Как заряжать и хранить Ni Сd аккумуляторы: плюсы и минусы

Особенности и применение Ni-cd батарей

По сравнению с металлогидридными батареями, никель-кадмиевые батареи имеют два основных недостатка:

• меньшая мощность;
• эффект памяти.

Эффект памяти определяется как «запоминание» нижнего предела разряда батареи. То есть, если такая батарея разряжена не полностью, время работы в следующем цикле будет на столько же короче от полного разряда до предела, который батарея «запомнила». Чтобы «сбросить» память, необходимо полностью зарядить-разрядить такую батарею два или три раза.

Казалось бы, с такими характеристиками этот тип батарей должен уйти в прошлое. Но это не так. Из-за двух других свойств этого типа батарей:

• сильноточный выход;
• способность хорошо работать при отрицательных температурах.

Около 90% никель-кадмиевых батарей сегодня являются перезаряжаемыми для электроинструментов, детских игрушек, электробритв, автономных пылесосов, медицинского оборудования и т.д. Использование в бытовом сегменте (вместо обычных первичных батарей) практически сведено к нулю.

Некоторые страны законодательно ограничивают использование Ni-Cd элементов из-за токсичности кадмия. В новых приборах они заменяются литий-ионными батареями с высокой емкостью тока.

Режим стандартной зарядки

Производители в обязательном порядке указывают в инструкциях, как долго следует заряжать никель-кадмиевый аккумулятор и каким током его следует заряжать. Это делается стандартным способом для большинства разновидностей батарей. Если напряжение батареи составляет 1 вольт, она должна зарядиться за 14-16 часов. Ток должен составлять 0,1 C.

В некоторых случаях характеристики процесса могут незначительно отличаться. На это влияют конструктивные особенности устройства, а также повышенный заряд активной массы. Это необходимо для того, чтобы увеличить емкость батареи.

Пользователю также может быть интересно, каким током заряжать Ni-Cd аккумулятор. В этом случае есть две возможности. В первом случае ток будет постоянным на протяжении всего процесса. Второй вариант позволяет заряжать аккумулятор в течение длительного времени без риска его повреждения. Схема заключается в использовании ступенчатого или постепенно уменьшающегося тока. На первом этапе она будет намного выше 0,1 C.

Какое количество времени оптимально для зарядки?

Период зарядки обычно указывается в руководстве пользователя устройства. В большинстве случаев устройство имеет специальный световой индикатор, который поможет вам понять, как долго нужно продолжать зарядку. По окончании зарядки отключите устройство от сети, чтобы не повредить аккумулятор. Среднее время зарядки шуруповерта составляет от 30 минут до семи часов. Ni-Cd аккумуляторы с напряжением 1,2 В имеют наибольшую продолжительность работы, при токе 250 мА их хватает примерно на семь часов.

Различают также два типа зарядных устройств: стандартные и импульсные. Стандартное зарядное устройство часто используется с непрофессиональными инструментами и работает от трех до семи часов. Импульсное зарядное устройство предназначено для профессиональных моделей и заряжает аккумулятор примерно за один час.

Преимущества

Для того чтобы понять, как правильно заряжать Ni-Cd аккумуляторы шуруповерта, фотоаппарата, видеокамеры и других портативных устройств, необходимо ознакомиться с технологией этого процесса. Она проста и не требует от пользователя специальных знаний или навыков. Даже после длительного хранения аккумулятор можно быстро зарядить. Это одно из преимуществ представленных устройств, которое делает их востребованными.

Никель-кадмиевые батареи характеризуются большим количеством циклов заряда и разряда. В зависимости от производителя и условий эксплуатации это может быть более 1 000 циклов. Преимуществом никель-кадмиевой батареи является ее долговечность и способность работать в сложных условиях. Даже при работе в условиях отрицательных температур оборудование будет функционировать должным образом. Его емкость не изменяется в этих условиях. Батарея может храниться в течение длительного времени с любой степенью заряда. Важным преимуществом является его низкая стоимость.

Основные правила заряда никель кадмиевых аккумуляторов

• Батареи всегда следует разряжать перед зарядкой. Современные зарядные устройства способны сделать это перед началом следующего цикла зарядки, но вы можете просто разрядить их с помощью какой-либо нагрузки.
• Подключите зарядное устройство (или вставьте батарейки в домашнем варианте) и дождитесь, когда оно отключится после полной зарядки.
• Если зарядное устройство не обеспечивает автоматического отключения, рассчитайте необходимое время зарядки и отсоедините батареи по истечении этого времени.
• Храните батареи ni cd в разряженном состоянии.

Процесс заряда никель-кадмиевых батарей

При восстановлении емкости никель-кадмиевых источников питания используется принудительное ограничение скорости зарядки. В процессе зарядки выделяется кислород, который повышает давление внутри аккумулятора, а происходящие электрохимические процессы снижают емкость поступающего тока.

Часть поставляемой электроэнергии преобразуется в тепло, а дренажный клапан используется для выпуска избыточного газа, если давление поднимается выше допустимого уровня.

Долговечность батареи зависит от силы тока, которым она заряжается. Для достижения максимальной эффективности ток устанавливается в 1,6-2,0 раза больше номинальной емкости заряжаемого элемента. Аккумулятор рассчитан на зарядку при температуре от 0°C до 40°C, но рекомендуется достигать температуры от 10°C до 30°C.

При попытке зарядить замерзшую батарею выделяющийся кислород не поглощается материалом отрицательного электрода, что приводит к повышению давления и деформации металлического корпуса батареи.

Никель-кадмиевый аккумулятор 9,6 В 1400 мАч

При повышении температуры происходит более быстрое высвобождение ионов кислорода на положительном электроде, что ускоряет процедуру заправки. Когда температура поддерживается стабильной, интенсивность заряда регулируется током, подаваемым на клеммы, что изменяет интенсивность высвобождения ионов.

Однако скорость поглощения не зависит от степени нагрева, а определяется конструкцией никель-кадмиевого элемента.

Поскольку интенсивность поглощения кислорода зависит от конфигурации электродов, конструкции сепаратора и объема электролита, можно разработать батареи, допускающие ускоренную зарядку. Для этого используются источники тока с увеличенным количеством электродов, имеющих уменьшенную площадь поперечного сечения. Например, цилиндрические элементы заряжаются в 2-3 раза быстрее, чем плоские батареи.

Существуют также методы зарядки никель-кадмиевых батарей с деградированным электролитом. В теле клетки просверливается отверстие, через которое подается дистиллированная вода. Если необходимо восстановить аккумуляторную батарею, состоящую из нескольких батарей, необходимо предварительно определить детали с напряжением на клеммах около 0 В.

Батареи, заполненные водой, выдерживаются при комнатной температуре в течение 10-12 часов, после чего на клеммы подается напряжение для активации электрохимических процессов.

Как только на выходах появляется напряжение, отличное от 0 В, происходит стандартная зарядка. Рекомендуется оставить источники питания на 2 — 3 дня, а затем проверить напряжение. Если напряжение упало, долейте дистиллированную воду (объем зависит от размера корпуса).

Если напряжение не упало, отверстия затыкаются, а ячейки заряжаются и разряжаются 2-3 раза; при необходимости компоненты собираются в одну банку.

Особенности и применение NI MH аккумуляторов

Область применения металлогидридных аккумуляторов напрямую связана с их свойствами. Максимальная емкость при минимальном объеме позволяет им занять свое место в тех электронных системах, где одноразовые батареи требуют частой замены. К ним относятся фотоаппараты, беспроводные мыши и клавиатуры, радиопульты дистанционного управления и детские игрушки.

В основном используются два типоразмера — AA и AAA. Такие элементы можно использовать везде, где применяются одноразовые батарейки. Но это часто не имеет экономического смысла (если только одноразовая батарея не находится в устройстве годами).

Номинальное напряжение батарей ni mh составляет 1,2 В. При незначительных колебаниях под нагрузкой это напряжение поддерживается в течение всего срока службы батареи. Напряжение работающей одиночной батареи плавно снижается с 1,5 В до 1 В. То есть, среднее значение составляет 1,2. Это означает, что в 99% случаев аккумулятор может прекрасно заменить одноразовую батарейку. Случаи, когда для работы устройства требуется ровно 1,5 В, единичны и часто «лечатся» изменением режима в меню «батарея/аккумулятор» устройства.

Максимальная емкость (физический предел) для батарей типа АА составляет 2700 мАч, для батарей типа ААА — 1000 мАч. Если на этикетке указана более высокая стоимость и загадочное название производителя, вас гарантированно обманут.

Эффект памяти при зарядке никель-металлгидридных батарей менее заметен, чем при зарядке никель-кадмиевых элементов. В течение первых нескольких лет массовых продаж производители указывали на этикетке «без эффекта памяти».  Впоследствии эта этикетка была удалена.

Рекомендация «заряжать после разряда» также относится к металлогидридным батареям.

Стоит ли заряжать перед длительным хранением?

Вы давно не использовали аккумулятор для шуруповерта? Эксперты рекомендуют следующее.

• Никель-кадмиевые батареи перед хранением должны быть разряжены до такой степени, чтобы шуруповерт перестал работать на полную мощность. Для более длительного хранения следует провести 3-5 полных циклов зарядки/разрядки.
• Никель-металлгидридные батареи имеют более высокую скорость саморазряда, чем предыдущие элементы. Эксперты советуют держать их заряженными, а после длительного перерыва заряжать в течение 24 часов. Емкость уменьшится после 200-300 циклов заряда-разряда. Для этого типа допустима частичная разрядка.
• Литий-ионные батареи характеризуются полным отсутствием «эффекта памяти». Аккумулятор можно зарядить в любое время. Не рекомендуется разряжать их полностью, так как это может привести к деактивации защитных цепей. Оснащены специальными контроллерами, отключающими ячейку при высоких температурах для предотвращения перегрузки. Клетки можно поддерживать только на 50% мощности.

Что делать, если не идёт заряд

Если аккумулятор не заряжается, могут возникнуть следующие причины

1. Выход из строя зарядного устройства.
2. Отсутствие контакта между батареей и зарядным устройством.
3. Неисправный датчик безопасности.
4. Остаточная мощность очень низкая.
5. Повреждение отдельных элементов батареи.

Целостность зарядного устройства можно проверить с помощью вольтметра или другой батареи.

Аккумуляторы и зарядные устройства имеют 3 или более контактов. Дополнительные контакты обеспечивают подключение к датчику(ам) защиты, расположенному(ым) в аккумуляторе. В случае никелевых элементов это термовыключатель. Если температура батареи поднимается выше +40…+50°, термостат отключает зарядное устройство. Выключатель термостата должен находиться в закрытом положении. Если он всегда открыт, это свидетельствует о неисправности. Возможно короткое замыкание Т-контакта на минус батареи и зарядка без защиты от перегрева. Но вам нужно будет следить за температурой батареи и отсоединять ее, если температура выше +40o. Литиевые батареи могут иметь целую интегральную схему с множеством компонентов защиты. Контролируется не только температура элементов, но и степень заряда каждого элемента.

Если один элемент вышел из строя, об этом свидетельствует напряжение заряженной батареи. Аккумулятор должен быть заряжен до номинального напряжения, даже если он не имеет емкости. Если номинальное напряжение соответствует, то все элементы имеют определенную емкость и выдают напряжение, близкое к номинальному. Проведите тренировочные циклы: если емкость увеличивается, значит, батарея пригодна для регенерации. Продолжайте тренировочные циклы, пока время заряда и разряда не перестанет увеличиваться.

Когда напряжение заряженной батареи кратно 1 элементу, существует высокая вероятность выхода из строя отдельных элементов, из которых состоит батарея. Батарея разбирается, и каждый элемент проверяется. Дефектные элементы удаляются, а на их место впаиваются дефектные элементы. Из оставшихся исправных элементов можно собрать две неисправные батареи.

Каким хранить аккумулятор — заряженным или разряженным

Важно! Общая рекомендация для всех батарей — хранить их в прохладном месте при температуре окружающей среды от +10°C до +15°C. Зарядка при температуре от +10°C до +20°C. Различные типы батарей должны храниться при разных уровнях заряда.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Хранится в разряженном состоянии. Уровень заряда близок к 10-20%. Из-за тока саморазряда и эффекта памяти, учитывая, что глубокий разряд не очень вреден. В разряженном состоянии ток саморазряда минимален. После хранения перед использованием полностью разрядите, а затем полностью зарядите.

Недостатки

Недостатком представленных устройств является то, что пользователь должен обязательно научиться правильно заряжать Ni-Cd аккумуляторы. Представленные батареи, как уже упоминалось выше, обладают присущим им «эффектом памяти». Поэтому пользователь должен периодически проводить профилактические мероприятия по его устранению.

Энергетическая плотность представленных батарей будет несколько ниже, чем у других разновидностей автономных источников питания. Кроме того, при производстве этих устройств используются токсичные материалы, опасные для окружающей среды и здоровья. При использовании таких материалов возникают дополнительные расходы на утилизацию. По этой причине использование таких батарей ограничено в некоторых странах.

Никель-кадмиевые батареи требуют цикла перезарядки после длительного хранения. Это связано с их высокой скоростью саморазряда. Это также является дефектом их конструкции. Однако, зная, как правильно заряжать никель-кадмиевые батареи и правильно их эксплуатировать, вы сможете обеспечить свои машины автономным источником питания на долгие годы.