Контроллер заряда
Контроллер заряда , регулятор заряда или регулятор батареи ограничивают скорость, с которой электрический ток добавляется или отводится от электрических батарей, чтобы защитить от электрической перегрузки , перезарядки и может защитить от перенапряжения . [1] [2] Это предотвращает возникновение условий, которые снижают производительность или срок службы батареи и могут представлять угрозу безопасности. Это также может предотвратить полный разряд («глубокую разрядку») аккумулятора или выполнить контролируемый разряд, в зависимости от технологии аккумулятора, чтобы продлить срок его службы. [3] [4] Термины «контроллер заряда» или «регулятор заряда» могут относиться либо к автономному устройству, либо к схеме управления, встроенной в аккумуляторный блок, устройство с батарейным питанием и/или зарядное устройство . [5]
Автономные контроллеры заряда
[ редактировать ]Контроллеры заряда продаются потребителям как отдельные устройства, часто в сочетании с солнечными или ветряными генераторами , для таких целей, как автофургоны , лодки и автономные домашние системы хранения аккумуляторов. [1] В солнечных установках контроллеры заряда также могут называться солнечными регуляторами или контроллерами солнечного заряда. Некоторые контроллеры заряда/солнечные регуляторы имеют дополнительные функции, такие как отключение при низком напряжении (LVD), отдельная цепь, которая отключает нагрузку, когда батареи чрезмерно разряжаются (химический состав некоторых батарей таков, что чрезмерная разрядка может разрушить батарею). [6]
Контроллер последовательного заряда или последовательный регулятор отключает дальнейшую подачу тока в батареи, когда они заряжены. Шунтирующий контроллер заряда или шунтирующий регулятор отводит избыточную электроэнергию на вспомогательную или «шунтирующую» нагрузку, например электрический водонагреватель, когда батареи заряжены. [7]
Простые контроллеры заряда прекращают зарядку батареи, когда она превышает заданный уровень высокого напряжения, и снова включают зарядку, когда напряжение батареи снова падает ниже этого уровня. Технологии широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) более сложны в электронном отношении и регулируют скорость зарядки в зависимости от уровня заряда батареи, чтобы обеспечить зарядку ближе к максимальной емкости. [ нужна ссылка ]
Контроллер заряда с возможностью MPPT освобождает разработчика системы от необходимости точного согласования доступного фотоэлектрического напряжения с напряжением батареи. Можно достичь значительного повышения эффективности, особенно когда фотоэлектрическая батарея расположена на некотором расстоянии от батареи. Например, фотоэлектрическую батарею на 150 В, подключенную к контроллеру заряда MPPT, можно использовать для зарядки аккумулятора на 24 или 48 В. Более высокое напряжение массива означает меньший ток массива, поэтому экономия на затратах на проводку может с лихвой окупить контроллер. [ нужна ссылка ]
Контроллеры заряда также могут контролировать температуру аккумулятора, чтобы предотвратить перегрев. Некоторые системы контроллера заряда также отображают данные, передают данные на удаленные дисплеи и регистрируют данные для отслеживания электрического потока с течением времени.
Интегрированная схема контроллера заряда
[ редактировать ]Схема, которая функционирует как контроллер регулятора заряда, может состоять из нескольких электрических компонентов или может быть инкапсулирована в одну микросхему, интегральную схему (ИС), обычно называемую ИС контроллера заряда или ИС управления зарядом. [3] [8]
Схемы контроллера заряда используются в перезаряжаемых электронных устройствах, таких как сотовые телефоны, портативные компьютеры, портативные аудиоплееры и источники бесперебойного питания, а также в более крупных аккумуляторных системах, используемых в электромобилях и орбитальных космических спутниках. [9]
Протоколы зарядки
[ редактировать ]Из-за ограничений по току, который могут безопасно выдерживать медные провода, были разработаны протоколы зарядки , позволяющие конечному устройству запрашивать повышенное напряжение для увеличения пропускной способности без увеличения нагрева проводов. Поступающее напряжение затем преобразуется в оптимальное напряжение зарядки аккумулятора внутри конечного устройства. [10]
Быстрая зарядка и Pump Express
[ редактировать ]Двумя наиболее широко используемыми стандартами являются Quick Charge от Qualcomm и Pump Express от MediaTek.
Версии Pump Express, Pump Express Plus и Pump Express Plus 2.0 2014 и 2015 годов отличаются тем, что передают запросы напряжения зарядному устройству с использованием сигналов модуляции тока через основные линии питания USB ( VBUS ), а не через каналы передачи данных USB 2.0. [11]
Pump Express Plus поддерживает повышенные уровни напряжения 7, 9 и 12 В, тогда как в спецификации Quick Charge 2.0 отсутствует уровень 7 В. Уровень 20 В был добавлен в версии спецификации, названной «класс B». [12] [13]
Диапазон напряжения преемника Pump Express Plus 2.0 составляет от 5 до 20 В с шагом 0,5 В. Протокол Quick Charge 3.0 поддерживает более точные уровни напряжения и имеет более низкое минимальное напряжение. По данным PocketNow , Quick Charge 3.0 начинается с напряжения 3,2 В с интервалом 0,2 В между каждым шагом и доходит до 20 В (3,2 В, 3,4 В, 4,6 В, ..., 19,8 В, 20 В). [14] [15] [16] [17] Сайт «powerbankexpert.com» утверждает, что протокол имеет минимальное напряжение 3,6 вольта. [18]
Oppo VOOC и Huawei SuperCharge
[ редактировать ]Oppo VOOC , также известный как Dash Charge для дочерней компании OnePlus , а также SuperCharge от Huawei, применили встречный подход, увеличив зарядный ток. Поскольку напряжение, поступающее на конечное устройство, соответствует оптимальному напряжению зарядки аккумулятора, преобразование внутри конечного устройства не требуется, что снижает нагрев там. Однако, в отличие от протоколов зарядки, которые только повышают напряжение, более высокие токи будут выделять больше тепла в медных жилах кабеля, что делает его несовместимым с существующими кабелями и требует специальных сильноточных кабелей с более толстыми медными проводами. [19]
См. также
[ редактировать ]- Система управления аккумулятором
- Балансировка батареи
- Солнечный инвертор
- Регулятор напряжения
- Стабилитрон
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Контроллеры заряда для автономных систем» (веб-страница), часть « Руководства для потребителей по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии» , Министерство энергетики США. Проверено 20 августа 2007 г.
- ^ Национальная ассоциация противопожарной защиты (2017). «Определения статьи 100» . Национальный электротехнический кодекс NFPA 70 . 1 Бэттеримарч-Парк, Куинси, Массачусетс 02169: NFPA . Проверено 9 октября 2023 г.
Контроллер заряда: оборудование, которое контролирует постоянное напряжение или постоянный ток или то и другое и используется для зарядки аккумулятора или другого устройства хранения энергии.
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Резервная копия веб-архива: Браун, Дэвид. «Техническая статья: Варианты зарядки аккумуляторов портативных устройств». (Коммерческий сайт). Аналоговая технология, 1 июля 2006 г. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ «Патент США 5475294: Контроллер заряда для зарядного устройства». (Веб-сайт) Freepatentsonline.com. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ Резервная копия веб-архива: «Станция удаленного наблюдения, запись № F2040: Аннотация». [ мертвая ссылка ] Circuit Cellar Конкурс дизайна Flash Innovation 2003, сайт Circuitcellar.com. 2003. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ «Солнечный порт Conergy доступен в Energy Matters». Архивировано 27 сентября 2007 г. в Wayback Machine (пресс-релиз). 23 июля 2007 г. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ Данлоп, Джеймс П. «Батареи и контроль заряда в автономных фотоэлектрических системах: основы и применение» Национальные лаборатории Сандиа, Отдел применения фотоэлектрических систем, 15 января 1997 г. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ «Контроллеры быстрой зарядки аккумуляторов NiCd/NiMH MAX712, MAX713». (Техническая спецификация). Максим Интегрированные продукты. 21 июня 2002 г. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ Гловер, Дэниел Р. (редактор: Эндрю Дж. Бутрика) «SP-4217 за пределами ионосферы: пятьдесят лет спутниковой связи, глава 6: Экспериментальные спутники связи НАСА, 1958-1995». Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Отдел истории НАСА, 1997. Проверено 21 августа 2007 г.
- ^ «Как работает быстрая зарядка? Сравнение всех стандартов | Цифровые тенденции» . Цифровые тенденции . 1 июля 2021 г. Проверено 26 апреля 2022 г.
- ^ Введение Mediatek Pump Express (2016)
- ^ «Что такое быстрая зарядка Qualcomm?» . Эксперт по Power Bank . 18 января 2020 г. Проверено 21 июля 2020 г.
- ^ «Часто задаваемые вопросы о быстрой зарядке Qualcomm | Qualcomm» . www.qualcomm.com .
Адаптеры класса A и класса B рассчитаны на напряжение 5, 9 и 12 В. Адаптеры класса B идут еще дальше и достигают напряжения до 20 В.
- ^ Спецификация Технология MediaTek
- ^ Pump Express Plus — Технический документ по технологии MediaTek (апрель 2015 г.)
- ^ «Характеристики Quick Charge 3.0» . Qualcomm. Архивировано из оригинала 17 мая 2022 г. Проверено 17 мая 2022 г.
Максимальное входное напряжение: 22 В
- ^ «Qualcomm Quick Charge 3.0: хорошее, плохое и злое» . Pocketnow.com . 22 сентября 2015 г.
напряжение от 3,2 В до 20 В с шагом 200 мВ.
- ^ «Что такое быстрая зарядка Qualcomm?» . Эксперт по Power Bank . 18 января 2020 г. Проверено 17 мая 2022 г.
- ^ «Quick Charge, Dash Charge, VOOC и Co.: сравнение технологий быстрой зарядки - CURVED.de» . Изогнутый . 23 июня 2022 г. . Проверено 26 апреля 2022 г.