Никель-кадмиевые аккумуляторы
Герметичные Ni-Cd аккумуляторы характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокими скоростями разряда и способностью действовать при низких температурах. Применяются для питания портативной аппаратуры, электроинструмента, бытовых приборов, игрушек и т.д. Это тип аккумуляторов, которые способны работать в самых жестких условиях.
Для никель-кадмиевых аккумуляторов необходим полный периодический разряд: если его не делать, на пластинах элементов формируются крупные кристаллы, значительно снижающие их емкость (так называемый "эффект памяти").
Номинальное напряжение герметичных Ni-Cd аккумуляторов – 1,2 В.
Номинальный (стандартный) режим заряда – током 0,1С в течение 16 ч.
Номинальный режим разряда – током 0,2С до напряжения 1 В.
Сразу после зарядки никель-кадмиевые аккумуляторы могут иметь напряжение вплоть до 1,44 В., но довольно быстро оно падает и доходит до стационарных 1,2 В. Такие элементы питания способны выдерживать 1000 циклов заряд-разряд, но только при правильном режиме заряда.
Преимущества Ni-Cd аккумуляторных батарей:
- возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения аккумулятора;
- большое количество циклов заряд/разряд: при правильной эксплуатации - более 1000 циклов;
- хорошая нагрузочная способность и возможность эксплуатации при низких температурах;
- продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;
- сохранение стандартной емкости при низких температурах;
- диапазон рабочих температур от -40 до +60 ?C.
- наибольшая приспособленность для использования в жестких условиях эксплуатации;
- низкая стоимость;
Недостатки Ni-Cd аккумуляторных батарей:
- относительно низкая по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность;
- присущий этим аккумуляторам эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению;
- токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается на экологии, и некоторые страны ограничивают использование аккумуляторов этого типа;
- относительно высокий саморазряд - после хранения необходим цикл заряда.
Современные цилиндрические Ni-Cd аккумуляторы с рулонными электродами допускают высокие разрядные токи, для некоторых типов аккумуляторов максимальный долговременный ток составляет 7-10С.
Работоспособность герметичных Ni-Cd при эксплуатации определяется постепенными изменениями, которые происходят в аккумуляторах при циклировании и приводят к неминуемому уменьшению разрядной емкости и напряжения. Температура окружающей среды является одним из самых значительных факторов внешнего воздействия, определяющим длительность работоспособного состояния герметичных аккумуляторов. На процессы старения аккумуляторов наибольшее влияние оказывает высокая температура, при которой ускоряются все химические реакции (в 2-4 раза на каждые 10 °С), в том числе и ведущие к порче аккумулятора. При низких температурах во время заряда увеличивается опасность выделения водорода. Сильное воздействие оказывает режим эксплуатации: режим и глубина разряда, режим заряда, длительность паузы между зарядом и разрядом при непрерывном циклировании, периоды эксплуатации и хранения.
Никель-металлогидридные аккумуляторы
Удельная емкость и энергия никель-металлогидридных аккумуляторов в 1,5-2 раза выше удельной энергии никель-кадмиевых аккумуляторов, кроме того они не содержат токсичный кадмий, что позволяет им существенно потеснить никель-кадмиевые во многих областях техники. Изготавливаются в герметичном исполнении цилиндрической, призматической и дисковой форм. Применяются для питания портативных приборов и аппаратуры, как бытового, так и промышленного назначения.
Номинальное напряжение аккумуляторов – 1,2-1,25 В.
Номинальный (стандартный) режим заряда – током 0,1С в течение 15 ч.
Номинальный режим разряда – током 0,1-0,2С до напряжения 1 В.
У Ni-MH аккумуляторов нет "эффекта памяти", свойственного Ni-Cd, однако эффекты, связанные с перезарядом, сохраняются. Уменьшение разрядного напряжения, наблюдаемое при частых и долгих перезарядах так же, как и у Ni-Cd аккумуляторов, может быть устранено при периодическом осуществлении нескольких разрядов до 1 В. Такие разряды достаточно проводить 1 раз в месяц. В зависимости от типа Ni-MH аккумуляторов, режима работы и условий эксплуатации аккумуляторы обеспечивают от 500 до 1000 разрядно-зарядных циклов при глубине разряда 80% и имеют срок службы от 3 до 5 лет.
Однако никель-металлогидридные аккумуляторы уступают никель-кадмиевым по некоторым эксплуатационным характеристикам:
- Ni-MH аккумуляторы эффективно работают в более узком интервале рабочих токов.
- Ni-MH аккумуляторы имеют более узкий температурный диапазон эксплуатации: большая их часть неработоспособна при температуре ниже -10 °С и выше +40 °С, хотя в отдельных сериях аккумуляторов обеспечено расширение температурных границ.
- в течении заряда Ni-MH аккумуляторов выделяется больше теплоты, чем при заряде Ni-Cd аккумуляторов, поэтому в целях предупреждения перегрева батареи из Ni-MH аккумуляторов в процессе быстрого заряда и/или значительного перезаряда в них устанавливают термо-предохранители или термо-реле, которые располагают на стенке одного из аккумуляторов в центральной части батареи.
- Ni-MH аккумуляторы имеют повышенный саморазряд.
- опасность перегрева при заряде одного из Ni-MH аккумуляторов батареи, а также переполюсования аккумулятора с меньшей емкостью при разряде батареи, возрастает с рассогласованием параметров аккумуляторов в результате продолжительного циклирования, поэтому создание батарей более чем из 10 аккумуляторов не рекомендуется всеми производителями.
- более жесткие требования к подбору аккумуляторов в батарее и контролю процесса разряда, чем в случае использования Ni-Cd аккумуляторов.
Разрядная кривая Ni-MH аккумулятора аналогична кривой Ni-Cd аккумулятора.
Наработка (число разрядно-зарядных циклов) и срок службы Ni-MH аккумулятора также в значительной мере определяются условиями эксплуатации. Наработка понижается с увеличением глубины и скорости разряда. Наработка зависит от скорости заряда и способа контроля его окончания. Наибольшее внимание следует уделить температурному режиму, избегать переразрядов (ниже 1В) и коротких замыканий. Рекомендуется использовать Ni-MH аккумуляторы по назначению, избегать сочетания бывших в употреблении и неиспользованных аккумуляторов, не припаивать непосредственно к аккумулятору провода или прочие части. При хранении происходит саморазряд Ni-MH аккумулятора. По прошествии месяца при комнатной температуре потеря емкости составляет 20-30%, а при дальнейшем хранении потери уменьшаются до 3-7% в месяц.
Заряд никелевых аккумуляторов
При заряде герметичного аккумулятора кроме проблемы восстановления истраченной энергии, важным является ограничение его перезаряда, поскольку процесс заряда сопровождается повышением давления внутри аккумулятора. Существенным фактором внешнего влияния на электрические характеристики аккумуляторов является температура окружающей среды. Емкость, которая может быть получена от аккумулятора при 20°С, наибольшая. Она почти не уменьшается и при разряде при более высокой температуре. Но при температуре ниже 0°С разрядная емкость уменьшается, и тем больше, чем больше разрядный ток.
Номинальным (стандартным) режимом заряда является режим, при котором аккумулятор, разряженный до 1В, заряжается током 0,1С в течение 16ч (для Ni-Mh 15ч.). Аккумуляторы могут быть заряжены при температуре от 0 до +40°С, наиболее эффективно в интервале температур от +10 до +30 °С. Ускоренный (за 4 - 5 часов) и быстрый (за 1 час) заряды возможны для Ni-MH аккумуляторов, имеющих высокоактивные электроды. При таких зарядах процесс контролируется по изменению температуры ?Т и напряжения ?U и другим параметрам. Рекомендуется также трехступенчатый способ заряда: первый этап быстрого заряда (ток до 1С), заряд со скоростью 0,1С в течение 0,5-1 ч для заключительной подзарядки, и заряд со скоростью 0,05-0,02С в качестве компенсационного подзаряда. Зарядное напряжение Uз при Iз=0,3-1С лежит в интервале 1,4-1,5В. Для исключения перезаряда аккумуляторных батарей могут применятся следующие методы контроля заряда с соответствующими датчиками, устанавливаемыми в аккумуляторные батареи или зарядные устройства:
- метод прекращения заряда по абсолютной температуре Тmax.
- метод прекращения заряда по скорости изменения температуры ?T/?t.
- метод прекращения заряда по отрицательной дельте напряжения -?U.
- метод прекращения заряда по максимальному времени заряда t.
- метод прекращения заряда по максимальному давлению Pmax. (0,05-0,8 Мпа).
- метод прекращения заряда по максимальному напряжению Umax.
Для Ni-MH аккумуляторов не рекомендуется заряд при постоянном напряжении, так как может произойти "тепловой выход из строя" аккумуляторов.
Тепловыделение в герметичном Ni-Cd аккумуляторе зависит от уровня его заряженности. К концу заряда в стандартном режиме температура аккумулятора может взрасти на 10-15 °С. При быстром заряде разогрев больше (до 40-45 °С).
Правила эксплуатации NiCd/NiMh аккумуляторов
- Старайтесь использовать только штатные зарядные устройства
- При использовании неавтоматических зарядных устройств, не заряжайте аккумулятор больше времени, указанного в инструкции. Перезаряд значительно ускоряет процесс старения аккумулятора
- Не оставляйте разряженный аккумулятор во включенной аппаратуре. Дальнейший бесконтрольный разряд* полностью выводит аккумулятор из строя.
- Избегайте зарядки не полностью разряженного аккумулятора.
- Каждые 3-4 недели производите полную разрядку* аккумулятора в аппаратуре
- Соблюдайте температурный диапазон эксплуатации
- Перед хранением более 1 месяца NiCd аккумулятор необходимо разрядить*. NiMh аккумулятор хранить при 30-50% уровне заряда. Храните при температуре +5°С...+20°С. Срок хранения - до 4 лет.
- Каждые 6 месяцев для NiMh и 12 месяцев для NiCd хранения рекомендуется сделать не менее 3 циклов заряда-разряда в стандартном режиме.
*Примечание: Аккумулятор является полностью разряженным, когда его напряжение падает до 83% от номинального. Например, аккумулятор с номиналом 1,2В будет полностью разряжен, когда при работающей аппаратуре напряжение на нем станет равным 1 В. Обычно этот уровень напряжения совпадает с порогом отключения аппаратуры.
ВНИМАНИЕ! В процессе эксплуатации НЕ ДОПУСКАТЬ:
- применения зарядных устройств, не предназначенных для заряда аккумуляторов данной химической системы
- короткого замыкания между контактами аккумулятора
- внешнего нагрева выше 100°С и воздействия открытого огня
- любых физических повреждений корпуса аккумулятора
- зарядки холодного аккумулятора (ниже 0°С)
- проникновения жидкости в корпус аккумулятора.
