Схема зарядки щелочного аккумулятора

Зарядное устройство для щелочных аккумуляторов

Domenico Di Mario, Италия

Эта схема специально разрабатывалась для зарядки щелочных аккумуляторов. Необычное включение транзистора в каждом зарядном устройстве заставляет его генерировать колебания, периодически включаясь и выключаясь и, таким образом, перенося накопленный в конденсаторе заряд в аккумулятор. При напряжении на аккумуляторе, равном 1.37 В, оранжевый светодиод мигает приблизительно пять раз в секунду. При полностью разряженном аккумуляторе частота вспышек выше, но в процессе зарядки она постепенно снижается, а при заряженном элементе вспышки прекращаются. Вынимать аккумулятор из устройства необязательно, поскольку по окончании зарядки оно переходит в режим капельного подзаряда, удерживая напряжение в районе 1.6 В. Для установки правильного напряжения вы должны подключить новый неиспользованный элемент и, вращая подстроечный резистор, добиться появления генерации, после чего слегка повернуть регулировочный винт обратно до срыва генерации. С этого момента устройство будет готово к работе. В устройстве необходимо использовать только указанные на схеме транзисторы, светодиоды соответствующих цветов и стабилитроны с указанными напряжениями, так как они задают конечное напряжение на элементе, и, кроме того, необходимо соблюдать ограничения по допустимой мощности рассеяния компонентов. В схему была также добавлена простейшая цепь для зарядки 9-вольтовых аккумуляторов, заряжающая батарею примерно до 9.3 В. В процессе зарядки зеленый светодиод не горит и включается полностью, когда напряжение на аккумуляторе приближается к своему конечному значению.

Хотя на схеме изображены только два канала, трансформатора мощностью 2.5 ВА вполне достаточно для одновременной зарядки четырех элементов. Для минимизации влияния одной схемы на другую они не имеют никаких общих цепей, кроме сетевого трансформатора, для балансировки нагрузки которого одна половина зарядных устройств получает питание во время положительной полуволны сетевого напряжения, а другая половина – во время отрицательной. Удостоверьтесь, что вы используете транзисторы с большим коэффициентом передачи тока, такие как BC337-25, а еще лучше – BC337-40. В некоторых случаях из-за разброса параметров транзисторов может получиться так, что добиться генерации схемы вам не удастся. Тогда используйте стабилитроны с чуть большим напряжением – 7.5 В вместо 6.8 В, а оранжевые светодиоды замените зелеными. Для того чтобы схема работала правильно, напряжение, измеренное на вторичных обмотках трансформатора, должно равняться 9.5 В.

Устройство пригодно для зарядки любых щелочных элементов. Аккумулятор типоразмера AA или 9-вольтовая батарея заряжаются в течение одного дня, а для большого аккумулятора типоразмера D может потребоваться до нескольких дней. Лучше всего не допускать полного разряда элемента или батареи, а заряжать их понемногу и чаще, хотя понятно, что это достаточно неудобно. Не пытайтесь перезаряжать полностью разряженный аккумулятор или аккумулятор даже с малейшими признаками повреждения. Наилучшие результаты получаются с батареями, в которых еще остается хотя бы 70% заряда. Чем дольше разряжалась батарея, теме с меньшей эффективностью будет происходить ее перезаряд.

Устройство было испытано также с NiMH аккумуляторами. Несмотря на то, что профиль заряда этих элементов сильно отличается от профиля щелочных аккумуляторов, схема прекрасно работает и с ними, если только вы не оставляете аккумуляторы в зарядном устройстве, что может стать причиной перезаряда, особенно в случае малогабаритных элементов.

Сетевой трансформатор должен соответствовать напряжению, используемому в вашей стране. Обычно это 230 В или 115 В.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Как можно зарядить щелочной аккумулятор и какими методами?

При эксплуатации щелочных аккумуляторов, равно как и других типов, возникает необходимость решения нескольких задач. Одна из таких задач – это обеспечение правильной зарядки аккумуляторной батареи. От этого во многом будет зависеть состояние и срок эксплуатации АКБ. На срок службы также оказывают влияние условий хранения и разряда, проведения профилактических мероприятий, но в этой статье будет рассматриваться зарядка щелочных аккумуляторов. Мы рассмотрим условия зарядки Ni─Cd и Ni─MH батарей, рекомендуемые их производителями. Кроме того, рассмотрим нестандартные режимы заряда.

Какие есть способы зарядки аккумуляторов в общем случае?

Различные методы зарядки определяются устройством аккумуляторов и природой процессов, в них протекающих. В общем случае можно назвать следующие методики зарядки аккумуляторов:

• при постоянном токе заряда;
• при понижении тока заряда;
• при ступенчатом изменении тока;
• при постоянном напряжении;
• комбинированные варианты.

Требования к зарядному устройству для щелочных аккумуляторов

Прежде чем говорить о конкретных режимах зарядки щелочных аккумулятор, стоит сказать пару слов о зарядных устройствах (ЗУ) для них. В продаже можно встретить в основном универсальные зарядные устройства, которыми можно вести заряд нескольких типов щелочных аккумуляторов. Есть также большая группа ЗУ, которые являются универсальными комбайнами. К примеру, iMAX B6. На таких устройствах вы просто выбираете тип батареи, выставляете ток, напряжение, время и запускаете процесс.

Общие требования к зарядному устройству для щелочных аккумуляторов:

• Универсальное ЗУ должно иметь возможность выбора тока зарядки для различных типов батарей. В дешёвых устройствах подобная возможность отсутствует. В них ток устанавливается в зависимости от установленного в них типоразмера (АА, ААА);
• В универсальном зарядном устройстве должны быть разные посадочные места под разный типоразмер батарей. Если этого нет, то должен быть переключатель между разными форм-факторами;
• Важно наличие в зарядном устройстве как можно большего числа методов контроля окончания зарядки. Особенно это актуально для Ni-MH аккумуляторов. В идеале контроль должен вестись по дельте напряжения, температуре и скорости её изменения, а также по общему времени процесса, необходимому для полной зарядки (рассчитывается из тока зарядки и номинальной ёмкости щелочной батареи);
• ЗУ должно иметь функцию определения наличия аккумулятора;
• Хорошо, если зарядное устройство для щелочных аккумуляторов будет иметь возможность определения первичных источников тока форм-фактора АА и ААА. Это убережёт от проблем, если вы спутаете аккумуляторы с обычными батарейками.

Как зарядить щелочной аккумулятор?

Стандартные режимы зарядки, рекомендованные производителями аккумуляторов

Заряд Ni─Cd аккумуляторов в стандартном варианте ведётся током 0,1*С в течение 14─16 часов. В этом случае «С» — это номинальная ёмкость батареи. Заряжать аккумуляторы можно при температурах в интервале 0─50 градусов Цельсия. Рекомендуемый интервал температур 10─40 С, когда заряд протекает особенно эффективно. Чем температура окружающей среды ниже, тем при более высоком напряжении проходит процесс в конце зарядки (ориентировочно около 1,7 вольта). Если температура ОС ниже 0 градусов аккумуляторные батареи должны заряжаться токами примерно 0,02 С.

В результате доработок появились аккумуляторы с плотными рулонными электродами небольшой толщины. Кроме того, были разработаны методы контроля процесса при ведении зарядки на большой скорости. На базе этого были разработаны и выпущены всевозможные электронные зарядные устройства, позволяющие вести процесс ускоренной зарядки под полным контролем.

Так, что сейчас львиная доля щелочных аккумуляторов, продаваемых на рынке, позволяет вести ускоренный зарядку. В большинстве случаев ток составляет 0,3 С. Контроль ведётся, в том числе, по времени (до 4 часов). При ускоренной зарядке контроль окончания процесса и снижение перезаряда выходят на первый план.

Это обусловлено тем, что быстрый заряд приводит к быстрому увеличению давления в батарее при окончании процесса. Это обусловлено тем, что при постоянном поглощении кислорода на отрицательном электроде, скорость его образования на положительном возрастает. Что касается разрядной ёмкости батарей при быстрой зарядке, то она остаётся аналогичной при заряде током 0,1*С. Подробнее о зарядке Ni─Cd аккумуляторов можно прочитать в статье по указанной ссылке.

В принципе, современные щелочные аккумуляторы с рулонным типом электродом могут быть заряжены за один час. Но при этом в зарядном устройстве должны быть предусмотрены различные методы контроля. Ускоренная зарядка разрешена при температуре 5─50 С, а рекомендованные значения 10─40 С.

Так, что если вы не уверены в полной разрядке щелочного аккумулятора, то перед установкой его на заряд, нужно провести разрядку до напряжения 1 вольт (речь идёт об одном элементе). Процесс несколько удлиняется, но такая методика способствует сохранению аккумуляторных батарей. Подробнее о том, как заряжать Ni-MH аккумуляторы, читайте в материале по ссылке.

У некоторых аккумуляторных батарей имеется индикатор, показывающий данные о степени заряда. Эти данные основываются на напряжении либо на балансе разрядной и зарядной ёмкости. Точность вычислений в этих случаях небольшая и индикатор редко показывает реальную степень заряженности. Об индикаторе заряда аккумулятора для автомобиля можно прочитать по ссылке. Он имеет другой принцип действия, нежели у щелочных АКБ.

Точность степени заряда по напряжению щелочных аккумуляторов определить достаточно сложно до того момента, пока они не выберут 80─90 процентов ёмкости. А до этого момент напряжение меняется мало. Кроме того, на уровень напряжения может оказывать воздействие температурные условия, меняющиеся в процессе циклирования батареи.
При контроле степени заряда по балансу ёмкостей следует понимать, что их оценка довольно проста, но значение коэффициента отдачи может меняться в широких пределах. Коэффициент зависит от температуры ОС, нагрузочного тока, от возраста аккумулятора.

Есть и другой подход к зарядке щелочных аккумуляторов. Когда неизвестна остаточная ёмкость, то аккумуляторной батарее отдают энергии ровно столько, сколько потребуется для полной зарядки аккумулятора. При этом не берётся в расчёт степень деградации аккумулятора. Здесь проблема в том, что как точно оценить состояние аккумулятора, и сколько ему нужно сообщить энергии для полной зарядки.

При заряде герметичных щелочных аккумуляторов должны контролироваться следующие параметры:

• напряжение;
• температура;
• внутреннее давление.

На графиках ниже можно видеть изменения всех этих параметров в процессе зарядки герметичной никель─кадмиевой аккумуляторной батареи.

Изменение напряжения при заряде щелочного аккумулятора

Источник

Щелочные аккумуляторы: особенности

Своё название щелочные аккумуляторы получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). Как и другие батареи, этот тип зарядных устройств имеет свои достоинства и недостатки. Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Преимущества и недостатки

Аккумуляторы щелочного принципа действия отличаются:

• Длительным сроком эксплуатации при должном обслуживании;
• Имеют относительно небольшой вес и размеры;
• Позиционируются с небольшим самопроизвольным разрядом;
• Стабильной работой в условиях отрицательных t 0 .

Обратите внимание! Когда показатели отрицательных t 0 опускаются ниже отметки – 25 0 С, ёмкость щелочного аккумулятора с уменьшением на один градус, снижается на 0,5%.

В сравнении со свинцово-кислотной батареей – этот показатель выше в 2 раза. Хотя при низких t 0 , как отмечалось ранее, показатели ёмкости сокращаются.

К существующим минусам можно отнести незначительный коэффициент полезного действия (КПД), который по разным оценкам составляет от 50% до 55%. К сравнению, этот показатель у батарей кислотного принципа действия составляет 80%.

К тому же, наличие эффекта памяти неизбежно приводит к потере ёмкости. Она может появиться в случае неполной разрядки зарядного устройства.

Огорчает большой разброс рабочего напряжения зарядных элементов: 1-1,75 Вольта. Для набора показателя 12В разброс составит 10-17,5 вольта. В данном случае не избежать использования зарядного устройства для щелочного аккумулятора в целях стабилизации рабочих показателей.

На заметку. Обслуживание батарей такого типа должен выполнять квалифицированный сотрудник. Так как, в данном случае, используется электролит для щелочных аккумуляторов, который необходимо периодически менять.

Область применения

Щелочные аккумуляторы могут использоваться в качестве:

Они устанавливаются на рудничных электровозах, локомотивах, в пассажирских вагонах. Обеспечивают разные виды сигнализаций и аварийных систем энергетического снабжения.

Незаменимы при складировании продукции на складах: всевозможные погрузочные машины оснащены как раз такими акуумуляторами. Возможно применение для запуска силовых агрегатов (ДВС).

Батареи, о которых идёт речь, используются в портативной технике, домашнем и профессиональном электрическом инструменте.

Мы постоянно соприкасаемся с ними в домашних условиях. Включаем музыкальный центр, телевизор, используем пульт. Повседневно пользуемся телефонами и фотоаппаратами, где в качестве источника питания, работают пальчиковые батарейки.

Редко, но встречается, их использование в качестве стартерных устройств на грузовых автомобилях и военной технике.

Устройство щелочного аккумулятора

Устройства, работающие с использованием щелочного раствора, агрегируют:

1. В комбинации: никель/кадмий;
2. Или никель/металлогидрид.

В обоих случаях положительный электрод содержит гидроокись никеля (NiOOH) и добавкой графита и окиси бария, которые повышают рабочие показатели.

Графит положительно влияет на электропроводность, увеличивая её, а окись бария создаёт эффект стабильной работы.

На фото хорошо видно устройство продукта в разрезе. Указано, какие составляющие определяют целостность батареи.

Несколько слов о химических процессах

При разрядке гидроокись никеля + электрода вступает в активную реакцию с ионами электролита. При этой комбинации образуется Ni(OH)2 гидрат закиси никеля.

Аналогичный процесс протекает при – электроде. В данном случае получается образование гидратов окиси кадмия и железа. Разница видимых потенциалов в пределах 1,45 вольта возможна при обеспечении процесса прохождения тока по контурам внутренней и внешней сети. Это и есть принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке проходит обратный химический процесс. Он заключается в следующем. При взаимодействии тока + электроды окисляются. При этом гидрат закиси никеля переходит в состояние гидроокиси этого элемента. Минусовый электрод постепенно восстанавливается. В нём образуется кадмий и железо.

Особенность происходящих процессов: вещества, выступающие в процессе электрохимических реакций, друг с другом не вступают в химические отношения, то есть, не растворяются в электролите.

В данном случае не предусмотрен расход электролита. Его плотность неизменна: всегда остаётся на прежнем уровне.

Как правильно заменить электролит

Специалисты рекомендуют замену электролита проводить через каждые 100-150 циклов.

До предполагаемой смены состава электролита необходимо разрядить аккумулятор до напряжения 1 вольт нормальным током.

Отработанный электролит следует слить. При этом сам аккумулятор нужно периодически встряхивать, чтобы удалить возможную грязь из сосуда. Затем промыть подщелочённой или дистиллированной водой, энергично встряхивая.

Вода должна к этому времени отстояться. Заливка нового продукта проводится незамедлительно. Залитый новым составом аккумулятор, оставить примерно на 120 минут и можно приступать к замеру плотности электролита. При необходимости, довести до требуемой величины и закрыть крышки.

Обратите внимание! Не рекомендуется после слива старого электролита оставлять аккумулятор сухим. Это может привести к образованию коррозии пластин!

Замена электролита потребуется при переходе в рабочий режим с t 0 ниже 20 0 С.

Характеристики щелочных аккумуляторов

Типы АКБ	Номинальная емкость, А-ч	Номинальное напряжение, В	Кол-во электролита в литрах
НК-28	28	1,25	0,27
НЖ-22	22	1,25	0,27
НК-55	55	1,25	0,45
НЖ-45	45	1,25	0,45
НК-80	80	1,25	0,75
НЖ-60	60	1,25	0,75

В условном обозначении буквы отображают электрохимическую систему АКБ:

• «НК» — никель-кадмиевая;
• «НЖ» — никель-железная;
• Цифры, идущие после букв — это номинальная ёмкость а/батарей, измеряемая в ампер-часах.

Заряд аккумуляторов и батарей щелочного принципа действия

Для подключения на зарядку однотипные продукты соединяются последовательно. Их количество регламентируется напряжением тока, а также напряжением в конце заряда. Эти показатели у рабочей а/батареи при нормальном зарядном токе должны быть в соответствии:

• в начале заряда: 1,40В — 1.45 В;
• в конце заряда: 1,75В — 1,85 В.

Рекомендуется применять нижеуказанный режим заряда:

1. Нормальный вариант: заряжать 6 часов нормальным током;
2. Усиленный вариант:12 часов нормальным током.

Он сообщается при вводе в действие, а также:

• через каждые 10 циклов. При нерегулярной работе 1 раз в 30 дней;
• после замены электролита;
• после глубоких разрядов ниже допустимых конечных напряжений;
• после разрядов слабым током, с перерывами в 16 и более часов.

Важно! Перезаряды улучшают рабочий процесс щелочных АКБ.

Никель/кадмивые и никель/железные АКБ рекомендуется заряжать слабым током. При этом, постепенно повышая время зарядки, но понижать ток более чем в 2 раза нельзя.

На заметку. Зарядка с использованием слабого тока ухудшает рабочий процесс щелочных аккумуляторов. В данной ситуации рекомендуется использование этого варианта только при возникшей необходимости.

Кроме этого, никель/железные АКБ заряжать при t0 — 10°С и ниже не рекомендуется.

Нюансы использования батарей

С момента подключения к батарее плановой нагрузки напряжение начинает быстро понижаться, примерно до значения 1,3 вольта. Далее в процессе работы снижение показателей происходит в замедленном режиме.

Рекомендация. Когда напряжение опустится до критической отметки 1(одного) вольта, необходимо приостановить работу.

Заметим, что продолжение эксплуатации батареи со значение 1 вольт и ниже неизбежно приведёт к утрате ёмкости аккумулятора.

Это в свою очередь уменьшит эксплуатационный срок. Следует внимательно относиться к системной подзарядке и контролю уровня используемого электролита.

Как правильно хранить аккумуляторы и батареи

Производитель предусмотрел выпуск готовых изделий для временного и длительного хранения. Используя новые аккумуляторы, следует в обязательном порядке проверить плотное прилегание съёмных пробок.

Обратить внимание на исправность вентильной резины. На первоначальном этапе потребуется смазать никелированные пробки и гайки а/батарей. Слой смазки должен быть минимальных размеров.

Корпус аккумуляторов в заводском исполнении покрыт черным битумно-збонитовым лаком. Предотвратить порчу нанесённого лака можно, используя в качестве смазки вещества, предусмотренные и рекомендованные производителем.

Обратите внимание, что, вазелин, как смазку, применять запрещено!

Аккумуляторам, которые ранее эксплуатировались, а теперь отправляются на длительное хранение (от 1 года и более), требуется разрядка в ток до 1,0В. Кроме этого, для правильной консервации продукта на длительный период времени необходимо:

1. Удалить весь электролит;
2. Закрыть плотно фиксирующие пробки;
3. Протереть корпус и удалить, используя ветошь, пыль и остатки соли;
4. Если на корпусе не предусмотрено ранее лаковое покрытие(изоляционный лак чёрного цвета), нанести его.

Однако аккумуляторы, переведенные в спокойное состояние (от 30 дней до года), могут находиться в полу разряженном или полностью разряженном состоянии при условии плотно закрытых пробок.

Во время длительной консервации батареи должны периодически проверяться. При обнаружении на корпусе соли, её нужно удалять.

Если батареи нужно перевезти на большие расстояния, их следует перевести в состояние длительного хранения.

Нельзя хранить вместе аккумуляторы щелочного и кислотного принципа действия. Все кислоты, так или иначе, влияют на батареи, портят их.

Аккумуляторы, где используется никель/кадмиевое соединение, в спокойном состоянии хранятся до 5 лет. Условие: они должны быть без электролита.

Срок консервации составляет в сухом закрытом помещении 4,5 года, а в полевых условиях — полгода. В этом случае, необходимо создать условия хранения, при которых исключается попадание осадков и прямых солнечных лучей.

Хранение никель/железных аккумуляторов в разряженном состоянии с удалённым электролитом в закрытом и сухом помещении составляет не более 3,5 лет.

Читаем условные обозначения: маркировка

Существуют тяговые батареи, изготовленные в различных странах. Мы же с вами рассмотрим сокращения, применяемые на отечественных изделиях.

Отечественная маркировка

Итак, если в маркировке предусмотрены буквы, идущие перед цифрами, то они указывают на число элементов используемых в батареи.

Далее буквы, указывающие на область применения:

• Т – тяговый тип;
• ТП – тепловозный вариант;
• В – вагонное назначение.

Буквы, указывающие на тип: НЖ – никель/железная батарея. И так далее.

Буква «К» указывает на комбинацию блока электродов. Буква «Ш» говорит о назначении батареи для эксплуатации в шахтах и горных выработках.

Если после букв следуют цифры – это величина номинальной ёмкости АКБ, которая выражается в А-ч. Могут ставиться буквы «П» — пластмассовый корпус, или буква «В» говорит о высоком варианте, а «М» указывает на модернизацию.

Буква «У» свидетельствует о возможности эксплуатации батареи в умеренном климате. Буква «Т» подразумевает эксплуатацию а/батареи в тропиках.

Далее прописывается ГОСТ использования: цифра 2 сигнализирует о возможности работы над землёй, а цифра 5 допускает работу под землёй.

Международная маркировка

В международной классификации буква F – это аккумулятор с использованием комбинации никель/железо. О различном режиме разрядки говорят буквы:

• L ─ до 0,5 градусов по Цельсию;
• M ─ (0,5─3,5) градусов по Цельсию;
• H ─ (3,5─7) градусов по Цельсию;
• X ─ больше 7 градусов по Цельсию.

Щелочные АКБ — продукт многофункциональный, встречающийся в различных комбинациях и применяемый в самых разных отраслях хозяйствования. Щелочной аккумулятор в 12в мы используем практически ежедневно, а в качестве тяговых устройств их могут видеть специалисты и обслуживающий персонал.

Однако любая эксплуатация щелочного аккумулятора требует повышенного внимания и правильного обслуживания. Эти мероприятия существенно увеличивают срок службы а/батарей.

Обслуживание щелочных аккумуляторов нужно проводить в строгом соответствии с рекомендациями изготовителя. Нельзя допускать к работе неподготовленный в техническом плане персонал.

Источник