Нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори: ефект пам’яті та відновлення

Ефект пам’яті у NiCd

У роки нікель-кадмієвої архітектури 1970-х і 1980-х років проблеми з акумуляторами пов’язували з так званою «пам’яттю». Цей термін походить від «циклічної пам’яті», коли NiCd-акумулятор «запам’ятовував», скільки енергії було спожито під час попередніх розрядів, і віддавав таку ж кількість у наступних. Якщо ж потрібно було більше енергії, напруга різко падала. Ефект пам’яті виникав під час перезаряджання акумулятора і усувався за допомогою імпульсного заряду або повного циклу розряду.

Акумулятори NiCd

Надійні нікель-кадмієві акумулятори для резервного живлення та побудови великих енергетичних систем

EBH10 / KHP10 1,2В 10Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Надійна робота при високих розрядних струмах. Стійкість до перезаряду, глибокого розряду та ударів

Купити

SEBM20 / KMP20 1,2В 20Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Герметичний корпус з клапаном — обслуговування 1 раз на 3–5 років. Надійна конструкція з довговічністю до 20+ років

Купити

EBM700 / KMP700 1,2В 700Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Серія акумуляторів EBM/KMP оптимізована роботу при розрядах від 30 хвилин до 2 годин, але може виконувати задачі при більш тривалих розрядах

Купити

Подивитися більше

Пам'ять виникає, коли NiCd-акумулятор перезаряджається. Цей ефект можна усунути за допомогою імпульсного заряду, але ефективніше застосувати повний цикл розряду. На рисунку 1 зображено анод звичайного NiCd-акумулятора, пам'ять, що утворилася, та відновлений анод.

Новий нікель-кадмієвий елемент. Анод (негативний електрод) у новому стані. Гексагональні кристали гідроксиду кадмію мають поперечний переріз близько 1 мікрона, що забезпечує велику площу поверхні для електроліту для максимальної продуктивності.

Елемент з кристалічним утворенням. Кристали виросли до 50-100 мікрон у поперечному перерізі, приховуючи значну частину активного матеріалу від електроліту. Зубчасті краї та гострі кути можуть пробити сепаратор, що призведе до посиленого саморозряду або короткого замикання.

Відновлений елемент. Після імпульсного заряду кристали зменшуються до 3–5 мікронів: майже 100% відновлення. Якщо лише імпульсний заряд неефективний, потрібні фізичні навантаження або відновлення.

Рисунок 1: Утворення кристалів на нікель-кадмієвому елементі.
Утворення кристалів відбувається протягом кількох місяців, якщо акумулятор перезаряджати та не підтримувати його в робочому стані періодичними глибокими розрядами.

NiMH та зменшений ефект пам’яті

Сучасні нікель-кадмієві акумулятори більше не мають циклічної пам'яті, але страждають від кристалоутворення. Активний кадмієвий матеріал наноситься на негативну пластину, і з часом утворюється кристалічне утворення, яке зменшує площу поверхні та знижує продуктивність акумулятора. На пізніх стадіях гострі краї кристалів, що утворюються, можуть проникати в сепаратор, спричиняючи високий саморозряд, який може призвести до короткого замикання.

Коли на початку 1990-х років з'явилися нікель-металгідридні (NiMH) акумулятори, їх схвалювали як такі, що не мають пам'яті, але це твердження є правдою лише частково. NiMH схильні до пам'яті, але меншою мірою, ніж NiCd. У той час як NiMH мають лише нікелеву пластину, про яку потрібно турбуватися, NiCd також містить негативний кадмієвий електрод, схильний до пам'яті. Це просте пояснення, чому NiMH менш схильні до пам'яті, ніж NiCd.

Режим розряду та обслуговування

Кристалічні утворення виникають, якщо нікелевий акумулятор залишати в зарядному пристрої протягом кількох днів або багаторазово заряджати без періодичного повного розряду. Оскільки більшість застосувань відповідають цьому шаблону використання, нікель-кадмієвий акумулятор потребує періодичного розряду до 1 вольта на елемент для продовження терміну служби. Цикл розряду/заряду як частину технічного обслуговування, відомий як фізичне навантаження, слід проводити кожні 1–3 місяці. Уникайте надмірного фізичного навантаження, оскільки це непотрібно зношує акумулятор.

Якщо регулярні фізичні вправи не виконувати протягом 6 місяців або довше, кристали в'яжуться, і повного відновлення розрядом до 1 вольта на елемент може бути недостатньо. Відновлення часто можливе шляхом застосування вторинного розряду, який називається відновленням. Відновлення - це повільний розряд, який розряджає акумулятор приблизно до 0,4 В/елемент і нижче.

Випробування, проведені армією США, показують, що нікель-кадмієвий елемент необхідно розрядити щонайменше до 0,6 В, щоб ефективно розбити більш стійкі кристалічні утворення. Під час цього коригувального розряду струм має бути низьким, щоб мінімізувати зворотне перезарядження елемента, оскільки нікель-кадмієвий елемент може переносити лише невелике зворотне перезарядження елемента. На рисунку 2 показано напругу акумулятора під час розряду до 1 В/елемент, а потім вторинного розряду до 0,4 В/елемент.

Рисунок 2: Цикли тренування та відновлення аналізатора акумуляторів
Відновлення відновлює NiCd акумулятори з важкодоступною пам'яттю. Відновлення – це повільний, глибокий розряд до 0,4 В/елемент.

Відновлення та тренувальні цикли

Відновлення є найефективнішим для омолодження акумуляторів, які не піддавалися фізичним навантаженням. Аналізатори акумуляторів автоматично застосовують цикл відновлення, якщо встановлена ​​користувачем цільова ємність не може бути досягнута лише розрядом до 1 В/елемент. Хоча низькопродуктивні акумулятори часто можна повністю відновити, високий рівень саморозряду робить деякі старі акумулятори непридатними для експлуатації.

Авіаційні NiCd-акумулятори

Більшість суднових акумуляторів у великих літаках – це нікель-кадмієві акумулятори. Нагадуючи великий стартерний акумулятор у транспортному засобі, ці акумулятори обслуговуються шляхом повного розряду та витримування кожного елемента при нульовій напрузі протягом 24 годин перед перезарядкою. Потім кожен елемент перевіряється на правильну напругу, а перевірка ємності проводиться за допомогою повного циклу розряду/заряду перед повторним встановленням у літак. Авіаційні акумулятори відповідають суворим графікам технічного обслуговування.