Ni-Cd акумулятори: як заряджати, параметри та зарядні пристрої

1. Особливості Ni-Cd експлуатації акумуляторів
2. Різновиди зарядних пристроїв для нікель─кадміевих акумуляторів
3. Процес розряду і заряду Ni─Cd акумуляторів
4. Процес заряду нікель─кадміевих батарей
5. Режим заряду Ni─Cd акумулятора

Наши партнеры ArtmMisto

Сьогодні Ni─Cd акумулятори використовуються в більшості портативних інструментів і різних електронних пристроях (фотоапарати, плеєри і т. П.). Правда, останнім часом спостерігається тенденція заміщення їх літій─іоннимі акумуляторами. Для того щоб акумулятор вашої апаратури служив довго, нікель─кадміевие батареї потрібно правильно експлуатувати, вчасно і своєчасно заряджати і час від часу проводити цикли розряду-заряду. Тоді Ni─Cd акумулятор буде служити вам довго. Сьогодні ми поговоримо про те, як заряджати нікель─кадміевие акумулятори за всіма правилами.

Зміст статті

Особливості Ni-Cd експлуатації акумуляторів

Для того щоб нікель-кадмієві акумулятори працювали тривалий час, потрібно їх повністю розряджати.

Ni─Cd акумуляторні батареї мають яскраво виражений ефект пам'яті. Якщо розрядка в процесі експлуатації буде неповною, то ефективна площа електродів акумулятора буде постійно знижуватися.

Нікель─кадміевие батареї запам'ятовують нижню позначку розряду. В результаті при розряді до цієї позначки вони перестають працювати, хоча можливість для цього є. Це явище отримало назву «ефект пам'яті».

Тому, перед тим як зарядити нікель кадмієвий акумулятор потрібно повністю розрядити елементи батареї до напруги 0,9─1 вольт. Це дозволити якомога довше зберегти параметри батареї і збільшити термін служби Ni─Cd акумуляторних батарей. Варто відзначити, що занадто сильний розряд, нижче порогового значення також не рекомендується.

Потрібно також сказати, що нові нікель─кадміевие батарейки необхідно попередньо потренувати. Це тренування має на увазі активацію роботи акумулятора. При цьому робиться 3─5 циклів розряд-заряд. Такий розряд і заряд Ni─Cd акумуляторів «розганяє» їх і вони починають працювати на заявлених параметрах. Після виконання тренування нікель─кадміевие батарейки добре тримають навантаження і мають менш виражений «ефект пам'яті». Іноді можна зустріти рекомендації про те, що Ni─Cd батареї низької якості вимагають тренування до 70─80 циклів розряд-заряд. Тут варто дотримуватися рекомендацій виробника і залежить це в основному від технології виготовлення батарейок.

Процес «тренування» або циклирования також потрібно виконувати після тривалого (понад 6 місяців) зберігання Ni─Cd акумуляторів. Але сильно старатися також не варто, оскільки зайве циклирование знижує ресурс акумулятора. Варто відзначити ще один момент. Якщо ви не збираєтеся використовувати нікель─кадміевие батарейки, то не потрібно їх заряджати. Цей тип батарей може цілком нормально зберігатися в розрядженому стані. У зарядженому стані нікель─кадміевий акумулятор поступово втрачає початкові характеристики.

Тепер кілька слів про те, які є зарядні пристрої для Ni─Cd акумуляторів.

Різновиди зарядних пристроїв для нікель─кадміевих акумуляторів

Сьогодні на ринку можна виділити дві основні групи пристроїв, призначених для заряду нікель кадмієвих акумуляторів:

• Автоматичні ЗУ;
• Реверсивні імпульсні ЗУ.

Автоматичні зарядний пристрій для Ni-Cd акумуляторних батарей. Це прості і доступні за ціною пристрою. Вони менш складні і випускаються в конструкції, яка дозволяє заряджати по два або 4 батарейки одночасно. Щоб запустити заряд нікель кадмієвих акумуляторів, вставте в батарейки в зарядний пристрій. Перемикачем ЗУ потрібно встановити кількість заряджаються батарейок і підключити пристрій до мережі.

Як правило, автоматичний зарядний пристрій для нікель─кадміевих акумуляторів має наступні кольори індикацію. Червоний колір індикатора показує, що йде процес заряду батарей. Щоб зробити розряд акумуляторів, на пристрої є перемикач «розряд». В процесі розряду індикатор буде мати жовтий колір. Після того, як пройде розряд, зарядний пристрій для Ni─Cd акумуляторів саме запустить зарядку. Зелений колір індикатора говорить про те, що цикл розряд-заряд закінчений.

Приклад зарядного пристрою для Ni-Cd акумуляторів

Додатково можете прочитати окрему статтю про про відновлення Ni─Cd акумулятора для шуруповерта .
В даному випадку мова йде про заряд нікель─кадміевих батарейок окремо. Якщо це акумулятори для шуруповерта або іншого електроінструменту, то з ними в комплекті йде штатний зарядний пристрій, який дозволяє заряджати всю батарею відразу від побутової електромережі.

Реверсивний імпульсна ЗУ. Ці пристрої більш складні і коштують дорожче, ніж моделі першого типу. Зазвичай виробники позиціонують їх як професійні. Таке зарядний пристрій для Ni─Cd акумуляторів циклічно проводить розряд-заряд з різним часовим інтервалом.

Встановлюється акумулятор, виставляється режим і запускається робота. Індикатор дасть сигнал про закінчення зарядки. За допомогою таких ЗУ можна не тільки виконувати заряд нікель─кадміевих акумуляторів, а й підтримувати їх в робочому стані. Як приклад можна привести широко поширене універсальний зарядний пристрій iMAX B6 .

Нікель─кадміевие АКБ менш вимогливі до характеристик зарядного пристрою, ніж Ni-MH акумулятори . Але економити на ньому не можна, оскільки дешеві пристрої скорочують термін експлуатації батарей. Тепер, давайте, розберемося, як зарядити нікель кадмієвий акумулятор.

Процес розряду і заряду Ni─Cd акумуляторів

Процес розряду нікель─кадміевих батарей

Для цього типу батарей (як втім, і для інших) розрядні характеристики залежать від особливостей акумуляторів, які визначають його внутрішній опір. Серед таких особливостей можна відзначити структуру і товщину електродів. На розрядні характеристики впливають:

• товщина сепаратора і його структура;
• щільність складання;
• обсяг електроліту;
• деякі характеристики конструкції.

При роботі в умовах тривалого розряду використовуються дискові батарейки з пресованими електродами великої товщини. Для них розрядна крива показує постійне повільне зниження напруги до величини 1,1 вольта. Разрядная ємність в разі подальшого розряду до 1 вольта дорівнює від 5 до 10 відсотків від номінального значення. Особливістю цього типу батарей є істотно падіння розрядної ємності і напруги при збільшенні струму до 0,2 * С. Пояснення цьому досить просте ─ неможливість розряду активної маси рівномірно по всій електрода.

Дискові Ni-Cd акумулятори

Якщо зменшити товщину електродів і збільшити їх кількість до чотирьох, то струм розряду для дискового акумулятора може бути збільшений до величини 0,6 * С.

Акумуляторні батареї з електродами з металокераміки мають малий внутрішній опір і високі енергетичні характеристики. На їх розрядних характеристиках помітно менше падіння напруги. У цього типу акумуляторів величина напруги тримається вище 1,2 вольта до віддачі 0,9 від номінальної ємності. При подальшому розряді і падінні напруги з 1,1 до 1 вольта віддається близько 3 відсотків номінальної ємності. Допускається розряджати цей тип акумуляторів розрядними струмами величиною до 3─5 * С.

Ni─Cd акумулятори циліндричної форми можна розряджати вищими струмами. У них використовуються рулонні електроди, що дозволяє розряджати їх максимальним струмом 7─10 * С.

Циліндричні Ni─Cd акумулятори

На зображеннях нижче можна бачити вплив струму розряду і температури на значення розрядної ємності.

Разрядная характеристика нікель─кадміевого акумулятора в залежності від струму розряду

Разрядная характеристика нікель-кадмиевого акумулятора в залежності від температури ОС

Разрядная характеристика нікель-кадмиевого акумулятора в залежності від струму розряду при різних температурах

Найбільше значення ємності досягається при температурі 20 градусів Цельсія. Ємність практично не знижується, якщо збільшувати температуру. А ось при температурі ОС нижче нуля значення розрядної ємності падає паралельно зі збільшенням розрядного струму. Зменшення ємності при низьких температурах пояснюється зменшенням розрядної напруги лужної акумуляторної батареї через збільшення опору.

Збільшення опору пояснюється обмеженим обсягом електроліту в герметичній батарейці. Склад і концентрація електроліту сильно відбиваються на характеристиках. Від них безпосередньо залежить температура освіти твердої фази. Це можуть кристалогідрати, лід, солі і т. П. При замерзлому електроліті розряд взагалі відсутня. Працездатність Ni─Cd в більшості випадків обмежена температурою мінус 20 градусів Цельсія. У деяких випадках при коригуванні складу електроліту і його концентрації виробники випускають моделі Ni─Cd батарей працездатних при мінус 40.

Якщо у вас електроінструмент або електронний гаджет працює на металогідридних батарейках, вам буде цікаво прочитати про те, як відновити Ni─MH акумулятори .

Процес заряду нікель─кадміевих батарей

В процесі зарядки нікель─кадміевих акумуляторів важливим моментом є обмеження зайвого заряду. Це важливий момент, оскільки при заряді нікель─кадміевих акумуляторів всередині них росте тиск. В процесі зарядки виділяється кисень і поступово знижується коефіцієнт використання струму. На графіку нижче можна бачити залежність розрядної ємності від швидкості заряду. Дані наводяться для циліндричних батарей.

Ефективність заряду нікель-кадмиевого акумулятора при різній швидкості зарядки

Щоб акумулятор повністю зарядився, йому потрібно повідомити до 160 відсотків від номінальної ємності. Зарядка нікель кадмієвих акумуляторів повинна вестися в інтервалі температур 0─40 С. Інтервал 10─30 С. При зниженні температури на негативному електроді знижується поглинання кисню і зростає тиск. В результаті при сильному перезаряді через збільшення тиску може відкритися аварійний клапан. При збільшенні температури потенціал зростає і на позитивних пластинах дуже рано виділяється кисень, що скорочує процес зарядки в штатному режимі.

Якщо температура підтримується стабільною, то на процес заряду сильно впливає струм. Його збільшення викликає зростання швидкості виділення кисню. А швидкість його поглинання при цьому не змінюється, оскільки залежить від особливостей конструкції акумуляторної батареї. Вплив на газопоглинання надає компоновка, структура, товщина електродів, матеріал сепаратора, обсяг електроліту.

Зокрема, чим щільність компонування електродів більше і їх товщина менше, тим зарядка йде з більшою швидкістю. Тому циліндричні батареї заряджаються з великою швидкістю. На кривих заряду можна помітити, що у таких моделей Ni─Cd акумуляторів при струмі 0,1─1С ефективність зарядки майже не змінюється. Зниження струму заряду викликає суттєве зменшення ємності, яку батарея віддасть при розряді.

Стандартний режим зарядки вважається наступний. Нікель─кадміевий акумулятор з напругою 1 вольт заряджається приблизно 14─16 годин струмом 0,1. Деталі процесу зарядки обумовлюються виробниками акумуляторів. Вони можуть відрізнятися через особливості конструкції або збільшеною закладки активної маси (це робиться для нарощування ємності). Для Ni-Cd акумуляторів може використовуватися зарядка постійним струмом протягом всього часу. А може використовуватися схема ступеневої або плавного зниження струму зарядки під час процесу. Це дозволяє проводити тривалу зарядку без ризику пошкодити акумулятор. При таких режимах струм зарядки на першій стадії може значно перевищувати значення 0,1 * С.

Часто є необхідність у збільшенні швидкості зарядки. Виробники вирішують цю проблему випуском батарей, які здатні ефективно заряджатися великими струмами. При цьому використовуються різні системи контролю, які охороняють нікель─кадміевий акумулятор від сильного перезарядження. Ці системи контролю можуть містити, як самі акумулятори, так і зарядний пристрій для нікель─кадміевих акумуляторів.

Для циліндричних Ni-Cd акумуляторів рекомендується виконувати зарядку постійним струмом величиною 0,2 С протягом 6─7 годин. Також використовується режим струмом 0,3 С протягом 3─4 годин. В останньому випадку контроль за часом заряду обов'язковий. Якщо ведеться прискорений заряд, то перезаряд повинен становити до 120─140 відсотків від ємності і не більше. В цьому випадку Ni─Cd акумулятор набирає розрядну ємність не менш номінальної. Для роботи в прискорених режимах виробники навіть пропонують акумулятори, які можуть заряджатися за одну годину. У такому режимі використовуються різні засоби контролю за температурою і напругою, щоб нікель─кадміевие батарейки деградували в результаті різкого зростання тиску.

Після того, як заряд припиняється тиск всередині акумуляторної батареї ще продовжує рости, оскільки окислення гідроксильних іонів на оксідно─нікелевих електродах триває. Поступово швидкість виділення кисню на позитивних пластинах порівнюється з поглинанням на негативному (кадмиевом) електроді. Тому тиск в батареї поступово знижується. Якщо був істотний перезаряд, то тиск буде знижуватися повільніше. Рекомендуємо також прочитати про те, як заряджати Ni─MH акумулятори .

Режим заряду Ni─Cd акумулятора

Давайте, підсумовуємо, що потрібно знати про режим зарядки Ni─Cd акумуляторів. Мова, звичайно, про ті випадки, коли у вас є можливість виставити параметри. Як ви вже зрозуміли, при заряді нікель─кадміевого акумулятора його напруга зростає до певного значення, а потім стабілізується. Коли батарея повністю заряджається, то напруга знижується. З цього падіння зарядні пристрої найчастіше відслідковують закінчення заряду. Це падіння напруги ще називається Delta Peak. Чим точніше відстежується ця дельта, тим батарейка заряджається більш якісно і не буде перезарядження.

Отже, рекомендується наступний режим. Струм заряду до 2С (номінальна ємність батареї). Якщо доступний, то вибирається вид імпульсу (Re-Flex, Flex, Normal). Delta Peak повинна становити 7─10 мВ на один елемент батареї. Струм підкачки (ще званий trickle) становить 50─100 мА-ч.

Слід пам'ятати, що не можна допускати його перегрівання вище 50 градусів Цельсія. Для того, щоб продовжити термін служби Ni─Cd акумулятора, то виставляйте Delta Peak по мінімуму. Недозарядке складе приблизно 50 мА-ч. Варто відзначити і ще ряд деталей процесу зарядки. Радимо також прочитати матеріал про відновленні і ремонті Ni─Cd акумуляторів .

Для повноцінного використання потужності акумулятора його слід заряджати великим струмом зарядки. Якщо важливо використовувати його потужність по максимуму, то потрібно заряджати в нормальному режимі малим струмом. Величина струму близько 0,1. При цьому час заряду складе 14─16 годин. За допомогою ступінчастою подачі струму можна зарядити Ni─Cd акумуляторну батарею в прискореному режимі. Для цього 10 відсотків ємності батареї набирається струмом 1С, потім до 80 відсотків струмом 1,5с, а залишок домагається струмом 0,5С.

Тепер ви знаєте, як зарядити нікель─кадміевий акумулятор в різних режимах. Головне, не допускати сильного переразряда і вести контроль і відключення зарядки по ряду параметрів. Якщо у вас є доповнення до статті або питання, пишіть їх в коментарях нижче. Також пропонуємо проголосувати в опитуванні і оцінити матеріал.