Заряджання та особливості нікелевих акумуляторів

Складність заряджання

Нікелеві акумулятори складніше заряджати, ніж літій-іонні та свинцево-кислотні. Літієві та свинцеві системи заряджаються за принципом CCCV (постійний струм – постійна напруга), тоді як у нікелевих акумуляторах напруга може вільно зростати. Повний заряд виявляють шляхом невеликого падіння напруги після постійного зростання, що часто супроводжується підвищенням температури.

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

Початковий повільний заряд

Виробники акумуляторів рекомендують повільно заряджати нові акумулятори протягом 16–24 годин перед використанням. Повільний заряд забезпечує однаковий рівень заряду всіх елементів акумуляторної батареї. Це важливо, оскільки кожен елемент нікель-кадмієвого акумулятора може саморозрядитися зі своєю власною швидкістю. Крім того, під час тривалого зберігання електроліт має тенденцію осідати до дна елемента, і початковий повільний заряд допомагає перерозподілити його, щоб усунути сухі плями на сепараторі.

Форматування та циклічність

Виробники акумуляторів не повністю форматують нікелеві та свинцеві акумулятори перед відправкою. Елементи досягають оптимальної продуктивності після праймінгу, який включає кілька циклів заряджання/розряджання. Це частина нормального використання; це також можна зробити за допомогою аналізатора акумуляторів. Відомо, що якісні елементи працюють відповідно до повних характеристик лише після 5–7 циклів; іншим може знадобитися 50–100 циклів. Пікова ємність досягається між 100–300 циклами, після чого продуктивність починає поступово знижуватися.

Вентиляція та безпека

Більшість акумуляторних елементів мають запобіжний вентиляційний отвір, який скидає надлишковий тиск у разі неправильного заряджання. Вентиляційний отвір на нікель-кадмієвому елементі відкривається при тиску 1000–1400 кПа (150–200 фунтів на квадратний дюйм). Тиск, що скидається через герметичний вентиляційний отвір, не завдає пошкоджень; однак, під час кожного випускання газу витікає певна кількість електроліту, і ущільнення може почати протікати. Утворення білого порошку на вентиляційному отворі робить це помітним. Багаторазове випускання газів зрештою призводить до висихання акумулятора. Акумулятор ніколи не слід навантажувати до точки випускання газу.

Виявлення повного заряду

Виявлення повного заряду герметичних нікелевих акумуляторів є складнішим, ніж для свинцево-кислотних та літій-іонних. Недорогі зарядні пристрої часто використовують датчик температури для завершення швидкого заряду, але це може бути неточним. Ядро елемента на кілька градусів тепліше, ніж поверхня, де вимірюється температура, і затримка, що виникає, призводить до перезаряду. Виробники зарядних пристроїв використовують 50°C (122°F) як температуру відсікання. Хоча будь-яка тривала температура вище 45°C (113°F) шкідлива для акумулятора, короткочасне перевищення допустиме, якщо температура акумулятора швидко падає, коли з'являється індикатор «готовий».

Удосконалені зарядні пристрої більше не покладаються на фіксований температурний поріг, а відчувають швидкість підвищення температури з часом, також відому як дельта-температура за дельта-часом, або dT/dt. Замість того, щоб чекати на досягнення абсолютної температури, dT/dt використовує швидке підвищення температури ближче до кінця заряджання, щоб активувати індикатор «готовності». Метод дельта-температури підтримує акумулятор прохолоднішим, ніж фіксоване температурне порогове значення, але елементи повинні заряджатися досить швидко, щоб ініціювати підвищення температури. Заряджання припиняється, коли температура підвищується на 1°C (1,8°F) за хвилину. Якщо акумулятор не може досягти необхідного підвищення температури, абсолютне температурне порогове значення, встановлене на 60°C (140°F), завершує заряджання.

Зарядні пристрої, що залежать від температури, спричиняють шкідливі перезаряди, коли повністю заряджений акумулятор багаторазово виймається та вставляється знову. Це стосується зарядних пристроїв у транспортних засобах та настільних станціях, де рація від’єднується при кожному використанні. Повторне підключення ініціює новий цикл заряджання, який вимагає повторного нагрівання акумулятора.

Літій-іонні системи мають перевагу в тому, що напруга визначає стан заряду. Повторне встановлення повністю зарядженого літій-іонного акумулятора миттєво піднімає напругу до порогу повного заряду, струм падає, і зарядний пристрій незабаром вимикається без необхідності створення температурної сигнатури.

Виявлення повного заряду за допомогою сигналу напруги

Удосконалені зарядні пристрої припиняють заряджання, коли досягається певна характеристика напруги. Це забезпечує точніше виявлення повного заряду нікелевих акумуляторів, ніж методи на основі температури. Зарядний пристрій перевіряє падіння напруги, яке виникає, коли акумулятор досяг повного заряду. Цей метод називається негативною дельтою V (NDV).

NDV – це рекомендований метод виявлення повного заряду для зарядних пристроїв, що використовують швидкість заряду 0,3C і вище. Він забезпечує швидкий час відгуку та добре працює з частково або повністю зарядженим акумулятором. Під час вставки повністю зарядженого акумулятора напруга на клемах швидко зростає, а потім різко падає, що переводить акумулятор у стан готовності. Заряд триває лише кілька хвилин, а елементи залишаються холодними. Зарядні пристрої NiCd з виявленням NDV зазвичай реагують на падіння напруги 5 мВ на елемент.

Для досягнення надійної характеристики напруги швидкість заряджання має бути 0,5°C і вище. Повільніше заряджання призводить до менш вираженого падіння напруги, особливо якщо елементи заряджені невідповідно, і в цьому випадку кожен елемент досягає повного заряду в різний момент часу. Для забезпечення надійного виявлення повного заряду більшість зарядних пристроїв NDV також використовують детектор плато напруги, який припиняє заряджання, коли напруга залишається в сталому стані протягом заданого часу. Ці зарядні пристрої також оснащені датчиком дельта-температури, абсолютної температури та таймером очікування.

Зарядні пристрої Victron Energy

Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи

Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

 Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.

Купити

Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15

Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.

Купити

Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.

Купити

Подивитися більше

Швидке заряджання підвищує ефективність заряджання. При швидкості заряджання 1C ефективність стандартного NiCd акумулятора становить 91 відсоток, а час заряджання — близько години (66 хвилин при 91 відсотку). На повільному зарядному пристрої ефективність падає до 71 відсотка, що подовжує час заряджання приблизно до 14 годин при 0,1C.

Протягом перших 70 відсотків заряду ефективність NiCd акумулятора близька до 100 відсотків. Акумулятор поглинає майже всю енергію, а сам акумулятор залишається холодним. NiCd акумулятори, розроблені для швидкої зарядки, можна заряджати струмами, що в кілька разів перевищують показник C, без значного нагрівання. Фактично, NiCd – єдиний акумулятор, який можна надшвидко заряджати з мінімальним навантаженням. Елементи, розроблені для надшвидкої зарядки, можна зарядити до 70 відсотків за лічені хвилини.

На рисунку 1 показано взаємозв'язок напруги елемента, тиску та температури заряджаного нікель-кадмієвого акумулятора. Все йде добре приблизно до 70 відсотків заряду, коли ефективність заряду падає. Елементи починають виділяти гази, тиск підвищується, а температура швидко зростає. Щоб зменшити навантаження на акумулятор, деякі зарядні пристрої знижують швидкість заряду після позначки 70 відсотків.

Рисунок 1: Зарядні характеристики NiCd елемента

Ефективність заряджання висока до 70% SoC*, а потім прийняття заряду падає. NiMH подібний до NiCd. Ефективність заряджання вимірює здатність акумулятора приймати заряд і має схожість з кулонівською ефективністю.

* SoC позначає відносний стан заряду (RSoC), який відображає фактичну енергію, яку може зберігати акумулятор. Повний заряд показуватиме 100%, навіть якщо ємність зменшиться. 

Нікель-кадмієві акумулятори надвисокої ємності, як правило, нагріваються більше, ніж стандартні нікель-кадмієві акумулятори, під час заряджання струмом 1C і вище, і це частково пов'язано зі збільшенням внутрішнього опору. Для цих більш крихких акумуляторів рекомендованим методом швидкого заряджання є застосування високого струму під час початкового заряджання, а потім його зниження до нижчої швидкості в міру зменшення здатності до заряджання. (Див. BU-208: Циклічні характеристики )

Відомо, що чергування імпульсів розряду між імпульсами заряду покращує сприйняття заряду нікелевих акумуляторів. Цей метод, який зазвичай називають зарядом «відрижкою» або «зворотним навантаженням», сприяє рекомбінації газів, що утворюються під час заряду. Результатом є холодніший та ефективніший заряд, ніж у звичайних зарядних пристроях постійного струму. Також кажуть, що цей метод зменшує «ефект пам'яті», оскільки акумулятор заряджається імпульсами. Хоча імпульсна зарядка може бути корисною для нікель-кадмієвих та нікель-металгідридних акумуляторів, цей метод не застосовується до свинцевих та літієвих систем. Ці акумулятори найкраще працюють з чистою постійною напругою.

Після повного заряджання нікель-кадмієвий акумулятор отримує поступовий заряд 0,05–0,1 C для компенсації саморозряду. Щоб зменшити можливий перезаряд, розробники зарядних пристроїв прагнуть досягти найнижчого можливого струму поступового заряджання. Незважаючи на це, краще не залишати нікелеві акумулятори в зарядному пристрої довше кількох днів. Вийміть їх та зарядіть перед використанням.

Заряджання перевантажених нікель-кадмієвих акумуляторів

Затоплений NiCd заряджається постійним струмом приблизно до 1,55 В/елемент. Потім струм зменшується до 0,1 С, і заряджання триває, доки знову не буде досягнуто 1,55 В/елемент. У цей момент застосовується поступовий заряд, і напруга вільно коливається. Можливі вищі напруги заряду, але це призводить до утворення надлишку газу та швидкого виснаження води. NDV не застосовується, оскільки затоплений NiCd не поглинає гази, оскільки він не перебуває під тиском.