cargador
Un cargador es un dispositivo especial para recargar baterías . El circuito electrónico contenido en el dispositivo, el regulador de carga , controla el proceso de carga e implementa el proceso de carga . Un cargador generalmente se alimenta con energía de la red eléctrica pública a través de una unidad de suministro de energía . En la construcción de modelos , también son comunes los cargadores móviles, que opcionalmente pueden cargar las baterías más pequeñas de los modelos desde un acumulador de suministro más grande o una unidad de suministro de energía externa.
A menudo, el controlador de carga para cargar la batería también está integrado en el dispositivo que funciona con batería. Entonces no se requiere ningún cargador para cargar, solo una fuente de alimentación o cualquier fuente de voltaje adecuada.
Lo esencial
La mayoría de los tipos de baterías reaccionan de manera sensible a la descarga profunda , la sobrecarga y el sobrecalentamiento, generalmente con una reducción de la vida útil y la capacidad o incluso la destrucción. Además, es posible que no se logre el objetivo de carga, una batería completamente cargada. Una larga vida útil y la plena utilización de la capacidad de las baterías en cuestión solo se pueden lograr con cargadores y procesos de carga que sean adecuados para el tipo de batería respectivo. El uso de cargadores simples, a veces sin controladores de carga, requiere un control (por ejemplo, un criterio de tiempo) y una supervisión intensiva (por ejemplo, un criterio de temperatura) del proceso de carga por parte del usuario, lo que es prácticamente imposible de garantizar con un uso regular. Debido a la corta vida útil de los acumuladores y los constantes costos de adquisición para el reemplazo, la ventaja de precio de estos "cargadores baratos" se consume rápidamente. El rápido desarrollo de la microelectrónica ha aumentado la gama de cargadores inteligentes en todos los rangos de precios desde la década de 2000. En los cargadores para baterías intercambiables, los soportes para recibir y hacer contacto eléctrico con las baterías son a menudo un elemento de diseño; a menudo se les conoce como ranuras de carga. La mayoría de los cargadores funcionan directamente en la red eléctrica, cargadores muy potentes también en la red eléctrica trifásica .
Los más pequeños, en su mayoría dispositivos móviles, por ejemplo para teléfonos móviles , también se pueden cargar con 12 voltios, por ejemplo, desde enchufes para encendedores de cigarrillos , a través de células solares o pequeños generadores manuales . Dado que la electrónica de carga necesaria se encuentra en el dispositivo final, los dispositivos y adaptadores necesarios para la fuente de alimentación no son cargadores. Algunas fuentes de energía, como los alternadores de automóviles o las células solares, no entregan energía constante. Los procesos de carga que requieren un suministro de energía constante, por ejemplo, la detección de la joroba de gasificación en baterías de NiMH (pico delta) o procesos simples controlados por tiempo, son difíciles de implementar. En el caso de los cargadores con control electrónico de carga, cada vez más extendidos, el final de carga suele determinarse en función del voltaje de la celda.
Condiciones
- Cargador de enchufe
- El circuito de carga está integrado en la carcasa del enchufe de alimentación, generalmente también en las ranuras de carga. No confundir con una fuente de alimentación enchufable que solo proporciona un voltaje definido o una corriente constante. Cargador USB se refiere coloquialmente a una unidad de fuente de alimentación enchufable con una toma USB o con un cable y un enchufe USB para dispositivos cuya conexión USB está destinada a cargar las baterías integradas (por ejemplo, teléfonos móviles, cámaras digitales, etc.) - no cargador.
- Cargador rapido
- El término no está definido con precisión. Describe cargadores que cargan una batería mucho más rápido que los "cargadores estándar", es decir, con corrientes más altas. En su mayoría, los cargadores con un factor C se referían. El factor C, la velocidad máxima de carga, es
- la relación entre la corriente máxima y la carga completa y tiene la dimensión
- .
- A C = 0.5 por hora, puede cargar la batería a la mitad en una hora, C = 15 por hora significa que puede cargar 15 baterías en una hora, es decir, 4 minutos para una carga o descarga simple sin usar la corriente máxima excedente.
![[C] = {\ mathrm {{\ frac {Electricidad} {Carga}} = {\ frac {1} {Hora}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5b43326e18ecb62f40db60acdde4d8b08e449d27)
- Cargador externo
- Cargadores que solo están conectados al dispositivo para cargar, por ejemplo, cargadores enchufables o cargadores compatibles con la red para baterías de arranque en vehículos.
- Cargador de placa
- Cargador instalado de forma permanente en un vehículo para cargar la batería de la unidad
- Bahía de carga
- Soporte para baterías con contactos eléctricos, a veces con sensores de temperatura
- Cuna de carga
- Soporte para un dispositivo con baterías integradas y contactos eléctricos para cargar, por ejemplo para teléfonos portátiles ; con funciones más extensas, a menudo también conocida como estación de acoplamiento .
- Estación de carga
- Dispositivo en el que los sistemas de batería se pueden cargar en el estado instalado o retirado con su propio cargador o cargador integrado en la estación.
Corriente de carga
La corriente de carga describe el amperaje con el que se carga una batería. Se da como un valor absoluto en amperios , pero también se ha establecido en la tecnología de baterías para especificar la corriente de carga y también de descarga en relación con la capacidad de la batería en amperios-hora (Ah) para describir la carga. en la batería (consulte también la ecuación de Peukert ). Una batería con una capacidad de un amperio hora, que se carga con una corriente de carga de dos amperios, se carga con 2C, es decir, el doble de su capacidad. Si la corriente de carga es menor, se especifica una relación con la capacidad, por ejemplo, C / 2 para 0,5 A (también es común especificar 0,5 C) en el ejemplo anterior. La indicación en fracción se justifica en la medida en que el tiempo en el que se carga o descarga la capacidad nominal se puede ver con mucha claridad: a C / 2 es de 2 horas. Para las baterías de plomo-ácido, la especificación de la capacidad nominal a C / 20, es decir, una descarga de más de 20 horas, es común, con otros tipos de baterías, dependiendo del campo de aplicación, también son comunes los tiempos más cortos.
Cargador
Todos los cargadores deben recargar un acumulador para el funcionamiento móvil de dispositivos eléctricos después de la descarga. El diseño varía considerablemente según el uso previsto y el tipo de batería.
Cargadores simples
Cargadores a menudo consisten en un separado módulo adicional en la fuente de alimentación unidad y un circuito de carga situado en el dispositivo cerca de la batería - en este caso el plug-in unidad de fuente de alimentación sólo suministra la transformada, pero por lo demás no regulada de tensión . Esto es particularmente común con las baterías de iones de litio , ya que su voltaje y temperatura de fin de carga no se pueden medir con la suficiente precisión. La fuente de alimentación enchufable transforma la tensión de la red a una tensión CA o CC más baja , por ejemplo, a 9 voltios .
Los cargadores simples cargan una batería con corriente constante (por ejemplo, baterías de níquel-cadmio ) o voltaje constante (por ejemplo , baterías de plomo-ácido ). No tienen otros dispositivos para controlar, monitorear y terminar el proceso de carga y ocasionalmente tienen un dispositivo de desconexión controlado por tiempo. Para muchas baterías, el tiempo de carga y la corriente de carga se especifican de modo que la carga solo se pueda realizar aproximadamente correctamente si se conoce el estado de descarga. Sin embargo, esta evaluación debe ser realizada por el operador. Las evaluaciones incorrectas provocan una sobrecarga o una carga incompleta de las baterías. No apagarlo también puede provocar una sobrecarga de las baterías, ya que también se puede suponer que las acciones humanas son incorrectas (por ejemplo, olvido). La carga rápida y el monitoreo del estado de la carga no son posibles con este tipo de dispositivo.
Visto a lo largo de muchos procesos de carga, esto destruye el sistema electroquímico de la batería e inutiliza la celda. Las células pierden su capacidad y ya no son resistentes. La sobrecarga masiva puede hacer que se acumule gas dentro de la batería. Si se vuelve demasiado grande, activa una válvula de seguridad para que escapen los gases y el electrolito . Ésta es una función de seguridad para proteger la batería de explosiones.
Con cargadores de pares, dos celdas conectadas en serie se cargan por igual. Solo están destinados a celdas que también se utilizan en pares. Si estas dos celdas difieren en su estado de carga, la batería llena se sobrecargará durante mucho tiempo o la batería vacía no se cargará completamente (ver balanceador ). En algunos casos, el cargador ya no reconoce correctamente el final de la carga con la electrónica de carga adecuada, lo que significa que ambas celdas se sobrecargan a menos que otras medidas de seguridad, como un apagado controlado por tiempo o un control de temperatura, detengan el proceso de carga.
Cargadores electronicos
Los cargadores electrónicos, a menudo denominados inteligentes, tienen circuitos de carga electrónicos más complejos o un microcontrolador incorporado y, por lo tanto, pueden implementar procesos de carga más complejos que se adaptan al tipo de batería. Una detección exacta de la carga completa de la batería conectada debido a la joroba de gaseado (ver método de carga ) permite una carga rápida segura sin riesgo de sobrecarga, lo que acorta la vida útil de la batería. Otras propiedades son, por ejemplo, la descarga automática de las baterías antes del inicio de la carga o los programas de carga para regenerar cargando y descargando repetidamente la celda, el cambio automático para carga lenta después del final de la carga y la variación de las corrientes de carga y la monitorización de los mismos con referencia a la temperatura ( compensación de temperatura ).
Los cargadores inteligentes para celdas individuales tienen monitoreo de eje individual. Con él, el voltaje de la celda y, a menudo, la temperatura de la celda de cada celda de la batería se monitorea individualmente. Algunos dispositivos también pueden determinar la capacidad mediante programas de carga y descarga. Esto facilita la identificación de celdas desgastadas o defectuosas. La carga independiente de las celdas individuales evita la sobrecarga de las celdas individuales o la carga incompleta, como puede ocurrir con paquetes de baterías o cargadores múltiples. También es una forma de equilibrio manual .
Los cargadores para paquetes de baterías a menudo pueden determinar el número de celdas por sí mismos y adaptar los parámetros de carga en consecuencia. Los paquetes de baterías de litio de alto rendimiento para la fabricación de modelos tienen siempre un control individual de las celdas, los cargadores correspondientes se adaptan a esto.
A veces, los componentes electrónicos de carga están integrados en la propia batería, por ejemplo, en dispositivos de almacenamiento de energía móviles como los que se ofrecen para dispositivos USB. Las baterías que se adaptan permanentemente a ciertos dispositivos, como las baterías de iones de litio que se utilizan en teléfonos celulares y computadoras portátiles, generalmente solo tienen un circuito de protección interno que se apaga en caso de exceso de temperatura, cortocircuito , subtensión o sobretensión. Como elemento de pura seguridad, no cumple la función de controlador de carga. Además, estas baterías a menudo contienen sensores de temperatura extraídos por separado con los que el circuito de carga monitorea los límites de temperatura y se evalúa la eficiencia de carga .
En la fabricación de modelos RC, los cargadores de baterías de litio suelen tener equilibradores integrados .
Cargador controlado por microcontrolador para el paquete de baterías de una bicicleta eléctrica con contactos adicionales para monitoreo celular
Cargador controlado por microcontrolador con ranuras de carga universales para celdas micro, mignon, baby y mono (celdas redondas)
Tecnología de carga alternativa
Fuentes de energía móviles
El rendimiento cada vez mayor de los teléfonos inteligentes y tabletas modernos y la tendencia hacia carcasas cada vez más delgadas ha significado que el tiempo de funcionamiento con las baterías integradas a veces puede reducirse a menos de dos horas con un uso intensivo. No existen acumuladores utilizables alternativamente con capacidad ampliada para todos los modelos, lo que ha llevado al desarrollo de una amplia gama de fuentes de alimentación transportables externas.
Banco de energía
Powerbank es el término del argot para una batería adicional móvil, no un cargador.
Módulos solares con controlador de carga
En el área portátil, especialmente para dispositivos que se cargan a través de la interfaz USB , pero también para celdas individuales (especialmente AA y AAA), existen varios cargadores solares que están destinados a satisfacer la necesidad de energía móvil y regenerativa.
Si bien las pequeñas superficies de las células solares son suficientes para dispositivos con bajos requisitos de energía, por ejemplo, radios o relojes, se requieren superficies significativamente más grandes para cargar teléfonos móviles o pilas AA. A menudo, se esperan tiempos de carga cortos incluso con poca luz solar (por ejemplo, detrás de las ventanas). Los dispositivos con pequeñas células solares, que a menudo son solo del tamaño de un teléfono inteligente, generalmente no pueden cumplir con esta expectativa. Solo pueden suministrar una corriente de carga relevante en condiciones óptimas. En el caso de las baterías recargables integradas, el problema es que los dispositivos deben colocarse a la luz del sol. Todo el dispositivo, incluida la batería, se calienta mucho, lo que perjudica la duración de la batería.
Con módulos solares puros sin búfer, el rendimiento cae drásticamente incluso con sombras breves y ligeras. Si los dispositivos se cargan con detección electrónica de la fuente de alimentación, esto conduce a la finalización del proceso de carga, que luego no necesariamente continúa automáticamente dependiendo del dispositivo. Aquí, sin embargo, hay baterías tampón especiales con un controlador de carga solar integrado o baterías USB externas simples que se pueden colocar a la sombra del módulo solar. Sin embargo, solo algunos de estos últimos dispositivos se pueden cargar al mismo tiempo a través del módulo solar mientras entregan energía al dispositivo final.
Tecnología de carga Qi
Un nuevo desarrollo en el campo de los adaptadores de carga es la tecnología de carga Qi , que utiliza el estándar Qi . La energía se transmite de forma inductiva, lo que representa una ganancia en comodidad en comparación con las conexiones de enchufe con cable y aumenta la confiabilidad al prescindir del desgaste de los contactos de enchufe. Este estándar entre dispositivos fue desarrollado por Wireless Power Consortium y actualmente está dirigido principalmente a teléfonos inteligentes. En teoría, cualquier dispositivo pequeño podría equiparse en consecuencia y, por lo tanto, cargarse de forma inalámbrica.
Para que un dispositivo pueda utilizar el estándar Qi, se requieren un transmisor Qi y un receptor Qi correspondientes. Algunos teléfonos inteligentes, como Google Nexus , contienen un módulo receptor interno. Los receptores Qi externos con una conexión micro USB se pueden utilizar para teléfonos inteligentes de varios fabricantes . También están disponibles módulos para conexiones propietarias como el iPhone de Apple . La ventaja de no tener enchufe se pierde nuevamente con los receptores externos.
La tecnología de carga Qi tiene una eficiencia menor que los cargadores convencionales (eficiencia de aproximadamente 0,6) debido a las pérdidas en la transmisión de energía inductiva. Esto se compensa con la mayor comodidad asociada con la tecnología inalámbrica. Los transmisores Qi están parcialmente equipados con una conexión USB y, por lo tanto, también se pueden suministrar con la fuente de alimentación USB enchufable existente. La velocidad de carga depende del perfil de potencia según el estándar QI. Se hace una distinción entre el "Perfil de potencia de línea base", que transmite hasta 5 vatios, y el "Perfil de potencia extendido", que transmite hasta 15 vatios. Con los cargadores rápidos pasivos con el "Perfil de energía extendido", que a menudo se suministran a través de una fuente de alimentación USB, la función de carga rápida solo se puede utilizar si la fuente de alimentación USB conectada proporciona suficiente energía. Además, el destinatario debe admitir la capacidad de carga rápida a través del estándar QI. Dependiendo del posible rendimiento, según el dispositivo, los tiempos de carga pueden ser más largos que con los cargadores con cable.
Regulador de carga en vehículos de motor
Las baterías de arranque de los vehículos de motor se cargan con un regulador de carga a través del alternador cuando el motor está en marcha . El regulador de carga controla la corriente de excitación del alternador para regular la tensión de carga (13,8 a 14,2 voltios en la red de a bordo de 12 voltios) y para recargar el acumulador de a bordo, independientemente de la carga y la velocidad.
literatura
- Ulrich Passern: Baterías y cargadores para modelos deportivos: conceptos básicos, técnicas de carga, consejos prácticos. (con CD-ROM ). vth, Baden-Baden 2004, ISBN 3-88180-736-5 .
- Ludwig Retzbach: Baterías y cargadores. 14a edición Neckar, Villingen-Schwenningen 2008, ISBN 978-3-7883-4142-8 .
- Thomas Riegler: Baterías y cargadores. vth, Baden-Baden 2009, ISBN 978-3-88180-785-2 .
