Как заряжать Ni-Cd аккумуляторы — правила заряда и разряда батареи

Как заряжать Ni-Cd аккумуляторы — предназначение батарей

NiCad и NiMH аккумуляторы являются одними из самых сложных аккумуляторов для зарядки. В то время как с ионно-литиевыми и свинцово-кислотными батареями вы можете контролировать перезарядку, просто устанавливая максимальное зарядное напряжение, никелевые батареи не имеют напряжения «заряда на поплавке». Таким образом, зарядка основана на протекании тока через аккумулятор. Напряжение для этого не зафиксировано в камне, как для других батарей.

Это делает эти элементы и батареи особенно трудными для параллельной зарядки. Это потому, что вы не можете быть уверены, что каждая ячейка или пакет имеют одинаковое сопротивление и поэтому некоторые из них будут потреблять больше тока, чем другие, даже когда они заполнены. Это означает, что вам нужно использовать отдельную цепь зарядки для каждой строки в параллельном блоке или балансировать ток каким-либо другим способом, например, используя резисторы такого сопротивления, что оно будет доминировать в управлении током.

Особенности использования

Эффективность кулонометрической зарядки никель-кадмия составляет около 83% для быстрой зарядки (от C / 1 до C / 0,24) и 63% для зарядки C / 5. Это означает, что в C / 1 вы должны использовать 120 ампер-часов на каждые 100 ампер-часов, которые вы получаете. Чем медленнее вы заряжаете, тем хуже становится. В С / 10 это 55%, в С / 20 он может получить менее 50%. (Эти цифры только для того, чтобы дать вам представление, производители батарей отличаются).

Когда заряд завершен, кислород начинает генерироваться на никелевом электроде. Этот кислород диффундирует через сепаратор и реагирует с кадмиевым электродом с образованием гидроксида кадмия. Это вызывает снижение напряжения элемента, которое можно использовать для определения конца заряда. Этот так называемый минус дельта V / дельта t удар, который указывает на конец заряда, гораздо менее выражен в NiMH, чем NiCad, и очень сильно зависит от температуры. Многие из перечисленных здесь зарядных устройств используют сложный алгоритм, который использует -deltaV для точной зарядки пакетов NiMH и NiCad.

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.

Никель кадмиевые аккумуляторы правила эксплуатации и зарядки

Производители никель-кадмиевых аккумуляторов не полностью форматируют свои аккумуляторы перед отправкой, чтобы при хранении они не ухудшались. В результате лучше всего дать новым батарейкам медленный заряд перед использованием. Обычно это занимает от 15 до 24 часов. Это гарантирует, что каждый элемент имеет одинаковый уровень заряда, так как саморазряжается с разной скоростью во время транспортировки.

Кроме того, установлено, что производительность новых элементов достигает оптимального значения только после ряда циклов зарядки / разрядки. Обычно элементы должны достигать своего определенного уровня производительности после пяти-десяти циклов разрядки.

Помимо этого, пиковая емкость может быть достигнута после примерно 100 или более циклов зарядки-разрядки, после которых производительность начнет падать.

Это предполагает, что никель-кадмиевые батареи заряжаются и разряжаются требуемым образом, и они не подлежат злоупотреблению.

Особенности хранения

На кадмиевые аккумуляторы правила эксплуатации подготовлены специалистами. В инструкции прописано, как хранить источники питания. Выделено несколько основных правил.

Хранить ni cd источники можно только при полной разрядке. Для этих целей используют зарядные устройства, которые оснащены соответствующей функцией. Для опустошения применяют и лампы накаливания с соответствующим количеством ампер.

Хранить аккумуляторные батареи, которые правильно подготовлены, можно долго. Температурные изменения не влияют на состояние и работоспособность.

Для хранения никель кадмиевых аккумуляторов используют помещения. Ведь температурные колебания не провоцируют разрядку, запуск необратимых процессов.

Хотя хранятся никель-кадмиевые аккумуляторы долго, на определенном этапе возникает потребность в утилизации. Для этого следует обратиться в организацию, которая выполняет подобные процессы.

Эффективность никель кадмиевых аккумуляторов сложно переоценить. Ими комплектуют портативные инструменты, используемые в быту и в промышленности. При правильном обращении, соблюдении техники безопасности и условий эксплуатации период применения превышает пять лет.

Как правильно разряжать батарею

Независимо от того, используется ли медленная или быстрая зарядка, необходимо следить за тем, чтобы ни один из элементов NiCd не перезаряжался. Поэтому необходимо уметь определять конец заряда. Есть несколько методов достижения этого.

• Базовое зарядное устройство: некоторые базовые зарядные устройства NiCd, которые можно купить, просто заряжают около C / 10. Они не включают в себя таймер и предполагают, что пользователь снимает зарядку, когда заряжается элемент. Этот режим не совсем удовлетворителен, так как ячейки будут перегружены, если пользователь забудет и в результате получит повреждение. Также нет возможности узнать точное состояние зарядки перед началом зарядки.
• Истекшее время / таймер: некоторые из самых основных зарядных устройств предполагают, что элементам потребуется полная зарядка, и, зная их емкость, им можно дать заряд в течение заданного времени. Это простой способ зарядки никель-кадмиевых элементов и аккумуляторов. Одним из основных недостатков этой формы прекращения зарядки является то, что предполагается, что все батареи полностью разряжены до того, как их зарядить. Чтобы обеспечить разрядку аккумуляторов, зарядное устройство может поместить элемент в цикл разрядки.Это не особенно точный метод перезарядки батарей и элементов, потому что количество заряда, которое они могут удерживать, изменяется в течение их полезного срока службы. Однако это лучше, чем отсутствие какой-либо формы прекращения заряда.
• Подпись напряжения: Подпись напряжения Зарядные устройства NiCd используют подпись напряжения никель-кадмиевого элемента, чтобы определить, где он находится в пределах своего цикла зарядки.Обнаружено, что, когда никель-кадмиевая батарея полностью заряжена, наблюдается небольшое падение напряжения на клеммах. Микропроцессорные зарядные устройства способны контролировать напряжение и определять точку полной зарядки, когда они прекращают процесс зарядки.Эту форму прекращения заряда NiCd часто называют отрицательным дельта-напряжением, NDV. Он обеспечивает наилучшую производительность при быстрой зарядке, поскольку отрицательная точка дельта-напряжения более очевидна при использовании быстрой зарядки.
• Повышение температуры. Метод определения времени окончания быстрой зарядки – это метод измерения температуры. Проблема в том, что это неточно, потому что ядро ячейки будет иметь гораздо более высокую температуру, чем периферия. Для нормальных скоростей зарядки скорость повышения температуры может быть недостаточной для точного определения.

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.

До какого уровня надо разряжать

Когда батарея достигает конца заряда, кислород начинает образовываться на электродах и рекомбинировать на катализаторе. Эта новая химическая реакция создает тепло, которое можно легко измерить с помощью термистора. Это самый безопасный способ определения конца заряда во время быстрой зарядки. Этот метод часто используется с многоэлементными батареями , а в зарядных устройствах на 20, 30 и 40 батарей здесь используется термистор.

Зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов должны отключать заряд, когда температура превышает максимальную температуру зарядки, обычно 45 градусов C для контролируемой быстрой зарядки и 50 градусов C для быстрой или быстрой зарядки в течение ночи.

Сколько нужно заряжать АКБ

Цилиндрическим Ni-Cd АКБ необходимо 7-8 часов зарядки постоянным током при силе в 0,2 С. Для более быстрого восполнения емкости допустим рост мощности до 0,3 С при контроле состояния аккумулятора. В этом случае АКБ зарядится в течение 3-4 часов. Также при ускоренном восполнении емкости перезаряд должен составлять до 150% от изначального ресурса, иначе Ni-Cd батарея наберет объем ниже требуемого. В режиме быстрой зарядки следует использовать автоматические устройства, в которых предусмотрены системы контроля за температурой и напряжением. Они защищают батарею от перегрева и быстрого роста давления внутри корпуса.

Рекомендации для эксплуатации АКБ разных типов.

При соблюдении правил эксплуатации и зарядки никель-кадмиевые аккумуляторы способны проработать до 10 лет. В зависимости от ЗУ их емкость восполняется за 7-8 часов при подаче постоянного тока. При неполном заряде Ni-Cd батареи подвержены сильному воздействию эффекта памяти, поэтому процесс всегда необходимо доводить до конца.

Как часто надо производить разрядку

В отличие от свинцово-кислотных элементов, NiCad заряжаются с использованием источника постоянного тока. Их внутреннее сопротивление таково, что, если бы использовалось постоянное напряжение, они потребляли бы чрезмерно большие токи, которые могли бы повредить ячейки.

Обычно клетки заряжаются со скоростью около C / 10. Другими словами, если их емкость составляет 1 ампер-час, они будут заряжаться со скоростью 100 мА. Время зарядки обычно превышает десять часов, потому что не вся энергия, поступающая в элемент, преобразуется в накопленную электрическую энергию.

Обнаружено, что во время первой стадии зарядки, до примерно 70% полной зарядки, процесс зарядки эффективен почти на 100%. После этого он падает.

Отличие Ni-Cd от Li-Ion или Ni-Mh источников

Батареи с активными компонентами, включающими никель и кадмий, имеют ряд отличий от более современных литий-ионных и никель-металлогидридных источников электроэнергии:

• Ni-Cd элементы, в отличие от Li-Ion и Ni-Mh вариантов, имеют эффект памяти, обладают меньшей удельной емкостью при одинаковых размерах;
• NiCd источники более неприхотливы, сохраняют работоспособность при очень низких температурах, во много раз более устойчивы к перезаряду и сильному разряду;
• Li-Ion и Ni-Mh аккумуляторы стоят дороже, бояться перезаряда и сильного разряда, но имеют меньший саморазряд;
• срок эксплуатации и хранения Li-Ion аккумуляторов (2-3 года) в разы меньше, чем Ni Cd изделий (8-10 лет);
• никель-кадмиевые источники быстро теряют емкость при использовании в буферном режиме (например, в UPS). Хотя их можно после этого полностью восстановить путем глубокого разряда и заряда, лучше не использовать Ni Cd изделия в устройствах, где осуществляется их постоянная подзарядка;
• одинаковость режима заряда Ni-Cd и Ni-Mh батарей позволяет использовать одни и те же зарядные устройства, но при этом нужно учитывать тот факт, что у никель-кадмиевых АКБ более выражен эффект памяти.

Исходя из имеющихся отличий, нельзя сделать однозначный вывод о том, какие АКБ лучше, поскольку у всех элементов есть и сильные и слабые стороны.

Как заряжать никель-кадмиевые аккумуляторы

Иногда оборудование с использованием никель-кадмиевых элементов требует использования методов быстрой зарядки.

Как правило, зарядка происходит со скоростью около C. Однако необходимо убедиться, что зарядка NiCd работает правильно, и зарядка прекращается сразу после завершения зарядки.

Поскольку эффективность зарядки составляет почти 100% вплоть до примерно 70% полной зарядки, полная скорость зарядки поддерживается вплоть до этой точки, после чего скорость зарядки уменьшается по мере повышения температуры по мере снижения эффективности зарядки.

Важно! Обнаружено, что быстрый заряд для NiCd-элементов также повышает эффективность заряда. При скорости зарядки 1C общая эффективность зарядки стандартного NiCd составляет около 90%, а время зарядки составляет чуть более часа.

Условия зарядки для новых аккумуляторов

Ni cd аккумуляторы как заряжать?

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.

Технические параметры

• сопротивление R5 в пределах сотен Ом;
• напряжение стабилизации 4,9В;
• стабильность напряжения, при изменении нагрузки от 20 мА до 1 А;
• верхний предел тока 0,5 А;
• нагрев транзистора не более 50-60oС;
• зарядный ток 200 мА.

Разновидности по типу зарядки

Выделяют два типа:

1. Автоматические. Такие устройства сами выбирают ток и длительность, нужно только указать параметры аккумулятора.
2. Реверсивные импульсные. Все настраивается вручную, что иногда может ускорить процесс, а иногда и сильно замедлить.

Для новичков и тех, кто не занимается профессионально, рекомендуется именно автоматические варианты.

Как пользоваться устройствами, инструкция

Стандартный алгоритм:

1. Замерить мультиметром заряд аккумулятора.
2. Если он ниже 20%, можно приступать к зарядке.
3. Установить аккумулятор на позицию заряда.
4. Выбрать режим, длительность, ток, сопротивление.
5. Дождаться окончания зарядки.
6. Протестировать, замерив мультиметром.

Некоторые аккумуляторы можно заряжать без вреда, даже если заряд выше 20%.

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.