شارژر باتری لیتیومی 24 ولت: راهنمای حفاظت و کارایی

نتیجه گیری مستقیم: شارژر باتری لیتیومی 24 ولت شارژ CC/CV سه مرحله ای را با قطع حفاظت از اضافه شارژ در 29.4 ولت (0.05 ولت)، محدود کننده اضافه جریان در 110-120٪ جریان نامی با حالت سکسکه، و حفاظت از اتصال کوتاه با پاسخ خاموش شدن کمتر از 1 میلی ثانیه را اجرا می کند. بازده شارژ بسته به ولتاژ ورودی و وضعیت شارژ باتری به 89-94٪ می رسد. زمان شارژ کامل: 2-3 ساعت برای باتری 20Ah با نرخ شارژ 10A، 5-6 ساعت برای باتری 100Ah با سرعت 20A.

شارژرهای باتری لیتیومی 24 ولتی به طور خاص برای بسته های باتری LiFePO4 (لیتیوم آهن فسفات) و لیتیوم یون با ولتاژ نامی 25.6 ولت (8 سلول در سری برای LiFePO4) یا 25.2 ولت (7 سلول برای Li-ion) طراحی شده اند. شارژ مناسب نیاز به تنظیم دقیق ولتاژ و چندین لایه محافظ برای جلوگیری از آسیب سلولی یا خطرات آتش سوزی دارد. برای مشخصات فنی کامل و انتخاب مدل به آدرس زیر مراجعه کنید صفحه محصول شارژر باتری لیتیومی 24 ولت .

مکانیسم های حفاظت از شارژ بیش از حد

شارژ بیش از حد بحرانی ترین حالت خرابی باتری های لیتیومی است که منجر به فرار حرارتی می شود. شارژرهای لیتیومی 24 ولتی از سه لایه محافظتی مستقل در برابر اضافه شارژ استفاده می کنند:

مقایسه کننده ولتاژ سخت افزار: مانیتورهای آی سی اختصاصی ولتاژ بسته. هنگامی که ولتاژ به 29.4 ولت (برای 8S LiFePO4) یا 29.7 ولت (7S Li-ion) می رسد، مقایسه کننده FET اصلی را در عرض 50 میکروثانیه خاموش می کند - سریعتر از هر پاسخ میکروکنترلر.
تنظیم CV میکروکنترلر: فاز ولتاژ ثابت 29.2-29.4V را با دقت 0.05% حفظ می کند. هنگامی که جریان شارژ به زیر 0.05 درجه سانتیگراد (5٪ ظرفیت نامی) کاهش می یابد، سیگنال پایان شارژ را متوقف می کند.
فیوز حفاظت ثانویه: فیوز حرارتی با درجه حرارت 85 درجه سانتیگراد در صورت خرابی لوازم الکترونیکی اولیه برای همیشه منفجر می شود و ورودی AC قطع می شود. حفاظت یکباره نیاز به تعمیر کارخانه دارد.

داده های ایمنی حیاتی: آزمایش اضافه شارژ در UL 2743 نشان می‌دهد که شارژرهای لیتیومی 24 ولتی سازگار، ولتاژ زیر 29.5 ولت را حتی با مدارهای بازخورد خراب به دلیل مقایسه‌کننده‌های سخت‌افزاری اضافی، حفظ می‌کنند. شارژرهای ناسازگار ممکن است به 32 ولت برسند و در عرض 30 دقیقه باتری را متورم کنند.

اجرای حفاظت در برابر جریان بیش از حد

شرایط اضافه جریان ناشی از هجوم قبل از شارژ باتری (هنگام اتصال باتری عمیقا تخلیه شده) یا خطاهای شارژر داخلی است. روش های حفاظتی عبارتند از:

سطح حفاظت	آستانه ماشه	روش پاسخگویی	شرایط بازیابی
محدودیت جریان نرم	100-105٪ جریان نامی	کاهش چرخه وظیفه PWM	خودکار زمانی که جریان کاهش می یابد
محدودیت جریان سخت	110-120٪ جریان نامی	حالت سکسکه (یک آمپر قطره، چرخه 5 ثانیه)	راه اندازی مجدد خودکار پس از 30 ثانیه
قطع جریان اوج	150-200٪ جریان نامی	خاموش شدن فوری FET (<5μs)	چرخه برق متناوب دستی مورد نیاز است

پاسخ حفاظت از اتصال کوتاه

حفاظت از اتصال کوتاه سریعترین ویژگی ایمنی است. شارژرهای لیتیومی 24 ولتی با کیفیت به دست می آورند:

زمان تشخیص: <1 میکروثانیه با استفاده از مقایسه کننده حس جریان آنالوگ (بدون تأخیر میکروکنترلر)
کل زمان خاموش شدن: <1 میلی ثانیه از برنامه کوتاه تا خاموش کردن FET
حداکثر جریان عبوری: محدود به جریان نامی 2 تا 3 برابر (مثال: شارژر 20 آمپری به حداکثر 40 تا 60 آمپر برای <500 میکرو ثانیه اجازه می دهد)
قفل در مقابل بازیابی خودکار: شارژرهای صنعتی از قفل استفاده می کنند (نیاز به تنظیم مجدد AC دارد). مدل های مصرفی پس از 2-5 ثانیه به طور خودکار بازیابی می شوند

آزمایش اتصال کوتاه بر اساس IEC 62368-1 به شارژر نیاز دارد که در 1000 چرخه اتصال کوتاه بدون کاهش عملکرد زنده بماند. شارژرهای تایید شده پس از تست استقامت کمتر از 5 درصد افت ولتاژ خروجی را نشان می دهند.

راندمان شارژ: عملکرد در دنیای واقعی

کارایی شارژرهای لیتیومی 24 ولت با ولتاژ ورودی، بار خروجی و توپولوژی شارژر متفاوت است. شارژرهای مدرن سوئیچینگ با استفاده از یکسوسازی همزمان، کارایی زیر را به دست می آورند:

رتبه بندی قدرت شارژر	توپولوژی	راندمان در 100٪ بار	راندمان در 50 درصد بار
120 وات (5A @ 24V)	Flyback، غیر همگام	87-89٪	84-86٪
240 وات (10 آمپر @ 24 ولت)	جلو، یکسو کننده همگام سازی	90-92٪	91-93٪
480W (20A @ 24V)	Half-Bridge LLC، همگام	92-94٪	93-95٪
960 وات (40 آمپر در 24 ولت)	پل کامل، تغییر فاز	93-95٪	94-96٪

راندمان در ولتاژهای ورودی بالاتر بهبود می یابد. شارژ از 230 ولت AC به دلیل کاهش جریان ورودی و تلفات I²R، 2 تا 3 درصد راندمان بالاتری نسبت به 110 ولت AC دارد. مصرف انرژی در حالت آماده به کار (شارژر وصل است اما به باتری متصل نیست) برای مطابقت با Energy Star باید کمتر از 0.5 وات باشد.

محاسبه زمان شارژ بر اساس ظرفیت باتری

کل زمان شارژ یک باتری لیتیومی 24 ولتی به سه عامل بستگی دارد: ظرفیت باتری (Ah)، جریان شارژر (A) و جریان ثابت به نقطه انتقال ولتاژ ثابت (معمولا 80-90٪ SOC برای لیتیوم).

زمان تخمینی شارژ برای بسته های باتری LiFePO4 (ولتاژ جذب 29.4 ولت):

باتری 20 آمپر ساعتی با شارژر 10 آمپر: 2.0 - 2.5 ساعت (نرخ شارژ 0.2 درجه سانتیگراد، فاز 80٪ CC، 20٪ CV tail)
باتری 50 آمپر ساعتی با شارژر 10 آمپر: 5.0 - 5.8 ساعت (0.2C - فاز CV 45 دقیقه اضافه می کند)
باتری 50Ah با شارژر 20A: 2.5 - 3.0 ساعت (نرخ شارژ 0.4C، برای شارژ سریعتر توصیه می شود)
باتری 100Ah با شارژر 20A: 5.0 - 6.0 ساعت (0.2C - معمولی برای سیستم های دریایی/خارج از شبکه)
باتری 100Ah با شارژر 40A: 2.5 - 3.5 ساعت (0.4C - به باتری با حداکثر میزان شارژ 1C نیاز دارد)
باتری 200 آمپر ساعتی با شارژر 40 آمپر: 5.0 - 6.5 ساعت (0.2C - استاندارد برای ذخیره سازی خورشیدی بزرگ)

فرمول زمان تقریبی شارژ: زمان (ساعت) = (باتری Ah × 1.15) / آمپر شارژر . فاکتور 1.15 فاز جذب ولتاژ ثابت را که در آن جریان کاهش می یابد، محاسبه می کند. مثال: باتری 50Ah با شارژر 10A = (50 × 1.15) / 10 = 5.75 ساعت.

الگوریتم شارژ سه مرحله ای

شارژرهای مناسب باتری لیتیومی 24 ولتی از مشخصات CC/CV (جریان ثابت / ولتاژ ثابت) پیروی می کنند که برای شیمی لیتیوم بهینه شده است:

مرحله 1 - پیش شارژ قطره ای: اگر ولتاژ باتری کمتر از 20 ولت (عمیق دشارژ شده باشد)، شارژر جریان 0.05-0.1C را تا زمانی که ولتاژ به 24 ولت برسد اعمال می کند. از آسیب سلولی ناشی از جریان بالا در بسته های تخلیه بیش از حد جلوگیری می کند.
مرحله 2 - جریان ثابت (فله): جریان نامی کامل (10A، 20A، و غیره) اعمال می شود تا زمانی که ولتاژ باتری به نقطه تنظیم جذب (29.2-29.4V برای LiFePO4) برسد. این مرحله 80-85 درصد از کل ظرفیت را ارائه می دهد.
مرحله 3 - ولتاژ ثابت (جذب): ولتاژ ثابت می ماند در حالی که جریان به صورت تصاعدی کاهش می یابد. هنگامی که جریان به 0.05 درجه سانتیگراد (5٪ از رتبه Ah) کاهش یابد، شارژر پایان می یابد. زمان خاتمه: 30-60 دقیقه برای اکثر بسته ها.
مرحله 4 - آماده به کار (اختیاری): پس از اتمام، شارژر خروجی را متوقف می کند. اگر ولتاژ به زیر 26 ولت کاهش یابد، خود تخلیه باتری (1-3٪ در ماه) ممکن است باعث شارژ شود. همه شارژرها به‌روزرسانی آماده به کار را ندارند.

نشانگرهای وضعیت حفاظت و عیب یابی

نشانگرهای وضعیت LED: قرمز جامد = شارژ انبوه (CC); زرد/سبز جامد = جذب (CV); سبز چشمک زن = شارژ کامل شد. قرمز چشمک زن = حفاظت فعال (بیش از حد جریان/کوتاه).

بازیابی فعال سازی حفاظت: حالت سکسکه بیش از حد - باتری را به مدت 30 ثانیه از برق بکشید. چفت شارژ بیش از حد - برق AC را به مدت 60 ثانیه قطع کنید. اتصال کوتاه - قبل از اتصال مجدد کابل های خروجی را از نظر آسیب دیدگی بررسی کنید.

حفاظت حرارتی: هنگامی که دمای داخلی از 65 درجه سانتیگراد بیشتر شود، شارژرها جریان خروجی را کاهش می دهند. در دمای 80 درجه سانتی گراد، خاموش شدن با نشانگر چشمک زن قرمز رخ می دهد. برای تنظیم مجدد نیاز به خنک کننده دارد.

برای پشتیبانی مهندسی، پروفایل های شارژ سفارشی و تأیید سازگاری باتری برای موارد خاص شارژر باتری لیتیومی 24 ولت مدل ها، با تیم فنی مشورت کنید. شارژرهای استاندارد شامل حفاظت از قطبیت معکوس، رتبه IP54 برای استفاده در کارگاه، و ورودی AC جهانی 100-240 ولت است. نقطه تنظیم ولتاژ سفارشی (28.4 ولت برای LiFePO4، 29.7 ولت برای لیتیوم یون) در صورت درخواست با زمان تحویل 2 هفته ای موجود است.