Каким напряжением заряжать никель кадмиевые аккумуляторы: как заряжать, каким током, определение уровня заряда

как заряжать, каким током, определение уровня заряда

Автор Акум Эксперт На чтение 9 мин Просмотров 9.1к. Опубликовано 23.12.2019 Обновлено 17.06.2022

Большую популярность набирают никель-металлогидридные (ni-mh) аккумуляторы. Уже множество производителей перешли именно на них и смогли улучшить по всем характеристикам. Они повысили количество зарядок и увеличили время разряда аккумулятора. Ni-mh выпускаются на замену никель-кадмиевым. Однако они не могут в полной степени их заменить, поскольку обладают высокими токами. Для долгого использования необходимо знать, как заряжать Ni-MH аккумуляторы. Поэтому следует более детально отнестись к изучению всех особенностей данных аккумуляторов.

Содержание

1. Особенности, виды и характеристики никелевых аккумуляторов
2. Как определить уровень заряда
3. Способы зарядки Ni-MH аккумуляторов
4. Капельная зарядка
5. Быстрая зарядка
6. Сверхбыстрая зарядка
7. Общие требования к зарядным устройствам
8. Советы по эксплуатации аккумуляторов
9. Заключение

Особенности, виды и характеристики никелевых аккумуляторов

Существует множество видов аккумуляторов с разными химическими соединениями. Перед использованием тех или иных батареек стоит тщательно рассмотреть правила ухода, эксплуатации и зарядки. В основном для бытового применения используется только три вида:

2. Никель-кадмиевые (Ni-Cd).
3. Никель-цинковые (Ni-Zn).

Внимание! Никель-магниевых (Ni-mn) батареек не существует. Их часто путают с Ni-MH.

Никель-металлогидридные (Ni-MH) питают портативную аппаратуру. Самый распространённый вид аккумуляторов Достаточно мощные. Преобладают над никель-кадмиевыми. Батарейки такого типа после утилизации подвергаются переработке.

Никель-кадмиевые также имеют свою востребованность на рынке. Главное их преимущество — это слабый нагрев при зарядке. Это обусловлено сохранением энергии. Следовательно, данные устройства обладают отличным коэффициентом полезного действия. Поэтому получается, что Ni-Cd также имеют свои плюсы в использовании. Значит, при подзарядке можно использовать высокий ток. И не нужно будет переживать о перегреве из-за внутренних реакций.

Никель-цинковые батарейки повседневно используются в фотоаппаратах. В состав таких батареек включён цинк. Именно он способствует отличному напряжению. Такие устройства не подвержены резкому падению напряжения при разрядке. Однако для Ni-Zn требуется специализированное зарядное устройство.

Как определить уровень заряда

Самым простым способом для является использование мультиметра. С его помощью можно определить текущий уровень зарядки. Для того чтобы точно определить, насколько разряжен аккумулятор, необходимо знать его максимальный уровень подзарядки. Потом, сравнив показатели, можно понять, насколько он был разряжен.

Способы зарядки Ni-MH аккумуляторов

Подзарядка подразумевает в себе целый процесс химических реакций. Чтобы все эти реакции проходили нормально, необходимо зарядное устройство.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Следует хорошо разобраться, как правильно подзаряжать Ni-MH аккумуляторы. При рассматривании данного процесса следует знать такое понятие, как КПД. Именно этот коэффициент подразумевает сохранение небольшой части энергии, которая идёт от ЗУ. В различных условиях КПД может быть как выше, так и ниже. Однако оно не может достичь 100 процентов.

Прежде чем приступать к подзарядке металлогидридных батареек, изучим основные виды. Каждый вид зависит от величины тока. Рассмотрим подробнее, как заряжать Ni-MH.

Капельная зарядка

Капельная подзарядка уменьшает срок жизни батарей. Это обусловлено тем, что ток поступает даже тогда, когда устройство уже зарядилось. Следовательно, ток поступает небольшой. Получается, что даже при полном переходе получаемой энергии в тепло батарейка всё равно не прогреется. Это обусловлено тем, что из зарядного устройства подаётся малый ток. Следуя всему сказанному, чтобы подзарядить аккумулятор с большой ёмкостью, требуется капельная подзарядка с увеличенным током.

Обнаружить окончание зарядки никак нельзя: максимума у неё нет. Плавно возрастает и температура. Значит, завершение предугадать нельзя, можно только сам процесс зарядки ограничить во времени. Для этого необходимо точно знать, сколько заряда есть и какой ёмкости аккумулятор. Стоит учитывать ещё и возраст, и физический износ аккумулятора.  Для того чтобы остаточный заряд никак не повлиял на сам процесс, необходимо разрядить до нуля аккумулятор перед самим процессом. Такой метод плохо влияет на аккумулятор, ускоряя его физический и моральный износ. Сам процесс подзарядки также будет занимать больше времени. Вычислить длительность капельной подзарядки мешает КПД. На него влияет множество факторов, основным является состояние. Преимуществ немного. Однако простота — это основное, т. е. нет необходимости в контроле за завершением зарядки.

Устройство для капельной подзарядки.

Быстрая зарядка

Для Ni-MH быстрая зарядка осуществляется с напряжением 0,8-1,8 В. При таком напряжении он не нагревается. На некоторых батарейках Ni-MH указывают подзарядку током не больше 1С. Быстрая зарядка определяется критериями, которые позволяют осуществить зарядку без вреда аккумулятора и исключают перегрев и порчу. Пользуясь быстрой зарядкой, нужно хорошо контролировать весь процесс. Для этого существует алгоритм, который включает в себя несколько фаз:

1. Наличие аккумулятора.
   Наличие батареек определяется подачей тока в 0,1С. После этого смотрится само напряжение на полюсах. Данное напряжение должно быть не больше 1,8 вольта. Если же оно будет больше, то процесс зарядки не начнётся. Поскольку зарядное устройство примет это за отсутствие или неисправность аккумулятора.
2. Квалификация.
   При данной фазе определяется степень заряженности аккумулятора. При напряжении 0,8 вольт и ниже использовать быструю подзарядку нельзя. Поэтому зарядное устройство активирует режим предзарядки. Если нормально пользоваться Ni-MH аккумуляторами, то при разрядке напряжение в них не будет опускаться ниже одного вольта. Если оно ниже, значит, аккумулятор глубоко разряжен либо давно не использовался.
3. Предзарядка.
   Данная фаза включается при сильной разрядке. В таких условиях ток подаётся 0,1–0,3С. Если используется предзарядка, то время зарядки устанавливается до тридцати минут. После этого измеряется напряжение. Если оно не достигло 0,8 вольт, то аккумулятор считается повреждённым.
4. Переход к быстрой подзарядке.
   В этой фазе происходит постепенное увеличение зарядного тока, которое происходит в течение 2–5 минут. Также одновременно ведётся контроль температуры. Если она подходит к критическим значениям, зарядка отключается.
5. Быстрая подзарядка.
   При данной зарядке подача тока выходит примерно до 1С. Самое важное при этом — вовремя отключить подачу тока. Поэтому, заряжая Ni-MH устройства, необходимо вести контроль всей зарядки. Сам контроль осуществляется по нескольким критериям. Первый критерий, по которому происходит контроль, — это падение напряжения. Если напряжение упало на 2,5–12 мВ, то зарядка аккумулятора отключается. Также отключение может быть ещё в том случае, если нет изменения напряжения при завершении зарядки. Второй критерий контроля по температуре. Если при зарядке температура батареек возрастает больше чем на один градус в минуту, то зарядка отключается. Однако если ток заряда Ni-MH аккумуляторов будет меньше 0,5С, то данный способ может не сработать. Поскольку температура при такой зарядке будет расти очень медленно, и есть вероятность перезарядить никель-металлогидридный аккумулятор. Третий критерий контроля осуществляется по анализу производной напряжения. При этом способе учитывается скорость роста напряжения. Используя данный метод, можно завершить подзарядку устройства раньше, чем он достигнет максимального показателя. Однако это сложно, поскольку необходимо максимально точное измерение напряжения. Бывают зарядные устройства, которые используют для подзарядки импульсный ток. Данный ток подаётся всего одну секунду, через каждые тридцать миллисекунд. Такой тип зарядки имеет свои преимущества. К ним относится то что, происходит равномерное распределение активных веществ. Очень важно контролировать завершение процесса зарядки по нескольким параметрам. Также должен быть способ аварийного завершения зарядки. Для такого завершения используется контроль температуры. Если температура достигла 50 градусов, то зарядка завершается, а начинается после остывания аккумулятора.

   Устройство для быстрой подзарядки

6. Дозарядка.
   После быстрой зарядки рекомендуется дать остыть аккумуляторам. Только после этого следует запускать процесс дозарядки. Сама дозарядка способствует выравниванию заряда в аккумуляторе. Процесс дозарядки совершается до тридцати минут с током зарядки в 0,1–0,3С. Если же дозарядка будет осуществляться дольше, то это уменьшит период службы аккумулятора.
7. Поддерживающая зарядка.
   Поддерживающая зарядка NiMh аккумуляторов нужна только в том случае, если после зарядки их долгое время не использовали. Также для такой зарядки зарядное устройство должно иметь функцию зарядки очень маленьким током. Именно он должен компенсировать процесс саморазряда.

Сверхбыстрая зарядка

Производители никелевых аккумуляторов включили режим сверхбыстрой подзарядки для некоторых видов батареек. Пользоваться этим видом можно в тех случаях, если у вас есть опыт в определении состояния батарей и использовании зарядов. При сверхбыстрой зарядке необходимо снизить уровень тока, как только батарея подзаряжена до 70 %. Прекратить процесс необходимо, как только температура стремительно начала возрастать. Если пользоваться сверхбыстрой подзарядкой, то требуется постоянно контролировать весь процесс. Поскольку даже небольшой прокол может привести к плохим последствиям. Нужно тщательно контролировать температуру нагрева, поскольку перегрев может повлечь за собой как разрушение, так и взрыв.

Общие требования к зарядным устройствам

Существуют зарядные устройства, которые предназначены исключительно для подзарядки никель-металлогидридных батарей. Такие устройства обладают специальным алгоритмом подзарядки. Однако выбирать зарядное устройство следует с возможностью регулирования тока. Либо же устройства, которые могут автоматически устанавливать ток подзарядки, определив тип аккумулятора. Это необходимо потому, что никель-металлогидридные аккумуляторы выпускаются различной ёмкости. Поэтому и нужна регулировка тока. Если ток будет выше необходимого, будет перегрев аккумулятора. Это плохо скажется на нём. Если же ток будет меньше, то сам процесс зарядки будет длиться дольше необходимого. Следующее требование к зарядному устройству заключается в том, чтобы после пропажи питания ЗУ был низкий саморазряд аккумуляторов. Также оно должно уметь определять первичный источник тока. Поскольку в зарядное устройство могут быть установлены пальчиковые батарейки, которые не поддерживают возможность подзарядки.

Зарядное устройство

Советы по эксплуатации аккумуляторов

Основное правило эксплуатации Ni-MH аккумуляторов — не допустить их перегрева и перезарядки. Рассмотрим несколько советов по эксплуатации никель-металлогидридных батарей:

1. При длительном неиспользовании аккумуляторов их нужно хранить с уровнем заряда не меньше 30 процентов.
2. Следует тщательно избегать перезарядки и перегрева батареек.
3. Необходимо давать им остыть после подзарядки или разрядки.
4. Не позволять батарейкам разряжаться ниже 0,9 вольта. Это связано с тем, что множество бюджетных зарядных устройств не смогут подзарядить аккумулятор, который разряжен ниже данного уровня.
5. Рекомендуется периодически разряжать батарейки до 0,9 вольт и только потом полностью заряжать его.

Заключение

Если изучить необходимый минимум по зарядке батареек, то можно смело приступать к самостоятельному использованию. Поскольку без знаний тяжело выбрать правильное зарядное устройство, которое будет заряжать аккумуляторы без принесения им вреда.

Сейчас читают:

Зарядные устройства для химических источников тока

Автор: КОТОМИН В.Э.

Зарядить аккумулятор очень просто:

если Вы не перепутали полярность и обеспечили приемлемый ток, то главное – вовремя остановиться.

Сегодня мало кто представляет свою повседневную жизнь без аккумуляторов. Кроме мобильных телефонов, портативных компьютеров и радиостанций, электроинструмента и многого другого, где применение аккумуляторов само собой разумеется, последние начинают вытеснять из употребления первичные элементы – старые добрые батарейки. Появление щелочных аккумуляторов в размерах бытовых батареек яркое тому свидетельство. Естественно, кто же откажется несколько сот раз использовать батарейку, цена которой лишь в 2 – 3 раза выше?! Одним словом, чем дальше, тем больше аккумуляторов будет применяться в быту и технике. Но для того, чтобы получить эти самые несколько сотен циклов эксплуатации, которые отличают аккумулятор от первичного элемента, нужно их правильно эксплуатировать.

Под правильной эксплуатацией аккумуляторов следует понимать соблюдение условий разряда и заряда. Что касается разряда – не следует, во-первых, превышать максимально допустимые разрядные токи и, во-вторых, переразряжать аккумулятор. Первое достигается правильным выбором типа и емкости аккумулятора, второе можно обеспечить при помощи специальных сервисных устройств, обеспечивающих автоматическое отключение аккумулятора от нагрузки при полном разряде. Большинство мобильных телефонов, портативных компьютеров и видеокамер имеют в своем составе такие устройства. Кроме того, если пользователь (оператор) достаточно внимателен, и выключит, например, свой аккумуляторный фонарик, свет которого начал меркнуть, то с его аккумулятором ничего не случится.

Разряженные аккумуляторы нужно правильно зарядить. На бытовых щелочных аккумуляторах обычно написано, как это сделать. Как правило изготовители рекомендуют ”стандартный” заряд – ток 0,1Сном (где С – номинальная емкость аккумулятора), время 14 – 16 часов. В подавляющем большинстве случаев этот режим заряда и является правильным с точки зрения обеспечения долговечности аккумулятора, но не каждый пользователь согласится ждать половину суток заряжая аккумулятор мобильного телефона или видеокамеры. Поэтому в большинстве случаев применяется почти правильный так называемый “быстрый” заряд. Поскольку каждый тип аккумуляторов имеет свои особенности, обусловливающие область их применения и требования к заряду, то имеет смысл говорить о методах заряда для каждого типа аккумуляторов в отдельности. Далее в этой статье я не буду рассматривать первичные элементы, поэтому во избежание путаницы договоримся, что аккумулятор или элемент это элементарный заряжаемый гальванический источник тока, а батарея – последовательно соединенные два и более аккумулятора. Я воздержусь от описания эксплуатационных свойств аккумуляторов и буду рассматривать их различные типы только с точки зрения процесса заряда.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотным аккумулятором называется гальванический элемент, в котором активным веществом положительного электрода служит двуокись свинца, а отрицательного – губчатый свинец. Рассмотрим химические реакции при заряде кислотного аккумулятора:

PbSO4 + PbSO4 + 2h3O = Pb + PbO2 + 2h3SO4 (1)

при перезаряде:

2h3O = 2h3+O2 (2)

побочная реакция:

h3SO4 = SO3 + h3O (3)

Из уравнения (1) видно, что при заряде на отрицательном электроде восстанавливается губчатый металлический свинец, а на положительном – двуокись свинца.

Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают заливные и герметичные. Заливные более дешевые и допускают замену и долив электролита. В настоящее время наблюдается тенденция на снижение их применения, т.к. они пригодны лишь для стационарного использования и неприменимы в жилых и рабочих помещениях из-за выделения различных газов в процессе эксплуатации (см. уравнения (2) и (3)). Разумеется молекула серного ангидрида SO3 тяжелая и малоподвижная. Скорее всего, она прореагирует с водяным паром и вернется в раствор электролита, но при перезаряде (2), когда газообразование идет активно, вполне вероятен вынос ядовитого газа в окружающее пространство. Количества его малы, но в закрытом помещении… К тому же смесь газов получающихся в результате реакции (2) взрывоопасна. Однако, с точки зрения заряда, это самые неприхотливые аккумуляторы. Их можно заряжать токами до 0,25 Сном, а условием окончания заряда приблизительно можно считать достижение некоторого напряжения, например, для температуры 20оС это напряжение составит 2,43 – 2,53 в. Кроме того, если даже этот порог превышен, то перезаряд приведет к “кипению” – электрохимическому разложению воды. При условии, что помещение хорошо проветривается, единственной проблемой станет восстановление нормального уровня электролита.

Свинцово-кислотные герметичные аккумуляторы отличаются от заливных в основном применением гелиевого электролита и герметичностью контейнера. На этом типе следует остановиться и рассмотреть его более подробно. Если не считать немного более высокой стоимости, герметичный кислотный аккумулятор лишен недостатков заливного, что значительно расширяет область его применения. Что из себя представляет и какие особенности имеет этот тип довольно подробно описано в [1]. С точки зрения заряда, это самый лучший в смысле простоты аккумулятор. Во-первых, о степени заряженности однозначно свидетельствует напряжение на аккумуляторе 2,43 –2,53 в для циклического режима заряда, а во-вторых, даже при превышении зарядного напряжения, не происходит выделения газов – рекомбинация в толще гелиевого слоя и на пробках клапанов, выполненных из каталитической резины. Однако, при значительных токах заряда, скорость выделения газов может превысить скорость рекомбинации, и сработает предохранительный клапан. Кислотные аккумуляторы можно заряжать в широком диапазоне температур -20 – +50оС. Максимальные зарядные токи – до 0,35 Сном.

Заряжать кислотные аккумуляторы можно от любого источника тока, обеспечив выполнение условия – не превышать величину максимального зарядного тока. Условие окончание заряда – достижение напряжения порога отключения можно контролировать по вольтметру или началу “кипения”, которое можно определить на слух. Для того чтобы освободить человека от контроля процесса заряда аккумуляторной батареи, применяются автоматические зарядные устройства.

Простое автоматическое зарядное устройство (далее ЗУ) приведено на схеме 1.

Схема 1

Источник питания заряжает аккумуляторную батарею (далее АБ) через управляемый ключ. Устройство управления отслеживает напряжение на АБ и, при достижении напряжения

U = (2,35 – 2,43) х N Вольт

(где N – количество элементов в батарее), выдает сигнал разомкнуть ключ. Зависимости токов и напряжений от времени приведены на рис 1а.

Рис. 1а

Рис. 1б

Эффективность такого заряда составляет 80 – 90% в зависимости от величины тока в конце заряда. Для получения полного заряда требуется вторая ступень дискретного или непрерывного дозаряда. При дискретном дозаряде устройство управления после отключения ключа продолжает контролировать напряжение на АБ и при его снижении до порога включения снова замыкает ключ. По мере достижения полного заряда длительность импульсов дозаряда уменьшается, а паузы увеличиваются, так как порог отключения по мере заряда достигается быстрее, а нижний порог включения медленнее (рис. 1б). Применяется этот способ при малых токах заряда, так как большие токи на конечной стадии заряда кислотных аккумуляторов нежелательны. Кроме того, у побывавших в эксплуатации аккумуляторов обычно повышается внутренне сопротивление, что приводит к преждевременному достижению порога отключения.

Лучшим, но более сложным является так называемое “быстрое” автоматическое зарядное устройство (схема 2). Здесь от источника питания питаются стабилизаторы тока и напряжения. Стабилизатор тока выдает максимальный допустимый ток заряда, по мере роста напряжения на АБ уменьшает его, а при достижении порога, переводит АБ во вторую стадию – заряд постоянным напряжением U=(2,26 – 2,31)*N от стабилизатора напряжения. Именно эта схема заряда рекомендуется всеми фирмами производителями АБ, с различными вариациями. например фирма PANASONIC (Япония) рекомендует постоянный стабильный ток на все время заряда, а фирма Sonnensheinn (Германия) для аккумуляторов серий А400 и А500 рекомендует несколько большее пороговое значения напряжения. Разумеется это устройство сложнее и дороже других.

Схема 2

Оптимальным по сумме параметров, включая стоимость, является автоматическое зарядное устройство (схема 3). Здесь источник питания, как в зарядном устройстве на схеме 1, обеспечивает ограничение тока и питает стабилизатор напряжения, отрегулированный на напряжение Uз=(2,26 – 2,31) х N Вольт. До достижения указанного напряжения ток заряда будет определять источник питания, а при достижении на АБ напряжения Uз стабилизатор напряжения войдет в режим и будет ограничивать ток, поддерживая напряжение на АБ постоянным. Именно этот метод применяется для заряда батарей работающих в буферном режиме или находящихся в горячем резерве. Зависимости токов и напряжений от времени заряда приведены на Рис.1а, 2 и 3 соответственно зарядным устройствам на схемах 1, 2 и 3.

Схема 3

Рис. 2

Рис. 3

Существует множество публикаций о заряде кислотных аккумуляторов асимметричным током – чередуя импульсы заряда и разряда. Якобы такой метод заряда повышает срок службы аккумуляторов, но у авторов нет единого мнения по поводу величины и формы этих импульсов. Если учесть, что кислотные аккумуляторы являются самыми дешевыми, то применение дорогих устройств для сомнительного продления их срока службы вряд ли целесообразно.

Никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы

Никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы это щелочные аккумуляторы с оксидно-никелевым и кадмиевым электродами. Основная реакция, протекающая в процессе заряда на положительном электроде в никель-кадмиевом аккумуляторе, может быть записана следующим образом:

Ni(OH)2 + OH- = NiOOH + h3O + e-

На отрицательном кадмиевом электроде при заряде протекает реакция:

Cd(OH)2 + 2e- = Cd + 2OH-

Общая реакция заряда выглядит так:

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 = 2NiOOH + Cd + 2h3O

При перезаряде на положительном электроде возникает побочный процесс генерации кислорода:

2ОН- = О + Н2О

Кислород через сепаратор достигает отрицательного электрода и окисляет кадмий:

О + Cd + h3O = Cd(OH)2

Последние реакции образуют замкнутый цикл и обеспечивают газовый баланс в аккумуляторе. Однако давление в аккумуляторе зависит не столько от интенсивности протекающих процессов, сколько от соотношения скорости генерации и скорости транспорта кислорода. Кроме того, реакция окисления кадмия экзотермическая. При быстром заряде наблюдается значительное выделение тепла и разогрев корпуса аккумулятора.

До недавнего времени никель-кадмиевые аккумуляторы выпускались с ламельной конструкцией электродов и не допускали быстрого заряда. В аккумуляторах с толстыми ламельными электродами это связано с высоким внутренним сопротивлением, значительным падением напряжения при превышении зарядным током некоторого предела и невозможностью быстрого заряда глубоколежащих слоев активной массы электродов. Отечественные никель-кадмиевые аккумуляторы НКГК и НГК допускают зарядный ток более 0,15 Сном, но почти всегда их заряжают током 0,1 Сном. Например, широко известные НКГК-11Д, применяемые в шахтных фонарях создают значительные проблемы в обслуживании. Необходимость зарядить фонарные аккумуляторы, разряженные неизвестно до какой степени, за одну смену приводила к их преждевременному выходу из строя. Примерно половина аккумуляторов этого типа, которые мне довелось видеть были очень серьезно вздутыми. Можно представить какое внутренне давление возникало в них для того, чтобы превратить призматический корпус почти в цилиндр. Дело в том, что для заряда по времени необходимо иметь разряженный аккумулятор, а разрядить и зарядить за одну смену сервисные службы не успевали. На шахтных зарядных станциях применяется метод заряда по напряжению, допускающий начинать заряд никель-кадмиевого аккумулятора с любой степенью остаточного заряда. При этом накапливается эффект памяти, приводящий к снижению емкости, но он снимается профилактическими разрядами, называемыми также тренировкой. Проблема заряда никель-кадмиевых аккумуляторов по напряжению связана с очень малым градиентом напряжения при заряде малыми токами. Напряжение на заряженном на 20% никель-кадмиевом аккумуляторе составляет 1,4 в, а на полностью заряженном – 1,46 – 1,47 в при 20оС. Температурные флюктуации этой величины довольно серьезные, но, даже при достаточно стабильной температуре, значения уползают в процессе старения. Кстати, проблема шахтных зарядных станций и фонарей до сих пор стоит довольно остро.

Современная технология позволила серийно выпускать никель-кадмиевые аккумуляторы с рулонными электродами. Уменьшение толщины электродов при увеличении их площади дали возможность увеличить зарядные токи. В современных никель-кадмиевых аккумуляторах заметно снижен (но не побежден) эффект памяти, он прослеживается лишь при больших токах заряда, и очень важно, что современные никель-кадмиевые аккумуляторы допускают значительный перезаряд, до нескольких Сном, при заряде малыми токами. Эта величина колеблется для разных производителей от 20 до 50 часов, без существенного ухудшения параметров при разовом перезаряде, и до нескольких месяцев без повреждения аккумулятора.

Для выбора типа зарядного устройства и метода заряда необходимо представлять, с аккумулятором какого типа вы имеете дело, даже если известно, что он никель-кадмиевый. Если такой информации нет, то универсальный (правильный) способ заряда – это разрядить аккумуляторы или батарею до напряжения 1в/элемент и заряжать 10 – 12 часов током 0,1 Сном. Рекомендации заряжать никель-кадмиевый аккумулятор током 0,1 Сном 14 и даже 16 часов – явная перестраховка связанная с нестабильностью токов большинства ЗУ и некоторым превышением реальной емкости над номинальной при эксплуатации свежих аккумуляторов. Московская фирма Элпи-Про, занимающаяся разработкой и производством электронного оборудования для химических источников тока, проводила независимые исследования заряда цилиндрических никель-кадмиевых аккумуляторов различных производителей и можно утверждать, что эффективность заряда при токах 0,1 – 1 Сном составляет 85 – 95%. иными словами, при стабильном токе заряд в течении 12 часов вполне достаточен.

Для современных цилиндрических никель-кадмиевых аккумуляторов допустимо проводить заряд токами до 0,2 Сном без предварительного разряда с ограничением по времени около 6 часов. Это обусловлено тем, что снижен эффект памяти, и допустим некоторый перезаряд при малых токах. Пример такого устройства приведен на схеме 4. Источник питания, который вместе со стабилизатором тока обеспечивает стабильный ток, заряжает АБ через ключ. Таймер отсчитывает время заряда и, при достижении конца интервала, запирает ключ.

Схема 4

Аналогом этого метода является “кулонный” или “интегральный” метод, при котором используется счетчик амперчасов (цифровой или аналоговый интегратор, который учитывает ток заряда по времени). Схема 5 показывает зарядное устройство, использующее этот метод. При прохождении тока через датчик тока, на его выходе формируется сигнал, увеличивающий значение на выходе интегратора. При достижении последним уровня порога компаратор запирает ключ и может выдать сигнал на индикатор. Здесь для обеспечения переданного аккумулятору заряда не требуется таймер и не нужен стабилизатор тока, однако это и является существенным недостатком ЗУ, построенного по такому принципу. При малых токах возрастает время заряда, а при больших возникает риск перезаряда при отсутствии предварительного заряда. При использовании стабилизатора тока проблема полностью снимается, но в этом случае применение интегратора по сравнению с таймером не оправдано ни с какой точки зрения. Интегратор сложнее, как следствие дороже и менее надежен, кроме того, точность интегратора намного ниже, чем таймера. Результатом в обоих случаях – амперчасы или кулоны, переданные от источника питания аккумулятору. Более точного метода не существует, но пригоден он лишь для относительно малых токов заряда, при условии отсутствия предразряда.

Схема 5

Однако требования к скорости заряда все жестче и заряд малыми токами не всегда приемлем. Конечно, при больших токах заряда значительно снижается срок службы никель-кадмиевого аккумулятора, и наилучшим решением проблемы было бы иметь достаточное количество аккумуляторов или батарей для стандартного заряда, но быстрый заряд все равно нужен, а в некоторых случаях просто необходим.

Опасность перезаряда большими токами состоит в резком росте давления и температуры в конце заряда. При исследованиях влияния перезаряда на емкость аккумуляторов, на фирме Элпи-Про заряжали батарею из пяти элементов АА фирмы PowerSonic (США) током 0,5 Сном в течение восьми часов. В результате емкость батареи упала с 850 до 300 миллиамперчасов, причем емкость отдельных элементов снизилась примерно одинаково, что исключает случайный выход из строя одного из элементов. Наиболее вероятной причиной является потеря значительной части электролита, выброшенного через предохранительный клапан. Другой эксперимент по перезаряду отечественной аккумуляторной батареи 10НКГЦ-1Д привел к взрыву одного из элементов. Причем взрыв произошел через некоторое время после того как батарею сняли с заряда из-за высокой температуры. Здесь, скорее всего, имело место повреждение сепаратора и, как следствие, внутреннее замыкание. Насколько мне известно, аккумуляторы НКГЦ при неправильной эксплуатации взрываются достаточно часто, так как не имеют предохранительного клапана. Перезаряд большими токами может привести к разрушению оболочки аккумулятора, выбросу электролита и взрыву. Таким образом, контроль заряженности аккумуляторов нужно вести по времени только при условии предварительного разряда, и по каким-то другим параметрам кроме времени для отказа от предварительного разряда. Из рис. 4 видно, что к концу заряда большим током растет температура, давление и наблюдается некоторый спад напряжения. Датчики давления встраиваются только в аккумуляторы большой емкости, а снабдить свою батарею датчиком температуры может каждый разработчик. Одни из первых зарядных устройств для быстрого заряда использовали критерий превышения температуры 45 – 50оС для принятия решения о прекращении заряда. Это простой и дешевый способ имеет некоторые недостатки. Дело в том, что возможен недозаряд или перезаряд при слишком высокой или низкой температуре окружающей среды. Поэтому часто используется не сама величина температуры, а скорость ее роста, равная 0,5 – 1 град/мин как условие окончания заряда. Пример такого ЗУ приведен на схеме 6. Источник питания заряжает АБ через ключ, устройство управления через датчик температуры отслеживает температуру на АБ и при достижении ожидаемой величины или скорости ее роста, выдает сигнал разомкнуть ключ и может включить какой-либо индикатор.

Рис. 4

Схема 6

Еще одним параметром является спад напряжения в конце заряда (см. зарядные кривые рис. 4). Он заметен только при больших токах, практически отсутствует при температуре выше 35 оС, и слабо выражен в батареях с большим количеством элементов из-за того, что в результате некоторого разброса по емкости, когда напряжение одного элемента растет, другого может падать, искажая общую картину. Однако этот способ получил широкое распространение для заряда батарей с небольшим количеством элементов при нормальной температуре. Рекомендуемая величина для завершения заряда – снижение напряжения на 10 мВ/элемент. Преимуществом такого способа является возможность контроля напряжения на аккумуляторе или батарее по тем же проводам, по которым осуществляется заряд. Справедливости ради следует отметить, что почти все ЗУ использующие этот параметр одновременно контролируют и температуру батареи и снабжены защитным выключением по превышению времени заряда.

Задача контроля отрицательного спада напряжения – дело сложное и в основном выполняется специализированными микросхемами – контроллерами быстрого заряда. Кроме отрицательного спада напряжения микроконтроллеры могут отслеживать температуру или ее рост, максимальное напряжение и время заряда. Превышение одним из этих параметров установленного значения ведет к окончанию процесса заряда.

Существуют и другие параметры, по которым можно судить о степени заряженности аккумулятора, но они либо малоисследованны, либо сложны для измерения, поэтому в настоящей статье я не буду их рассматривать. Следует упомянуть и об особой конструкции батарей, где аккумуляторы заряжаются каждый сам по себе, что дает несколько лучшие результаты по сравнению с групповым зарядом как с точки зрения эффективности контроля, так и избежания перезаряда наиболее “слабых” элементов батареи. Эта конструкция не находит широкого применения из-за громоздкости внутренней коммутации и высокой стоимости специализированного контроллера, входящего в состав батареи.

Таким образом, наилучшим способом заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей является заряд по времени с предварительным разрядом. Вторым по сумме параметров является заряд по температуре или скорости ее роста. Однако тренировочный разряд аккумуляторов, которые подвергались быстрому заряду все равно необходимо проводить через 5 – 10 циклов работы.

Никель-металлгидридные герметичные аккумуляторы.

Никель-металлгидридные герметичные аккумуляторы – щелочные аккумуляторы, где вместо кадмиевого электрода применен электрод из сплава никеля с металлами редкоземельной группы, способных к абсорбции водорода. Положительный электрод, как и в никель-кадмиевом аккумуляторе оксидно-никелевый. Реакции, протекающие на нем можно записать следующим образом:

Ni(OH)2 + OH- = NiOOH + h3O + e-

На отрицательном электроде металл реагирует с водородом воды и образует металлгидрид:

M + h3O + e- = MH + OH-

Общая реакция заряда выглядит так:

Ni(OH)2 + M = NiOOH + MH

При перезаряде, как и в никель-кадмиевом аккумуляторе, на положительном электроде возникает побочный процесс генерации кислорода:

2ОН- = О + Н2О +2е-

Кислород через сепаратор достигает отрицательного электрода и вступает в реакцию:

О + h3O + 2е+ = 2OH

Последние реакции образуют замкнутый цикл и обеспечивают газовый баланс в аккумуляторе. Однако давление в аккумуляторе зависит не столько от интенсивности протекающих процессов, сколько от соотношения скорости генерации и скорости транспорта кислорода. Кроме того, как описано в [2],при поглощении кислорода обеспечивается еще и дополнительное увеличение емкости металлгидридного электрода за счет образования группы ОН. Однако разогрев металлгидридного аккумулятора при перезаряде все равно происходит.

Особенностями металлгидридного аккумулятора по сравнению с никель-кадмиевым заключаются в большей емкости (до 1,6 раза), менее выраженном спаде напряжения в конце заряда, ограничением температуры при заряде на уровне 40оС, отсутствии эффекта памяти и зависимость количества циклов от глубины разряда – металлгидридные аккумуляторы “не любят” полного разряда.

Последние две особенности делают заряд металлгидридного аккумулятора по времени с предварительным разрядом не только ненужным, но и вредным.

Практически все цилиндрические и призматические никель-металлгидридные аккумуляторы допустимо заряжать токами до 0,2 Сном без предварительного разряда с ограничением по времени около 6 часов. Это обусловлено тем, что эффект памяти отсутствует, а некоторый перезаряд при малых токах допустим. ЗУ построенное по такому методу аналогично устройству для никель-кадмиевых аккумуляторов, приведенному на схеме 4. Параметры источника питания такие же – номинальные напряжения никель-металлгидридного и никель-кадмиевого аккумуляторов практически совпадают.

Менее выраженный спад напряжения в конце заряда делает контроль за зарядом по отрицательному спаду сложным и опасным для батареи. Разработка батарей более чем из 10 никель-металлгидридных аккумуляторов не рекомендуется в связи с опасностью перегрева при заряде одного из аккумуляторов, которая возрастает с увеличением разброса по емкости в результате длительного использования.

В свете вышесказанного, наилучшими способами заряда для никель-металлгидридных аккумуляторов являются: стандартный заряд по времени и быстрый заряд по температуре до значения 40 – 60оС или ее градиенту 1 – 2оС/мин.

Различные фирмы-производители дают разные рекомендации по быстрому заряду своих аккумуляторов. Так, например:

– Panasonic (Япония): зарядные токи 0,5 – 1 Сном. Максимальная температура – 55оС для типоразмеров А и АА и 60 для L-A, таймер быстрого заряда – 90 мин для зарядного тока 1Сном (довольно смело, но им виднее), Напряжение окончания заряда 1,8 в/элемент, отрицательный спад напряжения 5 – 10 милливольт/элемент.

– Gold Peak Group (Китай) рекомендует заряжать свои аккумуляторы разными методами, в зависимости от окружающей температуры:

по температуре – при 25 – 45оС;

по градиенту температуры – при 20 – 30оС;

по отрицательному спаду напряжения – при 0 – 30оС.

Максимальное значение температуры аккумулятора при зарядном токе 0,5 – 1 Сном составляет 55оС, а при зарядном токе 0,2 – 0,4 Сном – 50оС, отрицательный спад напряжения 10 – 15 милливольт/элемент, таймер быстрого заряда – 120% емкости.

Батареи из щелочных герметичных аккумуляторов

Номинальное напряжение щелочных аккумуляторов составляет 1,2 B. Этого, как правило, недостаточно для питания потребителя. Для повышения напряжения аккумуляторы соединяют в батареи, которые имеют свои особенности в эксплуатации. Об особенностях батарей в процессе разряда и хранения я поговорю в другой раз – наша задача описать особенности конструирования батарей с точки зрения заряда.

Первое и самое важное – выбор типа аккумуляторов и производителя. Почти все серьезные производители аккумуляторов представляют серии, имеющие различные типоразмеры, а, следовательно, и емкость аккумуляторов с одинаковыми свойствами. Серии могут быть стандартными, повышенной емкости, высокотемпературными, для быстрого заряда и т.д.

Второе – элементы в батарее должны быть правильно скомпонованы и соединены. Использование пайки для герметичных аккумуляторов недопустимо.

Как справедливо замечено в [3]: “Никогда не припаивайте проводники или какие-либо другие контакты прямо к аккумулятору, так как это приведет к повреждению внутреннего клапана безопасности, сепаратора и др. частей, изготовленных из органических материалов”. Для соединения аккумуляторов используйте точечную сварку.

Третье – при соединения аккумуляторов в батарею используйте материалы, устойчивые к щелочам: никель, нержавеющая сталь, никелированная сталь. Избегайте материалов: олово, алюминий, медь, цинк, латунь, так как из-за утечки электролита через клапан при перезаряде возникнут проблемы с коррозией.

Четвертое – старайтесь проектировать батареи с возможно меньшим количеством элементов. При правильной эксплуатации жизнестойкость и надежность малых батарей значительно выше.

Пятое – не забудьте рассмотреть вопрос установки в батарею защитных элементов и термодатчика. Можете существенно сэкономить на зарядном устройстве.

Я не буду удерживать вас от попыток собрать батарею одновременно из старых и новых элементов, элементов различной емкости или химической системы, придавать аккумуляторам нужную вам форму при помощи молотка, допускать конструктивную возможность короткого замыкания батареи или ее элементов, коротко замыкать разряженную батарею на ночь для лучшего устранения эффекта памяти, хранить батарею в холодильнике в банке из под рассола или заряжать щелочную батарею на улице в двадцатиградусный мороз. Хотя все это проделывали люди без явных психических отклонений и с умственными способностями не ниже среднего, рекомендую лишь обратиться к специалистам за консультацией. И не на стадии когда прибор, для которого проектируется батарея уже готов, и необходимо в маленький отсек запихнуть большой аккумулятор, а на стадии, когда еще можно внести необходимые коррективы.

 

Литература

 

1. Техническое руководство по применению SLA аккумуляторных батарей. PANASONIC’2000

2. Справочник по герметичным источникам тока. ХИМИЗДАТ, СПб, 2000 г.

3. Техническое руководство по применению NiCd и NiMH аккумуляторов. PANASONIC’2000

Аккумуляторы

– Каким напряжением заряжать один NiCd элемент?

\$\начало группы\$

Хорошо. Я исследовал и не нашел никаких результатов по этому вопросу. Каков диапазон напряжения для зарядки одного элемента NiCd?

У меня также есть еще один вопрос: какова рекомендуемая величина постоянного тока (C) для серии из 10 NiCd-элементов, и есть ли какие-либо другие факторы, которые следует учитывать при последовательной зарядке такого количества аккумуляторов?

• напряжение
• батареи
• зарядка батареи
• постоянный ток
• батарея nicd

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Вы не используете входное напряжение в качестве показателя для зарядки NiCd. Наилучшие результаты достигаются при разрядке до 1 В на элемент, а затем зарядке постоянным током 0,1 А-ч в течение 16 часов. То есть, если ячейка рассчитана на 1 А-ч, заряжайте током 0,1 А в течение 16 часов.

Пиковое напряжение элемента во время этого профиля заряда будет примерно от 1,45 до 1,55 вольт, что можно использовать для указания минимального соответствия напряжения источника тока.

Вы можете попробовать профиль быстрой зарядки, используя скорость зарядки 1C или 0,5C и отслеживая температуру. Обычно прекращение цикла заряда происходит при повышении температуры на 1 градус C в минуту ИЛИ при максимальной температуре 60 C. Но это приведет к долговременному повреждению элемента, если полностью заряженный элемент будет без необходимости перезаряжаться несколько раз.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Преимущество NiCD заключается в более высоком сопротивлении при зарядке до 1,2 В на элемент.

Это напряжение должно соблюдаться. Если вы можете контролировать зарядный ток, попробуйте зарядить 10 элементов током 200 мА и попробуйте. Затем напряжение будет распределяться по ячейкам равномерно (ячейки с меньшим зарядом будут тянуть напряжение до своего уровня, пока не совпадут со следующей ячейкой, которая начнет заряжаться). Их можно заряжать с разной скоростью, в зависимости от того, как была изготовлена ​​ячейка. См. техническое описание от поставщика.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Номинальное напряжение никель-кадмиевого аккумулятора составляет 1,2 В, которое используется для построения вашей системы.

В конфигурации с 10 никель-кадмиевыми элементами номинальное напряжение составляет 12 В.

Но нормальные условия работы отличаются, потому что обычно он работает на подзаряде 1,40 В на элемент (это зависит от типа никель-кадмиевой батареи, но чаще всего 1,40 В ~ 1,42 В) и ускоренном заряде 1,45 В на элемент.

клетка.

Основной проблемой при зарядке аккумуляторов является ограничение тока. Вы должны установить его на максимум 20% от вашего значения Ah, например. если ваша батарея 100 Ач, установите максимальное значение 20 А (если возможно, обратитесь к техническому описанию вашей батареи). Еще один момент контроля температуры батареи. В некоторых случаях (в основном в промышленных или любых других критических проектах) функция компенсации температуры батареи требуется с зарядным оборудованием из-за установки ограничения тока ниже.

P.S. Я не знаю, герметичные у вас аккумуляторы (необслуживаемые) или нет. Если нет, то вам также следует проверить уровень электролита. Обычно на корпусе есть метки.

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Индикация напряжения Ni-Cd батареи при 100% заряде

спросил 2 года, 7 месяцев назад

Изменено 2 года назад

Просмотрено 602 раза

\$\начало группы\$

У меня есть никель-кадмиевая батарея на 1,2 В.

• никель-кадмиевая батарея

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Номинальное напряжение никель-кадмиевого аккумулятора составляет 1,2 В, которое используется для построения вашей системы.

Например, если у вас есть система постоянного тока 110 В, вы рассчитываете необходимое количество элементов, используя номинальное напряжение, которое составляет (110 / 1,2) 92 элемента.

Но нормальные условия работы отличаются, потому что обычно он работает на плавающем заряде 1,40 В (это зависит от типа никель-кадмиевой батареи, но чаще всего 1,40 В ~ 1,42 В) и ускоренном заряде 1,45 В.

Если ваши батареи не новые, то в этом случае напряжение может быть обманчивым относительно вашей заряженности батарей. Даже в хранящихся новых батареях будет происходить некоторая потеря емкости после того, как они не будут заряжаться в течение 6 месяцев.

Правильный способ понять, заряжены ваши батареи или нет, – это посмотреть потребляемый ток.

Таким образом, чтобы понять, заряжены ли ваши батареи или нет, вы должны подключить их к зарядному устройству и установить уровень повышения 1,45 В (пожалуйста, обратитесь к техническому описанию вашей батареи и используйте это значение, если оно отличается, а также убедитесь, что ваше зарядное устройство имеет ограничение по току и установите его на 20% от вашего значения Ач, например, если ваша батарея 100 Ач, установите максимальное значение 20 А) и следите за потребляемым током.