Никель кадмиевые аккумуляторы как правильно заряжать: Ni Cd Аккумуляторы Для Шуруповерта Как Заряжать

Никель-кадмиевые аккумуляторы или батарейки

Главная » Виды батареек

На чтение 4 мин Просмотров 577

Никель-кадмиевые аккумуляторы — вторичные источники электрической энергии, которые изобрел Вальдмар Юнгнер в конце 19 века в Швеции. Устройство состоит из корпуса, двух электродов — анода и катода, сепаратора и электролита. Отличие от других аккумуляторов в материале для изготовления электродов и растворе электролита. Именно эти отличия существенно влияют на технические характеристики батареи.

Содержание

1. Устройство и принцип работы
2. Разновидности
3. Характеристики
4. Достоинства
5. Недостатки
6. Применение
7. Выводы, рекомендации

Устройство и принцип работы

Никелево кадмиевые батарейки (NiCd) работают по принципу преобразования химической энергии в электрическую благодаря обратимым реакциям взаимодействия гидроксида никеля (NiOOH), кадмия (Cd), воды (H₂O). В итоге образовывается гидроксид никеля Ni(OH)₂ и Cd(OH)₂, появляется ЭДС.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторной батарее:

В процессе заряда: 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

В процессе разряда: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

Никель кадмиевые батареи изготавливаются в плотном металлическом корпусе, внутри которого никелевые и кадмиевые электроды разделяются сепаратором, а в роли электролита выступает щелочь — гидроксид калия. Анодом здесь является фольга либо сетка из стальной проволоки с нанесением смеси гидроксида никеля с проводящим материалом. Катодом — тоже стальная сетка или фольга, в ячейки которой впрессован губчатый кадмий.

Разновидности

            Никель кадмиевые батарейки по своей форме бывают:

1. Цилиндрические — они получили второе название — «банки».
2. Плоские — дисковые или «таблетки».

Размерный ряд цилиндрических состоит из нескольких основных типовых видов:

Обозначение	Диаметр, мм	Длина, мм	Вес, г
A	17	50	32
AA	14,2	50	21
ААА	10,5	44,5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (sub C)	23	43	52
C	26	46	72
D	33	58	105-145
F	33	91	231
SF (super F)	41,4	89,1	393

 

Дисковые батарейки или «таблетки», были достаточно популярны для стран бывшего СССР. Современные кадмиевые аналоги советских «таблеток» применяются в часах, фотовспышках, слуховых аппаратах, фотоаппаратах, фонариках.

Характеристики

1. Величина номинального напряжения одного элемента — 1,2 В.
2. Рабочий диапазон температур — от +40 до — 50^оС.
3. Возможность полной зарядки-разрядки — от 100 до 1000, усовершенствованные современные модели достигают 2000 циклов.
4. Скорость саморазряда — около 10% в месяц.

Достоинства

Никель-кадмиевые батареи обладают рядом преимуществ по сравнению с другими:

• Возможность работы при минусовых температурах.
• Быстрая скорость зарядки и медленный разряд батареи.
• Эксплуатация при экстремальных промышленных условиях (устойчивость к сотрясению, ударам, высоким нагрузкам, повышенной запыленности, отрицательным температурам).
• Множество циклов «заряд — разряд» — 1000 и более.
• Длительный срок эксплуатации — до 10 лет.
• Продолжительный срок хранения, даже в разряженном виде — около 5 лет.
• Относительно низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

• Эффект памяти — потеря емкости при зарядке не до конца разряженной кадмиевой батареи.
• Токсичность внутреннего содержимого — необходимость соблюдения правил экологической безопасности при утилизации.
• Саморазряд — за год хранения наступает полная разрядка полностью заряженной никель-кадмиевой батареи.
• Процесс восстановления батареи после продолжительного хранения занимает несколько полных циклов «заряд — разряд».
• Невысокое напряжение одиночного элемента — 1,2 В Для увеличения выходного напряжения батареи соединяются насколько элементов последовательно.

Применение

            Кадмиевые батареи, благодаря своим характеристикам, используются в приборах с большим током потребления, высокими эксплуатационными нагрузками:

• Речной, морской транспорт.
• Авиационный транспорт — самолеты, вертолеты.
• Наземный электротранспорт — трамваи, троллейбусы.
• Военная техника.
• Промышленное производство— электрокары.
• Электроинструмент — дрели, шуруповёрты.
• Бытовая техника — электробритвы, фонари.
• Радиотехника — портативные переговорные устройства, радиоуправляемые игрушки.

Выводы, рекомендации

• Батарея ni cd во время эксплуатации не нагревается благодаря тому, что химические реакции внутри носят эндотермический характер, т. е. выделяемое тепло поглощается. Это свойство уменьшает риск перегревания, увеличивает срок службы.
• Наличие плотного герметичного корпуса, способно выдерживать агрессивное влияние извне (перепады температуры, давления, химическое разрушение), делает никель-кадмиевые батареи устойчивыми к самовозгоранию.
• На промышленных предприятиях кадмиевые аккумуляторы продолжают исправно служить на протяжении 10-20 лет, несмотря на новые современные аналоги, поэтому не требуют замены.

Для продления срока службы никель-кадмиевые батареи нужно правильно заряжать:

• Для качественной зарядки нужно применять специальные зарядные устройства (ЗУ).
• Не рекомендуется заряжать не до конца разряженную батарею — произойдет кристаллизация, уменьшится площадь вещества, понизится емкость.
• Постоянная перезарядка — в результате перегрева, уменьшения количества воды электролита, приведет к разрушению электродов и сепаратора.
• Недостаточная зарядка истощит эксплуатационный ресурс никель-кадмиевой батареи.
• Для того, чтобы устранить «эффект памяти», восстановить емкость аккумулятора нужно провести несколько циклов «заряд-разряд».
• Процесс зарядки лучше всего проводить при температуре 20^оС.

 

Batareykaa.ru

Правильное питание аккумуляторов – залог “здоровья” телефона : Портал об энергетике в России и в мире

Какие аккумуляторы бывают в телефонах

От необходимости выбора аккумулятора производитель телефона нас избавил, сделав это самостоятельно. В результате потребитель покупает телефон, зачастую весьма смутно представляя, что у него внутри. Но поскольку мобильник давно уже стал устройством первой необходимости, от которого зависит если не жизнь, то благополучие пользователя, знать, от какого аккумулятора телефон питается, всё-таки желательно.

Итак, в мобильных телефонах чаще всего используется четыре вида аккумуляторов. У каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd)

Основное их преимущество – устойчивость к высоким и низким температурам. Согласитесь, для наших широт преимущество важное. Подобный аккумулятор достаточно надёжен и способен выдерживать значительное число циклов зарядки/разрядки.

Тем не менее широкого распространения эти накопители энергии не получили. Причин тому несколько. Во-первых, токсичность. Мало приятного знать, что аккумулятор вашего телефона элементарно небезопасен. Во-вторых, у него сравнительно низкая энергоёмкость. В-третьих, он обладает так называемым эффектом памяти.

Эффект памяти – довольно коварное свойство, при котором во время зарядки не полностью разряженного аккумулятора заметно снижается его ёмкость. Вы думаете, что зарядили телефон под завязку, а это совсем не так, и аккумулятор очень быстро подсядет снова.

Причём в самый неподходящий момент. Приходится новые аккумуляторы несколько раз доводить до полной разрядки и затем заряжать снова.

Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH)

Ещё один представитель семейства аккумуляторов на основе никеля. Энергоёмкость у них оказалась уже значительно больше, но от эффекта памяти избавиться так и не удалось. Хотя выражен он и несколько слабее, чем у никель-кадмиевых собратьев. Ni-MH также нуждается в неоднократной полной разрядке для успешного последующего заряжания.

К слову, в современной телефонии эти два типа аккумуляторов не используются. Встретить их можно лишь в телефонах старых моделей. Пальма первенства перешла к семейству литиевых аккумуляторов.

Литийионные аккумуляторы (Li-Ion)

Самый массовый и наиболее распространённый сегодня тип аккумуляторов. Если вы заглянете под крышку, чтобы посмотреть, какой аккумулятор установлен в вашем телефоне, то, скорее всего, увидите именно его.

Устройство отличается достаточно большой энергоёмкостью и отсутствием пресловутого эффекта памяти. Но, увы, и у него есть пятна на репутации. Такой аккумулятор лучше не использовать на морозе ниже 20 градусов. Иначе может произойти выброс электролита. Да и долгое время держать в полностью разряженном состоянии тоже не стоит. Срок работы батареи в этом случае может существенно сократиться. При этом со временем она теряет свойства, независимо от того, работает или нет.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol)

И наконец, четвёртый участник этого клуба – наиболее современный литий-полимерный аккумулятор. Энергию в нём, как следует из названия, накапливают соли лития вместе со специальным полимерным электролитом. Подобное сочетание материалов позволяет изготавливать тонкие пластичные аккумуляторы различной формы. Энергоёмкость у Li-Pol примерно такая же, как и у литийионного. И недостатки похожие. Он так же плохо переносит низкие температуры.

Оба типа аккумуляторов имеют контроллер напряжения. Его задача – не допускать глубокой разрядки или, наоборот, избыточной перезарядки.

Как правильно заряжать аккумулятор

Одной из основных характеристик аккумуляторов является их энергоёмкость – показатель количества электрической энергии, которую может отдавать накопитель в течение определённого времени. Чем больше ёмкость, тем дольше батарею можно не заряжать. В среднем зарядки аккумулятора должно хватать на 3–4 дня.

А теперь перейдём непосредственно к самому процессу зарядки. Оставим в покое семейство никелевых аккумуляторов. Встретить их сейчас почти невозможно. Остановимся сразу на литиевых.

Что и как делать, чтобы, как говорят в медицине, не навредить? Основные рекомендации специалистов просты.

Как мы уже знаем, характерной чертой литийионных и литий-полимерных аккумуляторов является отсутствие пресловутого эффекта памяти. Поэтому им всё равно, с какого момента вы их начинаете заряжать. Наличие контроллера напряжения позволяет не заботиться о разрядке или перезарядке. Можно держать аккумулятор в полузаряженном состоянии и подзаряжать до полной загрузки в любое удобное время.

Применение полной разрядки с последующей зарядкой возможно только в двух случаях:

1. При покупке нового телефона. В этом случае нужно два или три раза произвести полную разрядку и зарядку. Впрочем, по поводу необходимости подобной операции существуют разные мнения. Иногда можно услышать, что она вообще практически бесполезна. Но и вреда точно не будет.

2. Желательно производить периодическую полную разрядку и зарядку в процессе эксплуатации телефона. Но нечасто. Достаточно одного раза в два месяца. Делается это с целью корректировки точности показателя заряда аккумулятора, который со временем может сбиться. Иначе говоря, количество энергии в батарее может быть меньше, чем показывает телефон.

Наличие контроллера напряжения – заметное преимущество литиевых аккумуляторов. Он позволяет избежать пресловутой перезарядки. Перезарядить аккумулятор просто невозможно. Поэтому спокойно можно оставлять телефон на зарядке в любое время. Допустим, на ночь. С телефоном ничего страшного не произойдёт. А к утру аккумулятор будет полностью заряжен.

Теоретически возможность перезаряда существует только в том случае, если использовать случайное, а не поставленное в комплекте с телефоном зарядное устройство. Если телефон длительное время не используется, аккумулятор лучше достать и хранить отдельно в заряженном состоянии.

Существует одно довольно интересное явление. При зарядке литиевых аккумуляторов заряд быстро достигает ёмкости примерно в 4/5, а затем замедляется. Ничего страшного здесь нет. Такова конструктивная особенность этого типа аккумуляторов. В конце цикла зарядки батарея потребляет ток с меньшей интенсивностью и циклично. Происходит это для того, чтобы не допустить перегрева.

Что еще нужно знать о “здоровье” аккумуляторов

Из конструктивных особенностей следуют и правила обращения с телефонами на литиевых аккумуляторах. Они не должны перегреваться на солнце. 30-градусная жара уже критична. Так же плохо переносят они и мороз ниже 20 градусов. Как в жару, так и в холод телефоны желательно носить в карманах или в сумке.

Вернувшись с мороза или солнцепёка телефоны на зарядку ставить нежелательно. Нужно дождаться, когда аккумулятор достигнет комнатной температуры. Также не допускается попадание на него влаги.

Средний срок службы аккумулятора составляет около двух лет, так что рано или поздно потребуется его замена. Само собой разумеется, что покупать новый аккумулятор нужно в специализированном магазине и той же модели.

Автор: Александр Черников

аккумуляторы зарядка

Простое зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов с индикатором заряда

>> Ресурсы электронного дизайна
.. >> Библиотека: Серия статей
.. .. >> Серия: Идеи для дизайна
.. .. .. >> Идеи для дизайна, том 2

Загрузите эту статью в формате . PDF Файлы этого типа включают графику и схемы высокого разрешения.

Перезаряжаемые никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы широко используются в бытовой электронике из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и низкой скорости саморазряда. Стандартные никель-кадмиевые элементы можно заряжать с разной скоростью: быстрая зарядка высоким током или ночь низким током.

Независимо от скорости заряда, во время заряда на аккумулятор должен подаваться постоянный ток. Также к аккумулятору должно подаваться больше энергии, чем его реальная емкость, чтобы компенсировать потери энергии при зарядке.

Однако при разработке зарядного устройства для них необходимо решить две проблемы: как установить правильное значение зарядного тока и как остановить процесс зарядки, когда батарея полностью заряжена, чтобы избежать перезарядки. Это простое и недорогое зарядное устройство решает обе проблемы.

1. Постоянный зарядный ток создается LDO и резистором и управляется транзистором Q1, который, в свою очередь, управляется выходом микроконтроллера. Четыре светодиода, также управляемые микроконтроллером, указывают пользователю на состояние заряда.

Самый дешевый и безопасный способ зарядить никель-кадмиевый аккумулятор — заряжать со скоростью 10% от его номинальной емкости в час в течение 16 часов. Используемый аккумуляторный блок содержал два NiCd элемента типоразмера AA емкостью 1200 мАч, поэтому аккумулятор необходимо заряжать током 120 мА.

В схеме зарядки на рис. 1 постоянный ток заряда генерируется регулятором тока, состоящим из IC3 (LDO LM317) и резистора R3, где R3 составляет 1,25 В/120 мА, около 10 Ом. Переключающий МОП-транзистор Q1 (IRF520) был выбран из-за его очень низкого импеданса в открытом состоянии (проводящего) 0,3 Ом.

Лучшей практикой зарядки является использование таймера, чтобы предотвратить перезарядку в течение более 16 часов. Этот подход не требует датчика окончания заряда и обеспечивает полный заряд. Функция синхронизации выполняется микроконтроллером IC1, который также сообщает о состоянии заряда с помощью светодиодов.

В этом проекте можно использовать любой микроконтроллер. Здесь использовался недорогой восьмиконтактный микроконтроллер Motorola (Freescale) MC68HC908QT1.

Каждый этап зарядки обозначается включением соответствующего светодиода. Количество шагов определяется количеством доступных выходов микроконтроллера, без добавления каких-либо дополнительных компонентов. Поскольку микроконтроллер имеет пять выходов, один из них используется для запуска заряда, а четыре могут использоваться для индикации заряда. Для минимизации количества компонентов используются светодиоды со встроенными резисторами (WP710A10YD5V, www.kingbrightusa.com).

Чтобы сделать процесс более наглядным, эти светодиоды должны быть расположены на одной линии с нарисованным вокруг них контуром батареи, поэтому загорание светодиодов по одному будет четко указывать на ход зарядки. Интервалы времени целесообразно выбирать равными, при этом светодиоды показывают 25%, 50%, 75% и 100% времени заряда батареи.

Программа начинает мигать соответствующим светодиодом в начале каждого временного интервала и до конца каждого интервала. После этого светодиоды горят постоянно. Когда зарядка завершена, все четыре светодиода горят, поэтому пользователь в любой момент знает о состоянии зарядки. (В качестве дополнительной функции можно добавить зуммер для подачи звукового сигнала, когда зарядка завершена.)

Программа микроконтроллера на рис. 2 проста. Листинг ассемблерного кода можно найти здесь.

2. На блок-схеме показана простая последовательность проверки уровня/пошаговой итерации кода для управления светодиодами индикации заряда.

Период мигания светодиода установлен на одну секунду. Встроенный генератор микроконтроллера генерирует частоту 12,8 МГц и обеспечивает длительность одного цикла 312,5 нс. При установке предварительного делителя таймера на 64 и регистра по модулю таймера на 50 000 (C350H) период переполнения таймера (TOF) равен одной секунде (0,3125 мкс × 64 × 50 000). Программа переключает светодиод в каждом периоде TOF.

Ночной «долгий» заряд длится 16 часов, при этом константа счетчика MAX_CNT рассчитывается как 16 × 60 × 60 = 57 600 (E100H). Таким же образом можно установить любое максимальное время зарядки. Очевидно, что ждать 16 часов для тестирования программы не удобно, а такой срок, как 20 минут, например, был бы более практичным.

Для этого более короткого периода константа MAX_CNT должна быть установлена ​​на 20 × 60 = 1200 (04B0H). Продолжительность каждого из четырех временных интервалов будет автоматически установлена ​​прошивкой после ввода максимального времени зарядки.

Этот подход является очень гибким и может быть применен для зарядки любого NiCd аккумулятора путем соответствующего подбора резистора R3. Кроме того, можно использовать почти любой тип микроконтроллера, поскольку программа проста и использует только стандартные инструкции.

Абель Рейнус — инженер компании Armatron International Inc., Малден, Массачусетс. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Скачать эту статью в формате . PDF Этот тип файла включает графику и схемы высокого разрешения.

>> Ресурсы электронного дизайна
.. >> Библиотека: Серия статей
.. .. >> Серия: Идеи для дизайна
.. .. .. >> Идеи для дизайна, том 2

Схема зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

Ранее мы построили множество типов цепей зарядных устройств, включая зарядное устройство для мобильных устройств на солнечных батареях , Схема поплавкового зарядного устройства , Зарядное устройство 12 В , Схема блока питания и т. д. Сегодня мы собираемся собрать схему зарядного устройства для зарядки никель-кадмиевой батареи . Процесс зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов можно осуществить двумя способами:

1. Быстрая зарядка
2. Медленная зарядка

Устройство быстрой зарядки требует правильного отключения после полной зарядки. В отличие от свинцово-кислотных или литиевых аккумуляторов, никель-кадмиевые аккумуляторы не могут поддерживать плавающий заряд. Также не просто отключение зарядного устройства после полной зарядки. Это должно быть сделано на основе алгоритма, который определяет температуру батареи и постоянное снижение напряжения после завершения зарядки. Другая часть заключается в том, что аккумулятор должен быть полностью разряжен перед быстрой зарядкой.

Следовательно, здесь мы собираемся сделать простое медленное зарядное устройство , которое может заряжать никель-кадмиевые батареи более низкими и безопасными токами. Этот процесс без автоматического отключения не повредит батарею так сильно, как быстрое зарядное устройство без автоматического отключения.

Для преодоления саморазряда можно использовать медленные зарядные устройства . Ni-Cd аккумулятор саморазряжается со скоростью 15-20% в месяц, что выше по сравнению с 5-10% в месяц литиевого аккумулятора. Но он ниже, если сравнивать с Ni-MH аккумулятором, у которого саморазряд составляет 20-30% в месяц.

 

Зарядка никель-кадмиевой батареи:

Электрохимическое устройство, которое подает энергию во внешнюю цепь посредством внутренней химической реакции, называется элементом . Комбинация этих элементов, соединенных последовательно или параллельно, называется батареей .

Ниже приведена спецификация нескольких Ni-Cd аккумуляторов размеров AA и AAA,

Разница между стандартной зарядкой и быстрой зарядкой основана на зарядном напряжении, зарядном токе и методе или алгоритме отключения.

Быстрая зарядка требует точного отключения питания в конце заряда с использованием температуры элемента или отрицательного изменения напряжения. Различные типы, в которых можно заряжать никель-кадмиевые батареи, указаны ниже:

Используемая здесь батарея имеет емкость 600 мАч, что указывает нам на зарядку элемента при 60 мА, что является рекомендуемой медленной зарядкой 0,1C. Следовательно, мы сделали постоянный ток медленного заряда.

 

Требуемые компоненты:

1. LM317 — 2 номера
2. 1N4007 – 4№.
3. Конденсатор, 100 мкФ (электролитический) – 1 шт.
4. Держатель для батареек типа AAA или AA — 1 №
5. ПОТ (100Ὠ) – 1 шт.
6. Светодиод (красный -1)
7. Резисторы (1 кОм -1; 560 Ом -1; 100 Ом -2)
8. Перфорированная доска с точками
9. Соединительные провода

 

Схема медленного зарядного устройства Ni-Cd и объяснение:

Вот как схема выглядит на плате Perf:

 

1. Понижающий трансформатор:

Здесь используется понижающий трансформатор переменного тока с номиналом от 230 В до 15 В, 1 А. Несмотря на то, что выходной ток трансформатора составляет 1 А, допустимый непрерывный ток составляет всего 0,4 А для безопасной работы. Можно использовать трансформатор на 230В/0-15В или 230В/15-0-15В.

 

2. Мостовой выпрямитель:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный посредством процесса, называемого выпрямлением и. Используемый здесь выпрямитель выполнен с использованием четырех диодов в мостовой конфигурации.

 

3. Цепь регулятора напряжения:

Здесь LM317 используется для регулирования напряжения; это регулируемый регулятор с тремя выводами

 

Таким образом, требуемое выходное напряжение составляет макс. 1,45 В для зарядки аккумулятора.

V _OUT = 1,25 * {1+ (100/560OM)}

V _OUT = 1,47 В

Этот калькулятор напряжения LM317 можно использовать, если вы ищете некоторый калькулятор для расчета или на планирование. выходное напряжение.

 

4. Цепь ограничителя тока:

Поскольку зарядный ток для аккумулятора емкостью 600 мАч составляет 60 мА.