thumb|250px|Ładowarka do akumulatorków Ni-Cd typu AA thumb|250px|Ładowarka uniwersalna do ładowania akumulatorów rozmiaru AA oraz AAA Ładowarka akumulatorów – urządzenie służące do wprowadzenia energii elektrycznej do akumulatora elektrycznego przez wymuszenie przepływu prądu elektrycznego przez akumulator w kierunku przeciwnym do SEM akumulatora.
Sposób ładowania – wartości napięcia i prądu, czas trwania procesu oraz zachowanie ładowarki po naładowaniu – zależy od budowy chemicznej ogniwa, pojemności i wykonania akumulatora. Warunki ładowania określa producent akumulatora, podając m.in. maksymalny prąd i napięcie ładowania oraz dopuszczalną temperaturę; część typów ogniw toleruje umiarkowane przeładowanie, inne – zwłaszcza litowo-jonowe – ulegają wówczas uszkodzeniu lub stwarzają zagrożenie pożarowe. Dlatego producenci ładowarek określają, jakiego typu akumulatory można ładować danym urządzeniem.
Parametry ładowania Prąd ładowania i rozładowania podaje się często w odniesieniu do pojemności akumulatora jako tzw. współczynnik C. Prąd 1C oznacza prąd liczbowo równy pojemności ogniwa wyrażonej w amperogodzinach – dla akumulatora o pojemności 500 mAh prąd 1C to 500 mA, a 2C to 1 A; ładowanie prądem C/2 teoretycznie podnosi stan naładowania o połowę pojemności w ciągu godziny. Wyższe wartości współczynnika C skracają czas ładowania, ale zwiększają nagrzewanie ogniwa i wymagają dokładnego nadzoru napięcia oraz temperatury, a dopuszczalne są tylko dla części typów akumulatorów.
Metody ładowania Podstawowe metody ładowania to: ładowanie stałoprądowe (CC, ) – ładowarka utrzymuje zadany prąd niezależnie od rosnącego napięcia akumulatora; stosowane m.in. dla ogniw niklowo-kadmowych i niklowo-metalowo-wodorkowych, ładowanie stałonapięciowe (CV, ) – ładowarka utrzymuje stałe napięcie, a prąd maleje w miarę ładowania; w najprostszej postaci stosowane dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ładowanie stałoprądowo-stałonapięciowe (CC/CV) – połączenie obu metod: najpierw faza stałego prądu do osiągnięcia napięcia ładowania końcowego (dla ogniwa litowo-jonowego typowo 4,2 V), następnie faza stałego napięcia, w której prąd samoczynnie opada; ładowanie kończy się, gdy prąd spadnie do kilku procent wartości początkowej. Jest to standardowy profil ładowania akumulatorów litowo-jonowych, ładowanie trójstopniowe (IUoU) – odmiana CC/CV dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych z trzecią fazą: po naładowaniu napięcie jest obniżane do wartości podtrzymującej (ok. 2,25–2,30 V na ogniwo), przy której akumulator może pozostawać podłączony przez długi czas bez przeładowania, ładowanie impulsowe – prąd dostarczany jest w kontrolowanych impulsach, niekiedy przeplatanych krótkimi impulsami rozładowującymi; w akumulatorach kwasowo-ołowiowych bywa stosowane do ograniczania zasiarczenia płyt, ładowanie podtrzymujące () – ładowanie niewielkim prądem kompensującym samorozładowanie bezczynnego akumulatora; nadaje się dla ogniw niklowych i ołowiowych, natomiast akumulatory litowo-jonowe nie tolerują ciągłego doładowywania po osiągnięciu pełnego naładowania.
Wykrywanie końca ładowania Ładowarki automatyczne rozpoznają moment pełnego naładowania na podstawie jednego lub kilku kryteriów: spadku napięcia ogniwa po osiągnięciu maksimum (metoda −ΔV, typowa dla ogniw NiCd i NiMH, których napięcie po pełnym naładowaniu zaczyna opadać), szybkości przyrostu temperatury (dT/dt – ładowanie ogniw NiMH jest egzotermiczne, więc gwałtowny wzrost temperatury sygnalizuje koniec ładowania; kryterium bywa łączone z progiem ok. 10 °C przyrostu), spadku prądu w fazie CV poniżej ustalonego progu (ogniwa litowo-jonowe i ołowiowe) albo upływu zadanego czasu.
W akumulatorach litowo-jonowych wielogniwowych nad przebiegiem ładowania czuwa dodatkowo układ zarządzania baterią (BMS, ), który nadzoruje napięcia i temperatury poszczególnych ogniw oraz wyrównuje ich stan naładowania (tzw. balansowanie); zapobiega to przeładowaniu pojedynczych ogniw połączonych szeregowo.
Typy ładowarek Proste Prosta ładowarka to w zasadzie niestabilizowany lub stabilizowany zasilacz prądu stałego o napięciu wyższym od siły elektromotorycznej akumulatora, w którym prąd ładowania ogranicza rezystancja wewnętrzna układu. Ładowarka taka nie zmienia parametrów w czasie i nie wykrywa naładowania – proces trzeba przerwać ręcznie, a pozostawienie akumulatora na dłużej grozi przeładowaniem. Prosta konstrukcja czyni takie urządzenia tanimi, ale prąd ładowania dobiera się w nich zachowawczo, przez co pełne ładowanie trwa długo.
Z ograniczeniem czasowym Udoskonaloną wersją ładowarek prostych są urządzenia z układem odmierzającym czas (tzw. timerem), przerywającym ładowanie po jego upływie. Były rozpowszechnione pod koniec lat 90. XX wieku do ładowania akumulatorów niklowo-kadmowych; czas bywał sztywno dobrany do sprzedawanych w komplecie ogniw, więc ładowanie ogniw o innej pojemności kończyło się przeładowaniem albo niedoładowaniem. Wadą było też przeładowywanie akumulatorów niecałkowicie rozładowanych, czemu niektóre modele zapobiegały, rozładowując ogniwa przed właściwym ładowaniem.
Inteligentne thumb|250px|Ładowarka procesorowa do ogniw AA/AAA z indywidualnym nadzorem gniazd i wyświetlaczem Ładowarka „inteligentna” (procesorowa) monitoruje napięcie, temperaturę i czas ładowania, dobierając na bieżąco optymalny prąd i samoczynnie kończąc proces po wykryciu pełnego naładowania (najczęściej metodą −ΔV lub dT/dt), po czym zwykle przechodzi w tryb ładowania podtrzymującego. Rozbudowane modele nadzorują każde gniazdo osobno, mierzą rzeczywistą pojemność ogniw w cyklach ładowania i rozładowania oraz oferują programy regeneracyjne; funkcja wstępnego rozładowania bywa wykorzystywana do przeciwdziałania efektowi pamięci ogniw niklowo-kadmowych. Najbardziej zaawansowane ładowarki uniwersalne, stosowane m.in. w zastosowaniach profesjonalnych, obsługują wiele typów ogniw według programowalnych profili i łączą funkcję ładowania z analizą stanu akumulatora.
Szybkie Ładowarki szybkie ładują prądem o wysokim współczynniku C, korzystając z układów kontrolnych (w ładowarce, w akumulatorze lub w obu) chroniących ogniwa przed przegrzaniem; częstym wyposażeniem jest wentylator chłodzący. Skrócenie czasu ładowania okupione jest większym obciążeniem cieplnym ogniw, dlatego szybkie ładowanie dopuszczalne jest tylko dla przystosowanych do niego typów akumulatorów.
Indukcyjne Ładowarki indukcyjne przekazują energię bez styków elektrycznych, wykorzystując indukcję elektromagnetyczną między cewką nadajnika a cewką odbiornika w urządzeniu. Rozwiązanie to od dawna stosowane jest w elektrycznych szczoteczkach do zębów i innych urządzeniach łazienkowych, gdzie brak odsłoniętych styków zwiększa bezpieczeństwo, a współcześnie przede wszystkim w smartfonach. Dominującym standardem jest Qi, rozwijany przez konsorcjum Wireless Power Consortium; w podstawowym profilu mocy przewiduje on przesył do 5 W, a w rozszerzonym do 15 W. Straty przesyłu indukcyjnego sprawiają, że sprawność ładowania jest niższa niż przy połączeniu przewodowym.
Solarne thumb|250px|Alternatywne źródło prądu do ładowarki – bateria słoneczna Ładowarki solarne przetwarzają energię światła na prąd stały niskiego napięcia za pomocą ogniw słonecznych. Przenośne modele służą zwykle do ładowania telefonów i ogniw AA/AAA poza siecią energetyczną; ich praktyczna wydajność silnie zależy od nasłonecznienia i powierzchni panelu, a chwilowe zacienienie może przerwać ładowanie urządzeń wyposażonych w elektroniczną detekcję zasilania. Spotyka się też ładowarki z prądnicą napędzaną siłą mięśni (korbką lub pedałami), montowane m.in. w przestrzeni publicznej.
USB Port USB dostarcza napięcie 5 V, co uczyniło go uniwersalnym złączem zasilania drobnej elektroniki – od ładowarek ogniw NiMH po akumulatory z wbudowanym układem ładowania i wtykiem USB. Specyfikacja USB Battery Charging 1.2 dopuszcza pobór do 1,5 A (7,5 W) z dedykowanej ładowarki, a standard USB Power Delivery, wykorzystujący złącze USB-C, umożliwia negocjowanie wyższych napięć i mocy – do 100 W, a w rozszerzonym zakresie mocy (EPR) do 240 W – co pozwala ładować przez USB także laptopy i elektronarzędzia. Obok standardowych trybów USB funkcjonują firmowe protokoły szybkiego ładowania negocjujące podwyższone napięcia, m.in. Qualcomm Quick Charge.
Prostownikowe i samochodowe thumb|250px|Ładowarka akumulatorów samochodowych 6/12 V, 4 A Do ładowania akumulatorów rozruchowych pojazdów służą ładowarki sieciowe zwane potocznie prostownikami – od prostych urządzeń transformatorowych po mikroprocesorowe ładowarki trójstopniowe z funkcją podtrzymania, pozwalające na stałe podłączenie akumulatora rzadko używanego pojazdu. Podczas jazdy akumulator rozruchowy jest doładowywany z alternatora, którego napięcie utrzymuje regulator napięcia (w instalacji 12 V typowo ok. 13,8–14,4 V). Osobną grupę stanowią przetwornice ładujące DC-DC, zasilające akumulator pomocniczy (np. w kamperze lub łodzi) z instalacji pojazdu.
Elektronika użytkowa thumb|250px|Ładowarka do telefonu komórkowego W telefonach, laptopach i podobnych urządzeniach właściwy układ ładowania akumulatora znajduje się wewnątrz urządzenia, a „ładowarka” jest w istocie zasilaczem o określonym napięciu i wydajności prądowej. Przez lata producenci stosowali niezgodne ze sobą wtyki i napięcia, co utrudniało wymienne używanie zasilaczy i generowało elektrośmieci. Proces ujednolicania rozpoczęło porozumienie producentów telefonów z 2009 roku w sprawie ładowarek ze złączem microUSB, a zakończyła unijna dyrektywa o wspólnej ładowarce: od 28 grudnia 2024 roku nowe telefony, tablety, aparaty i inna drobna elektronika sprzedawana w Unii Europejskiej musi być wyposażona w złącze USB-C, a od 2026 roku wymóg obejmie także laptopy.
Ładowanie pojazdów elektrycznych
Akumulatory trakcyjne samochodów elektrycznych ładowane są dwojako: prądem przemiennym przez pokładową ładowarkę pojazdu (typowo od ok. 2 do 22 kW) albo prądem stałym ze stacji szybkiego ładowania, która zasila pakiet bezpośrednio, z pominięciem ładowarki pokładowej, mocami sięgającymi setek kilowatów. Przebiegiem ładowania steruje system zarządzania baterią pojazdu, komunikujący się ze stacją i ograniczający moc w miarę napełniania akumulatora.
Bezpieczeństwo i żywotność akumulatorów Nieprawidłowe ładowanie skraca żywotność ogniw lub prowadzi do awarii: przeładowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych powoduje gazowanie i ubytek elektrolitu, a w ogniwach litowo-jonowych może zainicjować niekontrolowany wzrost temperatury (tzw. ucieczkę termiczną) grożący pożarem lub rozerwaniem ogniwa. Z tego względu ładowarki i pakiety litowo-jonowe wyposaża się w zabezpieczenia nadnapięciowe, nadprądowe i termiczne, a głęboko rozładowane ogniwa litowe są przez układy zabezpieczające trwale odłączane, ponieważ ich ponowne ładowanie byłoby niebezpieczne.
Właściwie dobrana ładowarka pozwala natomiast wykorzystać pełną trwałość cykliczną akumulatora. Ogniwa litowo-jonowe najlepiej znoszą częste doładowywanie płytkich rozładowań, degradują się szybciej w wysokiej temperaturze i przy przechowywaniu w stanie pełnego naładowania (do magazynowania zaleca się stan ok. 40–50%), a akumulatory kwasowo-ołowiowe zyskują na stałym podtrzymywaniu pełnego naładowania, które zapobiega zasiarczeniu płyt.
Przypisy
Kategoria:Urządzenia elektryczne Kategoria:Akumulatory