К главной странице

Что будет если перепутать зарядки для аккумулятора

Сидельников А.И.

Из-за фатальности экспериментов с зарядом аккумуляторных батарей есть область электротехники, слабо освещенная в технической литературе. Тем не менее, ошибки связанные с неправильным выбором зарядок для аккумуляторов происходят и без их рассмотрения не возможна ни организация защиты от ошибок включения ни выбор зарядных устройств. Поэтому ниже приведем оценку последствий от неправильного включения зарядок к аккумуляторам, в которых отсутствует контроллер заряда. Рассчитаем, что будет, если ошибиться с выбором зарядного устройства для электрохимического аккумулятора.

Немного формул связанных с зарядом электрохимического аккумулятора

Внутренне сопротивление химического аккумулятора зависит от стадии заряда,. оно минимально в начале заряда, далее повышается за счет диффузионных процессов протекающих в электролите и электроде . Порядок внутреннего сопротивления аккумулятора (Ra) не превосходит десятков мОм/Ач. Ток, протекающий во время заряда аккумулятора определяется формулой 1:

Iзар(t)=(Uзарядки(t)-Eа(t))/ Ra(soc,t) [1]
где
Uзарядки-напряжение зарядного устройства;
Eа(t) –эдс аккумулятора [Emin < Eа(t) < Emax];
Ra(soc,t)-внутренне сопротивление аккумулятора;
soc – состояние заряженности аккумулятора (state of charge)

Перегрев и взрыв аккумулятора происходит спустя определенное время dt в случае выполнения неравенства 2:
Wэл(dt)- Wx(dt )- Wотв(dt )>N [2]
где
Wэл(dt) - электрическая энергия переданная аккумулятору;
Wx(dt) - энергия перешедшая в химическую энергию аккумулятора;
Wотв(dt ) – энергия рассеянная аккумулятором;
dt - интервал времени;

Что будет если к аккумулятору подключить постоянный источник напряжения
(напряжение блока питания принадлежит допустимому диапазону заряда) ?.

Выполним оценку начального тока протекающего при заряде нормально разряженного свинцово кислотного аккумулятора (SLA) 12V с емкостью 20AH и 40AH. Примем удельное внутреннем сопротивление 5мОм/Ач. Для полностью разряженного аккумулятора напряжение будет составлять 6x1,8=10,8V
При зарядке от блока питания постоянным напряжением 14V. Iзар(0)=3,2/20*0,005=32A для 20AH и Iзар(0)=3,2/40*0,005=16A для 40AH (автомобильный аккумулятор).
При одинаковом напряжение блоков питания мощность электрическая передаваемая аккумулятору с малой емкостью будет составлять 448Вт, а с большой емкостью только 226 Вт.
Из опыта известно, что максимальная мощность, которую может химический аккумулятор накапливать связана с протекающим током для SLA это 1c (Fast Charge), для LI-ION это 0,3c (Quick Charge).
В нашем примере аккумулятор 20Ah не сможет преобразовать всю поступающую электрическую мощность в химическую так как 32A>20 и произойдет нагрев, в то время как автомобильный аккумулятор нормально будет заряжаться так как (16A<40. Для LI-ION аккумуляторов требование по допустимому току немного строже, поэтому при прочих равных, емкость аккумулятора должна быть не меньше 47Ah.

ВЫВОД1. Нельзя использовать источник постоянного напряжения для зарядки любого аккумулятора c емкостью менее 25Ah

Что будет если перепутать полярность при подключение зарядки, к аккумулятору ?.

Выполним расчет начального тока протекающего при переполюсовке аккумулятора. Примем все те-же условия, что и в предыдущем пункте.
В формуле 1 меняется знак минус на плюс. Ток в начальный момент будет составлять Iзар(0)=24,8/20*0,005= 248A для 20AH и Iзар(0)= 24,8/40*0,005= 124A для 40Ah. То есть токи примерно в 6-ть раз превосходят токи зарядки при правильной полярности. На базе этого должно устанавливать защиту от переполюсовки в цепях питания аккумулятора.
Дальнейшая судьба аккумулятора зависит от того как быстро может разряжаться аккумулятор и какое максимально допустимое значение тока разряда допускает аккумулятор.

ВЫВОД2. При включение зарядки к аккумулятору независимо от емкости всегда надо проверять полярность. Если перепутали полярность зарядки при включение и аккумулятор не работает - проверьте цепи защиты.

Что будет если подать напряжение большее номинального для зарядки аккумулятора ?.

Из формулы 1 следует, что при отклонение напряжения зарядки от требуемого.

Iзар(t)= Iзар.норм(t)+du/ Ra(soc,t) [3]
где
Iзар.норм(t) – ток соответствующий номинальному режиму заряда;
du – отклонение напряжения зарядки от номинального;;
Из 3 следует, что изменение напряжения на 1вольт в большую сторону от “правильного“ напряжения заряда приводит к изменению тока на 1/ Ra(soc,t).
Для аккумулятора 20ah это 1/20*0,005=10A для 40ah это 5A. Вспоминая, что скорость заряда Li-ion аккумуляторов не должна превосходить 0,3C видим, что отклонение напряжения зарядки Li-ion аккумулятора на 0,7вольт от “правильного” в большую сторону даже для аккумулятора 20ah всегда приводит к перегреву.
Кроме этого вспоминая неравенство 2 и понимая что Wотв(dt ) для каждого аккумулятора различно , если напряжение заряда превысит максимально возможное произойдет перегрев (например для LI-ION АКУМУЛЯТОРОВ).

ВЫВОД3. Зарядные устройства для аккумуляторов используют определенный закон изменения напряжения, чтобы ток не выходит за пределы допускаемые аккумулятором. Конечное напряжение заряда не должно превышать максимально возможное напряжение аккумулятора.

Здесь в Москве можно купить зарядку для li-ion или кислотного аккумулятора