Зарядка аккумулятора: виды, режимы и правила¶

Зарядка аккумулятора — процесс восстановления ёмкости первичной или вторичной батареи путём подачи на её клеммы электрического тока, протекающего в направлении, обратном разрядному. Параметры зарядки (ток, напряжение, температура, длительность) определяются типом аккумулятора и существенно влияют на его ресурс. Наиболее распространённые бытовые типы — свинцово-кислотные (автомобильные), литий-ионные (телефоны, ноутбуки, электромобили), никель-металлгидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd).

¶Общие принципы

Зарядный ток всегда подаётся на положительную клемму источника, а отрицательную — к отрицательной клемме зарядного устройства (ЗУ). Переполюсовка для большинства современных аккумуляторов недопустима и может привести к повреждению или взрыву. Полная зарядка считается достигнутой, когда аккумулятор принимает ток, близкий к нулю при заданном напряжении, либо когда напряжение на клеммах стабилизируется (для свинцовых — «постоянное напряжение»).

Основные режимы зарядки:

• Постоянный ток (CC) — ток заряда поддерживается на заданном уровне, напряжение растёт. Применяется для Ni-Cd, Ni-MH и на первом этапе зарядки Li-ion.
• Постоянное напряжение (CV) — на клеммы подаётся фиксированное напряжение, ток постепенно снижается. Используется на втором этапе зарядки Li-ion и для свинцово-кислотных батарей.
• Комбинированный CC/CV — стандарт для литий-ионных аккумуляторов: сначала зарядка током до порогового напряжения (обычно 4,2 В на элемент), затем поддержание напряжения до снижения тока до 0,05–0,1 C.

¶Свинцово-кислотные аккумуляторы

Автомобильные батареи (12 В, шесть элементов по 2,1 В) заряжаются током, составляющим 10 % от ёмкости (правило 10 %): для АКБ ёмкостью 60 А·ч оптимальный зарядный ток — 6 А. Зарядка током более 30 % ёмкости перегревает электролит и ускоряет сульфатацию пластин.

Полностью разряженный свинцовый аккумулятор (напряжение ниже 10,5 В) заряжается током 1–2 А до восстановления работоспособности, после чего переводится в обычный режим. Длительность полной зарядки разряженной на 50 % батареи — 4–6 часов, полностью разряженной — до 12–15 часов.

Современные ЗУ для автомобильных АКБ оснащены автоматическим переключением режимов: десульфатация импульсным током, старт с малого тока, переключение на постоянное напряжение, финальная стадия поддержания («консервация») при напряжении 13,8 В.

¶Литий-ионные аккумуляторы

Зарядка Li-ion требует соблюдения строгих ограничений:

• Напряжение на элементе не должно превышать 4,2 В (для большинства химий) — перезаряд приводит к деградации и риску теплового разгона.
• Зарядный ток обычно не превышает 0,5–1 C (для аккумулятора ёмкостью 3000 мА·ч — 1,5–3 А).
• Температура заряда — 0…+45 °C; зарядка при отрицательной температуре вызывает осаждение лития на аноде («литиевые иглы»), что опасно коротким замыканием.

Быстрые зарядки (Quick Charge, USB Power Delivery) используют высокое напряжение на входе (5–20 В) и понижающие преобразователи в самом устройстве. Стандарты определяют протоколы согласования тока и напряжения между ЗУ и гаджетом.

¶Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы

Для Ni-Cd и Ni-MH применяется зарядка постоянным током. Типовой зарядный ток — 0,1 C («медленная зарядка») или 0,4–1 C («быстрая»). Окончание зарядки определяется по спаду напряжения на 10–20 мВ (для Ni-Cd — «−ΔV», для Ni-MH — «+ΔV» или по росту температуры на 1 °C/мин).

Ni-Cd аккумуляторы обладают эффектом памяти: при регулярной неполной разрядке они «запоминают» уровень и теряют доступную ёмкость. Для восстановления рекомендуется полный цикл разряд-заряд 2–3 раза. Ni-MH менее подвержены эффекту памяти, но тоже требуют периодической полной разрядки.

¶Правила безопасности

• Зарядка производится в проветриваемом помещении вдали от источников огня: при электролизе выделяется водород, взрывоопасная смесь.
• Нельзя заряжать аккумулятор с повреждённым корпусом, подтекающим электролитом или с нештатным напряжением (ниже 10,5 В для 12-вольтовой АКБ без признаков сульфатации).
• Зарядное устройство должно соответствовать типу аккумулятора: ЗУ для Li-ion нельзя использовать для зарядки свинцовых батарей и наоборот.
• Температура корпуса аккумулятора во время зарядки не должна превышать +50 °C; перегрев — признак неправильного режима.
• Батареи разного уровня разряженности, возраста и ёмкости не объединяются в параллельные группы для зарядки.

¶Хранение и подготовка

Перед зарядкой долгое время не использовавшегося аккумулятора рекомендуется измерить напряжение на клеммах. Свинцовый аккумулятор с напряжением ниже 10,5 В может потребовать десульфатации — серии коротких зарядно-разрядных циклов малым током. Литий-ионный аккумулятор, разряженный ниже 2,5 В на элемент, может быть необратимо повреждён и не подлежит восстановлению в бытовых условиях.

Источники:

• Вентцель С. И. «Свинцовые аккумуляторы»
• Войнаровский П. Г. «Аккумуляторы: теория и практика»
• Даташиты производителей зарядных контроллеров (Texas Instruments, Analog Devices)
• Руководства по эксплуатации аккумуляторных батарей (Yuasa, Varta, Bosch)