Время зарядки nicd аккумулятора

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.

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.

Как продлить срок работы

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.

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.

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.

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?

Обычно в качестве температуры отсечки используется температура 50 ° C. Хотя короткий период выше температуры 45 ° C может быть приемлемым, если температура способна быстро падать, любой длительный период, равный или превышающий это, приводит к ухудшению состояния ячейки.

Более быстрые зарядные устройства, использующие более продвинутые методы, стали доступны для быстрых зарядных устройств. Основываясь на микропроцессорной технологии, они способны определять скорость изменения температуры. Обычно прекращение зарядки происходит, когда достигается скорость повышения температуры на 1 ° C в минуту или достигается предельная заданная температура (часто между 50 ° C и 60 ° C).

Определение скорости повышения температуры важно, потому что оно определяет, когда элемент полностью заряжен и энергия, поступающая в элемент, не преобразуется в накопленную энергию за счет потери тепла.

Одним из недостатков этого метода является то, что никель-кадмиевые элементы или батареи, вставленные в зарядное устройство, чувствительное к температуре, которое, вероятно, является быстрым зарядным устройством, могут вызвать опасную перезарядку, если батарея вставляется без полной разрядки, как в случае, если кто-то хочет чтобы убедиться, что батарея заряжена.

Напряжение зарядки

Часто необходимо держать NiCd-элементы и батареи в полном заряде и преодолевать любой саморазряд элемента с течением времени, который делает их непригодными для немедленного использования.

После полной зарядки можно поддерживать NiCd в состоянии полной зарядки путем подачи капельной зарядки. Этого струйного заряда можно безопасно достичь путем подачи небольшого тока на элемент или элементы на уровне примерно от 0,05 до 0,1 С. Этого необходимо достичь, используя источник тока, поскольку фактическое напряжение элементов может изменяться в зависимости от температуры.

Ток заряда

Часто к элементу или элементам может быть приложен намного более высокий заряд струйки, что может привести к перегреву и некоторому повреждению.

даже при том, что часто требуется держать элементы или батареи перезаряжаемыми, чтобы гарантировать, что они готовы к работе, если срок службы батареи имеет значение, не стоит оставлять никель-кадмиевые элементы на подзарядке более чем на несколько дней. Гораздо лучше снять их и перезарядить перед использованием.

Зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

Схема устройства выглядит так:

Трансформатор Т1 снижает сетевое напряжение до 7-12 В, которое после стабилизируется импульсным элементом ализованным на транзисторах Т1-Т4 на уровне 4,9В. При одновременной зарядке четырех аккумуляторов стабилизатор получается ток примерно 1 А, но благодаря импульсному режиму работы теплоотводы транзисторам не нужны.

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

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%.

Неправильная зарядка, её последствия

При неправильной зарядке батарея будет разряжаться намного быстрее, а так же будет иметь пониженную емкость из-за того, что контакты и проводники будет работать некорректно и окислится раньше задуманного производителем срока.

Источник

Как заряжать ni cd аккумулятор: разновидности зарядных устройств, процесс заряда и разрядки

Источники тока на базе соединений никеля и кадмия, массово выпускающиеся с 50-х гг. прошлого века, используются в портативных электрических инструментах и электронном оборудовании. Низкая стоимость изделий позволяет им конкурировать с батареями на литиевой основе. Пользователю необходимо знать, как заряжать Ni-Cd-аккумулятор, поскольку от корректности этой процедуры зависит ресурс батарейки.

Особенности эксплуатации Ni-Cd-аккумуляторов

Правила эксплуатации никель-кадмиевых батареек:

1. При использовании источников постоянного тока на никель-кадмиевой основе следует учитывать “эффект памяти”, приводящий к снижению емкости батареи. Явление возникает вследствие частичной разрядки элемента в процессе применения.
   Батарея прекращает работу при достижении зафиксированного значения, несмотря на оставшуюся часть емкости. Для устранения этого эффекта необходимо добиваться разряда батарейки до напряжения 0,9-0,95 В, дальнейшее снижение напряжения негативно влияет на ресурс аккумуляторной батареи.
2. Перед началом применения никель-кадмиевого элемента выполняется цикл тренировочных разрядов и зарядов, позволяющих довести параметры изделия до заявленных производителем характеристик. Рекомендуется выполнить 4-6 рабочих циклов, для восстановления элементов низкого качества производится 30-40 циклов зарядки и разрядки.
3. Если аккумулятор не использовался более 4-6 месяцев, то выполняется дополнительный цикл тренировки. Следует учитывать, что злоупотребление тренировочными циклами приводит к необратимому повреждению конструкции никель-кадмиевой батареи.
4. Новые аккумуляторы допускают длительное хранение без зарядки. Если не планируется использование устройств, то выполнять зарядку не рекомендуется, т.к. при длительном хранении заряженных изделий наблюдается деградация элемента, приводящая к падению емкости и остальных параметров. Если требуется поместить на хранение ранее использовавшиеся источники тока, то они предварительно разряжаются до 0,9 В.
5. Батареи, разряжавшиеся и заряжавшиеся слабыми токами, теряют свои емкостные характеристики. Подобное явление наблюдается у элементов, установленных в источниках бесперебойного питания. Для восстановления рабочих характеристик достаточно провести цикл глубокой разрядки с последующим набором емкости от зарядного приспособления.

Разновидности зарядных устройств для никель-кадмиевых аккумуляторов

Для восстановления емкости АКБ никель-кадмиевого типа используются 2 разновидности зарядных устройств:

• автоматического типа;
• импульсные реверсивные блоки.

Автоматический модуль оснащен гнездами соответствующего аккумуляторам размера. Такие устройства рассчитаны на 2 или 4 элемента, в конструкции блока предусмотрен переключатель, позволяющий выбрать количество заряжаемых изделий.

Зарядка аккумуляторов начинается после подключения блока к бытовой сети напряжением 230 В. Внутри модуля установлен понижающий трансформатор с выпрямительным каскадом, для отображения статуса зарядки применяется линейка светодиодов или многоцветный индикатор.

Во время зарядки индикатор горит красным цветом, после ее завершения включается зеленая лампочка. В конструкции автоматического блока предусмотрена функция разряда батареи, активируемая кнопочным переключателем.

Для индикации режима разряда применяется диод желтого цвета, после снижения емкости зарядное устройство автоматически переходит в режим зарядки батарей. В процессе зарядки повышается температура корпуса батарейки, в блоке имеется датчик, который отключает подачу тока при достижении порогового значения.

Реверсивный зарядный блок относится к категории профессиональных изделий, отличается наличием микропроцессорного контроллера. Оборудование подает продолжительные импульсы зарядки, которые чередуются с кратковременным разрядом (время цикла изменяется в соответствии с установленным алгоритмом).

Оборудование позволяет поддерживать работоспособное состояние источника тока и продлевает срок службы Ni-Cd-батарей.

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.

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.

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.

Режим заряда Ni-Cd-аккумулятора

При стандартном алгоритме восполнения заряда на протяжении 14-16 часов выполняется подача постоянного тока силой 10% от емкости батареи (исходное напряжение на клеммах аккумулятора составляет 0,9-1,0 В).

Дополнительные рекомендации по зарядке указываются производителем АКБ. Например, при зарядке цилиндрической батареи сила тока составляет 20% от номинальной емкости, а время восполнения емкости не превышает 6-7 часов. При увеличении тока до 30% время зарядки падает до 4 часов.

Существуют специальные серии аккумуляторов, позволяющие восстанавливать емкость за 1-1,5 часа. При ускоренном режиме используются различные средства контроля (по времени и по температуре корпуса). При ускоренной зарядке происходит активное газообразование, и если нет контроля, то наступает быстрая деградация элемента или разрыв корпуса.

Восстановление заряда Ni-Cd-аккумулятора состоит из 2 этапов:

1. Фаза начальной зарядки никель-кадмиевого аккумулятора характеризуется увеличением напряжения на клеммах, а затем происходит стабилизация значения, что фиксируется микропроцессором зарядного устройства. Ток зарядки устанавливается на уровне до 200% от емкости аккумулятора, часть зарядных блоков оснащена переключателем, позволяющим выбрать вид импульса при подаче напряжения.
2. После полной зарядки батареи происходит снижение напряжения, что является сигналом к прекращению подачи тока на клеммы. Параметр падения обозначается DP (Delta Peak), от точности замера значения зависит качество зарядки, также она влияет на снижение риска перезаряда батареи, сопровождаемого повышенным газообразованием.
   Часть зарядных устройств позволяют корректировать параметр DP вручную, рекомендуется установка корректора в минимальное положение.

Профессиональные зарядные блоки производят заряд аккумулятора по ступенчатой методике с одновременным контролем температуры корпуса (не допускается прогрев выше 50°С). Ступенчатый алгоритм позволяет снизить время зарядки стандартных батарей.

Для восполнения первых 10-15% емкости используется ток силой до 100% от емкости, затем происходит плавное увеличение этого параметра до 150%. После зарядки батареи на 90% сила тока снижается в 3 раза, что позволяет уменьшить газообразование и исключает вредный эффект перезаряда Ni-Cd-аккумулятора.

После отключения питания внутри аккумулятора продолжаются электрохимические процессы, связанные с преобразованием веществ на поверхности электродов. Затем начинается постепенное выравнивание скорости выделения ионов кислорода на положительном электроде и интенсивности поглощения вещества кадмиевым отрицательным элементом.

Давление внутри батареи падает, но при предварительном перезаряде источника тока снижение давления занимает до 5-6 часов.

Источник