L'empreinte énergétique d'un chargeur s'étend bien au-delà des minutes de charge active : les pertes de conversion pendant la charge, la consommation à vide d'un adaptateur laissé branché et l'énergie de maintenance fournie pendant des jours à l'état « prêt » déterminent ensemble l'énergie secteur que consomme un chargeur NiMH – une quantité de plus en plus réglementée. Cet article examine la performance énergétique du chargeur sur le cycle complet, relie la topologie et la stratégie de maintenance aux kilowattheures réels, passe en revue les exigences d'efficacité des alimentations externes qui pèsent sur la conception du chargeur, et montre comment des étages de puissance efficaces, une vraie mise hors tension et une maintenance intermittente (Article 34) se combinent pour minimiser la consommation d'énergie sur la durée de vie sans compromettre la disponibilité.
L'énergie tirée du secteur sur un cycle de charge comporte trois parties : l'énergie stockée dans les cellules (fixée par leur capacité et leur rendement de charge, Article 2), les pertes de conversion dans l'étage de puissance (l'inverse du rendement, Article 36) et l'énergie post-charge – consommation à vide de l'adaptateur plus le courant de maintenance/complément pendant la durée où le chargeur reste connecté. Les concepteurs qui se concentrent uniquement sur le rendement de charge active peuvent manquer que les termes de veille et de maintenance dominent pour un chargeur qui reste connecté avec des batteries pleines, comme le font la plupart des chargeurs grand public.
Mesurer chaque terme séparément – rendement de charge active, puissance d'entrée à vide et énergie du cycle de service de maintenance – identifie où l'effort de conception réduit réellement l'énergie secteur.
Les topologies à découpage atteignent 85 à 95 pour cent de rendement de conversion contre 50 à 70 pour cent pour un étage linéaire qui chute fortement à courant élevé ; la différence est à la fois de l'énergie secteur et de la chaleur qui réchauffe les cellules. Le redressement synchrone, les commutateurs à faible RDS(on) et des éléments magnétiques correctement dimensionnés augmentent le rendement, tandis que la commande en mode courant maintient l'étage dans sa zone efficace sur les courants de charge rapide et de complément plutôt que de fonctionner de manière inefficace à faible charge.
Comme le rendement de charge NiMH lui-même chute près de la pleine charge (Article 2), terminer la charge nettement évite de verser de l'énergie dans un régime de recombinaison qui ne stocke rien – la qualité de terminaison est donc aussi une caractéristique d'efficacité énergétique, et pas seulement de durée de vie.
Une alimentation externe laissée branchée au secteur consomme de la puissance à vide ; les réglementations d'efficacité visent précisément ce parasitisme, exigeant une faible consommation à vide et un rendement actif minimal à tous les niveaux de charge. Un chargeur bien conçu se met hors tension ou entre dans un état à faible courant de repos une fois la charge terminée et que la maintenance le permet, et déconnecte ou désactive l'étage de puissance plutôt que de réguler en continu ; la polarisation du circuit intégré de charge et l'indication LED sont budgétisées dans la marge de veille.
La maintenance par impulsions et programmée (Articles 9, 34) réduit l'énergie post-charge d'un courant continu à un faible cycle de service – pour les cellules à faible autodécharge, une infime fraction de ce que consomme un trickle continu – abaissant simultanément l'énergie secteur et l'usure des cellules, un alignement rare des objectifs d'énergie et de durée de vie de la batterie.
Les alimentations externes – les adaptateurs secteur qui alimentent la plupart des chargeurs – relèvent de normes de rendement et de consommation à vide sur les grands marchés (les familles US DoE Level VI / EU CoC Tier qui fixent le rendement actif moyen et la puissance à vide maximale), et les réglementations d'écoconception et de veille au niveau du produit limitent la puissance des équipements connectés mais inactifs. Concevoir selon la spécification commune la plus stricte évite les reconceptions spécifiques aux marchés ; le marquage et la documentation technique doivent rapporter les chiffres testés.
Si ces règles réglementent l'adaptateur et le produit final plutôt que la chimie NiMH, elles contraignent l'architecture du chargeur : un étage linéaire à fortes pertes ou un chargeur incapable de dormir peut simplement échouer aux seuils de consommation à vide et de rendement actif, indépendamment de la qualité de charge.
La recette combinée est un étage à découpage efficace, dimensionné pour passer la majeure partie de la charge près de son pic de rendement, une terminaison nette qui met fin aux pertes de recombinaison, une mise hors tension à faible courant de repos au repos, une maintenance intermittente plutôt que continue, dimensionnée sur l'autodécharge LSD, et un adaptateur choisi au niveau rendement/à vide le plus strict. La première figure décompose l'énergie secteur pour un chargeur naïf par rapport à un chargeur optimisé ; la seconde compare les cycles de service d'énergie de maintenance.
La vérification mesure la puissance d'entrée dans les états actif, de complément, de maintenance et à vide avec un analyseur AC/DC de précision et confirme la conformité au niveau d'adaptateur visé et à la limite de veille, plutôt que d'estimer le rendement à partir des courbes de la fiche technique.
Weijiang fournit des qualités à faible autodécharge qui minimisent le terme d'énergie de maintenance et des données de rendement de charge qui permettent aux concepteurs de calculer la vraie énergie secteur ; combiner ces cellules avec un chargeur efficace et capable de dormir produit l'énergie de cycle de vie la plus faible. Le prochain article traite des normes de sécurité et de la certification qui régissent le chargeur en tant que produit.
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