Напряжение аккумулятора при заряде и разряде

Почему кипит аккумулятор на легковых авто?

Разность потенциалов на полюсных выводах аккумулятора (батареи) в процессе заряда или разряда (при наличии тока во внешней цепи) называется напряжением аккумулятора (батареи).

Наличие внутреннего сопротивления аккумулятора приводит к тому, что егонапряжение при разряде всегда меньше ЭДС, а при заряде – всегда больше ЭДС.

В начале заряда происходит скачок напряжения на величину омических потерь внутри аккумулятора, а затем быстрое повышение напряжения за счёт потенциала поляризации, вызванной быстрым увеличением плотности электролита в порах активной массы. Далее происходит медленный рост напряжения, обусловленный главным образом ростом ЭДС аккумулятора вследствие увеличения плотности электролита в результате растворения сульфата свинца и превращения его на положительных электродах в двуокись свинца PbO2, а на отрицательных в губчатый свинец Pb.

После того, как основное количество сульфата свинца преобразуется в двуокись свинцаPbO2 и Pb большая часть энергии, потребляемая аккумулятором, будет расходоватьсяна разложение воды на водород и кислород. Избыточное количество ионов водорода и кислорода в электролите, ещё больше увеличивает потенциал разноименных электродов. Это приводит к быстрому росту зарядного напряжения, вызывающему ускорение процесса разложения воды – аккумулятор кипит.

Если продолжать процесс заряда, то роста плотности электролита и зарядного напряжения практически не будет. Вся проводимая к аккумулятору энергия будет расходоваться на электролитическое разложение воды. После прекращения заряда напряжение на выводах аккумулятора резко снижается на величину омических внутренних потерь. Затем происходит постепенное снижение ЭДС вследствие уменьшения плотности электролита в порах активной массы, которое продолжается до полного выравнивания концентрации электролита в объёме аккумулятора и порах активной массы.

Величина напряжения при разряде зависит от величины разрядного тока, продолжительности разряда и температуры электролита. Разряжать аккумулятор ниже определенного предела, называемого конечным разрядным напряжением,недопустимо, так как это может привести к разрушению активной массы. Для разных величин разрядного тока принимаются различные конечные разрядные напряжения. При разрядном токе 10-часового разрядного режима, например, конечноеразрядное напряжение одного аккумулятора составит 1,7 В.

Почему кипит аккумулятор на легковых авто?

Кипение аккумулятора доставляет автовладельцам много хлопот. Ресурс прибора падает, что требует дальнейшей перезарядки. Нарушается внешний вид аккумулятора, он становится сырой и грязный – происходит интенсивный поверхностный саморазряд аккумулятора. Выкипающий электролит попадает на полированный кузов и оборудование. Попадая на полированный кузов, выкипающий электролит разъедает сначала краску на нём, а затем и сам кузов…

Причины кипения аккумулятора

Причины кипения аккумулятора могут быть разные, в зависимости от влияющего фактора. Знание причин поможет предпринять нужные действия по предотвращению или устранению последствий поломки. Одной из таких причин может послужить устаревшее зарядное устройство. В этом случае аккумулятору уже не помочь. Могут выйти из строя приборы заряда аккумулятора, из-за чего снизится эксплуатационный период автомобильного аккумулятора или будут возникать проблемы с запуском двигателя.

Возникнуть нарушение работы, сопровождающееся кипением аккумулятора, может из-за проблем, связанных:

  с поломкой генератора переменного тока

  с релейным регулятором автомобиля

Кипение аккумулятора из-за поломки генератора переменного тока

Генератор переменного тока – это второй по значимости прибор, отвечающий за бесперебойную работу аккумулятора легкового автомобиля. Чтобы контролировать переменный ток генератор имеет диодный мост. Поломка может наступить при повреждении одного из диодов. Вследствие чего, аккумулятор начинает перезаряжаться и происходит его кипение.

Действия для устранения поломки:

  съём генератора и его реставрация

  замена диодного моста

После восстановительных работ генератор вновь устанавливают на автомобиль и проводят проверку электрического заряда. Избежать закипания аккумулятора из-за выхода из строя генератора переменного тока поможет периодическая проверка величины заряда и его регулировка.

Кипение аккумулятора из-за поломки релейного регулятора

Схема заряда аккумулятора автомобиля предусматривает наличие приборов, от исправной работы которых напрямую зависит как бесперебойное функционирование самого аккумулятора, так и то, насколько надёжно будет запускаться двигатель. Один из таких приборов – релейный регулятор, предназначенный для регулировки в заданных пределах напряжения бортовой сети. Если релейный регулятор не отрегулирован, то он будет периодически перегорать, а аккумулятор, соответственно, закипать. Качество прибора, отвечающего за напряжение бортовой сети, будет напрямую отражаться на работе основного автомобильного устройства.

Действия для устранения поломки:

  если неисправен электромеханический регулятор – возможна регулировка, при которой потребуется его настройка согласно заводским характеристикам

  в случае выхода из строя электронного регулятора реставрация не предусмотрена – только замена

Замена электронного регулятора должна производиться в специализированном сервисном центре. При этом лучше выбирать релейный регулятор, имеющий дополнительный провод. Этот провод будет направлен на плюсовую клемму аккумулятора и позволит свести к минимуму какие-либо погрешности в его функционировании.

Напряжение зарядки аккумуляторов — Мобильные Электросистемы

НАПРЯЖЕНИЕ, ВРЕМЯ и ТЕМПЕРАТУРА —  три переменных, от которых зависит качество зарядки аккумуляторов. Управляет этими переменными зарядное устройство. Если оно делает это не правильно, дорогие аккумуляторные батареи хронически недозаряжаются или перезаряжаются. В результате сохраняют меньше энергии и раньше времени выходит из строя.

В продвинутых системах зарядки не существует никакого волшебства. По большому счету, все что они делают – это увеличивают разницу между текущим напряжением аккумулятора и напряжением зарядного устройства. Чем выше напряжение, тем больший ток поступает в аккумулятор и тем быстрее он заряжается. Однако процесс зарядки необходимо точно контролировать, иначе аккумулятор легко повредить.

Установить зависимость между зарядным напряжением и током, поглощаемым аккумулятором позволяет простой эксперимент. Разрядим аккумуляторную батарею с жидким электролитом емкостью 100 Ач до 50% и подключим ее к источнику зарядки с максимальным током 180 А. Выставим на блоке питания напряжение 13,2 Вольта и измерим ток, потребляемый аккумулятором. После этого увеличим напряжение и вновь измерим поглощаемый аккумуляторной батареей ток.

Результаты измерений приведены на графике. Красная линия показывает, что заряженный на 50% аккумулятор при напряжении 13,2 В потребляет 35 А, а при напряжении 14,8 В — 160 А. Таким образом при увеличение напряжения на 1,6 Вольта скорость зарядки возрастает на 457%.

Заряженный на 70-75% аккумулятор ведет себя иначе (черная линия на графике). При напряжении 13,2 В он «думает», что уже полностью заряжен и потребляет всего около 1 А. Но стоит повысить напряжение до 14,8 В и ток резко возрастает до 60A. Улучшение зарядки на 6000%!

Контрольные напряжения были выбраны не случайно. Именно эти значения чаще всего встречаются в реальной жизни. Напряжение 13,2V появляется, если используется диодный разделитель. Или регулятор напряжения генератора имеет встроенный температурный компенсатор.

Температурная компенсация используется в большинстве современных генераторов. Когда двигательный отсек нагревается и теплый воздух проходит через регулятор, то генератор считает аккумулятор заряженным. В результате примерно через 20 минут работы стандартного автомобильного генератора напряжение уменьшается с 14 В до 13,2 В. Для стартового аккумулятора это нормально, но для тягового гарантирует, что он никогда не зарядятся полностью. Именно поэтому на транспортные средства с аккумуляторами глубокого разряда устанавливают зарядные устройства, работающие от генератора

Мы выяснили, что с повышением напряжения ток, потребляемый аккумулятором многократно возрастает. Но не расходуется ли получаемая аккумулятором дополнительная энергия на нагрев и газообразование? Сохраняет ли аккумулятор ее для дальнейшего использования? Не оказывается ли быстрый заряд пустой тратой времен, которая в итоге приводит к разрушению аккумулятора?

Сомнения развеивает второй эксперимент. Возьмем четыре одинаковых аккумулятора с жидким электролитом емкостью 100 Ач каждый. Соединим их параллельно и разрядим до одного и того же уровня. Затем по очереди зарядим при различном напряжении. Замерим потребляемый аккумулятором во время зарядки ток и с помощью счетчика ампер часов определим, какой реальный заряд получила каждая батарея. Температуру аккумуляторов во время зарядки также будем контролировать. Если она повысится до 50 град. C, значит электролит может закипеть и такой режим опасен для аккумулятора.

После того как зарядка завершена, проверим действительно ли аккумуляторы сохранили полученную электрическую энергию. Для этого по очереди к каждому аккумулятору подключим инвертор, нагрузкой которого будут лампы накаливания мощностью 400 Вт. Если во время зарядки аккумулятор получил большее количество ампер часов, и действительно сохранил их, то подключенные к нему лампы должны светится дольше.

Результаты эксперимента позволяют ответить на следующие вопросы

1) Получает ли аккумулятор больше энергии в процессе быстрой зарядки? Да. Эксперимент показал, что при напряжении 13,3 В аккумулятор получил 21 Ач, а во время зарядки при напряжении 14,8 В — 60 Ач. Улучшение составило около 300%.

2) Действительно ли аккумулятор сохранил дополнительную энергию или она пошла на нагрев и газообразование?  Тест продемонстрировал, что аккумулятор заряженный при 13,2 В питал инвертор в течение 48 минут. А заряжавшийся при 14,8 В проработал при той же нагрузке 114 минут. Поскольку этот аккумулятор был единственным источником энергии для инвертора, следовательно, во время зарядки он получил и сохранил дополнительные ампер часы. Улучшение составило 230%.

3) Будет ли аккумулятор кипеть при зарядке с высокой скоростью? Во время зарядки, температура аккумулятора повысилась с 18 до 32 градусов C. До опасных 50 градусов далеко. Кроме того, в тесте использовалось зарядное устройство мощностью 150 А. Чтобы воспроизвести такие испытания в реальной жизни с аккумуляторной батареи емкостью 400 Ач потребуется генератор или зарядное устройство мощностью 600 А. Маловероятно, что кто-либо располагает такими устройствами зарядки

6) Есть ли другие преимущества от зарядки при повышенном напряжении? Да, во время зарядки происходит десульфатация, увеличивающая срок службы аккумулятора. Если зарядка идет от генератора, то время работы двигателя и расходы на топливо, связанные с зарядкой, уменьшаются.

Негативных последствий от зарядки при повышенном напряжении для аккумуляторов не существует

Если на основе полученных данных создать компьютерную программу и записать ее в микропроцессор, то созданное на его основе зарядное устройство увеличит срок службы аккумуляторов и заставит их работать дольше.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Ваше имя

Ваш e-mail

Сообщение

Как внутреннее сопротивление влияет на производительность?

С переходом от аналогового к цифровому аккумулятору предъявляются новые требования. В отличие от аналоговых портативных устройств, потребляющих постоянный ток, цифровое оборудование заряжает батарею короткими сильными скачками тока.

Одним из неотложных требований к аккумулятору для цифровых приложений является низкое внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление, измеряемое в миллиомах, является привратником, который в значительной степени определяет время работы. Чем ниже сопротивление, тем меньше ограничений испытывает батарея при обеспечении необходимых скачков мощности. Высокое показание мВт может вызвать раннюю индикацию «разряженной батареи» на, казалось бы, хорошей батарее, потому что доступная энергия не может быть доставлена ​​требуемым образом и остается в батарее

На рис. 1 показаны характеристики напряжения и соответствующее время работы батареи с низким, средним и высоким внутренним сопротивлением при подключении к цифровой нагрузке. Подобно мягкому мячику, легко деформирующемуся при сдавливании, напряжение аккумулятора с высоким внутренним сопротивлением модулирует напряжение питания и оставляет провалы, отражая импульсы нагрузки. Эти импульсы подталкивают напряжение к концу линии разряда, что приводит к преждевременному отключению. Как видно из графика, внутреннее сопротивление определяет большую часть времени работы.

Рис. 1: Кривая разряда при импульсной нагрузке с различным внутренним сопротивлением. На этой диаграмме показано время работы 3 аккумуляторов одинаковой емкости, но с разным внутренним сопротивлением.

Время разговора как функция внутреннего сопротивления

В рамках текущих исследований по измерению времени работы аккумуляторов с различными уровнями внутреннего сопротивления Cadex Electronics проверила несколько аккумуляторов сотовых телефонов, которые некоторое время находились в эксплуатации. Все батареи были одинаковыми по размеру и давали хорошие показания емкости при проверке с помощью анализатора батарей при постоянной разрядной нагрузке. Никель-кадмиевая батарея показала емкость 113 %, никель-металлогидридная — 107 %, а литий-ионная — 9 %. 4%. Внутреннее сопротивление варьировалось в широких пределах и составляло 155 мОм для никель-кадмиевых, высокое 778 мОм для никель-металлогидридных и умеренные 320 мОм для литий-ионных. Эти показания внутреннего сопротивления типичны для стареющих батарей с таким химическим составом.

Теперь давайте проверим, как тестовые аккумуляторы ведут себя на сотовом телефоне. Максимальный импульсный ток сотовых телефонов GSM (глобальная система мобильной связи) составляет 2,5 ампера. Это представляет собой большой ток от относительно небольшой батареи емкостью около 800 миллиампер (мАч) часов. Импульс тока в 2,4 ампера от аккумулятора емкостью 800 мАч, например, соответствует C-скорости 3C. Это в три раза больше текущего номинала батареи. Такие импульсы высокого тока могут быть доставлены только в том случае, если внутреннее сопротивление батареи низкое.

На рисунках 2, 3 и 4 показано время разговора трех батарей при смоделированном токе GSM 1C, 2C и 3C. Видна прямая зависимость между внутренним сопротивлением батареи и временем разговора. никель-кадмиевые показали себя лучше всего в данных обстоятельствах и обеспечили время разговора 120 минут при разряде 3C (оранжевая линия). никель-металл-гидрид работал только при 1C (синяя линия) и не работал при 3C. литий-ионный позволял умеренное время разговора 50 минут при 3C.

Рисунок 2: Разряд и результирующее время разговора никель-кадмия на 1С, 2С и 3С по графику нагрузки GSM. Тестируемый аккумулятор имеет емкость 113%, внутреннее сопротивление невелико – 155 мОм. Рис. 3: Разрядка и результирующее время разговора никель-металлгидридного на 1C, 2C и 3C по графику нагрузки GSM. Тестируемый аккумулятор имеет емкость 107%, внутреннее сопротивление высокое 778 мОм. Рисунок 4: Разрядка и итоговое время разговора литий-ионной батареи при 1C, 2C и 3C по графику нагрузки GSM. Протестированная батарея имеет емкость 94%, внутреннее сопротивление 320 мОм.

Внутреннее сопротивление в зависимости от уровня заряда

Внутреннее сопротивление зависит от уровня заряда батареи. Наибольшие изменения заметны на батареях на основе никеля. На рисунке 5 мы наблюдаем внутреннее сопротивление никель-металлогидридного аккумулятора в пустом состоянии, во время зарядки, при полной зарядке и после 4-часового периода покоя.
Уровни сопротивления самые высокие при низком уровне заряда и сразу после зарядки. Вопреки распространенному мнению, наилучшая производительность батареи достигается не сразу после полной зарядки, а после периода отдыха в несколько часов. Во время разряда внутреннее сопротивление батареи уменьшается, достигает наименьшего значения при половинном заряде и снова начинает расти (пунктирная линия).

Рис. 5: Внутреннее сопротивление из никель-металлогидридного сплава. Обратите внимание на более высокие показания сразу после полной разрядки и полной зарядки. Отдых батареи перед использованием дает наилучшие результаты. Ссылки: Shukla et al. 1998. Родригес и др. 1999.

Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора практически одинаково от пустого до полного заряда. Батарея асимптотически уменьшается с 270 мВт при 0% до 250 мВт при 70% заряда. Наибольшие изменения происходят между 0% и 30% SoC.

Сопротивление свинцово-кислотных батарей увеличивается при разряде. Это изменение вызвано уменьшением удельного веса, истощением электролита по мере того, как он становится более водянистым. Увеличение сопротивления почти линейно с уменьшением удельного веса. Остальные несколько часов частично восстановят батарею, так как сульфат-ионы могут восполниться сами. Изменение сопротивления между полным зарядом и разрядом составляет около 40%. Низкая температура увеличивает внутреннее сопротивление всех аккумуляторов и добавляет примерно 50% в диапазоне от +30°C до -18°C для свинцово-кислотных аккумуляторов. На рис. 6 показано увеличение внутреннего сопротивления гелевой свинцово-кислотной батареи, используемой для инвалидных колясок.

Рис. 6: Типичные показания внутреннего сопротивления свинцово-кислотного аккумулятора для инвалидных колясок. Аккумулятор разрядился от полного заряда до 10,50В. Показания снимались при напряжении холостого хода (OCV).
Источник: Аккумуляторные лаборатории Cadex.

Аккумуляторы в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров» », который можно заказать на Amazon.com.

Как быстро можно заряжать литий-ионные аккумуляторы?

Скорость, с которой аккумулятор можно заряжать, измеряется с помощью «C-скорости», где «C» емкость батареи в мА или А. При скорости 1 C батарея может быть полностью заряжена за один час. Скорость зарядки в первую очередь зависит от напряжения

Например:

• Для небольших батарей, используемых в портативных электронных устройствах , C-скорость зарядки основана на выходном напряжении зарядного устройства.
• Для больших аккумуляторных блоков, например, используемых в электромобилях (EV), скорость зарядки C зависит от входного и выходного напряжения зарядного устройства.

Давайте рассмотрим базовую литий-ионную зарядку для портативных устройств, рассмотрим технологии USB PD и Qualcomm Quick Charge для более быстрой зарядки портативных устройств, а также обсудим уровни зарядки электромобилей, включая технологию экстремальной быстрой зарядки (XFC).

Стандартный литий-ионный аккумулятор
Зарядка стандартного литий-ионного аккумулятора состоит из двух этапов, начиная с зарядки постоянным током (CC) и заканчивая зарядкой постоянным напряжением (CV) ( Рисунок 1 ). Зарядка CC используется для возврата напряжения к уровню окончания заряда, который является номинальным номинальным напряжением батареи. В этот момент начинается зарядка CV, и ток медленно снижается.

Когда ток достигает низкого уровня, который зависит от конкретного химического состава батареи, зарядка прекращается, а напряжение снимается.

Рис. 1: Правильная зарядка большинства литий-ионных аккумуляторов состоит из двух этапов: CC и CV. (Изображение: Сафт)

Оптимальный показатель C для напряжения зарядки и окончания заряда зависит от используемого химического состава и других факторов, таких как температура.

Например:

• Литий-марганцевый оксид: 0,7–1C тип., максимум 3C, напряжение в конце заряда 4,20 В
• Литий-железо-фосфат: 0,3 тип., макс. 1C, напряжение в конце заряда 3,65 В
• Литий Никель Марганец Оксид кобальта: 0,7 тип., максимум 1C, напряжение в конце заряда от 4,20 до 4,30 В, в зависимости от конструкции
• Титанат лития: 1C тип., 5C макс., 2,85 В напряжение в конце заряда

Зарядка литий-ионных аккумуляторов с более высокой скоростью сокращает срок службы ( рис. 2 ). Низкая скорость зарядки C/2, C/5 или меньше может привести к более медленному старению батареи и увеличению срока ее службы. Разработчики должны сбалансировать время, затрачиваемое на зарядку аккумулятора, со временем, доступным для использования в данном приложении.

Кроме того, снижение целевого напряжения в конце заряда на 100 мВ или более может продлить срок службы батареи за счет меньшей нагрузки на электроды, но за счет меньшей емкости. Емкость аккумулятора напрямую зависит от конечного напряжения заряда. Понижение напряжения снижает емкость аккумулятора.

Рис. 2: Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать быстрее, чем скорость 1С, с сокращением срока службы. (Изображение: Battery University)

Плавающий режим
Плавающий режим — еще один важный момент при зарядке литий-ионных аккумуляторов. Он использует постоянный (низкий) ток после завершения режима CV. Плавающий режим иногда используется в энергетических приложениях, таких как системы накопления энергии для фотоэлектрических панелей. Однако большинство литий-ионных аккумуляторов не предназначены для плавающего режима после достижения полностью заряженного состояния.

Если это идеально для данного применения, батареи должны быть специально разработаны для поддержки плавающего режима. В противном случае непрерывный зарядный ток может привести к перезарядке, что может привести к повреждению элемента и потенциальному возгоранию или взрыву.

Температура 
При зарядке литий-ионных аккумуляторов необходимо контролировать температуру. Графитовые электроды в большинстве этих батарей могут быть повреждены при зарядке при повышенной температуре, что приведет к необратимой потере емкости. Зарядка с высокой скоростью C может увеличить эффект потери емкости, поскольку высокие зарядные токи могут увеличить внутреннюю температуру батареи. Если батарея подвергается воздействию высокого напряжения и высокой температуры одновременно, в ячейке может произойти выделение газа, что приведет к вздутию и другим повреждениям.

Кроме того, при более низких температурах ионы лития заряжаются медленнее. Немногие литий-ионные аккумуляторы можно заряжать при температуре ниже 0 ° C. Учитывая неблагоприятное воздействие экстремальных температур, важно постоянно контролировать аккумулятор во время зарядки и замедлять или даже останавливать его, если температура слишком сильно повышается или падает.

Более быстрая зарядка
Для более быстрой зарядки требуется более высокое напряжение. Таким образом, задача здесь состоит в том, чтобы справиться с повышением температуры. Первоначальная спецификация питания USB была ограничена 5 В и до 3 А (в зависимости от реализации) при максимальной мощности 15 Вт. Спецификация USB PD (питание) обеспечивает несколько напряжений — 5, 9, 15 и 20 В и до 5 А — для максимальной мощности 100 Вт и более быстрой зарядки аккумулятора.

Технология USB PD PPS (программируемый источник питания) определяет состояние зарядки аккумулятора в режиме реального времени, регулируя напряжение и ток для обеспечения максимальной мощности при минимальном повышении температуры.

Технология Qualcomm Quick Charge была разработана с упором на управление температурой. В Quick Charge 2.0 добавлена ​​​​двойная зарядка, в которой используются две микросхемы управления питанием (PMIC) в телефоне для разделения зарядного тока на два потока. Это уменьшает трубку и, следовательно, повышение температуры батареи.

В версии 3.0 в Quick Charge добавлены интеллектуальные согласования для оптимального напряжения (INOV), технологии экономии заряда батареи, HVDCP+ и Dual Charge+. INOV определяет оптимальную передачу мощности для обеспечения максимальной эффективности. Технологии экономии заряда батареи оптимизируют процесс зарядки, чтобы поддерживать не менее 80 % исходной емкости аккумулятора после 500 циклов зарядки.

Quick Charge 3.0 без Dual Charge+ на 6°C холоднее, на 16% быстрее и на 38% эффективнее, чем Quick Charge 2.0, а Quick Charge 3.0 с Dual Charge+ на 8°C холоднее, на 27% быстрее и на 45 % эффективнее, чем Quick Charge 2.0 с двойной зарядкой.

В Quick Charge 4 добавлена ​​функция Dual Charge++, которая совместима с USB-C и USB PD. Были включены дополнительные меры безопасности для защиты от перенапряжения, перегрузки по току, перегрева и определения качества кабеля. Quick Charge 4 с Dual Charge++ обеспечивает охлаждение до 5°C, на 20% быстрее и на 30% эффективнее, чем Quick Charge 3. 0 с Dual Charge+.

Dual Charge++ является обязательным для Quick Charge 4, хотя в более ранних версиях он был необязательным. Quick Charge 5 совместим с USB-PD PPS и может зарядить аккумулятор мобильного телефона емкостью 4500 мАч до 50% за пять минут (9).0010 Рисунок 3 ).

Рис. 3. Устройство Qualcomm Quick Charge 5 совместимо со спецификацией USB-PD PPS (программируемый источник питания). (Изображение: Qualcomm)

Электромобили отличаются
Аккумуляторы, аккумуляторные блоки и системы управления батареями в электромобилях различаются. Напряжение аккумуляторных батарей для электромобилей высокое и постоянно увеличивается — до 800 В. Переход от 400 В, используемых в большинстве современных электромобилей, к 800 В может сократить время зарядки на 50%.

Например, некоторые электромобили на 800 В могут выдерживать мощность зарядки 200 кВт и заряжаться от 10 до 80 % за 18 минут. Удвоение напряжения означает, что для передачи той же мощности можно использовать меньшие и более легкие кабели. Более низкий ток также приводит к меньшему выделению тепла и меньшему повышению температуры.

Помимо более высокого напряжения аккумуляторной батареи, скорость зарядки электромобиля связана с входным напряжением зарядного устройства. В США SAE J1772 распознает три уровня зарядки:

• Уровень 1 использует входное напряжение 120 В переменного тока и ограничен примерно 1,9 кВт для питания бортового зарядного устройства электромобиля.
• Уровень 2 называется «быстрая зарядка переменным током» и использует однофазное питание 208/240 В переменного тока для обеспечения мощности до 19 кВт от источника 240 В переменного тока. Он заряжается в семь раз быстрее, чем уровень 1.
• Уровень 3 обеспечивает быструю зарядку постоянным током и использует внешнее зарядное устройство для обеспечения 240 кВт при 600 В постоянного тока и 400 А. Усовершенствованные конструкции могут обеспечивать 500 кВт при 1000 В постоянного тока и 500 А.

В Европе стандарт IEC 61851-1 определяет четыре режима зарядки электромобиля ( Рисунок 4 ):

• Режим 1 зарядка является маломощной и использует простой кабель, подключенный непосредственно к розетке переменного тока.
• Mode 2 добавляет встроенную защиту, называемую устройством управления и защиты в кабеле (IC-CPD). Он подключается непосредственно к розетке переменного тока. IC-CPD работает в режиме 2, который более безопасен, чем режим 1, но по-прежнему ограничен примерно 15 кВт при трехфазном питании.
• Режим 3 использует специальную зарядную станцию ​​для подачи до 120 кВт переменного тока. В режимах 1, 2 и 3 используется встроенное зарядное устройство электромобиля для управления зарядкой аккумулятора.
• Режим 4 относится к быстрой зарядке постоянным током. В режиме 4 можно выдавать несколько сотен кВт. Обратная связь по энергии и управление зарядкой возможны в режиме 3, но они необходимы в режиме 4. Последней версией режима 4 является XFC, которая может выдавать до 350 кВт.

Рисунок 4: IEC 61851-1 определяет четыре режима зарядки электромобиля, режим 4 был расширен для поддержки до 350 кВт, называемого XFC. (Изображение: Infineon Technologies)

Согласно IEC 62196 температура на контактах разъема, подающего зарядное устройство в автомобиль, не может превышать 50°C. Если температура поднимается выше этого уровня, зарядное устройство должно замедлить или остановить зарядку. Активное охлаждение кабелей и соединительной системы требуется в системах, обеспечивающих зарядный ток более 250 А.

Резюме
Скорость, с которой батарея или аккумуляторная батарея может быть перезаряжена, зависит от используемого напряжения и от того, насколько эффективно батарея может заряжаться. контролировать при повышении температуры. Большинство маленьких аккумуляторов в портативных устройствах ограничены зарядкой 1C.

Технологии USB PD и Qualcomm Quick Charge используют комбинации более точных шагов напряжения и более точного контроля температуры для ускорения скорости зарядки намного выше 1C.