Bộ sạc pin hoạt động như thế nào?

0
57
sơ đồ mạch sạc pin 18650 Li-Ion bằng năng lượng mặt trời

Bộ sạc pin hoạt động tốt sẽ làm cho pin hoạt động tốt và bền hơn. Pin và bộ sạc phải đi cùng nhau như ngựa và xe. Việc lập kế hoạch thận trọng đưa nguồn điện lên ưu tiên hàng đầu bằng cách đặt nó ở đầu dự án hơn là sau khi hoàn thành phần cứng, như một thực tế phổ biến. Các kỹ sư thường không nhận thức được sự phức tạp liên quan đến nguồn điện, đặc biệt là khi sạc pin trong điều kiện bất lợi.

 Bộ sạc pin hoạt động như thế nào? Hình 1 : Pin và bộ sạc phải đi cùng nhau như ngựa và xe ngựa.
Một cái không phân phối mà không có cái kia.

Bộ sạc thường được xác định bằng tốc độ sạc của chúng. Các sản phẩm tiêu dùng đi kèm với bộ sạc cá nhân giá rẻ hoạt động tốt khi được sử dụng theo chỉ dẫn. Bộ sạc công nghiệp thường do bên thứ ba sản xuất và bao gồm các tính năng đặc biệt, chẳng hạn như sạc ở nhiệt độ bất lợi. Mặc dù pin hoạt động dưới mức đóng băng, nhưng không phải tất cả các chất cấu tạo lên pin đều có thể được sạc khi lạnh và hầu hết các ion Li-ion đều thuộc loại này. Pin làm từ chì và niken có thể sạc khi lạnh nhưng với tốc độ thấp hơn.

Đọc thêm : Pin lithium hoạt động như thế nào

Một số bộ sạc Li-ion (Cadex) bao gồm tính năng đánh thức hoặc “tăng cường” để cho phép sạc lại nếu pin Li-ion đã ngủ do xả quá mức . Tình trạng ngủ có thể xảy ra khi lưu trữ pin ở trạng thái xả, trong đó tự xả đưa điện áp về điểm cắt. Một bộ sạc thông thường coi một loại pin như vậy là không thể sử dụng được . Chế độ sạc tăng cường áp dụng một dòng điện tích nhỏ để nâng điện áp lên từ 2,2V / cell đến 2,9V / cell để kích hoạt mạch bảo vệ, tại thời điểm đó, một lần sạc bình thường bắt đầu. Cần thận trọng nếu Li-ion ở dưới 1,5V / cell trong một tuần hoặc lâu hơn.
Bộ sạc cho loại chì và lithium hoạt động ở chế độ điện áp không đổi và dòng điện không đổi (CCCV). Dòng điện tích không đổi và điện áp được giới hạn khi nó đạt đến một giới hạn nhất định. Đạt đến giới hạn điện áp, pin bão hòa; dòng điện giảm xuống cho đến khi pin không thể sạc nữa và quá trình sạc nhanh kết thúc. Mỗi pin có ngưỡng dòng điện thấp của riêng nó.

Pin làm từ niken sạc với dòng điện không đổi và điện áp được phép tăng tự do. Điều này có thể được so sánh với việc nâng một quả nặng bằng một sợi dây cao su trong đó tay nâng cao hơn tải.Sạc đầy xảy ra khi quan sát thấy điện áp giảm nhẹ sau khi tăng ổn định. Để bảo vệ chống lại sự bất thường, chẳng hạn như các cell bị chập hoặc không khớp, bộ sạc phải bao gồm bộ hẹn giờ ổn định để  kết thúc quá trình sạc an toàn nếu không phát hiện thấy sự ổn đinh điện điện áp. Cảm biến nhiệt độ cũng nên được thêm vào để đo nhiệt độ tăng theo thời gian. Một phương pháp như vậy được gọi là nhiệt độ ổn định theo thời gian, hoặc dT / dt , và hoạt động tốt với tốc độ sạc nhanh.

Việc tăng nhiệt độ là bình thường với pin làm từ niken, đặc biệt là khi đạt mức sạc 70%. Hiệu suất sạc giảm gây ra điều này và dòng điện sạc nên được giảm xuống để hạn chế căng thẳng trong pin. Khi “sẵn sàng”, bộ sạc chuyển sang chế độ sạc nhỏ giọt và pin phải nguội. Nếu nhiệt độ vẫn cao hơn môi trường xung quanh, thì bộ sạc hoạt động không chính xác và nên tháo pin vì mức sạc nhỏ giọt có thể quá cao.

Không nên để pin NiCd và NiMH trong bộ sạc mà không được giám sát trong nhiều tuần và nhiều tháng. Cho đến khi được yêu cầu, hãy cất pin ở nơi mát mẻ và sạc trước khi sử dụng.

Pin sử dụng Lithium phải luôn mát khi sạc. Ngừng sử dụng pin hoặc bộ sạc nếu nhiệt độ tăng hơn 10ºC (18ºF) so với môi trường xung quanh khi sạc bình thường. Ion Li không thể hấp thụ điện tích quá mức và không nhận điện tích nhỏ giọt khi đầy. Không cần thiết phải tháo Li-ion khỏi bộ sạc; tuy nhiên, nếu không sử dụng trong một tuần hoặc hơn, tốt nhất nên đặt pin ở nơi thoáng mát và sạc lại trước khi sử dụng.

Các loại bộ sạc pin

Bộ sạc cơ bản nhất là bộ sạc chậm. Điều này quay trở lại những pin niken-cadmium cũ , nơi một bộ sạc đơn giản áp dụng mức sạc cố định khoảng 0,1C (một phần mười dung lượng định mức) miễn là pin được kết nối. Bộ sạc chậm không có chức năng phát hiện sạc đầy; sạc vẫn hoạt động và quá trình sạc đầy pin mất 14–16 giờ. Khi được sạc đầy, bộ sạc chậm sẽ giữ cho NiCd ấm khi chạm vào. Do khả năng hấp thụ quá mức của nó bị giảm, không nên sạc NiMH trên bộ sạc chậm. Các bộ sạc tiêu dùng giá rẻ sạc pin AAA, AA và C thường triển khai phương pháp sạc này, một số đồ chơi trẻ em cũng vậy.

Bộ sạc nhanh nằm giữa bộ sạc chậm và bộ sạc cực nhanh và được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng. Thời gian sạc của một pin là 3–6 giờ. Khi đầy, bộ sạc sẽ chuyển sang trạng thái “sẵn sàng”. Hầu hết các bộ sạc nhanh đều bao gồm cảm biến nhiệt độ để sạc pin bị lỗi một cách an toàn.

Bộ sạc cực nhanh cung cấp một số lợi thế và rõ ràng là thời gian sạc ngắn hơn. Điều này đòi hỏi giao tiếp chặt chẽ hơn giữa bộ sạc và pin. Ở mức sạc 1C mà bộ sạc nhanh thường sử dụng, NiCd và NiMH sẽ sạc trong hơn một giờ. Khi pin sắp sạc đầy, một số bộ sạc dành cho pin niken giảm dòng điện để điều chỉnh mức sạc thấp hơn. Pin được sạc đầy sẽ chuyển bộ sạc sang sạc nhỏ giọt, còn được gọi là sạc bảo dưỡng. Hầu hết các bộ sạc cho pin niken ngày nay đều có mức sạc nhỏ giọt giảm xuống để phù hợp với NiMH.

Li-ion có tổn thất tối thiểu trong quá trình sạc và hiệu suấtcu-long tốt hơn 99 phần trăm. Ở 1C, pin sạc đến 70 phần trăm trạng thái sạc (SoC) trong vòng chưa đầy một giờ; thời gian thêm được dành cho sạc bão hòa. Li-ion không cần điện tích bão hòa như axit chì; Trên thực tế, tốt hơn là không nên sạc đầy Li-ion – pin sẽ dùng được lâu hơn nhưng thời gian chạy sẽ ít hơn một chút. Trong tất cả các bộ sạc, Li-ion là bộ sạc đơn giản nhất. Không có thủ thuật nào được áp dụng hứa hẹn cải thiện hiệu suất của pin như các nhà sản xuất bộ sạc cho pin chì và niken thường tuyên bố. Chỉ có phương pháp CCCV hoạt động.

Axit chì không thể được sạc nhanh. Hầu hết các bộ sạc axit chì đều sạc pin trong 14–16 giờ. Axit chì có thể được sạc đến 70 phần trăm trong khoảng 8 giờ; điện tích bão hòa quan trọng nhất chiếm thời gian còn lại. Sạc một phần tốt hơn cho loại axit chì này , Việc nhận được điện tích bão hòa hoàn toàn một cách chậm rãi sẽ ngăn chặn quá trình sunfat hóa .

Dòng điện dự phòng trên bộ sạc phải ở mức thấp để tiết kiệm năng lượng. Energy Star gán năm sao cho bộ sạc điện thoại di động và các bộ sạc nhỏ khác có công suất 30mW trở xuống ở chế độ chờ. Bốn sao cho bộ sạc có công suất 30–150mW, ba sao cho 150–250mW và hai sao cho 250–350mW. Mức tiêu thụ trung bình là 300mW và các đơn vị này nhận được một sao. Energy Star nhằm mục đích giảm mức tiêu thụ hiện tại của các bộ sạc cá nhân thường được cắm khi không sử dụng.

Bộ sạc pin hoạt động như thế nào là an toàn?

  • Sạc pin hiệu quả nhất khi trạng thái sạc (SoC) của nó ở mức thấp. Giảm điện áp sạc khi pin đạt đến SoC từ 70% trở lên. Pin được sạc đầy không còn có thể chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học và điện tích phải được hạ xuống để nhỏ giọt hoặc chấm dứt.
  • Việc sạc đầy pin ngoài trạng thái sạc đầy sẽ biến năng lượng dư thừa thành nhiệt và khí. Với Li-ion, điều này có thể dẫn đến lắng đọng các vật liệu không mong muốn. Sạc quá mức kéo dài gây ra hư hỏng vĩnh viễn.
  • Sử dụng bộ sạc phù hợp với hóa chất dự định của pin. Hầu hết các bộ sạc chỉ có một chất hóa học. Đảm bảo rằng điện áp của pin phù hợp với bộ sạc.
  • Giá trị Ah của pin có thể khác một chút so với chỉ định. Sạc pin lớn hơn sẽ lâu hơn một chút so với pin nhỏ hơn và ngược lại. Không sạc nếu giá trị Ah sai lệch quá nhiều (hơn 25 phần trăm).
  • Bộ sạc công suất cao rút ngắn thời gian sạc nhưng có những hạn chế về tốc độ sạc pin. Sạc cực nhanh gây căng thẳng cho pin.
  • Bộ sạc axit chì nên chuyển sang sạc thả nổi (Sạc thả nổi, như mọi người vẫn biết,  duy trì một điện áp đặt lên trên 2 cực của ắc-quy sau khi ắc-quy đã đạt tới điện áp đầy ở trạng thái kích thích (2,3V danh định đối với mỗi ngăn; 13,8V danh định đối với ắc-quy 12V thông dụng) khi bão hòa hoàn toàn; bộ sạc pin niken phải chuyển sang sạc nhỏ giọt khi đầy. Li-ion không thể hấp thụ quá mức và không nhận được điện tích nhỏ giọt. Sạc nhỏ giọt và sạc thả nổi bù đắp cho những tổn thất phát sinh do tự xả.
  • Bộ sạc phải được ghi nhiệt độ để kết thúc quá trình sạc trên pin bị lỗi.
  • Quan sát nhiệt độ . Pin làm từ niken sẽ nóng lên khi kết thúc sạc nhưng phải nguội dần khi “sẵn sàng dùng”. Li-ion không được tăng quá 10ºC (18ºF) so với môi trường xung quanh khi sạc đầy.
  • Kiểm tra nhiệt độ pin khi sử dụng bộ sạc giá rẻ. Tháo pin khi thấy pin nóng.
  • Sạc ở nhiệt độ phòng. Li-ion không thể được sạc dưới mức đóng băng.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here