В последнее время актуальным стало не только время питания от автономных источников энергии, а и скорость их заряда. Люди частенько в комментариях жалуются на медленный заряд своих батарей, свинцовых, литиевых, но не понимают как ускорить процесс можно "законными методами". Сегодня попробую пояснить, почему такой происходит и что можно сделать.
Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт
В качестве предисловия.
Ничего сильно нового или необычного я не расскажу, многие из вас всё это и так прекрасно знают, но как показала практика, довольно много людей просто не придают этому значения, а зря.
В последнее время имеются известные проблемы с электроснабжением, думаю не надо рассказывать, какие и напоминать, из-за кого, но проблема есть и надо ее решать.
Так вот, в попытке решить проблему мы идем в магазин или заказываем через интернет большую батарею, инвертор и конечно зарядное устройство, получаем, собираем все вместе и пытаемся с этим как-то жить. Но проблема выключения света это только половина проблемы, иногда паузы между включениями бывают довольно короткие, а нам надо за это время зарядить нашу батарею и оказывается что батарея заряжаться быстро ну никак не хочет.
Чаще всего используют зарядные устройства, показанные ниже на фото, я не буду вдаваться в тонкости схемотехники и разные другие особенности, но обращу ваше внимание на... провода от них. У большинства таких зарядных устройств провода не только тонкие, а и длинные, но мало того, некоторые пользователи еще и удлиняют их дополнительно.
А теперь я поясню в чем заключается ошибка и как ее можно исправить, ускорив тем самым заряд аккумулятора. Будут графики, но они нужны для наглядного пояснения принципа заряда и его особенностей.
Например вот график заряда свинцово-кислотной батареи, нас интересует точка пересечения красной и синей кривой, при этом синяя это напряжение на клеммах аккумулятора, а красная, ток заряда.
Видно что по мере заряда напряжение поднимается, что логично, а ток стабилизирован, потому вверху прямая линия, как только кривые пересекаются, то ток начинает падать, а напряжение остается неизменным.
Первая фаза это собственно заряд стабильным током, СС
Вторая фаза, это заряд стабильным напряжением, CV
Также видно, что во второй фазе ток падает, но время то тикает все так же, потому скорость заряда явно снижается.
Обусловлено это тем, что аккумулятор имеет внутреннее сопротивление, на самом деле там все заметно сложнее, но давайте предельно упростим и будем называть все таки именно внутреннее сопротивление.
Упрощенно аккумулятор можно представить как некий идеальный элемент, параллельно которому включено сопротивление (Rp) дающее ток саморазряда, а последовательно, внутреннее последовательное сопротивление (простите за тавтологию) Rs.
Первое нас сейчас мало интересует, а вот второе в данном случае весьма критично.
Что дает внутреннее последовательное сопротивление, ну во первых потери, а во вторых, из-за падения на нем напряжения зарядное будет считать что пора переходить в фазу заряда напряжением, а реально на самом элементе напряжение еще не достигло напряжения окончания заряда.
Как пример два графика, один и тот же аккумулятор, одно и то же зарядное, но токи заряда отличаются в несколько раз.
На первом графике видно что вторая фаза заряда совсем короткая и это хорошо, значит наш аккумулятор заряжается максимально эффективно.
Но вот мы подняли ток заряда, аккумулятор должен заряжаться пропорционально быстрее, но нет, так не бывает и видно что вторая фаза заряда сильно растянулась.
Это мы видим не только особенности химических процессов, а и влияние внутреннего сопротивления.
Вы конечно спросите, а провода здесь при чем? А провода при том, что они включены последовательно с аккумулятором и увеличивают внутреннее сопротивление, на схеме справа они как раз и добавлены к нашему аккумулятору. И чем длиннее провода, тем больше они влияют на вторую фазу заряда.
Т.е. получается что вместо того чтобы заряжать аккумулятор мы только греем провода. Касается это в большей степени свинцово-кислотных и "обычных" литий-ионных аккумуляторов, потому как у них сходная кривая заряда.
Несколько лучше ситуация обстоит с литий-железо-фосфатными, из-за того что в конце заряда (и разряда) кривая у них имеет очень крутой наклон, то к моменту окончания заряда мы быстро приходим уже с малым током и сопротивление проводов влияет мало.
Теперь посмотрим как выглядит наше зарядное и аккумулятор "в разрезе".
Узел задания тока занимается стабилизацией тока заряда и отвечает за первую фазу заряда.
Узел задания напряжения ограничивает выходное напряжение и отвечает за вторую фазу заряда.
Для примера, длина проводов от зарядного до аккумулятора 1 метр, сечение 0.75мм.кв, ток заряда 8 ампер. Падение напряжения на проводах (если они реально медь 0.75мм) составит около 0.36 вольта, что на мой взгляд довольно много. А если провода не медь, а если длиннее чем один метр?
Когда вы подключали мощные инверторы то думаю заметили, что провода к ним зачастую греются в процессе работы. Решение, простое, увеличить сечение проводов и максимально уменьшить их длину. Здесь все абсолютно так же, выбрасываем китайские провода из смеси фольги с картоном и ставим нормальные, хорошего сечения, попутно укоротив их до минимума.
Предыдущее решение подходит для тех, кто в электронике "не шурупает", а это уже для более продвинутых.
Если разделить цепи задания тока и измерения напряжения, то можно вообще убрать влияние проводов, это называется "четырехпроводная схема подключения".
Правда здесь есть некоторые сложности, например если плюсовой измерительный провода отделить от силового обычно не составляет никакого труда, то с минусовым могут быть проблемы, но даже отделение одного провода, т.е. превращение двухпроводной схемы в трехпроводную "виртуально" уменьшит длину проводов к батарее ровно в два раза (если без ухищрений с коррекцией).
К сожалению подобные схемы включения, как трехпроводная, так и четырехпроводная, имеют один существенный недостаток, в случае обрыва измерительного провода ваше зарядное будет заряжать аккумулятор до тех пор, пока он весь не выкипит или не покраснеет.
Чтобы этого не произошло, силовые и измерительные провода надо соединить через резистор, сопротивление которого будет значительно больше чем сопротивление проводов, но при этом значительно ниже, чем сопротивление измерительного входа. чтобы не вносить погрешность. Я думаю что для большинства применений достаточно номинала порядка 100-300 Ом.
В этом случае, при обрыве проводов, соединение измерительного входа с силовым все равно останется и хотя напряжение может и поднимется, то это будет незначительное и безвредное для аккумулятора повышение.
Конечно глобально процесс заряда вы не ускорите, но с другой стороны, если кислотный аккумулятор у вас заряжается порядка 5-7 часов, то сэкономленные пол часа лишними точно не будут.
К слову, при тестировании различных аккумуляторов я использую именно четырехпроводное подключение и я скажу что да, при таком подключении скорость заряда действительно заметно быстрее чем в обычном зарядном.
В статье использованы материалы из обзоров -
YR1030, миллиомметр для измерения малых сопротивлений и внутреннего сопротивления аккумуляторов
Универсальный держатель аккумуляторов с четырехпроводным подключением
На это всё, надеюсь что эта статья поможет пережить сложности, как всегда буду рад вопросам, отвечаю с задержками, но все таки стараюсь отвечать всем.
