Меню

Индикатор заряда никель кадмиевого аккумулятора

Индикатор заряда никель кадмиевого аккумулятора

Источники тока на базе соединений никеля и кадмия, массово выпускающиеся с 50-х гг. прошлого века, используются в портативных электрических инструментах и электронном оборудовании. Низкая стоимость изделий позволяет им конкурировать с батареями на литиевой основе. Пользователю необходимо знать, как заряжать Ni-Cd-аккумулятор, поскольку от корректности этой процедуры зависит ресурс батарейки.

Особенности эксплуатации Ni-Cd-аккумуляторов

Правила эксплуатации никель-кадмиевых батареек:

  1. При использовании источников постоянного тока на никель-кадмиевой основе следует учитывать “эффект памяти”, приводящий к снижению емкости батареи. Явление возникает вследствие частичной разрядки элемента в процессе применения.
    Батарея прекращает работу при достижении зафиксированного значения, несмотря на оставшуюся часть емкости. Для устранения этого эффекта необходимо добиваться разряда батарейки до напряжения 0,9-0,95 В, дальнейшее снижение напряжения негативно влияет на ресурс аккумуляторной батареи.
  2. Перед началом применения никель-кадмиевого элемента выполняется цикл тренировочных разрядов и зарядов, позволяющих довести параметры изделия до заявленных производителем характеристик. Рекомендуется выполнить 4-6 рабочих циклов, для восстановления элементов низкого качества производится 30-40 циклов зарядки и разрядки.
  3. Если аккумулятор не использовался более 4-6 месяцев, то выполняется дополнительный цикл тренировки. Следует учитывать, что злоупотребление тренировочными циклами приводит к необратимому повреждению конструкции никель-кадмиевой батареи.
  4. Новые аккумуляторы допускают длительное хранение без зарядки. Если не планируется использование устройств, то выполнять зарядку не рекомендуется, т.к. при длительном хранении заряженных изделий наблюдается деградация элемента, приводящая к падению емкости и остальных параметров. Если требуется поместить на хранение ранее использовавшиеся источники тока, то они предварительно разряжаются до 0,9 В.
  5. Батареи, разряжавшиеся и заряжавшиеся слабыми токами, теряют свои емкостные характеристики. Подобное явление наблюдается у элементов, установленных в источниках бесперебойного питания. Для восстановления рабочих характеристик достаточно провести цикл глубокой разрядки с последующим набором емкости от зарядного приспособления.

Разновидности зарядных устройств для никель-кадмиевых аккумуляторов

Для восстановления емкости АКБ никель-кадмиевого типа используются 2 разновидности зарядных устройств:

  • автоматического типа;
  • импульсные реверсивные блоки.

Автоматический модуль оснащен гнездами соответствующего аккумуляторам размера. Такие устройства рассчитаны на 2 или 4 элемента, в конструкции блока предусмотрен переключатель, позволяющий выбрать количество заряжаемых изделий.

Зарядка аккумуляторов начинается после подключения блока к бытовой сети напряжением 230 В. Внутри модуля установлен понижающий трансформатор с выпрямительным каскадом, для отображения статуса зарядки применяется линейка светодиодов или многоцветный индикатор.

Во время зарядки индикатор горит красным цветом, после ее завершения включается зеленая лампочка. В конструкции автоматического блока предусмотрена функция разряда батареи, активируемая кнопочным переключателем.

Размеры Ni-Cd аккумулятора.

Для индикации режима разряда применяется диод желтого цвета, после снижения емкости зарядное устройство автоматически переходит в режим зарядки батарей. В процессе зарядки повышается температура корпуса батарейки, в блоке имеется датчик, который отключает подачу тока при достижении порогового значения.

Реверсивный зарядный блок относится к категории профессиональных изделий, отличается наличием микропроцессорного контроллера. Оборудование подает продолжительные импульсы зарядки, которые чередуются с кратковременным разрядом (время цикла изменяется в соответствии с установленным алгоритмом).

Оборудование позволяет поддерживать работоспособное состояние источника тока и продлевает срок службы Ni-Cd-батарей.

Процесс разряда и заряда Ni-Cd-аккумуляторов

В процессе заряда батареи на положительном электроде, выполненном из оксида никеля, происходит химическая реакция с выделением свободного электрона. На кадмиевом отрицательном электроде проходят дополнительные реакции.

При перезарядке элемента происходит выделение атомов кислорода, которые затем подаются через пористый сепаратор к отрицательному полюсу для последующего восстановления. Постоянство цикла восстановления обеспечивает поддержание стабильного давления газа внутри замкнутого корпуса.

При переразряде на отрицательном электроде формируются атомы водорода, который затем окисляется на никелевом положительном элементе. Из-за низкой скорости этого процесса возможно накопление газа. Для устранения эффекта выделения водорода в N-Cd-батареях всегда применяются отрицательные электроды, имеющие больший объем, чем положительные.

Процесс разряда никель-кадмиевых батарей

На процедуру разряда батарей, построенных на основе никель-кадмиевой композиции, влияют несколько факторов:

  • конфигурация и строение электродов;
  • схема и толщина сепаратора;
  • количество электролита и его химический состав;
  • плотность сборки;
  • конструктивные особенности батареи.

Конфигурация корпуса и площадь электродов учитываются при выборе типа аккумулятора, соответствующего условиям работы. Например, дисковые батареи с увеличенным сечением электродов, выполненных по технологии прессования, применяются в условиях продолжительного разряда. Устройства обеспечивают плавное снижение емкости и напряжения до 1,1 В. Остаточная емкость составляет до 10%, она падает в ходе дальнейшей разрядки до 1 В.

Конструкция цилиндрического элемента не позволяет увеличивать ток разряда до значений выше 20% от номинальной емкости.

Марка Ni-Cd аккумуляторов.

Причиной является невозможность обеспечения равномерного функционирования активной массы по всему сечению электродов.

Для устранения недостатка практикуется уменьшение диаметра электродов с одновременным увеличением количества деталей. При использовании 4 элементов обеспечивается увеличение тока до 55-60% от емкости батареи.

Для повышения эффективности работы используются аккумуляторы никель-кадмиевого типа с электродами, выполненными из металлокерамического композита. Детали отличаются пониженным внутренним сопротивлением, обеспечивая поддержание напряжения не ниже 1,2 В до разряда на 90% от заявленной производителем емкости.

При снижении напряжения на клеммах до 1,0 В емкость батареи снижается до 3% от стартового значения. При подключении внешней нагрузки ток разряда превышает номинальную емкость аккумуляторных элементов в 3-5 раз.

Батареи цилиндрического типа АА или ААА оснащаются электродами рулонной конструкции. Устройства обеспечивают ток в цепи до 10 раз выше номинальной емкости. Для обеспечения максимальных характеристик требуется поддержание температуры источника тока в диапазоне 18-22°С.

При нагреве емкость элементов снижается незначительно, при охлаждении батареи до отрицательных температур начинается снижение емкости (пропорционально току). Этот эффект возникает из-за роста сопротивления электролита и материала электродов.

При дальнейшем снижении температуры в замкнутом объеме электролита начинают формироваться кристаллы. Состав и количество твердых фракций зависят от состояния элемента и степени охлаждения. При полном замерзании электролита прекращаются электрохимические процессы, что приводит к падению напряжения до нулевой отметки.

Производители никель-кадмиевых батарей не рекомендуют использовать изделия при температуре ниже -20°С. Существуют модификации, рассчитанные на охлаждение до -40°С, но сколько отработает батарея при таких условиях, неизвестно.

Процесс заряда никель-кадмиевых батарей

При восстановлении емкости никель-кадмиевых источников тока производится принудительное ограничение степени зарядки. В процессе зарядки происходит выделение кислорода, который повышает давление внутри корпуса батареи, проходящие электрохимические процессы снижают эффективность использования поступающего тока.

Часть подводимой электроэнергии преобразуется в тепло, в конструкции батареи предусмотрен дренажный клапан, который стравливает излишки газа при росте давления выше допустимого.

Долговечность аккумулятора зависит от того, каким током производится зарядка. Для обеспечения максимального эффекта сила тока устанавливается на уровне 1,6-2,0 от номинальной емкости заряжаемого элемента. Конструкция батареи позволяет вести зарядку при температуре от 0° до 40°С, но рекомендуется выполнять операцию при нагреве до 10-30°С.

При попытке зарядить замерзшую батарею образующийся кислород не поглощается материалом отрицательного электрода, что приводит к росту давления и деформации металлического кожуха аккумулятора.

9.6 В 1400 мАч Ni-Cd аккумулятор

При повышении температуры выделение ионов кислорода на положительном электроде происходит быстрее, что ускоряет процедуру восполнения емкости. При поддержании стабильной температуры интенсивность зарядки регулируется силой тока, подаваемого на клеммы, который изменяет интенсивность выделения ионов.

При этом скорость поглощения не зависит от степени нагрева, этот параметр определяется конструкцией никель-кадмиевого элемента.

Поскольку интенсивность поглощения кислорода зависит от конфигурации электродов, конструкции сепаратора и объема электролита, то возможно создание батареек, допускающих ускоренную зарядку. Для этого применяются источники тока с увеличенным числом электродов, имеющих уменьшенное сечение. Например, цилиндрические элементы заряжаются в 2-3 раза быстрее плоских аккумуляторов.

Также существуют методики зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов с деградировавшим электролитом. В корпусе элемента сверлится отверстие, через которое закачивается дистиллированная вода. Если производится восстановление аккумуляторной банки, собранной из нескольких батарей, то предварительно определяются детали с напряжением на клеммах около 0 В.

Заполненные водой аккумуляторы выдерживаются при комнатной температуре на протяжении 10-12 часов, затем на выводы подается напряжение, позволяющее активировать электрохимические процессы.

После появления на выходах напряжения, отличного от 0 В, производится стандартная зарядка. Рекомендуется выдержать источники тока 2-3 дня, а затем провести контрольный замер напряжения. В случае его падения выполняется повторная доливка дистиллированной воды (объем зависит от размера корпуса).

Если напряжение не снизилось, отверстия заделывают, а элементы 2-3 раза заряжают и разряжают, при необходимости производится сборка компонентов в единую банку.

Режим заряда Ni-Cd-аккумулятора

При стандартном алгоритме восполнения заряда на протяжении 14-16 часов выполняется подача постоянного тока силой 10% от емкости батареи (исходное напряжение на клеммах аккумулятора составляет 0,9-1,0 В).

Дополнительные рекомендации по зарядке указываются производителем АКБ. Например, при зарядке цилиндрической батареи сила тока составляет 20% от номинальной емкости, а время восполнения емкости не превышает 6-7 часов. При увеличении тока до 30% время зарядки падает до 4 часов.

Существуют специальные серии аккумуляторов, позволяющие восстанавливать емкость за 1-1,5 часа. При ускоренном режиме используются различные средства контроля (по времени и по температуре корпуса). При ускоренной зарядке происходит активное газообразование, и если нет контроля, то наступает быстрая деградация элемента или разрыв корпуса.

Восстановление заряда Ni-Cd-аккумулятора состоит из 2 этапов:

  1. Фаза начальной зарядки никель-кадмиевого аккумулятора характеризуется увеличением напряжения на клеммах, а затем происходит стабилизация значения, что фиксируется микропроцессором зарядного устройства. Ток зарядки устанавливается на уровне до 200% от емкости аккумулятора, часть зарядных блоков оснащена переключателем, позволяющим выбрать вид импульса при подаче напряжения.
  2. После полной зарядки батареи происходит снижение напряжения, что является сигналом к прекращению подачи тока на клеммы. Параметр падения обозначается DP (Delta Peak), от точности замера значения зависит качество зарядки, также она влияет на снижение риска перезаряда батареи, сопровождаемого повышенным газообразованием.
    Часть зарядных устройств позволяют корректировать параметр DP вручную, рекомендуется установка корректора в минимальное положение.

Профессиональные зарядные блоки производят заряд аккумулятора по ступенчатой методике с одновременным контролем температуры корпуса (не допускается прогрев выше 50°С). Ступенчатый алгоритм позволяет снизить время зарядки стандартных батарей.

Для восполнения первых 10-15% емкости используется ток силой до 100% от емкости, затем происходит плавное увеличение этого параметра до 150%. После зарядки батареи на 90% сила тока снижается в 3 раза, что позволяет уменьшить газообразование и исключает вредный эффект перезаряда Ni-Cd-аккумулятора.

Читайте также:  Внешний аккумулятор для телефона xiaomi mi power bank

После отключения питания внутри аккумулятора продолжаются электрохимические процессы, связанные с преобразованием веществ на поверхности электродов. Затем начинается постепенное выравнивание скорости выделения ионов кислорода на положительном электроде и интенсивности поглощения вещества кадмиевым отрицательным элементом.

Давление внутри батареи падает, но при предварительном перезаряде источника тока снижение давления занимает до 5-6 часов.

Источник



Как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы: описание процесса

Благодаря совершенствованию производства Ni-Cd-батареи сегодня применяются в большинстве портативных электронных устройств. Приемлемая стоимость и высокие эксплуатационные показатели сделали представленную разновидность аккумуляторов популярной. Такие устройства сегодня широко применяются в инструментах, фотоаппаратах, плеерах и т. д. Чтобы батарея прослужила долго, необходимо узнать, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы. Придерживаясь правил эксплуатации подобных устройств, можно значительно продлить срок их службы.

Основные характеристики

Чтобы понять, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, необходимо ознакомиться с особенностями подобных приборов. Их изобрел В. Юнгнер еще в далеком 1899 году. Однако их производство было тогда слишком затратным. Технологии совершенствовались. Сегодня в продаже представлены простые в эксплуатации и относительно недорогие батареи никель-кадмиевого типа.

Представленные устройства требуют, чтобы заряд происходил быстро, а разряд медленно. Причем опустошение емкости батареи необходимо выполнять полностью. Подзарядка производится импульсными токами. Этих параметров следует придерживаться на протяжении всего срока эксплуатации устройства. Зная, каким током заряжать аккумулятор Ni-Cd, можно продлить срок его службы на несколько лет. При этом подобные батареи эксплуатируются даже в самых тяжелых условиях. Особенностью представленных аккумуляторов является «эффект памяти». Если периодически не разряжать батарею полностью, на пластинах ее элементов будут формироваться крупные кристаллы. Они снижают емкость аккумулятора.

Преимущества

Чтобы понять, как правильно заряжать Ni-Cd-аккумуляторы шуруповерта, фотоаппарата, камеры и прочих портативных приборов, необходимо ознакомиться с технологией этого процесса. Она простая и не требует особых знаний и умений от пользователя. Даже после длительного хранения батареи ее можно быстро зарядить снова. Это одно из преимуществ представленных устройств, которые делают их востребованными.

Никель-кадмиевые батареи обладают большим количеством циклов заряда и разряда. В зависимости от производителя и условий эксплуатации этот показатель может достигать более 1 тысячи циклов. Преимуществом Ni-Cd-батареи является ее выносливость и возможность работы в нагруженных условиях. Даже при эксплуатации ее на морозе оборудование будет работать исправно. Его емкость в таких условиях не меняется. При любой степени зарядки аккумулятор можно будет хранить длительное время. Немаловажным преимуществом его является низкая стоимость.

Недостатки

Одним из недостатков представленных устройств является факт, что пользователь обязательно должен изучить, как правильно заряжать Ni-Cd-аккумуляторы. Представленным батареям, как уже говорилось выше, присущ «эффект памяти». Поэтому пользователь должен периодически проводить профилактические мероприятия по его устранению.

Энергетическая плотность представленных аккумуляторов будет несколько ниже, чем у других разновидностей автономных источников питания. К тому же при изготовлении этих приборов применяются токсичные, небезопасные для экологии и здоровья людей материалы. Утилизация подобных веществ требует дополнительных затрат. Поэтому в некоторых странах применение подобных аккумуляторов ограничено.

После длительного хранения Ni-Cd-батареи требуют проведения цикла заряда. Это связано с высокой скоростью саморазряда. Это также является недостатком их конструкции. Однако, зная, как правильно заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, правильно их эксплуатировать, можно обеспечить свою технику автономным источником питания на долгие годы.

Разновидности зарядных устройств

Чтобы правильно заряжать аккумулятор никель-кадмиевого типа, нужно применять специальное оборудование. Чаще всего оно поставляется в комплекте с батареей. Если же зарядного устройства по каким-то причинам нет, можно приобрести его отдельно. В продаже сегодня представлены автоматические и реверсивные импульсные разновидности. Применяя первый тип устройств, пользователю не обязательно знать, до какого напряжения заряжать Ni-Cd-аккумуляторы. Процесс выполняется в автоматическом режиме. При этом одновременно можно заряжать или разряжать до 4 батареек.

При помощи специального переключателя устройство устанавливается в режим разрядки. При этом цветовой индикатор будет светиться желтым цветом. Когда эта процедура будет выполнена, прибор самостоятельно переключается в режим зарядки. Загорится красный индикатор. Когда аккумулятор наберет требуемую емкость, устройство перестанет подавать на батарею ток. При этом индикатор загорится зеленым светом. Реверсивные зарядные устройства относятся к группе профессионального оборудования. Они способны выполнять несколько циклов зарядки и разрядки с разной длительностью .

Специальные и универсальные зарядные устройства

Многих пользователей интересует вопрос о том, как заряжать аккумулятор шуруповерта Ni-Cd типа. В этом случае не подойдет обычный прибор, рассчитанный на пальчиковые батарейки. В комплекте с шуруповертом чаще всего поставляется специальное зарядное устройство. Именно его следует применять при обслуживании батареи. Если же зарядного устройства нет, следует приобрести оборудование для аккумуляторов представленного типа. При этом можно будет зарядить только батарею шуруповерта. Если в эксплуатации имеются батареи различного типа, стоит приобрести универсальное оборудование. Оно позволит обслуживать автономные источники энергии практически для всех устройств (камеры, шуруповерта и даже АКБ). Например, сможет заряжать Ni-Cd-аккумуляторы iMAX B6. Это простой и полезный в хозяйстве прибор.

Разрядка прессованной батареи

Особой конструкцией характеризуются прессованные Ni-Cd-аккумуляторы. Как заряжать и выполнять разрядку представленных устройств, зависит от их внутреннего сопротивления. На этот показатель влияют некоторые конструкционные особенности. Для длительной работы оборудования применяются аккумуляторы дискового типа. Они имеют плоские электроды достаточной толщины. В процессе разрядки их напряжение медленно падает до 1,1 В. Это можно проверить при помощи построения графика кривой.

Если батарею продолжить разряжать до показателя 1 В, ее разрядная емкость составит 5-10% от первоначального значения. Если ток увеличить до 0,2 С, существенно снижается напряжение. Также это касается и емкости батареи. Это объясняется невозможностью разрядить массу по всей поверхности электрода равномерно. Поэтому сегодня толщину их снижают. При этом в конструкции дисковой батареи присутствует 4 электрода. Их можно в этом случае разряжать током 0,6 С.

Цилиндрические батареи

Сегодня широко применяются батареи с металлокерамическими электродами. Они обладают малым сопротивлением и обеспечивают высокие энергетические показатели устройства. Напряжение заряженного Ni-Cd-аккумулятора этого типа удерживается на уровне 1,2 В до потери 90% заданной емкости. Около 3% ее теряется при последующем разряде с 1,1 до 1 В. Представленный тип батарей допускается разряжать током 3-5 С.

Электроды рулонного типа установлены в цилиндрических аккумуляторах. Их можно разряжать током с более высокими показателями, который находится на уровне 7-10 С. Показатель емкости будет максимальным при температуре +20 ºС. При ее увеличении это значение несущественно меняется. Если температура снизится до 0 ºС и ниже, разрядная емкость уменьшается прямопропорционально приросту разрядного тока. Как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, разновидности которых представлены в продаже, необходимо рассмотреть подробно.

Общие правила зарядки

При совершении зарядки никель-кадмиевого аккумулятора крайне важно ограничивать излишний ток, поступающий на электроды. Это необходимо из-за роста внутри устройства при таком процессе давления. При зарядке будет выделяться кислород. Это влияет на коэффициент использования тока, который будет снижаться. Существуют определенные требования, которые объясняют, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы. Парамерты процесса учитывают производители специального оборудования. Зарядные устройства в процессе своей работы сообщают батарее 160% от номинального значения емкости. Интервал температур на протяжении всего процесса должен оставаться в рамках от 0 до +40 ºС.

Режим стандартной зарядки

Производители обязательно указывают в инструкции, сколько заряжать Ni-Cd-аккумулятор и каким током это нужно делать. Чаще всего режим выполнения этого процесса стандартный для большинства разновидностей батарей. Если аккумулятор имеет напряжение 1 В, его зарядка должна выполняться в течение 14-16 часов. При этом ток должен быть 0,1 С.

В некоторых случаях характеристики процесса могут немного отличаться. На это влияют конструкционные особенности устройства, а также увеличенная закладка активной массы. Это необходимо для наращивания емкости батареи.

Пользователя также может интересовать, каким током заряжать аккумулятор Ni-Cd. В этом случае есть два варианта. В первом случае ток будет постоянным в течение всего процесса. Второй вариант позволяет длительно заряжать аккумулятор без риска его повреждения. Схема предполагает применение ступенчатого или плавного снижения тока. На первой стадии он будет значительно превышать показатель 0,1 С.

Ускоренная зарядка

Существуют и другие способы, которые приемлют Ni-Cd-аккумуляторы. Как заряжать батарею этого тип в ускоренном режиме? Здесь существует целая система. Производители увеличивают скорость этого процесса благодаря выпуску особых устройств. Они могут заряжаться при повышенных показателях тока. В этом случае прибор обладает особой системой контроля. Она предупреждает сильный перезаряд аккумулятора. Такую систему может иметь либо сама батарея, либо ее зарядное устройство.

Цилиндрические разновидности устройств заряжают током постоянного типа, величина которого составляет 0,2 С. Процесс при этом будет длиться всего 6-7 часов. В некоторых случаях допускается заряжать батарею током 0,3 С в течение 3-4 часов. В этом случае контроль процесса крайне необходим. При ускоренном выполнении процедуры показатель перезаряда должен составлять не более 120-140% емкости. Существуют даже такие аккумуляторы, которые можно будет зарядить полностью всего за 1 час.

Прекращение зарядки

Изучая вопрос того, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, необходимо рассмотреть завершение процесса. После того как ток перестает поступать на электроды, внутри батареи давление все еще продолжает расти. Этот процесс происходит из-за окисления на электродах гидроксильных ионов.

В течение некоторого времени происходит постепенное уравнение скорости выделения кислорода и поглощения на обоих электродах. Это приводит к постепенному понижению давления внутри аккумулятора. Если перезаряд был существенным, этот процесс будет выполняться медленнее.

Настройка режима

Чтобы правильно зарядить Ni-Cd-аккумулятор, необходимо знать правила настройки оборудования (если они предусмотрены производителем). Номинальная емкость батареи должна иметь ток заряда до 2 С. Необходимо выбрать тип импульса. Он может быть Normal, Re-Flex или Flex. Порог чувствительности (понижение давления) должен составлять 7-10 мВ. Его еще называют Delta Peak. Его лучше выставлять на минимальном уровне. Ток подкачки требуется установить в диапазоне 50-100 мА-ч. Чтобы иметь возможность полноценно использовать мощность аккумулятора, нужно выполнять зарядку большим током. Если же требуется его максимальная мощность, аккумулятор заряжают малым током в нормальном режиме. Рассмотрев, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, каждый пользователь сможет выполнить этот процесс правильно.

Чтобы иметь возможность полноценно использовать мощность аккумулятора, нужно выполнять зарядку большим током. Если же требуется его максимальная мощность, акку… Читать ещё

Чтобы иметь возможность полноценно использовать мощность аккумулятора, нужно выполнять зарядку большим током. Если же требуется его максимальная мощность, аккумулятор заряжают малым током в нормальном режиме.

Читайте также:  Сколько выдает аккумулятор камаза

Источник

Как правильно заряжать аккумуляторный электроинструмент

Процесс зарядки аккумуляторного инструмента довольно тривиален и достаточно неинформативен: аккумулятор устанавливается в зарядное устройство, после чего последнее включается в розетку. Как только индикатор укажет на полный заряд — все, процесс можно считать завершенным.

Это видимая сторона медали. На самом деле, в зависимости от типа используемых источников питания, в паре «аккумулятор/зарядное устройство» протекают процессы, сильно разнящиеся друг от друга. Рассмотрим их более детально.

Как правильно заряжать NiCd аккумуляторы

Никель-кадмиевые источники питания до сих пор можно встретить во многих видах аккумуляторного инструмента. Они достаточно дешевы, неприхотливы и просты в использовании.

К сильным сторонам NiCd батарей можно смело отнести:

  • долговечность. Аккумуляторы этого типа способны без особых потерь выдержать порядка 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости, позволяя ей оставаться на уровне 80 %. Пик производительности NiCd элемента питания приходится на первые 300-400 циклов заряда/разряда;
  • высока нагрузочная способность. Источник питания выдает стабильный ток разряда практически во всем диапазоне своей емкости.

Из графика видно, что при токе разряда величиной 1С стабильность напряжения на клеммах аккумулятора сохраняется в диапазоне 80 % его емкости. Падение напряжения проявляется при расходе оставшихся 20 % заряда.

Здесь следует сделать одно очень важное отступление.

Ток заряда и ток разряда аккумулятора принято «привязывать» к емкости источника питания, которая обозначается символом «С». К примеру, у аккумулятора емкостью 1000 мА∙ч ток разряда, обозначенный как 1С, составит 1 А.

  • сохранение рабочих характеристик при отрицательных температурах. Пожалуй, это единственные представители аккумуляторных систем, которые без проблем могут как работать, так и заряжаться на морозе;
  • длительное хранения без потери рабочих характеристик. Только NiCd аккумуляторы позволительно хранить долгое время полностью разряженными;
  • невысокая стоимость аккумуляторных элементов.

К недостаткам никель-кадмиевых источников питания относятся:

  • необходимость в первоначальном обслуживании. Для «вывода» аккумулятора на номинальное значение его емкости потребуется произвести 5–7 полных циклов заряда/разряда;
  • наличие «эффекта памяти», существенно снижающего емкость аккумулятора. Источник питания не рекомендуется заряжать при его неполном разряде, поскольку это чревато деградацией элемента и существенной потерей эксплуатационных характеристик.

«Эффект памяти» — потеря емкости аккумулятора вследствие кристаллизации электролита, ведущей к уменьшению площади активной поверхности для протекания электрохимических реакций.

  • высокий саморазряд. Неиспользуемая аккумуляторная батарея теряет до 10 % заряда в первые сутки хранения, и до 20 % своей емкости в течение месяца;
  • необходимость технического обслуживания. Чтобы аккумуляторы долгое время сохраняли свои эксплуатационные характеристики, их нужно раз в три месяца подвергать циклу полного заряда/разряда, даже если они не используются;
  • рост давления при высокой температуре. При нагреве «банки» элемента до 70˚С в области электродов активно выделяется кислород. В конструкции элемента предусмотрен защитный клапан, стравливающий чрезмерное давление, но характеристики аккумулятора при его срабатывании безвозвратно снижаются;
  • токсичность кадмия. Элементы этого типа требуют соблюдения особых условий утилизации.

Для качественного заряда и использования имеющейся мощности NiCd аккумулятора по максимуму, его следует заряжать малым зарядным током, величина которого составляет порядка 0,1С. Да, подготовка аккумулятора к работе займет уйму времени (порядка 14–16 часов), но это исключит его нагрев и порчу.

Ускорить зарядку можно используя следующую схему:

  • первые 10 % емкости — зарядка током 2С;
  • с 10 % до 70 % — током 1,5С;
  • остаток до 100 % — током 0,5С.

Такая схема позволит получить полностью заряженный источник питания по прошествии 5–6 часов. Главное, чтобы зарядное устройство было качественным и обеспечивало такой алгоритм зарядки (умело отслеживать наполнение емкости банок аккумулятора по росту температуры и/или росту напряжения на выводах элемента) и своевременно меняло величины зарядных токов.

Как правильно заряжать NiMH аккумуляторы

Довольно схожи с NiCd источниками питания по параметрам и эксплуатационным характеристикам никель-металл гидридные аккумуляторы. Но они более экологичны, поскольку не содержат кадмия.

NiMH источники питания обладают практически теми же «плюсами», что и их предшественники. При этом «эффект памяти» у них менее выражен, им присуща большая емкость при тех же массогабаритных показателях.

Без нескольких ложек дегтя тоже не обошлось. Во-первых, NiMH аккумуляторы несколько дороже никель-кадмиевых собратьев. Во-вторых, жизненный цикл источников питания ограничен 500 циклами. В-третьих, у металл гидридных аккумуляторов больший саморазряд, достигающий 30 % потерь в месяц.

Чтобы сохранить работоспособность элементов, неиспользуемых длительное время, хранить их нужно в полностью заряженном состоянии, периодически устраивая им полный цикл разряда с последующим зарядом.

Методология зарядки NiMH аккумуляторов схожа с зарядкой никель-кадмиевых элементов, но имеет свои особенности. Во-первых, заряжать их малыми токами (0,1С–0,3С) довольно проблематично, поскольку зарядному устройству сложно «отследить» полный заряд батареи, а большие токи приводят к чрезмерному нагреву элемента и его ускоренной деградации. Оптимальным считается зарядка аккумуляторов токами 0,5С. Во-вторых, следует четко контролировать время заряда рекомендованное производителем. Дело в том, что никель-металл гидридные аккумуляторы очень любят перезаряд и возникающий вследствие него перегрев.

Нужно четко контролировать температуру аккумуляторов! При ее превышении значения в 45 ˚С зарядку следует прервать полностью или остановить на время, необходимое для остывания элементов. Это действие существенно продлит их срок службы.

Поскольку NiMH аккумуляторы более привередливы к режиму зарядки, категорически запрещается использовать для их пополнения энергией зарядное устройство, предназначенное для NiCd аккумуляторов. Его более «топорные» алгоритмы заряда гарантированно выведут металл-гидридный элемент из строя.

Обратная совместимость зарядок позволительна. Никель-кадмиевые источники питания без проблем заряжаются зарядными станциями от NiMH аккумуляторов.

Как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы

Новые модели электроинструмента, в большинстве своем оснащаются Li-Ion источниками питания. Сильными сторонами литиевых аккумуляторов являются:

  • малый вес. Это очень важное свойство, поскольку речь идет о ручном инструменте, который приходится держать в руках по несколько часов кряду;
  • высокая удельная емкость литиевых элементов. При одинаковых габаритных размерах с аккумуляторами предыдущих поколений, емкость Li-Ion батареи будет превышать их в 1,5–3 раза;
  • низкий саморазряд. При длительном хранении неиспользуемый аккумулятор разряжается ориентировочно на 5 % в месяц;
  • практически отсутствует «эффект памяти», что дает конечному пользователю возможность подзаряжать аккумулятор по мере необходимости, не особо заморачиваясь с контролем остатка заряда;
  • высокая энергоэффективность. Пиковые токи нагрузки могут превышать 30С, хотя наилучшие результаты в плане отдачи энергии достигаются при значениях, не превышающих 10С.

Недостатки тоже имеются:

  • крайне плохая переносимость низких температур. Емкость падает просто катастрофически;
  • высокая стоимость, обусловленная ценой материалов, используемых при изготовлении элементов и необходимостью наличия в схеме BMS-контроллера батареи (BMS — Battery Monitoring System), отслеживающего параметры «здоровья» аккумулятора;

BMS-контроллер отслеживает уровень напряжения на каждом элементе аккумуляторной сборки и принудительно отключает его при достижении значения 4,2 В. Превышение этого порога может привести к возгоранию аккумулятора.

  • ограниченный жизненный цикл. Li-Ion аккумулятор, как правило, может пережить 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости.

На длительное хранение литиевые аккумуляторы рекомендуется отправлять наполовину заряженными.

Для зарядки Li-Ion источников питания применяется так называемый алгоритм CC/CV (constant current/constant voltage), означающий сначала зарядку постоянным по величине током, а затем напряжением с постоянным значением.

На первом этапе поддерживается постоянное значение тока заряда, которое находится в диапазоне 0,5С-1С.

Производители Li-Ion аккумуляторов рекомендуют заряжать их изделия током 0,8С и ниже, для продления срока службы элементов.

На этом этапе напряжение на контактах довольно быстро растет. При достижении значения в 4,2 В на один элемент, что составляет порядка 80 % от полной емкости батареи, начинается второй этап зарядки, при котором напряжение поддерживается на достигнутом уровне, а ток постепенно снижается до значений 0,05С–0,1С. При их достижении зарядка считается оконченной.

Как правило, стандартное время зарядки Li-Ion аккумулятора составляет 2–3 часа, но оно во многом зависит от емкости используемой в электроинструменте батареи и имеющегося в арсенале мастера зарядного устройства.

Чтобы ориентировочно оценить время зарядки, нужно емкость аккумулятора разделить на ток заряда, выдаваемый зарядным устройством.

Быстрая зарядка аккумуляторного инструмента

Теоретически, возможность быстрой зарядки присутствует во всех рассмотренных типах аккумуляторов. В случае с NiCd и NiMH источниками питания, возможна быстрая зарядка большими токами (1С–3С) до 70 % от заявленной емкости, но краеугольным камнем является необходимость контроля температуры заряжаемых источников питания, поскольку существует огромная вероятность лавинообразного роста давления внутри элемента и его физического повреждения.

В лагере литиевых аккумуляторов ситуация несколько иная. В продаже можно встретить достаточное количество «быстрых зарядок», с номинальными значениями зарядных токов 8 А и даже 16 А.

Но здесь важно понимать, что их максимальные величины будут использоваться лишь на первом этапе зарядки, до достижения элементами порога в 4,2 В, а далее зарядка идет по обычному сценарию.

Конечно, быстрые зарядки существенно экономят время, но производители крайне неохотно идут по пути увеличения тока, прекрасно понимая, что такие режимы (зарядные токи достигают 2С или даже 3С) существенно снижают жизненный цикл аккумулятора. Репутация дороже.

Внимательный читатель возразит, что, мол, в мобилках давно и повсеместно используются технологии быстрой зарядки, и они практически никак не сказываются на снижении жизненного цикла аккумулятора! И будет прав, но лишь отчасти. Здесь мы сталкиваемся с большой маркетинговой уловкой, которая под видом «быстрой зарядки» предлагает пользователю щадящую аккумулятор технологию с зарядными токами уровня 0,9С–1,1С (при стандартных 0,5С–0,8С). Когда как в настоящей «быстрой зарядке» речь идет о значениях зарядных токов, начиная от 2С.

Но пора остыть и вернуться к последнему графику, чтобы понять, что производителю просто невыгодно «убивать» аккумулятор смартфона, ставя под сомнение надежность своей марки.

Более наглядно о технологии быстрой зарядки рассказано в видеоблоге:

Хотя в ролике речь идет о мобильных устройствах, озвученные в нем тезисы, справедливы и для литий-ионных аккумуляторов для электроинструмента.

Источник

Как заряжать ni cd аккумулятор: разновидности зарядных устройств, процесс заряда и разрядки

Источники тока на базе соединений никеля и кадмия, массово выпускающиеся с 50-х гг. прошлого века, используются в портативных электрических инструментах и электронном оборудовании. Низкая стоимость изделий позволяет им конкурировать с батареями на литиевой основе. Пользователю необходимо знать, как заряжать Ni-Cd-аккумулятор, поскольку от корректности этой процедуры зависит ресурс батарейки.

Читайте также:  Источник тока для зарядки аккумуляторов

Особенности эксплуатации Ni-Cd-аккумуляторов

Правила эксплуатации никель-кадмиевых батареек:

  1. При использовании источников постоянного тока на никель-кадмиевой основе следует учитывать “эффект памяти”, приводящий к снижению емкости батареи. Явление возникает вследствие частичной разрядки элемента в процессе применения.
    Батарея прекращает работу при достижении зафиксированного значения, несмотря на оставшуюся часть емкости. Для устранения этого эффекта необходимо добиваться разряда батарейки до напряжения 0,9-0,95 В, дальнейшее снижение напряжения негативно влияет на ресурс аккумуляторной батареи.
  2. Перед началом применения никель-кадмиевого элемента выполняется цикл тренировочных разрядов и зарядов, позволяющих довести параметры изделия до заявленных производителем характеристик. Рекомендуется выполнить 4-6 рабочих циклов, для восстановления элементов низкого качества производится 30-40 циклов зарядки и разрядки.
  3. Если аккумулятор не использовался более 4-6 месяцев, то выполняется дополнительный цикл тренировки. Следует учитывать, что злоупотребление тренировочными циклами приводит к необратимому повреждению конструкции никель-кадмиевой батареи.
  4. Новые аккумуляторы допускают длительное хранение без зарядки. Если не планируется использование устройств, то выполнять зарядку не рекомендуется, т.к. при длительном хранении заряженных изделий наблюдается деградация элемента, приводящая к падению емкости и остальных параметров. Если требуется поместить на хранение ранее использовавшиеся источники тока, то они предварительно разряжаются до 0,9 В.
  5. Батареи, разряжавшиеся и заряжавшиеся слабыми токами, теряют свои емкостные характеристики. Подобное явление наблюдается у элементов, установленных в источниках бесперебойного питания. Для восстановления рабочих характеристик достаточно провести цикл глубокой разрядки с последующим набором емкости от зарядного приспособления.

Разновидности зарядных устройств для никель-кадмиевых аккумуляторов

Для восстановления емкости АКБ никель-кадмиевого типа используются 2 разновидности зарядных устройств:

  • автоматического типа;
  • импульсные реверсивные блоки.

Автоматический модуль оснащен гнездами соответствующего аккумуляторам размера. Такие устройства рассчитаны на 2 или 4 элемента, в конструкции блока предусмотрен переключатель, позволяющий выбрать количество заряжаемых изделий.

Зарядка аккумуляторов начинается после подключения блока к бытовой сети напряжением 230 В. Внутри модуля установлен понижающий трансформатор с выпрямительным каскадом, для отображения статуса зарядки применяется линейка светодиодов или многоцветный индикатор.

Во время зарядки индикатор горит красным цветом, после ее завершения включается зеленая лампочка. В конструкции автоматического блока предусмотрена функция разряда батареи, активируемая кнопочным переключателем.

Размеры Ni-Cd аккумулятора.

Для индикации режима разряда применяется диод желтого цвета, после снижения емкости зарядное устройство автоматически переходит в режим зарядки батарей. В процессе зарядки повышается температура корпуса батарейки, в блоке имеется датчик, который отключает подачу тока при достижении порогового значения.

Реверсивный зарядный блок относится к категории профессиональных изделий, отличается наличием микропроцессорного контроллера. Оборудование подает продолжительные импульсы зарядки, которые чередуются с кратковременным разрядом (время цикла изменяется в соответствии с установленным алгоритмом).

Оборудование позволяет поддерживать работоспособное состояние источника тока и продлевает срок службы Ni-Cd-батарей.

Процесс разряда и заряда Ni-Cd-аккумуляторов

В процессе заряда батареи на положительном электроде, выполненном из оксида никеля, происходит химическая реакция с выделением свободного электрона. На кадмиевом отрицательном электроде проходят дополнительные реакции.

При перезарядке элемента происходит выделение атомов кислорода, которые затем подаются через пористый сепаратор к отрицательному полюсу для последующего восстановления. Постоянство цикла восстановления обеспечивает поддержание стабильного давления газа внутри замкнутого корпуса.

При переразряде на отрицательном электроде формируются атомы водорода, который затем окисляется на никелевом положительном элементе. Из-за низкой скорости этого процесса возможно накопление газа. Для устранения эффекта выделения водорода в N-Cd-батареях всегда применяются отрицательные электроды, имеющие больший объем, чем положительные.

Процесс разряда никель-кадмиевых батарей

На процедуру разряда батарей, построенных на основе никель-кадмиевой композиции, влияют несколько факторов:

  • конфигурация и строение электродов;
  • схема и толщина сепаратора;
  • количество электролита и его химический состав;
  • плотность сборки;
  • конструктивные особенности батареи.

Конфигурация корпуса и площадь электродов учитываются при выборе типа аккумулятора, соответствующего условиям работы. Например, дисковые батареи с увеличенным сечением электродов, выполненных по технологии прессования, применяются в условиях продолжительного разряда. Устройства обеспечивают плавное снижение емкости и напряжения до 1,1 В. Остаточная емкость составляет до 10%, она падает в ходе дальнейшей разрядки до 1 В.

Конструкция цилиндрического элемента не позволяет увеличивать ток разряда до значений выше 20% от номинальной емкости.

Марка Ni-Cd аккумуляторов.

Причиной является невозможность обеспечения равномерного функционирования активной массы по всему сечению электродов.

Для устранения недостатка практикуется уменьшение диаметра электродов с одновременным увеличением количества деталей. При использовании 4 элементов обеспечивается увеличение тока до 55-60% от емкости батареи.

Для повышения эффективности работы используются аккумуляторы никель-кадмиевого типа с электродами, выполненными из металлокерамического композита. Детали отличаются пониженным внутренним сопротивлением, обеспечивая поддержание напряжения не ниже 1,2 В до разряда на 90% от заявленной производителем емкости.

При снижении напряжения на клеммах до 1,0 В емкость батареи снижается до 3% от стартового значения. При подключении внешней нагрузки ток разряда превышает номинальную емкость аккумуляторных элементов в 3-5 раз.

Батареи цилиндрического типа АА или ААА оснащаются электродами рулонной конструкции. Устройства обеспечивают ток в цепи до 10 раз выше номинальной емкости. Для обеспечения максимальных характеристик требуется поддержание температуры источника тока в диапазоне 18-22°С.

При нагреве емкость элементов снижается незначительно, при охлаждении батареи до отрицательных температур начинается снижение емкости (пропорционально току). Этот эффект возникает из-за роста сопротивления электролита и материала электродов.

При дальнейшем снижении температуры в замкнутом объеме электролита начинают формироваться кристаллы. Состав и количество твердых фракций зависят от состояния элемента и степени охлаждения. При полном замерзании электролита прекращаются электрохимические процессы, что приводит к падению напряжения до нулевой отметки.

Производители никель-кадмиевых батарей не рекомендуют использовать изделия при температуре ниже -20°С. Существуют модификации, рассчитанные на охлаждение до -40°С, но сколько отработает батарея при таких условиях, неизвестно.

Процесс заряда никель-кадмиевых батарей

При восстановлении емкости никель-кадмиевых источников тока производится принудительное ограничение степени зарядки. В процессе зарядки происходит выделение кислорода, который повышает давление внутри корпуса батареи, проходящие электрохимические процессы снижают эффективность использования поступающего тока.

Часть подводимой электроэнергии преобразуется в тепло, в конструкции батареи предусмотрен дренажный клапан, который стравливает излишки газа при росте давления выше допустимого.

Долговечность аккумулятора зависит от того, каким током производится зарядка. Для обеспечения максимального эффекта сила тока устанавливается на уровне 1,6-2,0 от номинальной емкости заряжаемого элемента. Конструкция батареи позволяет вести зарядку при температуре от 0° до 40°С, но рекомендуется выполнять операцию при нагреве до 10-30°С.

При попытке зарядить замерзшую батарею образующийся кислород не поглощается материалом отрицательного электрода, что приводит к росту давления и деформации металлического кожуха аккумулятора.

9.6 В 1400 мАч Ni-Cd аккумулятор

При повышении температуры выделение ионов кислорода на положительном электроде происходит быстрее, что ускоряет процедуру восполнения емкости. При поддержании стабильной температуры интенсивность зарядки регулируется силой тока, подаваемого на клеммы, который изменяет интенсивность выделения ионов.

При этом скорость поглощения не зависит от степени нагрева, этот параметр определяется конструкцией никель-кадмиевого элемента.

Поскольку интенсивность поглощения кислорода зависит от конфигурации электродов, конструкции сепаратора и объема электролита, то возможно создание батареек, допускающих ускоренную зарядку. Для этого применяются источники тока с увеличенным числом электродов, имеющих уменьшенное сечение. Например, цилиндрические элементы заряжаются в 2-3 раза быстрее плоских аккумуляторов.

Также существуют методики зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов с деградировавшим электролитом. В корпусе элемента сверлится отверстие, через которое закачивается дистиллированная вода. Если производится восстановление аккумуляторной банки, собранной из нескольких батарей, то предварительно определяются детали с напряжением на клеммах около 0 В.

Заполненные водой аккумуляторы выдерживаются при комнатной температуре на протяжении 10-12 часов, затем на выводы подается напряжение, позволяющее активировать электрохимические процессы.

После появления на выходах напряжения, отличного от 0 В, производится стандартная зарядка. Рекомендуется выдержать источники тока 2-3 дня, а затем провести контрольный замер напряжения. В случае его падения выполняется повторная доливка дистиллированной воды (объем зависит от размера корпуса).

Если напряжение не снизилось, отверстия заделывают, а элементы 2-3 раза заряжают и разряжают, при необходимости производится сборка компонентов в единую банку.

Режим заряда Ni-Cd-аккумулятора

При стандартном алгоритме восполнения заряда на протяжении 14-16 часов выполняется подача постоянного тока силой 10% от емкости батареи (исходное напряжение на клеммах аккумулятора составляет 0,9-1,0 В).

Дополнительные рекомендации по зарядке указываются производителем АКБ. Например, при зарядке цилиндрической батареи сила тока составляет 20% от номинальной емкости, а время восполнения емкости не превышает 6-7 часов. При увеличении тока до 30% время зарядки падает до 4 часов.

Существуют специальные серии аккумуляторов, позволяющие восстанавливать емкость за 1-1,5 часа. При ускоренном режиме используются различные средства контроля (по времени и по температуре корпуса). При ускоренной зарядке происходит активное газообразование, и если нет контроля, то наступает быстрая деградация элемента или разрыв корпуса.

Восстановление заряда Ni-Cd-аккумулятора состоит из 2 этапов:

  1. Фаза начальной зарядки никель-кадмиевого аккумулятора характеризуется увеличением напряжения на клеммах, а затем происходит стабилизация значения, что фиксируется микропроцессором зарядного устройства. Ток зарядки устанавливается на уровне до 200% от емкости аккумулятора, часть зарядных блоков оснащена переключателем, позволяющим выбрать вид импульса при подаче напряжения.
  2. После полной зарядки батареи происходит снижение напряжения, что является сигналом к прекращению подачи тока на клеммы. Параметр падения обозначается DP (Delta Peak), от точности замера значения зависит качество зарядки, также она влияет на снижение риска перезаряда батареи, сопровождаемого повышенным газообразованием.
    Часть зарядных устройств позволяют корректировать параметр DP вручную, рекомендуется установка корректора в минимальное положение.

Профессиональные зарядные блоки производят заряд аккумулятора по ступенчатой методике с одновременным контролем температуры корпуса (не допускается прогрев выше 50°С). Ступенчатый алгоритм позволяет снизить время зарядки стандартных батарей.

Для восполнения первых 10-15% емкости используется ток силой до 100% от емкости, затем происходит плавное увеличение этого параметра до 150%. После зарядки батареи на 90% сила тока снижается в 3 раза, что позволяет уменьшить газообразование и исключает вредный эффект перезаряда Ni-Cd-аккумулятора.

После отключения питания внутри аккумулятора продолжаются электрохимические процессы, связанные с преобразованием веществ на поверхности электродов. Затем начинается постепенное выравнивание скорости выделения ионов кислорода на положительном электроде и интенсивности поглощения вещества кадмиевым отрицательным элементом.

Давление внутри батареи падает, но при предварительном перезаряде источника тока снижение давления занимает до 5-6 часов.

Источник