Программируемые зарядные устройства для заряда литиевых и свинцово-кислотных аккумуляторных батарей от MEAN WELL
Аккумуляторные батареи (АКБ), как одно из наиболее простых и доступных решений для хранения электроэнергии, приобретают все большую популярность в последние годы. Так, сейчас аккумуляторные батареи используются не только в персональной (носимой) электронике, автомобилях и источниках бесперебойного питания (UPS), но и в электротранспорте и системах хранения электроэнергии от возобновляемых источников. В тоже время, различие в характеристиках разных типов батарей требуют дополнительных знаний от пользователей и инженеров для выбора непосредственно АКБ и зарядных устройств.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются одним из самых популярных типов химических источников тока, и имеют долгую историю. Достоинства таких АКБ: большой допуск уровня зарядного напряжения, большая емкость, широкий диапазон рабочей температуры и низкая цена, что делает успешным их применение в автомобилях, погрузчиках и системах бесперебойного питания. Однако такие недостатки как высокий уровень саморазряда и относительно небольшое количество циклов заряда-разряда не позволяют успешно применять свинцово-кислотные АКБ в системах хранения электроэнергии.
В сравнении со свинцово-кислотными АКБ, литиевые аккумуляторные батареи имеют высокий уровень циклов заряда/разряда, низкий уровень саморазряда и высокую плотность хранения электроэнергии на единицу объема, что делает литиевые АКБ более лучшим кандидатом для долговременного хранения электроэнергии. Единственным существенным недостатком литиевых АКБ является то, что превышение температуры использования может вызвать возгорание батареи и она может стать причиной возникновения пожара. Поэтому литиевые батареи требуют более осторожного подхода при заряде или разряде.
Номинальное напряжение одной ячейки свинцово-кислотного АКБ составляет 1.8-2.3В с рекомендованным максимальным током заряда 0.3*С (где С – емкость аккумуляторной батареи, на практике ток заряда должен быть порядка 0.1*С, что обеспечивает более щадящий режим заряда). Большинство коммерческих аккумуляторов содержат несколько ячеек, соединенных последовательно и параллельно для обеспечения высокой емкости АКБ, и, соответственно, имеют номиналы для практического использования 12В, 24В и 48В. Важно понимать, что это указано номинальное напряжение, а фактическое напряжение на батарее будет определяться ее текущей емкостью («уровнем заряда» - в бытовом понимании). Для примера, уровень напряжения на свинцово-кислотном аккумуляторе типа AGM (при измерении на разомкнутой цепи) может быть от 10.8В (30% остаточной емкости батареи) до 13.8В (100% емкости).
Из-за высокого уровня саморазряда для заряда свинцово-кислотных АКБ наиболее применима кривая заряда, состоящая из 3-х стадий:
Рисунок 1. Кривая заряда АКБ из трех стадий.
Подробнее мы уже рассматривали эту кривую в новости про управление зарядом аккумуляторных батарей.
Литиевые батареи обычно имеют номинальное напряжение от 3.2В до 4.4В с максимальным током заряда до 1*С (где С – емкость аккумуляторной батареи). Хотя все литиевые батареи имеют сходный химический состав (для одного типа), однако для различных производителей могут быть различны как нормированные напряжения АКБ, так и токи заряда. В отличие от свинцово-кислотных АКБ, литиевые батареи не допускают высокого напряжения заряда, и не требуют тока подразрядки (Float) для поддержания уровня заряда. Поэтому, наиболее часто литиевые АКБ заряжают с использованием зарядных устройств с кривой из 2-х стадий заряда, без третьей стадии поддержания заряда:
Рисунок 2. Кривая заряда АКБ из 2-х стадий
Одной из существенных проблем банков литиевых батарей является дисбаланс ячеек в составе банка. Из-за производственных допусков, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) литиевых ячеек не соответствует полностью друг другу. Различия между ячейками приводят к тому, что ячейки в составе одного банка могут заряжаться различным напряжением или током. Ячейки с низким ESR будут заряжаться первыми, и, соответственно, будут раньше деградировать и выходить из строя. Также дисбаланс между ячейками не только снижает срок службы батареи, но и может стать потенциальным источником возгорания из-за температурного перегрева. Для решения этой задачи, крупные банки литиевых батарей комплектуются системой управления батарей (BMS), основной функцией которой является мониторинг состояния заряда и балансировка ячеек пассивным или активным способом. Пассивная BMS балансирует ячейки за счет разряда перезаряженных ячеек через баластные резисторы. Это надежный и простой способ, но не эффективный. С другой стороны, активная BMS заряжает ячейки в составе банка индивидуально с оценкой состояния заряда. Поскольку активная BMS контролирует процесс заряда каждой ячейки, некоторые банки литиевых батарей с активной BMS требуют для заряда источники питания только постоянного напряжения (Constant Voltage, CV) в качестве зарядных устройств.
Как отмечено выше, аккумуляторные батареи с разным химическим составом и разных производителей могут иметь разные характеристики. Также рекомендуется (особенно для литиевых АКБ) применять зарядное устройство с кривой заряда оптимальной для конкретной батареи для обеспечения надежности, продолжительности эксплуатации и безопасности. Компания MEAN WELL выпустила ряд программируемых зарядных устройств, управляемых интеллектуальным программатором заряда SBP-001, с гибким и интуитивно-понятным интерфейсом программного обеспечения для настройки кривой заряда.
В качестве примера используем HEP-1000-48. По умолчанию, HEP-1000-48 является блоком питания постоянного тока с выходным напряжением 48В и максимальной выходной мощностью 1008Вт. Подключив к HEP-1000-48 программатор заряда SBP-001, включаем режим заряда в блоке питания. По умолчанию, установлена кривая заряда из 3-х стадий для свинцово-кислотных АКБ с напряжением 57.6В заряда и 55.2В напряжения подзаряда. Зарядные напряжение и ток могут быть легко отрегулированы в диапазоне 36-60В и 3.5-17.5А для различных типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Рисунок 3. Базовые настройки кривой заряда HEP-1000-48
Путем выбора кривой заряда из 2-х стадий, HEP-1000-48 также может использоваться для заряда литиевых батарей в похожем диапазоне значений. Например, для заряда литиевой батареи LiFePO4 емкостью 20А*ч с максимальным напряжением заряда 56В, настройки режимов постоянного напряжения (CV) и постоянного тока (CC) могут быть установлены как 56В и 17.5А для ускоренной зарядки:
Рисунок 4. Настройки кривая заряда для литиевой батареи в HEP-1000-48
Аналогично можно легко установить более низкий уровень зарядного тока для предотвращения повышения температуры и/или установить более низкий уровень напряжения заряда во избежание возможности перезаряда. Таким образом, путем несложных настроек можно задать параметры кривой заряда для других типов литиевых батарей.
По всем вопросам, связанных с выбором и использованием продукции компании MEAN WELL, следует обращаться по адресу электронной почты Meanwell@chipdip.ru.
