Зарядка ni cd аккумуляторов: Зарядные устройства для никель-металлогидридных – Ni-Mh и никель кадмиевых Ni-Cd аккумуляторов купить в BatteryMag

Схема умного зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов (MAX713)

Традиционная (“безопасная”) зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов током, значение которого в десять раз меньше емкости аккумулятора, удовлетворяет далеко не всех пользователей, поскольку в этом случае для гарантированной полной его зарядки требуется затратить более десяти часов.

Между тем аккумуляторы можно безопасно заряжать и большими токами, соответственно сокращая время зарядки. При этом, однако, необходим постоянный контроль за состоянием заряжаемого аккумулятора, чтобы избежать его выхода из строя.

Момент, когда никель-кадмиевый аккумулятор полностью заряжен, можно надежно установить, измеряя зависимость его напряжения от времени зарядки. В общем виде она показана на рис. 1.

Полностью заряженному аккумулятору соответствует момент, когда напряжение на нем достигает максимума. Поскольку для различных экземпляров абсолютное значение максимума может различаться, этот параметр нельзя использовать для однозначного определения окончания зарядки.

“Интeллeктyaпьныe,’ зарядные устройства, периодически измеряя напряжение на заряжаемом аккумуляторе определяют момент когда изменение напряжения сменит знак (напряжение начнет уменьшаться), и прекращают зарядку.

Рис. 1.

Точнее, обычно переводят зарядное устройство в безопасный режим зарядки малым током. Следует отметить, что уменьшение напряжения по отношению к максимуму после его прохождения невелико-около 10 мВ на один элемент, и для его регистрации нужна измерительная аппаратура с соответствующим разрешением

Второй параметр, который принято контролировать при быстрой зарядке, – время. Его рассчитывают исходя из тока быстрой зарядки, и даже если за это время напряжение на аккумуляторе не достигло максимума, зарядку прекращают.

Это позволяет в какой-то мере уменьшитъ опасность выхода из строя зарядного устройства если в него установлен дефектный аккумулятор, у которого может и не произойти смены знака изменения напряжения в процессе зарядки.

Есть еще один параметр который наряду со сменой знака изменения напряжения на аккумуляторе объективно отражает завершение процесса зарядки, – температура корпуса аккумулятора.

Однако этот параметр относится к числу наиболее трудно контролируемых, поскольку требует установления надежного теплового контакта датчика температуры с корпусом заряжаемого аккумулятора.

Более того, в герметичных аккумуляторных батареях которые в основном используются в современной носимой аппаратуре, это в принципе невозможно. Поэтому на практике зарядку аккумуляторов с контролем температуры не применяют.

Но при этом приходится также отказываться и от предельных – очень быстрых режимов зарядки.

Микросхема МАХ713

Для реализации описанных алгоритмов зарядки выпускают специализированные микросхемы которые выполняют все перечисленные выше функции контроля и управления. К их числу относится например микросхема МАХ713. Она позволяет заряжать как единичный элемент, так и батарею, состоящую из нескольких аккумуляторов.

Контрольное время для быстрой зарядки может быть в пределах от 22 до 264 минут (восемь дискретных значений), а ток – в пределах от 4С до 0,ЗЗС (С – емкость аккумулятора) Все эти параметры устанавливают программно. Предусмотрена в микросхеме МАХ713 и функция контроля температуры заряжаемого аккумулятора.

При расчете режима быстрой зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов сначала выбирают зарядный ток I, ориентируясь на требуемое время зарядки. Следует заметить, что при отсутствии надежного контроля температуры заряжаемого аккумулятора выбирать его более 2С не рекомендуется.

По окончании режима быстрой зарядки ток снижают до значений, безопасных в течение длительного периода (“дозарядка”). В микросхеме МАХ713 это значение например выбрано около 30 мА и не зависит от тока быстрой зарядки.

Принципиальная схема зарядного устройства

Схема “интеллектуального” зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, выполненного на микросхеме МАХ713, приведена на рис 2, Источник питания напряжением 12 В подключают к разъему X1.

Он должен обеспечивать ток нагрузки, по крайней мере на 50 мА больше максимального зарядного тока. При напряжении питания 12В можно заряжать батареи содержащие до девяти аккумуляторов.

В авторском варианте для питания устройства использовался обычный сетевой адаптер, обеспечивающий ток нагрузки до 300 мА при напряжении 12 В Светодиод HL1 индицирует работу устройства в целом, а светодиод HL2 – режим быстрой зарядки.

Рис 2. Принципиальная схема умного зарядного устройства.

Если он не светится, то это означает, что зарядка закончена Аккумулятор (батарею) подключают к разъему Х2 Зарядный ток регулирует транзистор VТ1. Если после включения устройства с подключенным аккумулятором светодиод HL2 не светится, значит, аккумулятор заряжен.

Программирование микросхемы производят подключением выводов 3 (PGM0), 4 (PGM1). 9 (PGM2) и 10 (PGM3) к выводам микросхемы 15 (+), 12 (ВАТТ-) 16 (REF). Они могут быть также и не подключены к чему-либо (OPEN). Через выводы PGM0 и PGM1 программируют число аккумуляторов в батарее (табл 1). а через выводы PGM2 и PGM3-таймер окончания быстрой зарядки (табл. 2).

Перед выбором окончательной версии устройства задают число элементов N в аккумуляторной батарее, подлежащей зарядке, и зарядный ток.

Исходя из первого параметра, определяют подключение выводов 3 и 4 микросхемы (в соответствии с табл 1), а по второму параметру – ориентировочное время зарядки Т (в часах) по формуле Т=С/0,8І. Здесь С подставляют в мАч, а I – в мА. В табл. 2 находят ближайшее большее значение программируемого интервала времени зарядки и определяют соответствующее ему подключение выводов 9 и 10 микросхемы.

На следующем этапе рассчитывают мощность Р (в ваттах), которая будет рассеиваться на транзисторе ?Т1, по формуле P=(Umax – Umin)*1. Здесь Umax – максимальное напряжение на выходе источника питания, В; Umin, – минимальное напряжение на батарее аккумуляторов, В: I – ток зарядки A.

Umin рассчитывают исходя из числа элементов и минимального напряжения на одном аккумуляторе обычно полагают 1В. На основе этого расчета выбирают транзистор и выясняют, нужен ли для него теплоотвод.

Сопротивление резистора R2 (в кило-омах) рассчитывают по формуле R2=U/5 1, где U – минимальное напряжение источни ка питания в вольтах Сопротивление резистора R5 (в омах) рассчитывают по формуле R5=0 25/I, где I – ток зарядки в амперах.

Приведенные на схеме номиналы соответствуют минимальному напряжению источника питания 12В и току зарядки 0,25 А. При напряжении питания 12 В можно заряжетъ батареи не более чем из семи аккумуляторов.

Steven Avritch. A Smart Charger For Nickel-Cadmium Batteries – QST 1994 September p.40-42. Р2001, 1.

Зарядное устройство GoPower Basic 250 для NI-MH или NI-CD аккумуляторов

Данное зарядное устройство предназначено для заряда 2 или 4 никель-кадмиевых (Ni-Cd) и никельметаллогидридных (Ni-MH) аккумуляторов размера АА/НR6 и ААА/НR03. Ток заряда 250 мА позволяет бережно зарядить аккумуляторы и достичь максимально продолжительного срока службы Электроток имеет достаточную силу для бережной зарядки аккумуляторных батарей, обеспечения максимально долгого срока эксплуатации. На зарядном устройстве есть световые индикаторы процесса подзарядки оборудования. В корпусной части небольших габаритов помещается до 4 аккумуляторных батареи. Два аккумулятора можно установить спереди, два – сзади.  

Зарядка аккумулятора занимает 7-14 ч. Основные характеристики оборудования таковы: 

• напряжение входного тока – 230 вольт; 

• частота входного тока – 50 герц; 

• дополнительные особенности – бережная подзарядка, малые габариты; 

• EAC – 4680092060494; 

• ток подзарядки для аккумуляторных батарей AA, HR6 – 250 мА; 

• ток подзарядки для аккумуляторных батарей AAA, HR03 – 120 мА; 

• подзаряжаемые аккумуляторные батареи – 2 либо 4 никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумулятора формата AA, AAA; 

• способ заряда – отключается пользователем; 

• метод соединения с электросетью – прямой, без провода; 

• вид зарядного устройства – для аккумуляторных батарей, основанных на никеле с кадмием либо металлогидридами; 

• гарантийный период – 1.5 года. 

Преимущества оборудования

Можно выделить следующие плюсы зарядного устройства данной модели: 

1. Эффективная зарядка различных аккумуляторов.

При помощи данного устройства можно быстро привести в рабочее состояние аккумуляторные батареи типоразмеров АА и ААА. 

2. Совместимость с разными типами аккумуляторов. Зарядное устройство можно применять как с никель-кадмиевыми, так и с никель-металлогидридными батареями. 

3. Длительный период эксплуатации. Если соблюдать простые правила использования зарядного устройства, то оно прослужит вам длительный срок без каких-либо сбоев. Производитель GoPower внимательно следит за качеством своей продукции, не допускает в продажу бракованное оборудование. 

4. Удобное соединение с сетью. Вам не понадобится использовать шнур для подключения зарядного устройства к электросети. 

5. Демократичная стоимость. Несмотря на отличные технические характеристики, зарядное устройство стоит достаточно дешево. Производитель GoPower не завышает своих расценок, что делает оборудование данного бренда максимально доступным для покупателей с различным бюджетом.

 

Приобрести зарядное устройство GoPower Basic 250 можно на маркетплейсах и в розничных магазинах.

Безопасность

– Могу ли я заряжать никель-кадмиевые батареи с помощью зарядного устройства для никель-металлогидридных металлов?

Следующее замечание по применению от Texas Instruments по зарядке аккумулятора весьма актуально.

Речь идет о некоторых микросхемах контроллера зарядного устройства, но основная часть документа сосредоточена на том, как безопасно заряжать NiCd, NiMH и LiIon аккумуляторы. В нем также подробно описывается, с какими компромиссами сталкивается дизайнер, когда он обменивает более длительное время автономной работы на более быструю зарядку и так далее. Очень интересное чтение.

В частности, обратите внимание, что непрерывная подзарядка не является проблемой: NiCd аккумуляторы более прочны и устойчивы, чем NiMH той же емкости, поэтому, если зарядное устройство изготовлено для NiMH аккумуляторов, оно будет работать и для NiCd аккумуляторов (

в режиме подзарядки ).

Соответствующие выдержки (выделено мной):

Медленная скорость зарядки

NI-CD: большинство никель-кадмиевых элементов легко выдерживают постоянный зарядный ток c/10 (1/10 номинального тока элемента) в течение неопределенного времени без повреждения элемента. При такой скорости обычное время перезарядки составляет около 12 часов.

Некоторые высокоскоростные никель-кадмиевые элементы (оптимизированные для очень быстрой зарядки) могут выдерживать непрерывные токи непрерывного заряда до c/3. Применение c/3 позволит полностью зарядить аккумулятор примерно за 4 часа.

Возможность легко зарядить никель-кадмиевый аккумулятор менее чем за 6 часов без какого-либо метода определения окончания заряда является основной причиной того, что они доминируют в дешевых потребительских товарах (таких как игрушки, фонарики, паяльники). Цепь непрерывного заряда может быть создана с использованием дешевого настенного куба в качестве источника постоянного тока и одного силового резистора для ограничения тока.

NI-MH: Никель-металлогидридные элементы менее устойчивы к продолжительной зарядке: максимальная безопасная скорость непрерывного заряда будет указана производителем и, вероятно, будет где-то между c/40 и c/10. Если предполагается использовать непрерывную зарядку с Ni-MH (без прекращения заряда), необходимо соблюдать осторожность, чтобы не превысить максимальную указанную скорость непрерывного заряда.

Быстрая зарядка, с другой стороны, может вызвать проблемы с , потому что для этого требуется схема обнаружения окончания заряда, которая работает по-разному между двумя химическими веществами:

Быстрая зарядка

Быстрая зарядка для Ni-Cd и Ni-MH обычно определяется как время перезарядки в 1 час, что соответствует скорости зарядки около 1,2с. Подавляющее большинство приложений, где используются Ni-Cd и Ni-MH, не превышают эту скорость заряда.

Важно отметить, что быстрая зарядка может быть безопасной только в том случае, если температура элемента находится в пределах 10-40°C, а 25°C обычно считается оптимальной для зарядки. Быстрая зарядка при более низких температурах (10-20°C) должна выполняться очень осторожно, так как давление внутри холодного элемента будет повышаться быстрее во время зарядки, что может привести к выделению газа из элемента через внутренний клапан давления (что сокращает срок службы). срок службы батареи).

Химические реакции, протекающие в Ni-Cd и Ni-MH батареях во время зарядки, совершенно разные : Реакция зарядки Ni-Cd является эндотермической (это означает, что ячейка охлаждается), в то время как реакция зарядки Ni-MH является экзотермической (она нагревает ячейку). Важность этого различия заключается в том, что можно безопасно подавать очень высокие значения зарядного тока в Ni-Cd элемент, если он не перезаряжен.

Фактором, который ограничивает максимальный безопасный зарядный ток для Ni-Cd, является внутренний импеданс элемента, так как это приводит к рассеиванию мощности P = I ² Ом. Внутренний импеданс для Ni-Cd обычно довольно низкий, поэтому возможны высокие скорости заряда.

[…]

Экзотермический характер реакции заряда Ni-MH ограничивает максимальный зарядный ток, который можно безопасно использовать, поскольку необходимо ограничить повышение температуры элемента.

[…]

Быстрая зарядка: возможное повреждение ячейки

Предупреждение. Как Ni-Cd, так и Ni-MH аккумуляторы представляют опасность для пользователя, если они быстро заряжаются в течение чрезмерно длительного времени (подвергаются неправомерному перезаряду).

Когда батарея достигает полного заряда, энергия, подаваемая в батарею, больше не расходуется в реакции заряда и должна рассеиваться в виде тепла внутри элемента. Это приводит к очень резкому увеличению как температуры ячейки, так и внутреннего давления, если продолжается зарядка высоким током.

В ячейке есть вентиляционное отверстие, активируемое давлением, которое должно открываться, если давление становится слишком высоким, позволяя выпускать газ (это вредно для ячейки, так как потерянный газ невозможно восполнить).

В случае Ni-Cd выделяется кислород. Для элементов Ni-MH выделяющийся газ будет представлять собой водород, который будет сильно гореть при возгорании.

Сильно перезаряженный элемент может взорваться, если вентиляционное отверстие не открывается (из-за старения или коррозии из-за утечки химикатов). По этой причине аккумуляторы никогда не следует перезаряжать до тех пор, пока не произойдет вентиляция.

В последующих разделах представлена ​​информация, которая позволит разработчику определить полный заряд и завершить цикл зарядки с большим током, чтобы не произошло чрезмерного заряда.

Опять же, NiCd аккумуляторы более прочные, поэтому их зарядка с помощью зарядного устройства NiMH не является опасной. Но следите за временем, проведенным под зарядкой! Схема окончания заряда может быть не в состоянии определить, что NiCd элементы полностью заряжены, и поэтому она может перезарядить их.

Перезаряд, который относительно ограничен по времени, может просто сократить срок службы ваших NiCd элементов, но если вы перезаряжаете их в течение многих часов, они могут выйти из строя и сильно повредиться!

Для получения дополнительной информации см. раздел этих указаний по применению об обнаружении окончания заряда для NiCd по сравнению с NiMH. Вот его содержание:

Обнаружение окончания заряда для Ni-Cd/Ni-MH

Как Ni-Cd, так и Ni-MH аккумуляторы можно безопасно заряжать быстро, только если они не перезаряжены.

Путем измерения напряжения и/или температуры батареи можно определить, когда батарея полностью заряжена.

В большинстве высокопроизводительных зарядных систем используются по крайней мере две схемы обнаружения для прекращения быстрой зарядки: основным методом обычно является напряжение или температура, с таймером в качестве резервного на случай, если основной метод не сможет правильно определить полный заряд. точка.

Упрощение резервного копирования с помощью никель-кадмиевых аккумуляторов | Сафт

 

Микаэль Грайс, менеджер по продуктам Saft, объясняет, как новое поколение никелевых аккумуляторов теперь предлагает упрощенные схемы зарядки , что делает их заменой свинцово-кислотным аккумуляторам.

Надежные батареи дают уверенность в том, что промышленные системы будут работать должным образом и будут защищать людей, имущество и окружающую среду в целом. Хорошо зарекомендовавшая себя технология, такая как аккумуляторы с никелевыми пластинами, эффективна с точки зрения затрат и эксплуатации. Однако некоторые операторы обеспокоены тем, что для никелевых аккумуляторов могут потребоваться более сложные схемы зарядки, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов. Новые исследования и разработки направлены на решение этой проблемы.

Резервные батареи в сложных промышленных условиях должны быть надежными даже в самых тяжелых условиях. Они устанавливаются в отдаленных и негостеприимных местах, таких как платформы для разведки и добычи нефти и газа, на автономных подстанциях или на высокоавтоматизированных производственных объектах.

Батареи должны обеспечивать питание, когда это необходимо для безопасного останова предприятия или работы систем управления технологическими процессами, обеспечения бесперебойной работы критически важных нагрузок или изменения конфигурации распределительного устройства. В качестве альтернативы они могут быть необходимы для обеспечения энергомоста до тех пор, пока резервные генераторы не будут подключены к сети, для защиты стоек данных или для обеспечения питания для пожарной сигнализации, аварийного освещения и систем безопасности.

Все они сталкиваются с рядом проблем, связанных с ограниченным доступом, необходимостью соблюдения стандартов и процедур безопасности и требованием наличия высококвалифицированных технических специалистов.

Упрощение питания в режиме ожидания

Последнее поколение никелевых батарей с гильзовыми пластинами , таких как Uptimax от Saft, было улучшено для обеспечения лучшей возможности зарядки наряду с их высоким уровнем надежности. Эта способность к зарядке обеспечивает более простое расположение зарядных устройств.

По мере того, как батареи получают питание, их напряжение повышается по мере увеличения их состояния заряда (SOC), и они насыщаются энергией. На обычных никелевых батареях диапазон напряжений относительно широк. В свою очередь, это означает, что зарядные устройства для обычных никелевых батарей должны быть приспособлены для обеспечения сначала ускоренного заряда, чтобы довести батарею до емкости, а затем номинального «плавающего» зарядного напряжения для поддержания заряда.

Таким образом, для обеспечения двух уровней заряда никелевых аккумуляторов в зарядные устройства должны быть встроены дополнительные гасящие диоды. Зарядное устройство обеспечивает ускоренный заряд, и когда оно обнаруживает повышение напряжения, оно переключается на подачу плавающего заряда.

Недавняя деятельность исследователей Saft в Бордо, Франция, а также группы разработчиков продукции в Оскарсхамне, Швеция, была сосредоточена на активных материалах внутри батареи. Это основано на улучшениях, реализованных в нескольких поколениях технологии.

Тонкие, но важные изменения в электрохимии теперь позволяют заряжать Uptimax в пределах одного узкого диапазона напряжения 1,39 В/элемент. В результате обновленные аккумуляторы совместимы со всеми распространенными системами зарядки постоянным током (DC). Дополнительным преимуществом является то, что в случае необходимости быстрой перезарядки 95-процентный SOC может быть достигнут за 8 часов при 1,45 В/ячейка для минимального времени простоя и оптимальной доступности.

Узкое окно напряжения станет новой нормой для никеля

После перехода на активные материалы в своих батареях компания Saft полностью перевела производство на новую модель с узким напряжением в сентябре 2018 года. Реакция клиентов была положительной после того, как Saft продемонстрировал потенциальные преимущества. Промышленные операторы всегда приветствуют технологические усовершенствования, которые обеспечивают реальную экономию за счет повышения надежности или снижения затрат на техническое обслуживание.

Поскольку внутри батарей были изменены только электрохимически активные материалы, механическая конструкция не изменилась. Таким образом, никелевые батареи с узким диапазоном напряжения могут быть установлены как прямая замена «подключи и работай» либо свинцово-кислотным батареям, либо никелевым батареям предыдущих поколений.

Механическая идентичность с предыдущими моделями также гарантирует доступность и совместимость запасных частей в течение многих лет.

Однако совершенствование — это непрерывный и постоянный процесс. Обновив свою технологию, чтобы исключить двухуровневую зарядку, команда разработчиков Saft обратила внимание на будущие улучшения. В настоящее время основное внимание уделяется снижению эксплуатационных расходов для клиентов и, в частности, снижению требований к техническому обслуживанию без снижения надежности.

Простая зарядка

Основным преимуществом узкого интервала зарядного напряжения является то, что он позволяет использовать аккумуляторы с никелевыми пластинами в качестве непосредственной замены обычным свинцово-кислотным аккумуляторам. Улучшенная способность к зарядке и узкое окно напряжения означают, что в зарядном устройстве можно исключить падающие диоды.

В результате промышленные операторы могут добиться значительной экономии за счет низких эксплуатационных расходов, длительного срока службы и высокой надежности никелевых аккумуляторов.

Кроме того, в случае сбоя питания батарея будет поддерживать нагрузку без необходимости полагаться на ряд электронных компонентов. Мало того, что меньшее количество компонентов означает, что система резервного копирования по своей сути более надежна, но и требуется меньше инженерных работ, что означает более низкие капитальные и эксплуатационные расходы (CAPEX и OPEX).

Преимущество никелевых аккумуляторов в надежности

Помимо улучшенной способности к зарядке, новейшие аккумуляторы с карманными пластинами имеют и другие преимущества по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, особенно с точки зрения предсказуемой производительности, низких требований к техническому обслуживанию и низкой совокупной стоимости владения (TCO). .

Многие операторы имеют устаревшие установки со свинцово-кислотной технологией. Хотя свинцово-кислотные аккумуляторы хорошо известны и широко используются, они предъявляют относительно высокие требования к обслуживанию и эксплуатации, например, к регулярному тестированию емкости. Кроме того, свинцово-кислотные технологии могут пострадать от так называемой внезапной смерти. Это внезапный и необратимый отказ, который происходит из-за того, что внутренняя структура батареи со временем разрушается в результате электрохимических реакций и, наконец, теряет механическую целостность. Никелевые батареи не умирают внезапно, а обеспечивают предсказуемую производительность в течение всего срока службы.

Никелевые батареи также имеют гораздо более длительный срок службы, что означает гораздо более длительные интервалы между циклами замены. Фактически, клиенты регулярно сообщают нам, что у них есть аккумуляторные установки, которым более 20 лет. Это особое преимущество в удаленных и изолированных установках, где стоимость и логистические проблемы замены батарей могут быть высокими.

Еще два фактора, которые позволяют контролировать совокупную стоимость владения, — это низкие эксплуатационные расходы и относительно небольшой вес по сравнению со свинцово-кислотными двигателями. Такие батареи, как Uptimax, не требуют дозаправки. Это означает, что посещения объекта могут быть сведены к минимуму и могут быть скоординированы с другими видами деятельности, что позволяет избежать необходимости планировать время технического обслуживания только для батарей. Кроме того, будучи легче, чем свинцово-кислотные, с ними проще обращаться, и они не имеют такого же уровня требований к подъему и обращению.

В то время как производительность свинцово-кислотных аккумуляторов может ухудшаться при экстремально высоких или низких рабочих температурах, никелевые аккумуляторы обеспечивают надежную работу в более широком диапазоне температур. Это правда, что высокие температуры вызывают преждевременное старение для всех типов электрохимии. Но в то время как повышение температуры всего на 10 °C сократит ожидаемый срок службы свинцово-кислотной батареи на 50 процентов, эквивалентная никелевая батарея потеряет только 20 процентов своего срока службы в тех же условиях.

Более низкие рабочие температуры, особенно в экстремальных зимних условиях, также влияют на работу аккумулятора.