawansowanych systemów.

2. Jakie są różne rodzaje opłat?

Za minutę ładowanie: ta struktura cenowa pobiera użytkowników na podstawie ilości czasu podłączonego do ładowarki, niezależnie od ilości zużytej energii elektrycznej.

Przepowodowe dla KWH: Jest to model cenowy, w którym użytkownicy są rozliczani na podstawie energii elektrycznej zużywanej przez swój pojazd w ciągu kilowatów.Ta metoda jest uważana za bardziej sprawiedliwą, ponieważ bezpośrednio koreluje z wykorzystaną energią.

Ładowanie stawki zryczałtowanej: Niektóre stacje ładowania oferują zryczałtowaną stawkę dla określonego okna ładowania, takiego jak godzina lub dzień, i mogą być korzystne dla dłuższych przystanków.

3. Jaki jest ładowanie trybu 1 i trybu 2?

Tryb 1 ładowanie: Jest to najprostsza forma ładowania EV, w której pojazd jest podłączony bezpośrednio do standardowego gniazdka elektrycznego gospodarstwa domowego bez specjalnego sprzętu.Jest powolny i używany w przypadku mniejszych pojazdów lub na noc ładowania domu.

Tryb 2 Ładowanie: Ten tryb obejmuje również ładowanie ze standardowego gniazdka elektrycznego, ale zawiera kabel z wbudowanym urządzeniem ochronnym.To urządzenie chroni przed porażeniami elektrycznymi i innymi potencjalnymi zagrożeniami elektrycznymi, co czyni go bezpieczniejszym niż tryb 1 i bardziej wszechstronny.

4. Jak utrzymać zdrowie baterii na 100%?

Unikaj ekstremalnego ładowania: nie rutynowo ładuj akumulatora do 100% ani nie pozwól jej spuścić do 0%.Zachowaj ładunek między 20% a 80%.

Temperatura sterowania: Baterie najlepiej działają w umiarkowanych temperaturach.Unikaj narażenia akumulatora na ekstremalne zimno lub ciepło.

Skorzystaj z zalecanych przez producenta ładowarki: Zawsze używaj sprzętu ładowania zalecanego przez producenta pojazdu, aby uniknąć uszkodzenia baterii.

Regularne użytkowanie i konserwacja: Regularne użycie i terminowe kontrole konserwacji pomagają w utrzymaniu zdrowia baterii.Długie okresy bezczynności mogą obniżyć wydajność baterii.

5. Jakie jest najlepsze ustawienie do naładowania baterii?

Prędkość ładowania: Szybkie ładowanie jest wygodne, ale może podkreślić baterię.Powolne lub umiarkowane prędkości ładowania są lepsze do codziennego użytku w celu wydłużenia żywotności baterii.

Kontrola temperatury: ładowanie w kontrolowanym środowisku, w którym temperatura jest umiarkowana, pomaga zachować zdrowie i wydajność baterii.

Zakres ładowania: Utrzymanie stanu naładowania baterii między 20% a 80% podczas regularnego użytkowania może wpłynąć na jego długowieczność i wydajność.