Меню

Защита во время зарядки аккумулятора

Защита во время зарядки аккумулятора

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.

Читайте также:  Тяговый аккумулятор для лодочного электромотора какие лучше

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



Способы зарядки свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Рынок источников питания поражает своим изобилием и разнообразием автомобильных кислотных батарей (АКБ). Основное их отличие заключается в материале, из которого изготовлен электрод, и типе электролита.

Отсюда названия: литиевые, никель-кадмиевые, в том числе свинцово-кислотные и другие. Практически для каждой модели автомобиля существует свой тип АКБ.

Электролит бывает жидкий (водный раствор серной кислоты) или гелевый. В зависимости от этого источники питания разделяют на обслуживаемые и необслуживаемые.

Обслуживаемые требуют постоянного контроля за уровнем электролита способом своевременной добавки его или дистиллированной воды. Особенно важно проверить эти параметры перед зарядкой. В зависимости от времени года требуется доливать то или другое.

Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к обслуживаемым.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Характеристика

Свинцово-кислотные аккумуляторы очень популярны и пользуются спросом. Они имеют достаточно низкую стоимость и большой диапазон применения (кроме автомобилей, их можно встретить в бытовой технике, детских игрушках и др.).

Свинцово-кислотные аккумуляторы были известны уже в 60-е годы девятнадцатого века.

Металлические пластины данного аккумулятора покрываются свинцовым суриком. Это химически стойкое антикоррозийное покрытие служит защитой в агрессивной среде кислотного электролита.

Свинцово-кислотный аккумулятор отличается высокой удельной мощностью. За время эксплуатации допускает до 500 циклов перезарядки. Одним из существенных преимуществ является низкая цена.

Что указывает на необходимость подзарядки

Необходимость подзарядки

При такой популярности следует всегда поддерживать свинцово-кислотные аккумуляторы в рабочем состоянии (впрочем, как и все другие).

А для этого требуется своевременная периодическое заряжение. О том, что такое время наступило, говорят очевидные факты: с трудом запускается двигатель, и значение напряжения опускается до 12 В.

Важно оперативно реагировать на те знаки, которые подает устройство. Если в такой ситуации продолжать использовать аккумулятор, он очень быстро станет неработоспособным без всякой надежды на восстановление.

Лучше чаще перезаряжать аккумулятор (это поможет продлить срок его службы).

Если свинцово-кислотный аккумулятор хорошего качества и приобретен из рук фирмы-изготовителя, частые перезарядки для него не только не опасны, а даже полезны, потому что тогда работа проходит без скачков напряжения.

На протяжении всей эксплуатации технические характеристики таких батарей остаются постоянными, если не доводить их до полного разряда. При отрицательной температуре это может привести еще к короткому замыканию.

Обязательные действия перед зарядкой

Обязательные действия

Большое влияние на процесс подзарядки имеет температурный режим. Прежде всего надо знать, что не рекомендуется заряжать свинцово-кислотную батарею при минусовой температуре. В зависимости от температуры требования к электролиту меняются.

При холодных погодных условиях важно сохранять плотность электролита, поэтому в это время нужно доливать именно его, а в летнее время – дистиллированную воду. Это касается обслуживаемых аккумуляторов.

Необслуживаемые батареи вынимаются из автомобиля и подключаются к зарядному устройству. Сам процесс происходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Важно выполнить несколько обязательных действий, которые являются подготовительными перед процессом подзарядки:

  • прежде всего отсоединить аккумулятор, соблюдая осторожность;
  • оставить в помещении с достаточной температурой, чтобы он нагрелся (в зимнее время) до требуемой по инструкции температуры;
  • тщательно очистить электроды от окислов, образовавшихся в результате химической реакции;
  • открутить пробки всех банок, чтобы исключить недопустимо высокого давления в корпусе;
  • протереть от грязи весь корпус аккумулятора 10% раствором нашатырного спирта;
  • проверить, требуется ли доливка дистиллированной воды;
  • в случае необходимости – долить.

Все подготовительные операции завершены.

Правила техники безопасности

Техника безопасности

На всех этапах проведения зарядки — от подготовки до завершения работы — является обязательным соблюдение правил техники безопасности.

Это особенно важно для обслуживаемых АКБ, потому что это прежде всего связано с наличием серной кислоты, которая небезопасна, и в обращении с ней требуется дополнительная осторожность.

  1. Если невозможно изъять АКБ из автомобиля, следует отсоединить ее от отрицательного полюса или от обоих полюсов сразу.
  2. Чтобы избежать вытекания электролита, надо использовать для зарядки ровную устойчивую поверхность. Это требование не относится к необслуживаемым аккумуляторам, их положение может быть любым.
  3. Чтобы не допустить скопления газов в помещении и возможного отравления ими, помещение должно быть хорошо проветриваемым.
  4. Чтобы не произошло возгорание или взрыв, следует проводить работы удаленно от открытого огня или мест возможного искрения.
  5. Чтобы исключить нежелательные последствия, запрещается проводить зарядку при отрицательной температуре и температуре выше 30 °С.

Методы зарядки

Методы зарядки

Известны следующие методы зарядки:

  • постоянным током;
  • постоянным напряжением;
  • комбинированный.

Во время зарядки необходима корректировка этих значений.

Зарядка постоянным током

Зарядка постоянным током

Этот способ проводится строго под контролем и включает несколько этапов:

  • АКБ подключается к зарядному устройству (ЗУ);
  • задается ток силой 1/10 от номинального;
  • зарядка длится несколько часов, потом прибором измеряется выходное напряжение;
  • процесс останавливается, если значение составляет 14 В;
  • снижается сила тока до 3 А (если значение было выше, например, 6 А), иначе возможно закипание;
  • сила тока снижается снова, теперь уже до значения 1,5 А при достижении другого важного параметра — 15 В;
  • процесс зарядки прекращается только тогда, когда два главных параметра перестают меняться и остаются неизменными.

Это медленный способ зарядки, он требует значительно большего времени.

Зарядка постоянным напряжением

Зарядка постоянным напряжением

Этот способ значительно проще. Позволяет зарядить устройство до 80-90% приблизительно за 6 часов. Значение изначально установленного напряжения составляет 14 В. Процесс протекает намного быстрее, чем при первом способе.

Комбинированный

Комбинированный

Практически объединяет первые два способа. Но он значительно дороже, потому что в этом случае используется очень дорогое ЗУ.

Зарядка в автоматическом режиме

Зарядка в автоматическом режиме

Самый простой режим. Применяется только для необслуживаемых батарей. Используется ЗУ, которое может автоматически настраиваться на тот тип аккумулятора, подключенного к нему.

По окончании процесса зарядное устройство самостоятельно отключается.

Каким может быть результат зарядки

Результат зарядки

Продолжительность процесса составляет от 6 часов (простой способ зарядки) до 24 часов. При минимальном проценте тока это может затянуться и на несколько дней.

Состояние аккумулятора в таком режиме напоминает «отдых» (разряженный аккумулятор хранится на складе при низкой температуре). Это говорит о том, что он быстро придет в негодность, потому что идет сульфатация.

Читайте также:  Чем заряжать мопедный аккумулятор

После отключения от ЗУ после успешной зарядки внешний вид аккумулятора ничем не отличается от только что купленного.

При визуальном осмотре не должно быть обнаружено никаких следов налета или выделения сероводорода. Если налет присутствует, он указывает на то, что зарядка проводилась неправильно.

Обязательно нужно проверить сопротивление, если его значение повышается, значит с АКБ что-то не так: или в ней происходит разряд, или она не была заряжена полностью. И то, и другое указывает на неисправность и непригодность батареи.

В случае отсутствия явных признаков неработоспособности источника питания, его нужно проверить «в деле»: установить в машину и попробовать ее не только завести, но и проехать на какое-то расстояние при всех включенных приборах.

Если нет сбоев, значит все прошло и завершилось успешно.

Действия после зарядки

После отключения от ЗУ необходимо тщательно протереть крышку, корпус влажной тряпкой и просушить.

Если после этого измеренное напряжения превышает нуль, это говорит о том, что пропускается ток, и крышку необходимо дополнительно промыть содовым раствором.

Источник

Как сохранить аккумулятор во время простоя: тест восьми устройств подзарядки

Если машина подолгу стоит без движения, аккумулятор может разрядиться за пару недель, особенно при наличии сложной противоугонки или других неотключенных потребителей энергии. Устройства для поддержания батареи в заряженном состоянии испытал Михаил Колодочкин.

KUL_4384

Традиционных вариантов спасения батареи от разряда в случае длительной гаражной стоянки два: снять клеммы, отключив ее от сети автомобиля, или вовремя подзаряжать. Но не каждому охота греметь ключами, не всегда доступ к аккумулятору удобен, да и обесточивать автомобиль, лишая его электронной защиты от угона, – не лучшее решение. С другой стороны, постоянно следить за состоянием батареи и ставить ее на зарядку тоже неудобно.

Существует еще один способ, который часто применяют в автосалонах для машин, выставленных на подиумах. Под капот тянут тонкие провода, постоянно подпитывающие штатный аккумулятор от внешнего источника. Серьезные токи не требуются: достаточно восполнять потребление штатной электроники.

Мы взяли восемь устройств, способных не только зарядить севший аккумулятор, но и поддерживать его в боевом состоянии. Основное внимание уделили именно режиму подпитки батарей, однако проверили и в обычном режиме.

Автоматическое зарядное устройство Вымпел-07, НПП «Орион», Россия

Вымпел-07

В частности, заряжали батареи, потерявшие 10% заряда, половину и даже полностью разряженные; при этом контролировали токи, напряжения и фиксировали общее время. Проверяли и «защиту от дурака» – ведь при подключении прибора к аккумулятору многие могут перепутать полярность или устроить замыкание.

Что бы ни говорили производители, не советуем всерьез рассчитывать на такую подпитку суровой зимой. При температуре электролита ниже –20 ºС интенсивность приема батареей заряда резко снижается. А повышать зарядное напряжение нехорошо: начнет разрушаться активная масса, пойдет коррозия электродов. КПД зарядки даже при –10 ºС не превышает 0,6.

В целом испытанные нами устройства неплохи, если не придираться к внешнему виду и эргономике. Они умеют работать и как обычные зарядники, оживляя даже полностью севшие аккумуляторы.

Автоматическое зарядно-предпусковое устройство Катунь-501, Россия

Катунь-501

  • Примерная цена 2000 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды –15…+40 ºС
  • Барнаульское устройство успешно прошло испытания, но его внешний вид, напоминающий радиолюбительскую конструкцию из прошлого столетия, как-то отпугивает. И ручная регулировка сегодня вызовет у многих отторжение: с автоматом проще.

Но несмотря на то, что все они выдержали испытания и могут успешно поддерживать заряд батареи в течение длительного времени, советуем использовать их под присмотром. Хотя мы и не зафиксировали отказов протестированных устройств, а встроенная защита от переполюсовки и замыканий успешно срабатывала, всё же страшновато надолго бросать в запертом гараже устройство, подключенное как к бортовой, так и к 220‑вольтовой сети.

Зарядное устройство Сонар УЗ 207.01, Россия

Сонар УЗ 207.01

  • Примерная цена 1400 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды –5…+35 ºС
  • По части электрики замечаний нет, но у испытуемого образца отвалилась клемма от «плюсового» зажима-«крокодила». Несолидно. А неграмотная надпись на упаковке про «А/час» – это неуважение к потребителю.

Что касается наших предпочтений, то больше других понравились отечественное устройство BL1204 и «иностранец» Banner – с ними не возникло ни проблем, ни вопросов.

Кстати, если батарея после долгой стоянки все-таки подсела, то проще всего пустить мотор с помощью портативного автономного устройства аварийного питания. Такие приборы заряжать батареи не обучены, а вот крутить стартеры – их первостепенная задача.

AVS Energy BT6005, КНР

AVS Energy BT6005

  • Примерная цена 2000 руб.
  • Заявленная температура окружающей среды нет данных
  • В целом всё нормально. Вот только упоминание в описании стрелки амперметра на электронном табло повеселило.

Зарядное устройство HEYNER AkkuEnergy Pro, Германия

HEYNER AkkuEnergy Pro,

  • Примерная цена 3500 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды нет данных
  • Устройство показалось слишком сложным: нужно долго разбираться, для чего какая кнопочка. И есть явные ляпы в описании: разве емкость батареи – это количество тока?

Banner AccuGard, страна не указана

Banner AccuGard

  • Примерная цена 3300 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды нет данных
  • Изделие солидное, но отсутствует хоть какая-то информация для пользователя. Впрочем, на аппарате и кнопок-то нет: подключай и смотри на индикаторы.

Зарядное устройство BL1204 ЛБ-Электро, Россия

BL1204 ЛБ-Электро

  • Примерная цена 2200 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды допускается нагрев корпуса до +60 ºС
  • Симпатичное отечественное изделие с неплохим описанием. Замечаний нет.

Универсальное зарядное устройство Smart Power SP-8N Berkut, КНР – Россия

Smart Power SP-8N Berkut

  • Примерная цена 4100 руб.
  • Заявленная допустимая температура окружающей среды –20…+50 ºС
  • Хорошо, но дорого.

Счастливого пути и положительного потенциала!

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

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.
Читайте также:  Чем можно зачистить контакты аккумулятора

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