Як правильно заряджати акумулятор

Наши партнеры ArtmMisto

На сучасному ринку хімічних джерел постійного струму багаторазового використання найбільш поширеними є акумулятори наступних шести типів:

• Свинцево-кислотні акумулятори;

• Нікель-кадмієві акумулятори;

• Нікель-метал-гидридні акумулятори;

• Нікель-цинкові акумулятори;

• Літій-іонні акумулятори;

• Літій-полімерні акумулятори;

У багатьох нерідко виникає цілком резонне питання, як же правильно заряджати той чи інший акумулятор, щоб не зіпсувати його завчасно, щоб продовжити до максимально можливого термін його служби, і в той же час отримати високу якість його роботи? Дана стаття допоможе отримати відповідь на це питання стосовно до різних типів акумуляторів з найбільш поширених сьогодні.

Найбільш безпечним, традиційним способом зарядки свинцево-кислотних акумуляторних батарей є зарядка постійним струмом, коли його значення в амперах не перевищує 10% (0,1) від значення ємності батареї в ампер-годинах.

Незважаючи на цю традицію, деякі виробники самі вказують точне значення максимально допустимого зарядного струму для конкретної батареї, і цей показник в амперах часто доходить до 20-30% (0,2 с-0,3С) від значення ємності батареї в ампер-годинах. Так, якщо акумуляторна батарея має ємність 55 ампер-годин, то початковий зарядний струм в 5,5 ампер - найбільш безпечне рішення.

При цьому слід пам'ятати, що напруга одного осередку свинцево-кислотного акумулятора не повинна перевищувати 2,3 вольта, тому при зарядці постійним струмом потрібно стежити за напругою, наприклад, батарея на 12 вольт складається з 6 акумуляторних осередків, значить, загальне напруження в кінці процесу зарядки батареї не повинно перевищити 13,8 вольт.

Наприклад, якщо свинцево-кислотний акумулятор ємністю 100 ампер-годин заряджали постійним струмом в 20 ампер, то через 6-7 годин такої зарядки, 90% його ємності вже буде заряджена, далі слід встановити режим постійної напруги, і через 17 годин зарядка буде повністю завершена.

Чому так довго? Тому що струм буде падати, а напруга буде повільно, по експоненті, наближатися до заданого значення в 13,8 вольт. Чи безпечно заряджений таким способом акумулятор надійний як для буферного режиму експлуатації, так і для циклічного.

Є ще один спосіб зарядки свинцево-кислотних акумуляторів, який підходить для циклічних режимів їх експлуатації. Цей спосіб дозволяє зарядити акумулятор за 6 годин.

Сила зарядного струму встановлюється на значення 20% від значення ємності батареї в ампер-годинах, а напруга - на 14,5 вольт (для батареї з номінальною напругою 12 вольт), і так батарея заряджається протягом 5-6 годин, потім зарядний пристрій відключається .

Справедливості заради варто відзначити, що сучасні якісні спеціалізовані зарядні пристрої просто не допустять критичних ситуацій в процесі зарядки.

Нікель-кадмієві акумулятори потрібно заряджати з обережністю, побоюючись перезарядження в самому кінці, оскільки в процесі заряду позитивного оксидно-нікелевого електрода поступово посилюється виділення кисню, а коефіцієнт використання струму поступово при цьому знижується. Так, процес заряду нікель-кадмиевого акумулятора супроводжується підвищенням його внутрішнього тиску.

Найкраще проводити зарядку нікель-кадмієвих акумуляторів при температурі від +10 до +30 градусів, оскільки при цьому кисень поглинається негативним кадмиевом електродом з оптимальною швидкістю.

Для циліндричних акумуляторів рулонного типу допустима швидкісна зарядка, оскільки електроди там щільно зібрані, проте ефективність їх заряду в проміжку зарядних струмів від 0,1 до 1С майже не змінюється. У стандартному ж для нікель-кадмієвих акумуляторів зарядному режимі, за 16 годин відбувається повна зарядка елемента від 1 вольта до 1,35 вольт при силі струму 0,1, а в деяких випадках досить 14 годин.

Для прискорення заряду деяких сучасних нікель-кадмієвих акумуляторів можна застосувати підвищений струм постійної величини, проте в цьому випадку потрібна особлива система контролю, що не допускає перезарядження.

В основному, нікель-кадмієві акумулятори можна безпечно заряджати постійним струмом 0,2 с-0,3С за час від 6 до 3 годин, при цьому лише важливо стежити за часом заряду. Тут навіть припустимо перезаряд до 120-140%, тоді розрядна ємність буде близька до номіналу акумулятора.

Для нікель-кадмієвих акумуляторів властивий ефект пам'яті, тому заряджати слід лише повністю розряджений акумулятор, інакше, через що утворився в результаті недоразряд, зайвого подвійного електричного шару, батарея не зможе ефективно віддавати заряд повністю. Зберігати нікель-кадмієві акумулятори потрібно в повністю розрядженому стані. Для зарядки нікель-кадмієвих акумуляторів також як і для інших типів випускаються спеціальні зарядні пристрої.

Нікель-метал-гидридні акумулятори були розроблені для заміни нікель-кадмієвих акумуляторів. Вони при тих же габаритах мають на 20% більшу ємність, і позбавлені ефекту пам'яті, тому їх можна дозаряджати в будь-якому стані. Однак, якщо нікель-метал-гідридний акумулятор зберігався частково розрядженим більше 30 днів, то перед використанням його необхідно спочатку повністю розрядити, і лише потім знову повністю заряджати.

Зберігати нікель-метал-гидридні акумулятори потрібно саме в частково зарядженому стані, приблизно на 40% від його номінальної ємності. Нові акумулятори, перед зарядкою для використання, корисно потренувати, повністю розрядивши і зарядивши їх 4-5 разів, тоді робоча ємність акумуляторів буде більше, ніж без такого тренування.

Умови зарядки аналогічні нікель-кадмієвих - при струмі 0,1, зарядка триватиме від 15 до 16 годин за часом, ці рекомендації стандартні у всіх виробників нікель-метал-гідридних акумуляторів; як і нікель-кадмієві, нікель-метал-гидридні акумулятори чутливі до перегріву, і нагрівання вище 50 градусів допускати не слід.

Зарядка акумуляторів цього типу виробляється постійним струмом при напрузі від 1,4 до 1,6 вольт на акумуляторну осередок, а повністю розрядженим вважається акумулятор з напругою 0,9 вольт, подальший розряд буде шкідливий акумулятора.

Коли нікель-метал-гідридний акумулятор заряджений майже повністю, він починає грітися сильніше, оскільки енергія джерела вже не йде на підтримку хімічної реакції заряду, і якщо зарядний струм досить високий, то і температура акумулятора по завершенні процесу зарядки починає різко зростати. Так, встановивши датчик температури, можна стежити за ступенем зарядки, при цьому максимально допустима температура не більше +60 градусів. Для зарядки нікель-метал-гідридних акумуляторів продаються спеціалізовані зарядні пристрої.

Нікель-цинковий акумулятор має номінальною напругою 1,6 вольт, тобто для зарядки потрібно подати на нього 1,9 вольт, при силі струму 0,25 с. Він може бути повністю заряджений за 12 годин спеціальним зарядним пристроєм, причому з будь-якого стану. У нього відсутній ефект пам'яті, однак для продовження терміну служби, збільшення кількості робочих циклів нікель-цинкового акумулятора, слід заряджати його лише до 90% ємності.

В іншому він схожий на нікель-метал-гідридний акумулятор, але напруга розряду тут становить 1,2 вольта, а кількість робочих циклів в три рази менше. Максимально допустима температура +40 градусів.

Літій-іонні акумулятори зазвичай заряджають спочатку при постійному струмі від 0,2 с до 1С при напрузі від 4 до 4,2 вольта протягом 40 хвилин, а потім постійною напругою 4,2 вольта на один елемент. Якщо зарядка здійснюється струмом 1С, то час повної зарядки літій-іонного акумулятора складе всього 2-3 години.

Якщо зарядний напругу перевищить 4,2 вольта, то ресурс літій-іонного акумулятора знизиться. Крім того, літій-іонним акумуляторам вкрай не бажаний перезаряд, тому що це призводить до того, що на негативному електроді осідає металевий літій, а на аноді активно виділяється кисень, в результаті чого може відбутися теплової розгін, підвищення тиску всередині корпусу акумулятора, і це може привести до розгерметизації.

Таким чином, безпечним і правильним буде такий процес заряду літій-іонного акумулятора, при якому напруга не перевищить рекомендоване виробником акумулятора значення.

У деяких літій-іонних батареях присутні схеми захисту, що оберігають літій-іонний елемент від перезарядження, захист спрацьовує коли температура акумулятора досягає значення +90 градусів. Деякі батареї мають вбудований механічний вимикач, що реагує на перевищення тиску всередині корпусу акумулятора.

Часто вбудована в літій-іонний акумулятор система контролю відстежує значення вхідного зарядного напруги, і при попаданні значення в дозволений діапазон, стартує процес зарядки; якщо напруга відсічення перевищено або нижче нижнього допустимого значення, то зарядка просто не почнеться.

Незважаючи на це, слід з обережністю ставитися до процесу зарядки літій-іонних батарей, стежити за напругою і струмом. Взагалі, кожен прилад, який використовує літій-іонний акумулятор, часто оснащений вбудованим зарядним пристроєм, або комплектується зовнішнім зарядним пристроєм.

Літій-полімерні акумулятори не відрізняються за способом зарядки від літій-іонних акумуляторів. Різниця лише в тому, що літій-полімерний акумулятор містить електроліт не рідким, а гелеобразний, і навіть при перезаряді або перегрів не вибухає, як це відбувається з літій-іонним побратимом, а тільки здувається. Це пояснює тенденцію до витіснення з ринку літій-іонних акумуляторів літій-полімерними.

Читайте також по цій темі: Як влаштовані і працюють аккумумлятори