Зарядні станції: характеристики, типи, види

– Зарядна станція. Портативні зарядні станції – це потужні «повербанки», які можуть налагодити автономну роботу арсеналу домашньої побутової техніки, організувати подачу електрики на дачі, в автоподорожах або при вилазках на природу, одночасно зарядити велику кількість мобільних телефонів. Від традиційних ДБЖ зарядні станції відрізняються автоматичними режимами роботи. Потужність таких пристроїв варіюється в межах приблизно від 100 до 3600 Вт. Мобільні станції заряджаються від звичайної побутової розетки, сонячних панелей, гнізда автоприкурювача, генератора або через порт USB type С з підтримкою Power Delivery. Щодо комплектації, то зарядна станція може постачатися як сама по собі, так і додатково з сонячною панеллю, батарейним блоком, інвертором або инвертором і сонячною панеллю. Для підтримки вбудованого акумулятора зарядної станції можна також окремо докупити батарейний блок.

– Акумуляторний блок. Додатковий акумуляторний блок для збільшення сумарної енергоємності зарядної станції та, як наслідок, подовження терміну автономного постачання електрикою споживачів. Найчастіше акумуляторні блоки випускаються під певну модель або сімейство зарядних станцій відповідно до габаритів пристрою. Конструкція у них зазвичай набірна: блок з додатковим акумулятором підключається до зарядної...станції знизу або збоку.

— Зарядна станція з акумулятором. У штатній комплектації таких зарядних станцій передбачається наявність додаткового акумуляторного блоку, що дає змогу збільшити показники енергоємності пристрою. Зауважимо, що при необхідності додатковий акумулятор легко відстиковується від зарядної станції і вона може використовуватися без зовнішньої батареї.

— Зарядна станція з сонячною панеллю. Зарядні станції з комплектною сонячною панеллю передбачають можливість поповнення енергетичних запасів у комірках АКБ від небесного світила. «З коробки» до них додається розкладна сонячна панель, яку можна розгорнути на сонячній галявині і зарядити пристрій за відсутності електрики в розетці. Залежно від показників потужності зарядної станції та сонячної панелі, а також погодних умов та тривалості світлового дня процедура зарядки може розтягтися від кількох годин до повного світлового дня (або навіть більше).

– З інвертором. У комплекті постачання таких зарядних станцій передбачається інвертор, який служить для перетворення енергії постійного струму від сонячних батарей на змінний струм для побутових потреб. Зазначимо, що в даному разі мається на увазі наявність тільки інвертора — сонячні панелі для зарядки портативної електростанції від променів небесного світила знадобиться докуповувати окремо. Також передбачаються комплектації зарядних станцій з інвертором та сонячною панеллю (див. нижче).

— З інвертором та сонячною панеллю. Розширена комплектація, що передбачає наявність зарядної станції, однієї або кількох сонячних панелей та інвертора для перетворення енергії від них. У такому вигляді портативна електростанція підкуповує своєю енергонезалежністю — заряджати її можна безпосередньо від сонячних променів навіть за тривалої відсутності електрики в розетках, причому до цього зарядна станція готова прямо «з коробки».

Потужність, яку пристрій може стабільно видавати як завгодно довго без будь-яких неприємних наслідків. Для нормальної роботи зарядної станції номінальна потужність повинна бути як мінімум на 15 – 20% вище сумарної потужності всіх пристроїв, що одночасно підключаються до неї.

Деякі електроприлади (зокрема агрегати з електродвигунами — холодильники, кондиціонери тощо) при запуску споживають значно більше енергії, ніж після виходу на робочий режим. Для такого навантаження необхідно враховувати пікову потужність зарядної станції — її показник повинен бути вищим, ніж пускова потужність навантаження.

Форма лінії на графіку напруги, що видається зарядною станцією. Від цього параметра залежить якість живлення, яке забезпечує пристрій.

– Синусоїда (PSW – Pure Sine Wave). Сигнал у вигляді плавної хвилі без різких сходинок, що максимально відповідає параметрам звичайних мереж змінного струму. Зарядні станції з такою формою вихідного сигналу можуть застосовуватися для будь-яких видів навантаження, зокрема для живлення чутливої електроніки, що висуває високі вимоги до якості напруги на вході.

– Модифікована синусоїда. У сигналі, що подібний синусоїді, хвилі на графіку формуються не плавними лініями, а характерними «сходинками» (тобто ривками). Апроксимована синусоїда не підходить для живлення чутливої електроніки, проте в цілому таких пристроїв не так багато в загальній кількості, а схеми з модифікованим синусом не потребують створення дорогих і складних технічних рішень. Як наслідок, обходяться вони дешевше.

Зарядні станції з функцією ДБЖ переключають споживачів на резервне живлення від власного акумулятора, виступаючи як джерело безперебійного живлення. У порівнянні з повноцінними ДБЖ перемикання відбувається не миттєво, а з певною затримкою (близько 10-30 мс). Для коректного використання цієї функції необхідно попередньо вивчити інструкцію до зарядної станції, де описується правильний порядок дій щодо особливостей підключення планованих пристроїв-споживачів.

Загальна кількість розеток із вихідною напругою 230 В. Це, по суті, кількість пристроїв, які можна одночасно підключити до зарядної станції без використання розгалужувачів, подовжувачів і переносок. Відповідно слабші зарядні станції мають у своєму розпорядженні одну або дві розетки. Потужні ж зарядні станції вже мають на борту три розетки і більше.

Повнорозмірні роз'єми USB-A популярні в комп'ютерній техніці, стандартно використовуються в зарядниках-адаптерах для побутових мереж 230 В та авторозеток на 12 В. У зарядних станціях такі виходи набули широкого поширення для зарядки гаджетів.

— Загальна кількість таких портів може бути дуже різноманітною ( 1 USB, 2 роз'єми, 3 порти і навіть 4), оскільки це дає змогу підключати для зарядки, а в деяких випадках і для живлення, різні малопотужні пристрої — смартфони, планшети, повербанки, лампи тощо.

– Сила струму. Максимальний струм, що видається через роз'єм USB-A на пристрій, що заряджається. Зазначимо, що на різні порти зарядної станції може виводитися різний струм (наприклад, 1.5 А і 2.1 А). У такому разі зазвичай вказується найбільша сила струму.

– Потужність. Максимальна вихідна потужність у ватах (Вт), яку зарядна станція здатна видавати через роз'єм USB-A на один гаджет, що заряджається.

Порти повнорозмірного формату USB-A з підтримкою функції швидкої зарядки. Вона дає змогу значно швидше зарядити смартфон, планшет або інший приєднаний пристрій. Зарядний процес відбувається на підвищеній потужності, а струм та напруга на кожному етапі регулюються таким чином, щоб залишатися в межах оптимальних значень. Однак варто враховувати, що в наш час існує безліч технологій швидкої зарядки і не всі вони сумісні між собою.

– Сила струму. Параметри струму, що видається через роз'єм USB-A швидкої зарядки. Зазначимо, що на різні порти зарядної станції можуть виводитися різні параметри напруги і струму. У цьому пункті вказуються значення сили струму при певній напрузі (наприклад, 5 В / 3 А, 9 В / 2 А, 12 В / 1.5 А).

– Потужність. Максимальна потужність у ватах (Вт), яку зарядна станція здатна видавати через роз'єм USB-A швидкої зарядки на один гаджет, що заряджається. Висока вихідна потужність дає змогу прискорити процес зарядки. Однак відповідна потужність повинна підтримуватися пристроєм, що заряджається, інакше швидкість процесу обмежуватиметься характеристиками гаджета.

Порти USB type C мають менші розміри в порівнянні з класичними USB, також вони мають зручну двобічну конструкцію, що дає змогу підключати штекер будь-яким боком. USB type C першопочатково створений з таким розрахунком, щоб у ньому можна було реалізувати різні можливості: збільшену потужність живлення, технології швидкої зарядки тощо.

Оскільки порт відносно новий і потужний (зустрічаються USB type C з потужністю 60 Вт і навіть 100 Вт), загальна кількість таких роз'ємів часто обмежується 1 портом, рідше двома).

– Сила струму. Максимальний струм, що видається через роз'єм USB type C на пристрій, що заряджається. Зазначимо, що на різні порти зарядної станції може виводиться різний струм (наприклад, 1.5 А і 2.1 А). У такому разі зазвичай вказується найбільша сила струму.

– Потужність. Максимальна потужність у ватах (Вт), яку зарядна станція здатна видавати на один гаджет, що заряджається. Висока вихідна потужність порту USB type C дає змогу прискорити процес зарядки. Однак відповідна потужність повинна підтримуватися пристроєм, що заряджається, інакше швидкість процесу обмежуватиметься характеристиками гаджета.

У режимі бездротової зарядки енергія передається на гаджет, що заряджається, через індуктивну поверхню, яку зазвичай вбудовують у верхню площину корпусу зарядної станції. Слот для бездротової зарядки може бути один або ж їх передбачається кілька. Дальність дії цієї технології не перевищує кількох сантиметрів. Проте такий спосіб зарядки позбавляє клопоту з дротами і знижує знос роз'ємів. Одним із ключових недоліків подібного формату вважається невисока потужність і, відповідно, повільна швидкість зарядки.

Вбудований роз'єм прикурювача з вихідною напругою 12 В конструкції зарядної станції. Такий інтерфейс фактично є стандартною «автомобільною розеткою», що використовується для підключення різних приладів до бортової мережі автомобіля. Наявність гнізда прикурювача (автомобільного виходу) дає можливість використовувати зарядну станцію як джерело живлення таких приладів. Кількість гнізд у різних моделях може бути різним – найчастіше прикурювач один, але зрідка зустрічаються варіанти і на кілька роз'ємів.

Наявність у пристрої роз'єму DC (або кількох таких виходів) для живлення зовнішніх гаджетів постійним струмом. Стандартне гніздо DC має круглу форму та штирьок у центрі. Однак за глибиною та діаметром його розміри можуть відрізнятися. Напруги, що виводяться на DC-вихід можуть бути різними. Найпопулярніші варіанти – 18 – 20 В для живлення ноутбуків, 12 В для різних спеціалізованих пристроїв та автомобільного електроприладдя.

Додаткові вихідні роз'єми, передбачені конструкції зарядної станції крім описаних вище.

Можливість зарядки пристрою від сонячних панелей забезпечує енергетичну незалежність портативної електростанції. Моделі з такою функцією можуть працювати повністю автономно та не залежати від розеток. Зарядка від панелей реалізована у відповідних пристроях з портативними сонячними батареями та зарядними станціями, в яких конструктивно передбачені спеціалізовані роз'єми для прийому живлення від стаціонарних сонячних панелей, а також є вбудований MPPT-контролер заряду (Maximum Power Point Tracking).

Можливість поповнювати енергетичні запаси в комірках акумуляторної батареї зарядної станції через роз'єм USB type С. Сам цей порт має невеликі розміри та зручну двобічну конструкцію, завдяки якій штекер можна вставляти будь-яким боком. Однак у зарядних станціях він далеко не завжди працює як вхідний інтерфейс.

Роз'єм постійного струму під характерний круглий штекер (на зразок тих, що застосовуються в багатьох ноутбуках), що використовується для зарядки акумуляторної батареї пристрою. Зазначимо, що штекери на DC-вхід можуть мати різний розмір, а зарядні пристрої з такими штекерами – різну робочу напругу. На практиці це призводить до того, що знайти підходящий зарядний пристрій для портативної станції буває непросто, при пошуках потрібно бути особливо уважними.

Силовий роз'єм з двома круглими роз'ємами, що застосовується для поповнення енергетичних запасів у комірках акумулятора зарядної станції. Здебільшого вхідний порт XT60 призначений для зарядки пристрою від сонячних панелей із використанням відповідного кабелю.

Великий двополюсний роз'єм для підключення акумуляторів, зарядних пристроїв та різноманітної техніки, де потрібен надійний контакт для забезпечення стабільної роботи обладнання. Anderson Port характеризується стійкістю до перепадів вологості, може використовуватися як для механізмів усередині приміщень, так і в умовах зовнішнього середовища. Завдяки ідентичним відповідним частинам пару утворюють два однакових роз'єми, які повернені на 180° один щодо одного. Найчастіше Anderson port застосовується у пересувних будинках на колесах.

Додаткові вхідні роз'єми, передбачені в конструкції зарядної станції, крім описаних вище.

Можливість підключення до зарядної станції зовнішнього акумулятора для збільшення загальної енергоємності і, як наслідок, подовження часу автономної роботи. Таке підключення швидке та зручне. З іншого боку, акумулятор займає додаткове місце зовні, роблячи всю конструкцію більш громіздкою.

– Li-Ion. Ключовою перевагою літій-іонних акумуляторів можна назвати високу ємність при невеликих габаритах та вазі. Також батареї Li-Ion не схильні до ефекту пам'яті і здатні досить швидко заряджатися. Звичайно, цей варіант не позбавлений і недоліків – перш за все, це чутливість до низьких або підвищених температур, а при перевантаженні літій-іонний акумулятор може спалахнути або навіть вибухнути. Втім, завдяки використанню вбудованих контролерів ймовірність подібних «аварій» надзвичайно мала і загалом переваги цієї технології помітно перекривають недоліки.

– Li-Pol. Удосконалена версія літій-іонної технології (див. відповідний пункт): рідкий електроліт в акумуляторах Li-Pol замінений твердим полімером. При тих же високих показниках ємності батареї стали компактнішими, «ефект пам'яті» в них практично відсутній, а ймовірність спалахів і вибухів при критичних порушеннях режимів роботи зведена до мінімуму. Зворотною стороною цих покращень стало збільшення вартості та підвищення чутливості до морозів. Проте найчастіше зазначені недоліки не є значимими.

– LiFePO4. Літій-залізо-фосфатні батареї є модифікацією літій-іонних (див. відповідний пункт), розробленою для усунення деяких недоліків оригінальної технології. Акумулятори LiFePO4 характеризуються великою кількістю робочих циклів заряду/розряду, хімічною та термічною стабільністю, переносимістю...низьких температур, нетривалим часом заряду (зокрема високими струмами) та безпекою в експлуатації. Імовірність «вибуху» батареї LiFePO4 при перевантаженні зведена практично до нуля, та й загалом такі акумулятори без проблем справляються з високими піковими навантаженнями і тримають робочу напругу майже до самого розряду.

– Li-Ion NMC. Різновид літієвих акумуляторів, що перезаряджаються, з використанням складного сплаву у виготовленні катода. Він містить нікель, марганець та кадмій. Подібна «рецептура» дає змогу збільшити показники потужності джерела живлення на основі елементів Li-Ion NMC. Акумулятори цього типу мають високу питому ємність і стабільну напругу розряду, забезпечують тривалий час роботи зарядної станції з високою продуктивністю, характеризуються повною відсутністю «ефекту пам'яті», збереженням працездатності в широкому діапазоні температур і пожежобезпечністю.

– VRLA. Кислотні акумулятори з регулювальним запобіжним клапаном для випуску надлишкового газу. Абревіатура VRLA розшифровується як Valve Regulated Lead Acid. Батареї цього типу мають герметичну нерозбірну конструкцію та бувають двох видів: AGM VRLA (пластини акумулятора забезпечені шаром абсорбенту зі скловолокна) та GEL VRLA (з гелевим електролітом у желеподібному стані). Акумулятори з регулювальним клапаном стійкі до глибоких розрядів, не потребують доливання дистиляту протягом усього терміну експлуатації, не виділяють водень та кисень.

— Semi-solid State. Прогресивний різновид літій-іонних батарей (див. вище), який поєднує деякі характеристики рідких та твердих акумуляторів. Він використовує електроліт, що знаходиться в напівм'якому або гелеподібному стані, що робить батареї більш стійкими до витоків у порівнянні з традиційними рідинними акумуляторами. Технологія Semi-solid state дає змогу досягти значного приросту енергетичної щільності комірок. Як наслідок забезпечується можливість робити компактні акумулятори з високими показниками енергоємності.

Номінальна ємність батареї, фактично – кількість енергії, яку передбачається накопичити. Чим вона більша — тим тривалішим буде час автономної роботи зарядної станції, за інших рівних умов. З іншого боку, цей параметр впливає також на габарити, вагу та ціну акумулятора, при тому що енергоємна батарея потрібна далеко не завжди. За показником ємності у ват-годинах можна порівнювати акумулятори між собою.

Кількість циклів зарядки-розрядки, що акумулятор здатний перенести без значних втрат експлуатаційних властивостей.

У процесі роботи акумулятори зношуються, через що страждають їх характеристики (у першу чергу, зменшується ємність). Довговічність батареї прийнято вимірювати в циклах «заряд-розряд». Проте далеко не завжди моделі з однаковим заявленим ресурсом виявляються однаково довговічними на практиці. Різні виробники можуть по-різному трактувати «значні втрати експлуатаційних якостей»: наприклад, один бренд вказує ресурс до зниження ємності на 20 % (DOD > 80 %), інший – до зниження на 60 % (DOD > 40 %) За абревіатурою DOD стоїть розшифровка Depth of Discharge, тобто. глибина розряду. Тому при виборі є сенс орієнтуватися не лише на чисті цифри, а й на інші джерела – результати тестів, відгуки тощо. Також зазначимо, що ресурс батареї може помітно знизитись при порушенні умов експлуатації (наприклад, у разі перегрівання або переохолодження).

Час зарядки портативної електростанції із повністю розрядженого стану до 100 % заряду при використанні блока живлення від побутової розетки. При цьому мова йде про оригінальну батарею та штатний зарядний пристрій.

Параметр дає можливість оцінити приблизний час зарядки акумулятора в режимі комбінованого підключення портативної електростанції – від розетки і сонячної панелі одночасно. Такий спосіб поповнення енергетичних запасів дає змогу прискорити зарядний процес.

Час, що витрачається на повну зарядку при використанні штатної панелі на яскравому сонячному світлі. У хмарну погоду час зарядки пристрою від сонячної панелі може відрізнятися в меншу сторону.

Час, необхідний для повної (від нуля до 100%) зарядки батареї за умови подачі живлення на зарядну станцію від гнізда прикурювача машини (12 В).

Комбінована подача живлення від побутової розетки та через роз'єм USB type C з підтримкою Power Delivery у рази скорочує час, необхідний для повної зарядки батареї пристрою. Відповідна функція повинна підтримуватись зарядною станцією.

Потужність, на якій штатному режимі здійснюється зарядка портативної електростанції від побутової розетки при використанні оригінального блоку живлення.

Потужність, що забезпечується при зарядці пристрою від сонячної панелі.

Потужність, що штатно приймається зарядною станцією при підключенні від гнізда прикурювача автомобіля (12 В).

Потужність зарядки при комбінованому варіанті подачі живлення на пристрій – від розетки та сонячної панелі одночасно.

Потужність зарядки, що приймається пристроєм, за умови підключення як від розетки, так і через роз'єм USB type C з підтримкою Power Delivery одночасно.

Характеристики сонячної панелі, що постачається в комплекті із зарядною станцією. Через її поверхню можна поповнювати енергетичні запаси в комірках акумулятора зарядної станції в денний час, наприклад, далеко від електричної цивілізації, коли під рукою немає доступної розетки або гнізда автоприкурювача.

Кількість електроенергії у ватах, яку видає сонячна панель. Заявлену кількість ватів панель повинна забезпечувати під час роботи у штатному режимі.

Відсоткове співвідношення максимальної потужності сонячної панелі до потужності падаючого випромінювання. Параметр ефективності дає змогу визначити, наскільки результативно фотомодуль панелі перетворює сонячну енергію на постійний електричний струм.

Габарити комплектної сонячної панелі в розгорнутому вигляді.

Синхронізація зі смартфоном дає змогу управляти роботою зарядної станції віддалено. Сполучення пристрою з мобільними гаджетами здійснюється через мережу Wi-Fi або Bluetooth-підключення. У деяких зарядних станціях передбачаються обидва вищезгадані бездротові модулі. Додатково синхронізація зі смартфоном дає змогу відстежувати заряд батареї, витрату енергії, параметри напруги та струму віддалено в режимі реального часу. Для цього буде потрібно постійне підключення до мережі Інтернет та спеціалізоване програмне забезпечення, яке необхідно встановити на смартфон.

– Зовнішній. Зовнішнє розміщення блока живлення потребує додаткового місця. Втім, більшість блоків цього типу мають досить компактні розміри і оснащуються «вилками» для розеток прямо на корпусі — іншими словами, блок встановлюється на розетці, і вже звідти дріт тягнеться до зарядної станції. Також є зовнішні блоки живлення на кабелі. Враховуючи, що підключати адаптер необхідно лише під час зарядки пристрою, зовнішній блок живлення є дуже зручним рішенням.

– Внутрішній. Вбудований блок живлення не займає місця зовні зарядної станції, проте може збільшити габарити та вагу пристрою. Перевага такого компонування полягає в тому, що від корпусу до розетки йде звичайнісінький дріт живлення, без додаткового оснащення на ньому. Одним кінцем він входить у розеткове гніздо, іншим — приєднується до вхідного роз'єму зарядної станції.

Зовнішній дисплей у конструкції зарядної станції використовується для відображення службової інформації: режиму роботи пристрою, процентного залишку заряду батареї, потужності підключеного навантаження, параметрів напруги та струму, індикації бездротових модулів. Також відзначимо, що передбачувану тривалість автономної роботи з навантаженням пристрій висвічує на дисплеї, виходячи з кількості енергії, що споживається в реальному часі. У деяких моделях зарядних станцій встановлені сенсорні екрани, що забезпечують зручність управління роботою пристрою.

Наявність у зарядній станції підсвічування на кшталт ліхтарика. Ця функція буде доречною при використанні пристрою в умовах поганого освітлення – в сутінках і навіть у повній темряві. Реалізоване підсвічування по-різному: в одних моделях воно виконане за образом розсіювача світла, в інших має спрямований промінь, що освітлює простір на певній відстані. Також підсвічування може мати регулювання яскравості та різні режими роботи (безперервне світло, блимання, подача сигналу SOS).

Можливість перевозити зарядну станцію на зразок візка – це буває значно зручніше, ніж нести її в руках, особливо при великій вазі моделі. Транспортувальними колесами зазвичай оснащують великі та габаритні зарядні станції. Коліщат може бути як чотири (у всіх кутах корпусу обладнання), так і два (тільки з одного краю).

Наявність ручки на корпусі, яка дає змогу легко переміщати пристрій вручну. Сама суть портативних зарядних станцій передбачає мобільне використання, тому ручкою для зручності перенесення оснащується переважна більшість такого обладнання.

Діапазон температур, у якому зарядна станція нормально функціонує у штатному режимі. Перевищення зазначених норм у будь-яку зі сторін призводить до швидкої розрядки батареї, її прискореної деградації та інших неприємних наслідків.