Ni Cd аккумуляторы-как заряжать, режимы зарядки

Содержание
  1. Что такое никель кадмиевый аккумулятор
  2. Разновидности зарядных устройств для никель─кадмиевых аккумуляторов
  3. Аккумуляторы типа Ni-Cd (NiCd)
  4. Плюсы:
  5. Минусы:
  6. Принцип работы и устройство Ni-Cd аккумулятора
  7. Особенности эксплуатации Ni-Cd-аккумуляторов
  8. Где используются никель кадмиевые АКБ
  9. Процесс разряда и заряда Ni─Cd аккумуляторов
  10. Процесс разряда никель─кадмиевых батарей
  11. Процесс заряда никель─кадмиевых батарей
  12. Режим заряда Ni─Cd аккумулятора
  13. Как восстановить Ni Cd аккумулятор
  14. Частые вопросы про никель-кадмиевые аккумуляторы
  15. Почему в шуруповертах и других электроинструментах их меняют на литиевые?
  16. Какой средний срок службы?
  17. Какой ГОСТ для никель-кадмиевых аккумуляторов?
  18. Сколько заряжать по времени?
  19. Стоит ли заряжать перед длительным хранением?
  20. Что делать, если не идёт заряд?
  21. Изменения в никель-кадмиевом аккумуляторе в процессе эксплуатации
  22. Влияние режимов эксплуатации и температуры на скорость процессов деградации аккумуляторов при циклировании
  23. Отличие Ni-Cd от Li-Ion или Ni-Mh источников
  24. Есть ли особые требования для хранения Ni-Cd и Ni-Mh?
  25. Утилизация

Что такое никель кадмиевый аккумулятор

Никель-кадмиевые батареи являются гальваническими перезаряжаемыми источниками тока, которые были изобретены в 1899 году в Швеции Вальдмаром Юнгнером. До 1932 года их практическое использование было очень ограниченным из-за дороговизны используемых металлов в сравнении со свинцово-кислотными АКБ.

АКБ батарея

Усовершенствование технологии их производства привело к значительному улучшению их эксплуатационных характеристик и позволило в 1947 году создать герметичный необслуживаемый АКБ с отличными параметрами.

Разновидности зарядных устройств для никель─кадмиевых аккумуляторов

Сегодня на рынке можно выделить две основные группы устройств, предназначенных для заряда никель кадмиевых аккумуляторов:

  • Автоматические ЗУ;
  • Реверсивные импульсные ЗУ.

Автоматические зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторных батарей. Это простые и доступные по цене устройства. Они менее сложные и выпускаются в конструкции, которая позволяет заряжать по два или 4 батарейки одновременно. Чтобы запустить заряд никель кадмиевых аккумуляторов, вставьте в батарейки в зарядное устройство. Переключателем ЗУ нужно установить количество заряжаемых батареек и подключить устройство к сети.

Как правило, автоматическое зарядное устройство для никель─кадмиевых аккумуляторов имеет следующую цветовую индикацию. Красный цвет индикатора показывает, что идёт процесс заряда батареек. Чтобы сделать разряд аккумуляторов, на устройстве имеется переключатель «разряд». В процессе разряда индикатор будет иметь жёлтый цвет. После того, как пройдёт разряд, зарядное устройство для Ni─Cd аккумуляторов само запустит зарядку. Зелёный цвет индикатора говорит о том, что цикл разряд-заряд закончен.

Пример зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторовПример зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов

Дополнительно можете прочитать отдельную статью о про восстановление Ni─Cd аккумулятора для шуруповерта.
В данном случае речь идёт о заряде никель─кадмиевых батареек по отдельности. Если это аккумуляторы для шуруповёрта или другого электроинструмента, то с ними в комплекте идёт штатное зарядное устройство, которое позволяет заряжать всю батарею сразу от бытовой электросети.

Реверсивное импульсное ЗУ. Эти устройства более сложные и стоят дороже, чем модели первого типа. Обычно производители позиционируют их как профессиональные. Такое зарядное устройство для Ni─Cd аккумуляторов циклически проводит разряд-заряд с разным временным интервалом.

Устанавливается аккумулятор, выставляется режим и запускается работа. Индикатор даст сигнал об окончании зарядки. С помощью таких ЗУ можно не только выполнять заряд никель─кадмиевых аккумуляторов, но и поддерживать их в рабочем состоянии. В качестве примера можно привести широко распространённое универсальное зарядное устройство iMAX B6.

Никель─кадмиевые АКБ менее требовательны к характеристикам зарядного устройства, чем Ni-MH аккумуляторы. Но экономить на нём нельзя, поскольку дешевые устройства сокращают срок эксплуатации батарей. Теперь, давайте, разберёмся, как зарядить никель кадмиевый аккумулятор.

Аккумуляторы типа Ni-Cd (NiCd)

Изобретены в 1899-м году Вальдемаром Юнгнером (Waldemar Jungner) и получили широкое распространение в 1980-х годах после успешных экспериментов по наращиванию активного материала с увеличением ёмкости на 60%.

Никель-кадмиевые (NiCd) элементы питания остаются одними из самых прочных и устойчивых, что особенно актуально в таких ответственных отраслях, как авиастроение.

Плюсы:

  • Недорогие (самый дешевый тип аккумуляторов при пересчёте на цикл).
  • Высокая производительность нагрузки (способны отдавать большой ток).
  • Долгий срок службы (до 1000 циклов заряда/разряда).
  • Способны получать сверхбыструю зарядку (нужен контроль температуры и избыточного давления внутренних газов).
  • Длительный срок хранения (может храниться в разряженном состоянии, перед использованием необходимо активировать ).
  • Складирование и транспортировка безопасны (принимаются авиакомпаниями в качестве груза).
  • Эффективны при экстремальных температурах (от -50°C до +40°C, зарядка при температуре ниже 0°C).
  • «Гибкий» форм-фактор (широкие возможности создания в любых размерах и вариантах установки).

Минусы:

  • Меньше ёмкость и больше вес (по сравнению с альтернативными типами при тех же размерах).
  • «Эффект памяти» (необходимо полностью разряжать перед зарядкой).
  • Кадмий токсичен (металл со сложным и трудоёмким процессом утилизации ).
  • Высокая степень саморазряда (нужно заряжать после хранения, иначе теряется до 10% за первый месяц).
  • Периодически требуется «тренировка» аккумулятора (3-4 цикла заряда/разряда для восстановления).
  • Низкое напряжение со снижением от 1,5 (при первых 10%) до 1,2 В (требует много элементов для достижения высокого напряжения).

Принцип работы и устройство Ni-Cd аккумулятора

Электрическую энергию эти АКБ производят благодаря обратимому процессу взаимодействия кадмия (Cd) с оксидом-гидроксидом никеля (NiOOH) и водой, в результате которого образуется гидроксид никеля Ni(OH)2 и гидроксид кадмия Cd(OH)2, обуславливающий появление электродвижущей силы.

Ni-Cd АКБ выпускаются в герметичных корпусах, в которых размещены электроды, разделенные нейтральным сепаратором, содержащие никель и кадмий, находящиеся в растворе желеобразного щелочного электролита (как правило, гидроксид калия, KOH).

Положительный электрод представляет собой стальную сетку или фольгу, покрытую пастой оксид-гидроксида никеля, смешанную с проводящим материалом

Отрицательный электрод — это стальная сетка (фольга) с впрессованным пористым кадмием.

Один никель кадмиевый элемент способен выдавать напряжение около 1,2 вольта, поэтому для увеличения напряжения и мощности батарей в их конструкции применяется множество параллельно соединенных электродов, разделенных сепараторами.

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.

Где используются никель кадмиевые АКБ

Эти батареи применяются в устройствах, которые потребляют большой ток, а также испытывают высокие нагрузки при эксплуатации в следующих случаях:

  • на троллейбусах и трамваях;
  • на электрокарах;
  • на морском и речном транспорте;
  • в вертолетах и самолетах;
  • в электроинструментах (шуруповерты, дрели, электроотвертки и прочие);
  • электробритвы;
  • в военной технике;
  • переносных радиостанциях;
  • в игрушках на радиоуправлении;
  • в фонарях для дайвинга.

В настоящее время из-за ужесточения экологических требований большинство аккумуляторов популярных типоразмеров (AA, AAA и другие) выпускается по никель-металлогидридной и литий-ионной технологиям. Вместе с тем, в эксплуатации еще находится множество Ni Cd АКБ различных типоразмеров, выпущенных несколько лет назад.

Читайте также:  Использование энергии солнца на земле: способы применения и преимущества солнечных установок

Ni-Cd элементы имеют продолжительный срок эксплуатации, который порой превышает 10 лет и поэтому еще можно встретить этот вид батарей во множестве электронных устройств, кроме тех, которые перечислены выше.

Батареи

Процесс разряда и заряда Ni─Cd аккумуляторов

Процесс разряда никель─кадмиевых батарей

Для этого типа батарей (как впрочем, и для других) разрядные характеристики зависят от особенностей аккумуляторов, которые определяют его внутреннее сопротивление. Среди таких особенностей можно отметить структуру и толщину электродов. На разрядные характеристики влияют:

  • толщина сепаратора и его структура;
  • плотность сборки;
  • объём электролита;
  • некоторые характеристики конструкции.

При работе в условиях продолжительного разряда используются дисковые батарейки с прессованными электродами большой толщины. Для них разрядная кривая показывает постоянное медленное снижение напряжения до величины 1,1 вольта. Разрядная ёмкость в случае дальнейшего разряда до 1 вольта равна от 5 до 10 процентов от номинального значения. Особенностью этого типа батарей является существенно падение разрядной ёмкости и напряжения при увеличении тока до 0,2*С. Объяснение этому достаточно простое ─ невозможность разряда активной массы равномерно по всей электрода.

Дисковые Ni-Cd аккумуляторыДисковые Ni-Cd аккумуляторы

Если уменьшить толщину электродов и увеличить их количество до четырёх, то ток разряда для дискового аккумулятора может быть увеличен до величины 0,6*С.

Аккумуляторные батареи с электродами из металлокерамики имеют малое внутреннее сопротивление и высокие энергетические характеристики. На их разрядных характеристиках заметно меньшее падение напряжения. У этого типа аккумуляторов величина напряжения держится выше 1,2 вольта до отдачи 0,9 от номинальной ёмкости. При дальнейшем разряде и падении напряжения с 1,1 до 1 вольта отдаётся около 3 процентов номинальной ёмкости. Допускается разряжать этот тип аккумуляторов разрядными токами величиной до 3─5*С.

Ni─Cd аккумуляторы цилиндрической формы можно разряжать более высокими токами. В них используются рулонные электроды, что позволяет разряжать их максимальным током 7─10*С.

Цилиндрические Ni─Cd аккумуляторыЦилиндрические Ni─Cd аккумуляторы

На изображениях ниже можно видеть влияние тока разряда и температуры на значение разрядной ёмкости.
Разрядная характеристика никель─кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда

Разрядная характеристика никель─кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от температуры ОС

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от температуры ОС

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда при различных температурах

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда при различных температурах

Наибольшее значение ёмкости достигается при температуре 20 градусов Цельсия. Ёмкость практически не снижается, если увеличивать температуру. А вот при температуре ОС ниже ноля значение разрядной ёмкости падает пропорционально увеличению разрядного тока. Уменьшение ёмкости при низких температурах объясняется уменьшением разрядного напряжения щелочной аккумуляторной батареи из-за увеличения сопротивления.

Увеличение сопротивления объясняется ограниченным объёмом электролита в герметичной батарейке. Состав и концентрация электролита сильно отражаются на характеристиках. От них напрямую зависит температура образования твёрдой фазы. Это могут кристаллогидраты, лёд, соли и т. п. При замёрзшем электролите разряд вообще отсутствует. Работоспособность Ni─Cd в большинстве случае ограничена температурой минус 20 градусов Цельсия. В некоторых случаях при корректировке состава электролита и его концентрации производители выпускают модели Ni─Cd батарей работоспособных при минус 40.

Если у вас электроинструмент или электронный гаджет работает на металлогидридных батарейках, вам будет интересно прочитать о том, как восстановить Ni─MH аккумуляторы.

Процесс заряда никель─кадмиевых батарей

В процессе зарядки никель─кадмиевых аккумуляторов важным моментом является ограничение излишнего заряда. Это важный момент, поскольку при заряде никель─кадмиевых аккумуляторов внутри них растёт давление. В процессе зарядки выделяется кислород и постепенно снижается коэффициент использования тока. На графике ниже можно видеть зависимость разрядной ёмкости от скорости заряда. Данные приводятся для цилиндрических батарей.

Эффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости зарядкиЭффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости зарядки

Чтобы аккумулятор полностью зарядился, ему требуется сообщить до 160 процентов от номинальной ёмкости. Зарядка никель кадмиевых аккумуляторов должна вестись в интервале температур 0─40 С. Рекомендуемый интервал 10─30 С. При понижении температуры на отрицательном электроде снижается поглощение кислорода и растёт давление. В результате при сильном перезаряде из-за увеличения давления может открыться аварийный клапан. При увеличении температуры потенциал растёт и на положительном электроде очень рано выделяется кислород, что сокращает процесс зарядки в штатном режиме.

Если температура поддерживается стабильной, то на процесс заряда сильно влияет ток. Его увеличение вызывает рост скорости выделения кислорода. А скорость его поглощения при этом не меняется, поскольку зависит от особенностей конструкции аккумуляторной батареи. Влияние на газопоглощение оказывает компоновка, структура, толщина электродов, материал сепаратора, объем электролита.

В частности, чем плотность компоновки электродов больше и их толщина меньше, тем зарядка идёт с большей скоростью. Поэтому цилиндрические батареи заряжаются с большой скоростью. На кривых заряда можно заметить, что у таких моделей Ni─Cd аккумуляторов при токе 0,1─1С эффективность зарядки почти не меняется. Снижение тока заряда вызывает существенное уменьшение ёмкости, которую батарея отдаст при разряде.

Стандартный режим зарядки считается следующий. Никель─кадмиевый аккумулятор с напряжением 1 вольт заряжается примерно 14─16 часов током 0,1С. Детали процесса зарядки оговариваются производителями аккумуляторов. Они могут отличаться из-за особенностей конструкции или увеличенной закладки активной массы (это делается для наращивания ёмкости). Для Ni-Cd аккумуляторов может использоваться зарядка постоянным током в течение всего времени. А может использоваться схема ступенчатого или плавного снижения тока зарядки во время процесса. Это позволяет проводить длительную зарядку без риска повредить аккумулятор. При таких режимах ток зарядки на первой стадии может значительно превышать значение 0,1*С.

Часто есть необходимость в увеличении скорости зарядки. Производители решают эту проблему выпуском батарей, которые способны эффективно заряжаться большими токами. При этом используются различные системы контроля, охраняющие никель─кадмиевый аккумулятор от сильного перезаряда. Эти системы контроля могут содержать, как сами аккумуляторы, так и зарядное устройство для никель─кадмиевых аккумуляторов.

Для цилиндрических Ni-Cd аккумуляторов рекомендуется выполнять зарядку постоянным током величиной 0,2 С в течение 6─7 часов. Также используется режим током 0,3 С в течение 3─4 часов. В последнем случае контроль по времени заряда обязателен. Если ведётся ускоренный заряд, то перезаряд должен составлять до 120─140 процентов от ёмкости и не более. В этом случае Ni─Cd аккумулятор набирает разрядную ёмкость не меньше номинальной. Для работы в ускоренных режимах производители даже предлагают аккумуляторы, которые могут заряжаться за один час. В таком режиме используются различные средства контроля за температурой и напряжением, чтобы никель─кадмиевые батарейки не деградировали в результате резкого роста давления.

После того, как заряд прекращается давление внутри аккумуляторной батареи ещё продолжает расти, поскольку окисление гидроксильных ионов на оксидно─никелевых электродах продолжается. Постепенно скорость выделения кислорода на положительном электроде сравнивается с поглощением на отрицательном (кадмиевом) электроде. Поэтому давление в батарее постепенно понижается. Если был существенный перезаряд, то давление будет снижаться медленнее. Рекомендуем также прочитать о том, как заряжать Ni─MH аккумуляторы.

Режим заряда Ni─Cd аккумулятора

Давайте, суммируем, что нужно знать о режиме зарядки Ni─Cd аккумуляторов. Речь, естественно, о тех случаях, когда у вас есть возможность выставить параметры. Как вы уже поняли, при заряде никель─кадмиевого аккумулятора его напряжение растёт до определённого значения, а затем стабилизируется. Когда батарея полностью заряжается, то напряжение понижается. По этому падению зарядные устройства чаще всего отслеживают окончание заряда. Это падение напряжения ещё называется Delta Peak. Чем точнее отслеживается эта дельта, тем батарейка заряжается более качественно и не будет перезаряда.

Итак, рекомендуется следующий режим. Ток заряда до 2С (номинальная ёмкость батарейки). Если доступен, то выбирается вид импульса (Re-Flex, Flex, Normal). Delta Peak должна составлять 7─10 мВ на один элемент батареи. Ток подкачки (ещё называемый trickle) составляет 50─100 мА-ч.

Читайте также:  Установка Солнечных Батарей

Следует помнить, что нельзя допускать перегрев аккумулятора выше 50 градусов Цельсия. Для того, чтобы продлить срок службы Ni─Cd аккумулятора, то выставляйте Delta Peak по минимуму. Недозарядка составит примерно 50 мА-ч. Стоит отметить и ещё ряд деталей процесса зарядки. Советуем также прочитать материал о восстановлении и ремонте Ni─Cd аккумуляторов.

Для полноценного использования мощности аккумулятора его следует заряжать большим током зарядки. Если важно использовать его мощность по максимуму, то нужно заряжать в нормальном режиме малым током. Величина тока около 0,1С. При этом время заряда составит 14─16 часов. С помощью ступенчатой подачи тока можно зарядить Ni─Cd аккумуляторную батарею в ускоренном режиме. Для этого 10 процентов ёмкости батареи набирается током 1С, затем до 80 процентов током 1,5С, а остаток добивается током 0,5С.

Как восстановить Ni Cd аккумулятор

Никель кадмиевые источники питания в случае потери емкости можно практически полностью восстановить с помощью полного разряда (до 1 вольта на элемент) и последующего заряда в стандартном режиме. Такую тренировку аккумуляторов можно повторить несколько раз для наиболее полного восстановления их емкости.

В случае невозможности произвести восстановление АКБ путем разряда и заряда, можно попробовать их восстановить с помощью воздействия короткими токовыми импульсами (величиной в десятки раз больше емкости восстанавливаемого элемента) на протяжении нескольких секунд. Это воздействие устраняет внутреннее замыкание в элементах батареи, возникающее из-за нарастания дендритов путем их выжигания сильным током. Существуют специальные промышленные активаторы, которые осуществляют такое воздействие.

Полное восстановление первоначальной емкости таких батарей невозможно из-за необратимого изменения состава и свойств электролита, а также деградации пластин, но дает возможность продлить срок эксплуатации.

Методика восстановления в домашних условиях заключается в проведении следующих действий:

  • проводом сечением не менее 1,5 квадратных миллиметров соединяют минус восстанавливаемого элемента с катодом мощной батареи, например автомобильной или из UPS;
  • к аноду (плюсу) одной из батарей надежно прикрепляется второй провод;
  • на протяжении 3-4 секунд свободным концом второго провода быстро касаются свободной плюсовой клеммы (с частотой 2-3 касания в секунду). При этом необходимо не допускать приваривания проводов в месте соединения;
  • вольтметром производится проверка напряжения на восстанавливаемом источнике, при его отсутствии делается еще один восстановительный цикл;;
  • при появлении электродвижущей силы на АКБ, она ставиться на зарядку;

Кроме того, можно попытаться разрушить дендриты в АКБ путем их заморозки на 2-3 часа с последующим их резким отстукиванием. При замораживании дендриты становятся хрупкими и разрушаются от ударного воздействия, что теоретически может помочь избавиться от них.

Ni-Cd АКБ

Существуют и более экстремальные способы восстановления, связанные с добавлением дистиллированной воды в старые элементы путем высверливания их корпуса. Но полноценное обеспечение герметичности таких элементов в последующем очень проблематично. Поэтому не стоит экономить и подвергать здоровье риску отравления соединениями кадмия из-за выигрыша нескольких циклов работы.

Частые вопросы про никель-кадмиевые аккумуляторы

В заключение мы разберем вопросы, которые задают чаще всего.

Почему в шуруповертах и других электроинструментах их меняют на литиевые?

Литевые, хоть и дороже никель-кадмиевых аккумуляторов, но обладают лучшими характеристиками. Поэтому очень часто, после существенного снижения емкости, делают замену. Это достаточно легко.

Какой средний срок службы?

Зависит от типа, условий эксплуатации и других факторов. У качественных срок службы будет более 5 лет и не менее 1000 циклов.

Какой ГОСТ для никель-кадмиевых аккумуляторов?

ГОСТ Р МЭК 60285-2002.

Сколько заряжать по времени?

Это зависит от емкости и типа. Мнение есть разные, например, можно найти ответы в стиле «зарядный ток 1/10 от емкости» или «минимум 8 часов». Но на практике это зависит еще и от типа зарядного устройства. Лучше всего в данном случае читать рекомендации производителя.

Стоит ли заряжать перед длительным хранением?

Вы давно не использовали аккумулятор для шуруповерта? Эксперты рекомендуют следующее.

  • Никель-кадмиевые батареи перед хранением должны быть разряжены до такой степени, чтобы шуруповерт перестал работать на полную мощность. Для более длительного хранения следует провести 3-5 полных циклов зарядки/разрядки.
  • Никель-металлгидридные батареи имеют более высокую скорость саморазряда, чем предыдущие элементы. Эксперты советуют держать их заряженными, а после длительного перерыва заряжать в течение 24 часов. Емкость уменьшится после 200-300 циклов заряда-разряда. Для этого типа допустима частичная разрядка.
  • Литий-ионные батареи характеризуются полным отсутствием «эффекта памяти». Аккумулятор можно зарядить в любое время. Не рекомендуется разряжать их полностью, так как это может привести к деактивации защитных цепей. Оснащены специальными контроллерами, отключающими ячейку при высоких температурах для предотвращения перегрузки. Клетки можно поддерживать только на 50% мощности.

Что делать, если не идёт заряд?

Если аккумулятор не заряжается, могут возникнуть следующие причины

  1. Выход из строя зарядного устройства.
  2. Отсутствие контакта между батареей и зарядным устройством.
  3. Неисправный датчик безопасности.
  4. Остаточная мощность очень низкая.
  5. Повреждение отдельных элементов батареи.

Целостность зарядного устройства можно проверить с помощью вольтметра или другой батареи.

Аккумуляторы и зарядные устройства имеют 3 или более контактов. Дополнительные контакты обеспечивают подключение к датчику(ам) защиты, расположенному(ым) в аккумуляторе. В случае никелевых элементов это термовыключатель. Если температура батареи поднимается выше +40…+50°, термостат отключает зарядное устройство. Выключатель термостата должен находиться в закрытом положении. Если он всегда открыт, это свидетельствует о неисправности. Возможно короткое замыкание Т-контакта на минус батареи и зарядка без защиты от перегрева. Но вам нужно будет следить за температурой батареи и отсоединять ее, если температура выше +40o. Литиевые батареи могут иметь целую интегральную схему с множеством компонентов защиты. Контролируется не только температура элементов, но и степень заряда каждого элемента.

Если один элемент вышел из строя, об этом свидетельствует напряжение заряженной батареи. Аккумулятор должен быть заряжен до номинального напряжения, даже если он не имеет емкости. Если номинальное напряжение соответствует, то все элементы имеют определенную емкость и выдают напряжение, близкое к номинальному. Проведите тренировочные циклы: если емкость увеличивается, значит, батарея пригодна для регенерации. Продолжайте тренировочные циклы, пока время заряда и разряда не перестанет увеличиваться.

Когда напряжение заряженной батареи кратно 1 элементу, существует высокая вероятность выхода из строя отдельных элементов, из которых состоит батарея. Батарея разбирается, и каждый элемент проверяется. Дефектные элементы удаляются, а на их место впаиваются дефектные элементы. Из оставшихся исправных элементов можно собрать две неисправные батареи.

Изменения в никель-кадмиевом аккумуляторе в процессе эксплуатации

Работоспособность герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов при эксплуатации определяется главным образом постепенными изменениями, которые происходят в аккумуляторах при циклировании и приводят к неминуемому уменьшению разрядной емкости и напряжения.

Анализ данных об отказах герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов показывает, что при их эксплуатации накапливаются эффекты, связанные со следующими факторами:

  • потерей активных масс и перераспределением их на электродах;
  • понижением рабочей поверхности электродов;
  • протеканием процессов, связанных с необратимым потреблением кислорода и воды, а также распадом органических веществ (различных добавок);
  • изменением количества и состава электролита и его перераспределением внутри аккумулятора;
  • появлением утечек по проводникам 1-го рода в результате роста дендритов металлического кадмия.

Изменения в оксидно-никелевом электроде
В результате циклического изменения плотности активных масс оксидно-никелевого электрода при длительном циклировании аккумуляторов имеет место набухание положительного электрода и снижается его механическая прочность. Ухудшение контакта между основой оксидно-никелевого электрода и активной массой приводит к уменьшению электрической проводимости электрода и снижению емкости аккумулятора.

Снижение механической прочности оксидно-никелевого электрода происходит в большей степени при регулярных перезарядах, что связано с эффектами от процесса выделения кислорода в поровом пространстве оксидно-никелевого электрода. При этом в спеченных металлокерамических электродах эти изменения существенно меньше, чем в электродах прессованных.

Читайте также:  Солнечные трекеры

При циклировании аккумулятора отмечается также укрупнение кристаллической структуры активных масс оксидно-никелевого электрода, что влечет за собой уменьшение рабочей поверхности электрода и снижение емкости аккумулятора.

Изменения в кадмиевом электроде
Главным процессом на отрицательном кадмиевом электроде, определяющим его деградацию, является процесс миграции активной массы, которая после длительного циклирования обнаруживается и в сепараторе, и на поверхности положительного электрода. Результатом этого является не только некоторая потеря активных масс, но и блокировка пор в поверхностных слоях кадмиевого электрода, которая препятствует доступу электролита в глубь его и приводит к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора. Миграция активных масс и прорастание дендритных мостиков от отрицательного электрода через сепаратор вплоть до поверхности оксидно-никелевого электрода приводит к микро- коротким замыканиям разнополярных электродов. В итоге саморазряд аккумуляторов увеличивается.

В кадмиевом электроде, как и в оксидно-никелевом электроде, при циклировании аккумулятора имеют место рост крупных кристаллов и некоторое набухание активных масс.

Необратимые окислительно-восстановительные процессы
В герметичном Ni-Cd аккумуляторе могут протекать также и другие необратимые процессы, ограничивающие срок службы аккумулятора. Один из этих процессов связан с высоким окислительным потенциалом оксидно-никелевого электрода, с возможностью окисления на нем органических примесей, активирующих и стабилизирующих добавок, находящихся в аккумуляторе. Кроме того, металлокерамическая основа оксидно-никелевого электрода способна при циклировании медленно окисляться с потреблением воды и образованием гидроксида никеля Ni(OH)2.

Повышение давления в герметичном аккумуляторе
При понижении емкости отрицательного электрода изменяется соотношение емкостей положительных и отрицательных электродов. В результате при перезаряде увеличивается риск начала процесса выделения водорода. Водород при низкой скорости его рекомбинации может накапливаться в аккумуляторе от цикла к циклу и создать угрозу быстрого увеличения давления (в особенности при быстрых зарядах). У аккумуляторов дисковых и призматических при постоянно повышенном давлении деформация корпуса (еще до нарушения герметичности аккумулятора) приводит к снижению плотности сборки аккумуляторов, увеличению сопротивления аккумуляторов и уменьшению разрядного напряжения.

Водород накапливается в аккумуляторе также и при регулярных переразрядах ниже 0 В. Следует учитывать также, что в аккумуляторе присутствует и азот, который попадает в него при герметизации. Парциальное давление азота в процессе циклирования немного возрастает за счет восстановления примесей нитратов, содержащихся в электролите.

Герметичные щелочные аккумуляторы оснащены аварийным клапаном для сброса излишнего давления газа. Но их эксплуатация не предусматривает неоднократного вскрытия клапана, так как это приводит к необратимой потери баланса состава химического элемента.

Изменения состава и количества электролита 
При эксплуатации аккумуляторов из-за набухания электродов и изменения их пористой структуры происходит отсасывание электролита из сепаратора. Поэтому с наработкой внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается.

Изменяется и состав электролита. Количество карбонатов с наработкой может значительно возрасти по сравнению с изначальным состоянием. Электропроводность электролита при этом уменьшается, и характеристики аккумуляторов при разряде короткими режимами ухудшаются при всех температурах, но особенно заметно при низких.

Влияние режимов эксплуатации и температуры на скорость процессов деградации аккумуляторов при циклировании

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. Влияние температуры повышается с увеличением зарядных токов из-за разогрева аккумуляторов при перезаряде.

При низких температурах относительное понижение емкости кадмиевого электрода при длительном циклировании больше, чем уменьшение емкости оксидно-никелевого электрода, что следует учитывать при работе источника тока в северных широтах. В этом случае при заряде увеличивается опасность выделения водорода.

На срок службы аккумуляторов сильное воздействие оказывает режим эксплуатации: режим и глубина разряда, режим заряда, длительность паузы между зарядом и разрядом при непрерывном циклировании, периоды эксплуатации и хранения. На рисунке 6 показано изменение величины наработки в циклах цилиндрических аккумуляторов стандартной серии в зависимости от глубины разряда.

В заключение следует отметить также довольно хорошую устойчивость Ni-Cd аккумуляторов к случайным переразрядам. В этом случае в аккумуляторе выделяется водород, рекомбинация которого очень низка, но при нечастых переразрядах его количество не приводит к разгерметизации, а напряжение аккумулятора при снятии поляризации восстанавливается.

Работоспособность аккумуляторов в режиме постоянного подзаряда
В режиме непрерывного подзаряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов обычно обеспечивают ток порядка 0,03-0,05 Сн. Срок эксплуатации при таком режиме зависит как от тока подзаряда, так и от температуры окружающей среды. При повышенной температуре выделение кислорода увеличивается, и это приводит к ускорению деградационных реакций в аккумуляторе.

Для работы в режиме непрерывного подзаряда при температуре в помещении до +50-55 °С многие компании разработали особые серии цилиндрических аккумуляторов с рулонным пакетом электродов, которые имеют гарантированный срок службы не менее 4 лет. В этих аккумуляторах скорректирован состав электролита и предприняты меры к ускорению процесса газопоглощения.

При первом разряде после продолжительного подзаряда емкость аккумулятора как правило несколько ниже, чем у свежезаряженных аккумуляторов, но после нескольких циклов она быстро восстанавливается до прежнего уровня.

Отличие Ni-Cd от Li-Ion или Ni-Mh источников

Батареи с активными компонентами, включающими никель и кадмий, имеют ряд отличий от более современных литий-ионных и никель-металлогидридных источников электроэнергии:

  • Ni-Cd элементы, в отличие от Li-Ion и Ni-Mh вариантов, имеют эффект памяти, обладают меньшей удельной емкостью при одинаковых размерах;
  • NiCd источники более неприхотливы, сохраняют работоспособность при очень низких температурах, во много раз более устойчивы к перезаряду и сильному разряду;
  • Li-Ion и Ni-Mh аккумуляторы стоят дороже, бояться перезаряда и сильного разряда, но имеют меньший саморазряд;
  • срок эксплуатации и хранения Li-Ion аккумуляторов (2-3 года) в разы меньше, чем Ni Cd изделий (8-10 лет);
  • никель-кадмиевые источники быстро теряют емкость при использовании в буферном режиме (например, в UPS). Хотя их можно после этого полностью восстановить путем глубокого разряда и заряда, лучше не использовать Ni Cd изделия в устройствах, где осуществляется их постоянная подзарядка;
  • одинаковость режима заряда Ni-Cd и Ni-Mh батарей позволяет использовать одни и те же зарядные устройства, но при этом нужно учитывать тот факт, что у никель-кадмиевых АКБ более выражен эффект памяти.

Исходя из имеющихся отличий, нельзя сделать однозначный вывод о том, какие АКБ лучше, поскольку у всех элементов есть и сильные и слабые стороны.

Ni Cd аккумуляторы-как заряжать, режимы зарядки

Есть ли особые требования для хранения Ni-Cd и Ni-Mh?

Когда нужно максимально сберечь штатные характеристики аккумуляторов обоих типов, следует придерживаться некоторых рекомендаций от производителей. Их мы выделили в этот список.

  1. В сухом прохладном месте (при высоких температурах усиливается саморазряд).
  2. С любым промежуточным процентом заряда (кроме полного разряда или полного заряда).
  3. Оптимально зарядить до уровня 40%-60%.
  4. В процессе хранения 1 раз в 3 месяца дозарядите (иначе саморазряд сократит процент).
  5. Храните NiCd и NiMh не дольше 5 лет.
  6. Перед началом эксплуатации после длительного хранения активируйте (полностью разрядите и зарядите).

Утилизация

Вредные вещества, содержащиеся в одной батарее АА, способны загрязнить около 20 квадратных метров территории. Для безопасной утилизации Ni Cd аккумуляторов, их нужно сдавать в пункты переработки, откуда их переправляют на заводы, где их должны разрушать в специальных герметизированных печах, оборудованных фильтрами, улавливающими токсичные вещества.

Источники
  • https://IstochnikiPitaniy.ru/akkumulyatory/batarei/ni-cd.html
  • https://akbinfo.ru/shhelochnye/ni-cd-akkumuljatory-kak-zarjazhat-parametry-i-zarjadnye-ustrojstva.html
  • https://dzen.ru/a/Xv94hEmW4SZrxD6x
  • https://3batareiki.ru/akkumulyatory/kak-zaryazhat-ni-cd-akkumulyator-raznovidnosti-zaryadnyh-ustrojstv-protsess-zaryada-i-razryadki
  • https://tze1.ru/articles/detail/vse-o-nikel-kadmievykh-akkumulyatorakh/
  • https://vw-guide.ru/akb/kak-zaryazhat-i-hranit-ni-sd-akkumulyatory-plyusy-i-minusy/
  • https://lab-akb.ru/infoakb/post/nikel-kadmiyevyye-ni-cd-akkumulyatory

Как вам статья?

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
AKBBlog.ru - справочник по аккумуляторам и альтернативной энергии