Преимущества использования высокочастотных зарядных устройств для Li-Ion батарей

Высокочастотные зарядные устройства для Li-ion аккумуляторов – это компактные и эффективные источники питания. Они преобразуют ток на высокой частоте (от нескольких до 100 кГц) и четко придерживаются оптимального для литий-ионных АКБ алгоритма зарядки CC-CV (постоянный ток/постоянное напряжение). В состав таких ЗУ для создания импульсов переменного тока входят полностью управляемые силовые транзисторы MOSFET или IGBT.
Основными элементами в структуре таких зарядников выступают:

• входной фильтр;
• сетевой выпрямитель – для преобразования входного напряжения 220 В переменного тока в постоянное напряжение порядка 310 В;
• высокочастотный инвертор, импульсный преобразователь (ШИМ-контроллер, транзисторные ключи MOSFET/IGBT) – для переключения тока с высокой частотой, чтобы можно было далее воспользоваться небольшим трансформатором;
• ВЧ трансформатор – для уменьшения напряжения до нужного значения, осуществления гальванической развязки и получения высокочастотного переменного тока;
• выходной выпрямитель (диоды Шоттки) и фильтр – для преобразования импульсного напряжения в постоянное, необходимое для зарядки;
• контроллер CC/CV – управляющая схема, контролирующая процесс восполнения емкости.

Принцип работы и преимущества

Высокочастотные (импульсные) зарядники для литиевых АКБ преобразовывают входной переменный ток (с характеристиками 220 В, 50–60 Гц) в постоянный, а затем в импульсы высокой частоты (>20 кГц) с их последующим понижением и выпрямлением. Благодаря такому преобразованию на выходе получаем стабильный постоянный ток для зарядки аккумулятора.
Дополнительными преимуществами высокочастотных зарядников выступают:

• надежность;
• эффективная работа, высокий коэффициент полезного действия – порядка 90%;
• быстрое восполнение емкости с минимальным нагревом АКБ;
• возможность оперативной подзарядки аккумуляторной техники во время перерывов в работе;
• снижение потерь энергии;
• точное соблюдение алгоритма зарядки CC/CV;
• автоматический контроль напряжения, что очень важно для Li-ion элементов питания, для профилактики их перегрева и преждевременного износа;
• компактность и легкий вес – т.к. с повышением рабочей частоты уменьшаются размеры и масса импульсного трансформатора;
• настраиваемые параметры – возможность установки оптимальных параметров для зарядки разных подвидов литиевых аккумуляторов (с различными катодными материалами, включая LiFePO4);
• у многих моделей – интеллектуальное управление, способность самостоятельно определять состояние аккумуляторной батареи и регулировать ток заряда для продления ее ресурса.

Сферы применения

Высокочастотные зарядные устройства успешно применяют для быстрой и безопасной зарядки Li-ion батарей электромобилей, е-байков и других типов персонального электротранспорта. Также с их помощью заряжают АКБ складской и клининговой техники, мобильных роботов, портативной электроники. Отлично подходят они и для зарядки аккумуляторов, используемых в системах накопления энергии, электроинструменте, медтехнике, беспилотных летательных аппаратах, портативных электростанциях.
В целом ВЧ зарядники предпочтительны во всех сферах, где ценится их высокая производительность и надежность, строгое ограничение параметров зарядки и компактность. Преимущества их использования особенно ощутимы при подзарядке крупных АКБ складской и промышленной техники, которая интенсивно работает по 2–3 смены в день.
Ранее в блоге Shura-Master.ru вышла статья о пользе беспилотного контроля возобновляемых источников энергии дронами.