Рано или поздно любой автолюбитель сталкивается с проблемой разряженного аккумулятора, особенно когда температура опустилась ниже нуля. А а после пары запусков методом «прикуривания» возникает твердая уверенность в том, что автоматическое зарядное устройство относится к предметам первой необходимости. Рынок сегодня просто изобилует разнообразием таких устройств, от которого глаза буквально разбегаются. Различные производители, цвета, формы, конструкции и, само собой, цены. Так как же во всем этом разобраться?

Выбираем автоматическое зарядное устройство

Прежде чем отправиться в поход по магазинам, необходимо определиться, какой аккумулятор предстоит заряжать. Они бывают самых разных видов: обслуживаемые и необслуживаемые, сухозаряженные или залитые, щелочные или кислотные. То же самое касается и зарядных устройств: существуют ручные, полуавтоматические и автоматические Последние выбирать предпочтительнее, поскольку практически не требуют вмешательства извне, и весь процесс заряда контролируется самим устройством.

Они обеспечивают самый оптимальный режим при этом не возникает опасного для батареи перенапряжения. Умная электронная начинка сделает все по правильному, заранее заданному алгоритму, а некоторые устройства способны определять степень разряда аккумулятора и его емкость, самостоятельно настраиваться на нужный режим. Такое автоматическое зарядное устройство подойдет практически для любого типа аккумулятора.

Большинство современных зарядных и пуско-зарядных устройств имеют так называемый режим быстрой зарядки (BOOST). В некоторых случаях это действительно может сильно выручить, когда из-за слабого заряда аккумулятора не удается завести двигатель пусковым устройством. В этом случае достаточно зарядить аккумулятор в режиме BOOST буквально в течение нескольких минут, а затем запустить двигатель. Нельзя длительное время заряжать аккумулятор в режиме BOOST, поскольку это способно значительно сократить срок его службы.

Как работает автоматическое зарядное устройство?

Обычно это устройство независимо от производителя и ценовой категории предназначено для зарядки, а также очистки пластин от сульфата свинца (десульфатации) двенадцативольтовых аккумуляторных батарей, имеющих емкость от 5 до 100 Ач, а также количественной оценки уровня их заряда. Такое зарядное устройство снабжено защитой от неправильного подключения и от короткого замыкания клемм. Применение микроконтроллерного управления позволяет выбрать оптимальный режим практически для любого аккумулятора.

Основные режимы работы автоматического зарядного устройства:

Следует помнить, что правильно подобранное автоматическое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора способно не только обеспечить его надежную и бесперебойную работу, но и значительно продлить срок службы.

Чего ожидать всем нам через несколько лет, сложно предугадать, поскольку технический прогресс развивается невероятно быстро, шагая не семимильными шагами, а мчась с невероятной скоростью. В умах инженеров рождаются фантастические идеи, которые спустя небольшой промежуток времени становятся явью. Заряжать телефоны , исключив любые провода, в настоящее время вполне реально. Однако многие пользователи до сих пор не могут никак разобраться, как работает беспроводное зарядное устройство для телефона, считая, что такие манипуляции находятся в одном ряду с фантастическими деяниями.

Зарядить смартфон теперь можно и с помощью беспроводного устройства.

Если вам надоело распутывать шнуры каждый раз, когда возникает необходимость в зарядке вашего смартфона, значит, вам действительно полезно рассмотреть альтернативную разновидность передачи энергии. Чтобы осознанно подходить к такому процессу, исключив любые сомнения, полезно понимать, в чём заключается принцип непосредственной работы беспроводной зарядки.

Услышав впервые, что существует беспроводная зарядка для телефона , многие владельцы смартфонов начинают самостоятельно фантазировать, убеждая самих себя в том, что раздача энергии будет происходить на любом расстоянии. Конечно же, это невероятное заблуждение. Ни в коем случае нельзя беспроводное зарядное устройство для телефона сравнивать с Wi-Fi.

Пытаясь разобраться, как работает беспроводная зарядка, нелишним будет ознакомиться с дополнительной информацией, из которой станет понятно, что зарядка, исключающая применение проводов, является разновидностью магнитно-индукционной зарядки.

Если вы решились обзавестись беспроводной зарядкой, начать её активно использовать, вам совсем не помешает вникнуть в принцип работы беспроводной зарядки для телефона.

Технология беспроводной передачи энергии

Учёные находятся в активном поиске инновационных технологий, расширяющих возможности пользователей, ориентированных на постоянное применение современных гаджетов. В частности, современные исследователи готовы заявить, что электричество можно успешно раздавать, применяя лазер, звуковые волны и многие другие физические явления. Однако большинство таких технологий пока что находятся в стадии активной разработки.

Среди них имеется одна технология, которая уже в настоящий момент активно используется и с огромным успехом применяется в коммерческих целях. Именно передача электричества при помощи электромагнитной индукции легла в основу современных инновационных разработок, позволивших практически реализовать принцип беспроводной зарядки для телефона.

В любой технической сфере существуют определённые стандарты, учитывать которые важно при изобретении или совершенствовании устройств, направленных на поддержание работоспособности современных гаджетов.

Компанией Wireless Power Consortium был ещё семь лет назад разработан стандарт, ориентированный на передачу электричества беспроводным способом. Этот стандарт именуют китайским словом Qi.

Большинство производителей смартфонов не только активно приветствуют такой уникальный стандарт, ориентированный на зарядку гаджета без использования проводов, но и применяют стандарт Qi при производстве своей продукции.

По этой причине, находясь на автовокзалах, железнодорожных вокзалах, аэропортах экономически развитых стран мира, человек получает возможность заряжать свой смартфон , не обременяя себя поисками свободных розеток. В таких многолюдных местах устанавливают специальные зарядные станции, разрешая всем нуждающимся пользоваться беспроводной зарядкой.

Как работает зарядка без проводов

Если разобраться, как работает беспроводная зарядка для телефона, становится понятно, что для обеспечения контакта получающего и излучающего устройств их оснащают специальными индукционными катушками. Безусловно, как бы вы ни пытались подзарядить ваш мобильный телефон старого образца, находясь в непосредственной близости к такой раздающей станции, у вас ничего не получится, поскольку гаджет не был непосредственно оснащён производителем такими катушками.

Принцип действия беспроводной зарядки телефона заключается в образовании магнитного поля. В частности, после подключения зарядной станции к электросети индукционные катушки, находящиеся в ней, создают магнитное поле. Если в это магнитное поле попадает устройство, которое поддерживает стандарт Qi, оно начинает активно поглощать электромагнитные волны, а затем при помощи встроенной индукционной катушки преобразовывать их в энергию, обеспечивая уверенный процесс зарядки аккумуляторной батареи.

Немаловажно понимать, как пользоваться беспроводной зарядкой. Полагать, что можно заряжать смартфон, находясь на приличном расстоянии от зарядной станции, нельзя. Рекомендуется размещать разрядившийся гаджет на расстоянии, не превышающем пять сантиметров.

Даже если вы водрузите смартфон непосредственно на само беспроводное зарядное устройство, то коэффициент полезного действия такой зарядки будет составлять около 80%. Конечно, тот, кто привык получать максимум полезного из осуществляемых манипуляций, легко заметит, что зарядка телефона при помощи провода всё-таки имеет более высокое КПД.

Если провести практический эксперимент и вычислить, насколько отличается время зарядки при использовании традиционной и альтернативной зарядки, станет ясно, что для полной зарядки батареи при использовании беспроводных технологий, придётся рассчитывать на дополнительное время, составляющее около одного часа.

Качественные характеристики устройства

Если вы изучили вопрос, как пользоваться беспроводной зарядкой для телефона, совсем не мешает ещё ознакомиться с его преимуществами и недостатками, его влиянием на здоровье человека. Вооружившись такими знаниями, принимать окончательное решение будет гораздо проще.

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом является то, что к самому смартфону не придётся вам больше подсоединять провода, которые часто теряются, перекручиваются, попадают в лапы домашних питомцев, поэтому серьёзно повреждаются.

К сожалению, полностью забыть о проводах всё-таки не получится. Провода исключаются только относительно смартфона, а вот само зарядное устройство всё равно подсоединяется к розетке при помощи проводов и электрической вилки.

Ещё одним недостатком, способным вызвать разочарование у приобретателя, является достаточная продолжительность зарядки мобильного устройства.

Если же вы решились приобрести такое инновационное устройство, придётся настроиться ещё и на то, что стоимость беспроводной зарядки в несколько раз выше, чем проводного аналога.

Влияние на здоровье

Каждый работающий механизм излучает электромагнитные волны . Современного человека, заботящегося о состоянии своего здоровья, волнует вопрос, насколько вредны такие излучения, исключается ли риск возникновения патологических изменений в организме при нахождении в непосредственной близости с работающим беспроводным зарядным устройством.

Тревога вполне понятна, поскольку в средствах массовой информации время от времени возникают статьи, в которых акцентируют внимание читателя на опасности, что провоцируют современные технические средства. Однако специалисты уверяют, что это не более чем мифы, поскольку опасность для здоровья человека полностью исключается.

ВАЖНО. Электромагнитные волны, участвующие в процессе беспроводной зарядки, сопровождаются низкой частотой, поэтому исключается какое-либо негативное воздействие на человека.

Такие же волны ежедневно проходят через человека, но при этом технический прогресс к этому не имеет никакого отношения. Точно такие волны по силе и частоте излучает солнце.

Кроме этого, важно понимать, что вряд ли кто-то станет постоянно стоять возле зарядного устройства на протяжении всего цикла его работы. По этой причине инженеры, врачи и прочие специалисты уверенно опровергают миф относительно вреда ЗУ для здоровья человека.

Разновидности беспроводных ЗУ

Ознакомившись с преимуществами и недостатками зарядных устройств, исключающих применение проводов, у многих пользователей возникает активное желание, невзирая на высокую стоимость, всё-таки стать его обладателем.

В настоящее время производители готовы предложить уже несколько вариантов таких устройств, поэтому перед осуществлением покупки, полезно разобраться в их отличительных особенностях, чтобы понять, какую модель можно по праву считать лучшей.

Популярные зарядки

Компания Самсунг, привыкшая удивлять потребителей , не обошла вниманием и вопрос создания беспроводного зарядного устройства. В качестве результата работы компании над такой технической проблемой выступает устройство Samsung Wireless Charging Pad.

Многие пользователи приветствуют его, поскольку оно позволяет осуществлять зарядку смартфона, который может находиться в любом положении относительно верхней поверхности самой зарядки.

Samsung Wireless Charging Pad обеспечивает зарядку смартфонов, поддерживающих не только стандарт WPC, но AW4P и PMA.

Высокой популярностью сопровождается ещё одно устройство - PowerBot. Оно приветствуется потребителем тем, что:

• само может быть подключено не только к электросети, но и к ноутбуку;
• имеет приемлемую стоимость;
• сопровождается высоким уровнем надёжности;
• производитель гарантирует продолжительный эксплуатационный период.

Ещё одно беспроводное устройство Nokia DT-910 обеспечивает быструю зарядку смартфонов. Помимо этого, производитель наделил его множеством дополнительных и весьма полезных функций, разобраться с ними сможет любой человек, который станет обладателем такого устройства.

Итак, в торговой сети можно легко обнаружить, а при желании приобрести беспроводное зарядное устройство определённого вида. Поскольку никакого риска для здоровья при дальнейшей эксплуатации такого товара нет, при наличии соответствующей суммы можно приобрести такое устройство, чтобы впоследствии позволить себе расширить возможности относительно подзарядки смартфона.

Проблемы с аккумуляторами — не такое уж редкое явление. Для восстановления работоспособности необходима дозарядка, но нормальная зарядка стоит приличных денег, а сделать ее можно из подручного «хлама». Самое главное — найти трансформатор с нужными характеристиками, а сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками — дело буквально пары часов (при наличии всех необходимых деталей).

Процесс заряда аккумуляторов должен проходить по определенным правилам. Причем процесс заряда зависит от вида батареи. Нарушения этих правил приводит к уменьшению емкости и срока эксплуатации. Потому параметры зарядного устройства для автомобильного аккумулятора подбираются для каждого конкретного случая. Такую возможность предоставляет сложное ЗУ с регулируемыми параметрами или купленное специально под эту батарею. Есть и более практичный вариант — сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками. Чтобы знать, какие параметры должны быть, немного теории.

Виды зарядных устройств для аккумуляторных батарей

Заряд аккумулятора — процесс восстановления израсходованной емкости. Для этого на клеммы аккумулятора подается напряжение, немного превышающее рабочие показатели АБ. Подаваться может:

• Постоянный ток. Время заряда — не менее 10 часов, в течении всего этого времени подается фиксированный ток, напряжение изменяется от 13,8-14,4 В в начале процесса до 12,8 В в самом конце. При таком виде заряд накапливается постепенно, держится дольше. Недостаток этого способа — необходимо контролировать процесс, вовремя отключить зарядное устройство, так как при перезаряде электролит может закипеть, что существенно снизит его рабочий ресурс.
• Постоянное напряжение. При заряде постоянным напряжением, ЗУ выдает все время напряжение 14,4 В, а ток изменяется от больших значений в первые часы заряда, до очень небольших — в последние. Потому перезаряда АБ не будет (разве что вы оставите его на несколько суток). Положительный момент этого способа — время заряда уменьшается (90-95% можно набрать за 7-8 часов) и заряжаемый аккумулятор можно оставить без присмотра. Но такой «экстренный» режим восстановления заряда плохо влияет на срок службы. При частом использовании постоянным напряжением АБ быстрее разряжается.

В общем, если нет необходимости спешить, лучше использовать заряд постоянным током. Если надо за короткое время восстановить работоспособность аккумулятора — подавайте постоянное напряжение. Если говорить о том, какое лучше сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, ответ однозначен — подающее постоянный ток. Схемы будут простые, состоящие из доступных элементов.

Как определить нужные параметры при зарядке постоянным током

Опытным путем установлено, что заряжать автомобильные свинцовые кислотные аккумуляторы (их большинство) необходимо током, который не превышает 10% от емкости батарей . Если емкость заряжаемой АБ 55 А/ч, максимальный ток заряда будет 5,5 А; при емкости 70 А/ч — 7 А и т.д. При этом можно ставить чуть меньший ток. Заряд будет идти, но медленнее. Он будет накапливаться даже если ток заряда будет 0,1 А. Просто для восстановления емкости потребуется очень много времени.

Так как в расчетах принимают, что ток заряда составляет 10%, получаем минимальное время заряда — 10 часов. Но это — при полном разряде аккумулятора, а его допускать нельзя. Потому фактическое время заряда зависит от «глубины» разряда. Определить глубину разряда можно, замерив вольтаж на АБ до начала заряда:

Чтобы рассчитать примерное время заряда АБ , надо узнать разницу между максимальным зарядом батареи (12,8 В) и текущим ее вольтажом. Умножив цифру на 10 получим время в часах. Например, напряжение на аккумуляторе перед зарядом 11,9 В. Находим разницу: 12,8 В — 11,9 В = 0,8 В. Умножив эту цифру на 10, получаем что время заряда будет около 8 часов. Это при условии, что подавать будем ток, который составляет 10% от емкости батареи.

Схемы зарядного устройства для авто АБ

Для заряда аккумуляторов обычно используется бытовая сеть 220 В, которая преобразуется в пониженное напряжение при помощи преобразователя.

Простые схемы

Наиболее простой и эффективный способ — использование понижающего трансформатора. Именно он понижает 220 В до требуемых 13-15 В. Такие трансформаторы можно найти в старых ламповых телевизорах (ТС-180-2), компьютерных блоках питания, найти на «развалах» блошиного рынка.

Но на выходе трансформатора получается переменное напряжение, которое необходимо выпрямить. Делают это при помощи:

В приведенных схемах присутствуют также предохранители (1 А) и измерительные приборы. Они дают возможность контролировать процесс заряда. Их из схемы можно исключить, но придется периодически использовать для контроля мультиметр. С контролем напряжения это еще терпимо (просто приставлять к клеммам щупы), то контролировать ток сложно — в этом режиме измерительный прибор включают в разрыв цепи. То есть, придется каждый раз выключать питание, ставить мультиметр в режиме измерения тока, включать питание. разбирать измерительную цепь в обратном порядке. Потому, использование хотя-бы амперметра на 10 А — очень желательно.

Недостатки этих схем очевидны — нет возможности регулировать параметры заряда. То есть, при выборе элементной базы выбирайте параметры так, чтобы на выходе сила тока была те самые 10% от емкости вашего аккумулятора (или чуть меньше). Напряжение вы знаете — желательно в пределах 13,2-14,4 В. Что делать, если ток получается больше желаемого? Добавить в схему резистор. Его ставят на плюсовом выходе диодного моста перед амперметром. Сопротивление подбираете «по месту», ориентируясь на ток, мощность резистора — побольше, так как на них будет рассеиваться лишний заряд (10-20 ВТ или около того).

И еще один момент: зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, сделанное по этим схемам, скорее всего, будет сильно греться. Потому желательно добавить куллер. Его можно вставить в схему после диодного моста.

Схемы с возможностью регулировки

Как уже говорили, недостаток всех этих схем — в невозможности регулировки тока. Единственная возможность — менять сопротивления. Кстати, можно поставить тут переменный подстроечный резистор. Это будет самый простой выход. Но более надежно реализована ручная регулировка тока в схеме с двумя транзисторами и подстроечным резистором.

Ток заряда изменяется переменным резистором. Он стоит уже после составного транзистора VT1-VT2, так что ток через него протекает небольшой. Потому мощность может быть порядка 0,5-1 Вт. Его номинал зависит от выбранных транзисторов, подбирается опытным путем (1-4,7 кОм).

Трансформатор мощностью 250-500 Вт, вторичная обмотка 15-17 В. Диодный мост собирается на диодах с рабочим током 5А и выше.

Транзистор VT1 — П210, VT2 выбирается из нескольких вариантов: германиевые П13 — П17; кремниевые КТ814, КТ 816. Для отвода тепла устанавливать на металлической пластине или радиаторе (не менее 300 см2).

Предохранители: на входе ПР1 — на 1 А, на выходе ПР2 — на 5 А. Также в схеме есть сигнальные лампы — наличия напряжения 220 В (HI1) и тока заряда (HI2). Тут можно ставить любые лампы на 24 В (в том числе и светодиоды).

Видео по теме

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками — популярная тема для автолюбителей. Откуда только не извлекают трансформаторы — из блоков питания, микроволновок.. даже мотают сами. Схемы реализуются не самые сложные. Так что даже без навыков в электротехнике можно справиться самостоятельно.

Как происходит зарядка аккумулятора? Схема этого устройства сложна или нет, для того чтобы сделать устройство своими руками? Отличается ли принципиально от того, что применяется для мобильных телефонов? На все поставленные вопросы мы попытаемся ответить далее в статье.

Общие сведения

Аккумулятор играет очень важную роль в функционировании устройств, агрегатов и механизмов, для работы которых необходимо электричество. Так, в транспортных средствах он помогает запустить двигатель машины. А в мобильных телефонах батареи позволяют нам совершать звонки.

Зарядка аккумулятора, схема и принципы работы данного устройства рассматриваются даже в школьном курсе физики. Но, увы, уже к выпуску многие эти знания успевают позабыть. Поэтому спешим напомнить, что в основу работы аккумулятора положен принцип возникновения разности напряжения (потенциалов) между двумя пластинами, которые специально погружаются в раствор электролита.

Первые батареи были медно-цинковыми. Но с того времени они существенно улучшились и модернизировались.

Как устроена аккумуляторная батарея

Единственный видимый элемент любого устройства - корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции. Следует отметить, что наименование «аккумулятор» может быть полноценно применено только к одной ячейке батареи (их ещё называют банками), а том же стандартном автомобильном аккумуляторе на 12 В их всего шесть.

Возвращаемся к корпусу. К нему выдвигают жесткие требования. Так, он должен быть:

• стойким к агрессивным химическим реагентам;
• способным переносить значительные колебания температуры;
• обладающим хорошими показателями вибростойкости.

Всем этим требованиям отвечает современный синтетический материал - полипропилен. Более детальные различия следует выделять только при работе с конкретными образцами.

Принцип работы

В качестве примера мы рассмотрим свинцово-кислотные батареи.

Когда есть нагрузка на клемму, то начинает происходить химическая реакция, которая сопровождается выделением электричества. Со временем батарея будет разряжаться. А как она восстанавливается? Есть ли простая схема?

Зарядка аккумулятора не является чем-то сложным. Необходимо осуществлять обратный процесс - подаётся электричество на клеммы, вновь происходят химические реакции (восстанавливается чистый свинец), которые в будущем позволят использовать аккумулятор.

Также во время зарядки происходит повышение плотности электролита. Таким образом батарея восстанавливает свои начальные свойства. Чем лучше были технология и материалы, которые применялись при изготовлении, тем больше циклов заряда/разряда может выдержать аккумулятор.

Какие электрические схемы зарядки аккумуляторов существуют

Классическое устройство делают из выпрямителя и трансформатора. Если рассматривать все те же автомобильные батареи с напряжением в 12 В, то зарядки для них обладают постоянным током примерно на 14 В.

Почему именно так? Такое напряжение необходимо для того, чтобы ток мог идти через разряженный автомобильный аккумулятор. Если он сам имеет 12 В, то устройство той же мощности ему помочь не сможет, поэтому и берут более высокие значения. Но во всём необходимо знать меру: если слишком завысить напряжение, то это пагубно скажется на сроке службы устройства.

Поэтому при желании сделать прибор своими руками, необходимо для машин искать подходящие схемы зарядки автомобильных аккумуляторов. Это же относится и к другой технике. Если необходима схема зарядки то тут необходимо устройство на 4 В и не больше.

Процесс восстановления

Допустим, у вас есть схема зарядки аккумулятора от генератора, по которой было собрано устройство. Батарея подключается и сразу же начинается процесс восстановления. По мере его протекания будет расти устройства. Вместе с ним будет падать зарядный ток.

Когда напряжение приблизится к максимально возможному значению, то этот процесс вообще практически не протекает. А это свидетельствует о том, что устройство успешно зарядилось и его можно отключать.

Необходимо следить, чтобы ток аккумулятора составлял только 10% от его емкости. Причем не рекомендовано ни превышать этот показатель, ни уменьшать его. Так, если вы пойдёте по первому пути, то начнёт испаряться электролит, что значительно повлияет на максимальную емкость и время работы аккумулятора. На втором пути необходимые процессы не будут происходить в требуемой интенсивности, из-за чего негативные процессы продолжатся, хотя и в несколько меньшей мере.

Зарядка

Описываемое устройство можно купить или собрать своими руками. Для второго варианта нам понадобятся электрические схемы зарядки аккумуляторов. Выбор технологии, по которой она будет делаться, должен происходить зависимо от того, какие батареи являются целевыми. Понадобятся такие составляющие:

1. (конструируется на балластных конденсаторах и трансформаторе). Чем большего показателя удастся достичь, тем значительней будет величина тока. В целом, для работы зарядки этого должно хватить. Но вот надёжность данного устройства весьма низкая. Так, если нарушить контакты или что-то перепутать, то и трансформатор, и конденсаторы выйдут из строя.
2. Защита на случай подключения «не тех» полюсов. Для этого можно сконструировать реле. Так, условная завязка базируется на диоде. Если перепутать плюс и минус, то он не будет пропускать ток. А поскольку на нём завязано реле, то оно будет обесточенным. Причем использовать данную схему можно с устройством, в основе которого и тиристоры, и транзисторы. Подключать её необходимо в разрыв проводов, с помощью которых сама зарядка соединяется с аккумулятором.
3. Автоматика, которой должна обладать зарядка аккумулятора. Схема в данном случае должна гарантировать, что устройство будет работать только тогда, когда в этом действительно есть потребность. Для этого с помощью резисторов меняется порог срабатывания контролирующего диода. Считается, что аккумуляторы на 12 В являются полностью, когда их напряжение находится в рамках 12,8 В. Поэтому этот показатель является желанным для данной схемы.

Заключение

Вот мы и рассмотрели, что собой представляет зарядка аккумулятора. Схема данного устройства может быть выполнена и на одной плате, но следует отметить, что это довольно сложно. Поэтому их делают многослойными.

В рамках статьи вашему вниманию были представлены различные принципиальные схемы, которые дают понять, как же, собственно, происходит зарядка аккумуляторов. Но необходимо понимать, что это только общие изображения, а более детальные, имеющие указания протекающих химических реакций, являются особенными для каждого типа батареи.

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:

1. разряд;
2. 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:

1. 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
2. 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.