Cómo calcular la configuración del cargador de batería

Para calcular los parámetros del cargador para una batería en particular, primero debe tener en cuenta el tipo y los parámetros de la batería que va a cargar con este dispositivo. Las características más importantes de una batería recargable son: capacidad, voltaje de carga total, corriente de carga máxima permitida, así como un rango de temperaturas de funcionamiento permisibles.

Dependiendo de qué tipo de batería es, qué tipo de materiales utiliza: los parámetros del cargador deben seleccionarse individualmente. Aquí observamos las baterías de plomo-ácido y de iones de litio, o más bien las características de su carga.

La verdad es que si la batería siempre se carga correctamente, de acuerdo con los valores óptimos de voltaje y corriente, retendrá su capacidad durante muchos ciclos de carga y descarga. Por supuesto, siempre que también se descargue, sujeto a restricciones, sin sobrecargas, sin sobrecalentamiento. Entonces, ¿cómo calcular los parámetros del cargador para la batería?

Batería de iones de litio

La partícula principal cargada responsable de la formación de corriente. en batería de iones de litio, es un ion de litio cargado positivamente. Es capaz de penetrar en la red cristalina del material en el ánodo, por ejemplo, en carbono en forma de grafito, y también formar sales u óxidos metálicos (por ejemplo, con manganeso, cobalto o con hierro y fósforo).

Debido a tal composición química, el voltaje de carga final máximo entre los electrodos de una batería de iones de litio no debe exceder 4.2 voltios, o mejor, 4.1 voltios, esto extenderá su vida útil y ralentizará los cambios irreversibles.

Es necesario cargar una batería de iones de litio con un voltaje de 5 voltios para no esperar indefinidamente. En este caso, la corriente de carga óptima debe ser del 50 al 100% del valor de la capacidad, es decir, una batería de 2400 mAh se cargará de manera óptima con una corriente de 2.4A a 1.2A.

Para evitar la sobrecarga, los cargadores de alta calidad cargan dichas baterías en 2 etapas: en la primera etapa, se suministran 5 voltios a los electrodos y la carga se mantiene con la corriente máxima permitida durante un tiempo hasta que se alcanza el voltaje umbral en la región de 4,1 voltios, y luego comienza la segunda etapa, con una menor corriente cuando el voltaje llega a los 4.1-4.2 voltios finales.

Por lo tanto, la potencia del cargador para una batería de iones de litio (para 1 celda) se calcula de la siguiente manera: multiplique el voltaje máximo por la corriente máxima, digamos 5V * 2.4A = 1.2W, para nuestro ejemplo.

Batería de plomo ácido

La batería de plomo-ácido funciona debido a reacciones químicas de plomo y dióxido de plomo en una solución acuosa de ácido sulfúrico. Cualquier batería de automóvil clásica está diseñada de esa manera. Durante el proceso de carga, el sulfato de plomo se descompone en iones (SO4 con carga negativa y H con carga positiva), se forma dióxido de plomo en el cátodo y se forma plomo puro en el ánodo. En una descarga, el plomo metálico se oxida a sulfato de plomo, el dióxido de plomo se reduce en el cátodo y el plomo se oxida en el ánodo.

Si la batería se recarga (se mantiene cargando demasiado tiempo), entonces el sulfato de plomo terminará, solo quedará agua y comenzará su electrólisis: se liberará oxígeno en el ánodo y se generará hidrógeno en el cátodo (electrodo negativo): se verá en el electrolito líquido burbujas

Debido a tal composición química, el voltaje de la carga máxima de una celda de una batería de plomo-ácido es de 2,17 voltios. En una batería de 12 voltios, hay 6 secciones conectadas en serie, y en una batería de 6 voltios hay 3 secciones conectadas en serie.Por lo tanto, el voltaje de carga máximo de una batería de 12 voltios es 13.02 voltios. Para 6 voltios - 6.51 voltios.

Por lo tanto, el cargador en el proceso de carga debe suministrar un voltaje constante a los electrodos basado en al menos 2.45 voltios por celda (para que la carga no continúe indefinidamente): para 12 voltios esto es 14.7 voltios, y para 6 voltios resulta 7, 35 voltios La corriente de carga inicial se toma óptimamente como el 30% de la capacidad.

Como resultado, la potencia máxima de trabajo del cargador debe calcularse como el voltaje máximo multiplicado por la corriente máxima, digamos 14.7V * 30A = 441W, para una batería de plomo-ácido con un voltaje nominal de 12 voltios, capacidad de 100 Ah.