Перезаряжаемые химические источники тока (аккумуляторы) любого типа достаточно дороги, поэтому естественно желание их владельцев максимально увеличить срок их службы. А зависит этот период, большей частью, от правильной эксплуатации элементов, включая правильный режим зарядки и разрядки. Это в полной мере относится и к никель-кадмиевым аккумуляторам.
Особенности и характеристики никель кадмиевых батарей
Ni-Cd элементы относятся к классу щелочных аккумуляторов и разработаны более 100 лет назад. Но устаревшими они считаются по другим причинам. Уже давно выпускаются аккумуляторы, значительно превосходящие никель-кадмиевые по энергоёмкости (это означает меньшие массогабаритные характеристики при той же ёмкости). К недостаткам описываемой категории источников относят и наличие в них значительного количества токсичного кадмия, что создает проблему с утилизацией отработавших свой срок элементов. Главным же недостатком Ni-Cd источников является характерный для них «эффект памяти». Это означает, что, если аккумулятор начать заряжать, не разрядив до предела, который принят за нулевой, элемент «запоминает» новый уровень, как начальный. Это ведет к снижению ёмкости (впрочем, обратимому). К минусам относят и высокую склонность к саморазряду.
Все это, казалось бы, должно полностью вытеснить данный тип автономных источников тока с рынка, однако никель-кадмиевые батареи сохранили за собой достаточный сегмент даже на фоне триумфального шествия литий-ионных элементов. Причиной тому достоинства, позволившие занять свой сектор:
- Хорошая работа (без потерь емкости) в условиях низких температур.
- Толерантность к высоким токам заряда, позволяющая сократить время пополнения энергии без существенного снижения срока службы.
- Устойчивость к большим разрядным токам.
В тех областях техники, где требуются подобные характеристики, замены Ni-Cd батареям пока нет.
Толерантность к высоким зарядным токам имеет обратную сторону – никель-кадмиевый аккумулятор нельзя подзаряжать маленькими токами, он от этого теряет емкость. Поэтому такие элементы малопригодны для работы в буферном режиме.
Принципы зарядки и проверки Ni-Cd аккумуляторов
Для нормальной эксплуатации Ni-Cd элементов следует знать цифры:
- номинальное напряжение полностью заряженного элемента составляет 1,2 вольта, наибольшее – 1,37 вольта;
- стандартный ток зарядки – 0,1С;
- минимальное напряжение составляет 0,9..1 вольт.
Если напряжение падает ниже указанного, это означает режим глубокого разряда.
Рекомендации по выбору оптимального зарядного устройства
Обычный режим пополнения энергии Ni-Cd элементов – подзаряд постоянным током. Величина тока выбирается по фактической емкости. Выбирать зарядное устройство надо в первую очередь так, чтобы оно обеспечивало выбранный уровень тока – чем выше ёмкость элементов, которые предстоит перезаряжать, тем выше должен быть ток (с учетом возможного ускорения процесса).
Определенную проблему представляет контроль окончания процедуры, чтобы исключить перезаряд. Самое простое зарядное устройство включается и выключается вручную. Делать это можно по времени, вычислив его по формуле t=1.4*С/Iзар, но проблема в том, что в формулу входят две величины, которые невозможно знать точно:
- реальная емкость С, которая постепенно снижается по мере деградации батареи (для ее точного определения надо проводить контрольный цикл с полным разрядом и зарядом);
- коэффициент K=1.4, который тоже достаточно приблизителен и зависит от многих факторов.
Поэтому более правильным является контроль по напряжению. Как только выходной уровень одного элемента достигнет 1,37 вольта, процесс пора завершать.
Очень неплохо во время подзаряда контролировать температуру. Если она повысится примерно до 45..50 градусов, процедуру надо прекратить.
Наиболее же достоверный признак окончания подзаряда никель-кадмиевого элемента – наличие ΔV. Это означает, что в конце процесса, когда аккумулятор полностью зарядился, напряжение на его выводах уменьшается на 0,015..0,03 вольта на один элемент. Этот «клевок» невелик, но ярко выражен. Проблема в технической реализации его обнаружения – ЗУ с простейшей схемотехникой определять наличие ΔV не под силу.
Отсюда требования к зарядному устройству для Ni-Cd систем:
- в идеальном варианте это должно быть устройство с обнаружением ΔV, но лишним не будет контроль температуры и таймер ограничения по времени (такие ЗУ обычно самые дорогие);
- несколько менее эффективны ЗУ с автоматическим контролем по напряжению;
- более простые зарядники должны иметь хотя бы контроль отключения по времени (данном виде контроля лучше установить таймер на время, несколько меньшее расчетного).
Кроме того, хорошее зарядное устройство должно иметь импульсный режим подзаряда. Этим устраняются последствия «эффекта памяти» и восстанавливается (хотя бы частично) ёмкость аккумулятора. Еще лучше, если ЗУ имеет режим проведения КТЦ.
Зарядное устройство, реализующее выбранную функцию контроля, можно приобрести в магазинах, через интернет или изготовить самостоятельно. Схему можно найти в литературе или в Сети.
Правила эксплуатации для продления срока службы
Самое неприятное явление, с которым может столкнуться пользователь в процессе эксплуатации никель-кадмиевых батарей, это упомянутый эффект памяти. Он серьезно влияет на срок эксплуатации, поэтому надо отслеживать уровень остаточного заряда, и пополнять запас энергии аккумуляторов только после его полного разряда до уровня 0,9..1 вольт.
Если ёмкость Ni-Cd аккумулятора значительно уменьшилась вследствие эффекта памяти, помогут специальные зарядные устройства, обеспечивающие режим, устраняющий это явление. Такое устройство можно купить или собрать самостоятельно.
При достижении разрядки АКБ главное – не перестараться. Батарея боится глубокого разряда, и если его достичь, то аккумулятор придется утилизировать. Различные народные способы восстановления в такой ситуации эффекта приносят мало, да еще могут быть опасными.
Глубокого разряда можно достичь и непроизвольно – во время хранения вследствие явления саморазряда. Один из недостатков Ni-Cd элементов – высокая склонность к этому эффекту. Поэтому перед хранением аккумулятор надо хотя бы частично зарядить, например, до 50% емкости. Можно зарядить и полностью – никакого вреда от этого не будет. Подход простой – чем дольше предполагаемое время хранения, тем до большего уровня надо заряжать элемент.
Не будет лишним периодически проверять на остаточный заряд и подзаряжать аккумуляторы, хранящиеся в резерве.
В целом же даже неглубокий разряд сокращает срок службы батареи. Оптимальный режим – подзаряжать батарею как можно чаще.
После выхода из режима хранения рекомендуется провести два-три контрольно-тренировочных цикла с полным разрядом элемента и зарядом до 100%. В некоторых случаях (но не во всех) КТЦ помогает восстановить ёмкость элемента. Если даже ёмкость не восстановится, проведение КТЦ, как минимум, позволит узнать ее фактическое значение.
Помимо разряда, данный вид аккумуляторов боится и перезаряда (хотя это в определенной степени зависит от конструкции элемента). Поэтому при пополнении энергии от простейших зарядных устройств без автоматического управления, надо постоянно контролировать состояние батареи и вовремя прерывать процедуру.
Еще надо учесть, что никель-кадмиевые батареи чувствительны к перегреву. Этот момент надо учитывать как при хранении (при выборе места с подходящим микроклиматом), так и во время эксплуатации.
Видео: Итог восстановления Ni-Cd аккумуляторов.
Когда нужно приобретать новый АКБ
На предприятиях, где никель-кадмиевые элементы применяются в больших количествах, обычно определяются критерии, при достижении которых аккумулятор выгоднее утилизировать, чем продолжать его эксплуатацию. Это может быть, например, падение ёмкости до 80% от номинала и т.д.
В домашних условиях таких критериев, конечно, нет. Подход здесь простой – если остаточная емкость элемента становится настолько низкой, что перестает устраивать владельца (например, время работы аккумуляторного шуруповерта от одной зарядки становится неудобно низким), аккумулятор отбраковывается.
Предложенные меры по правильной зарядке никель-кадмиевых аккумуляторов могут показаться излишне сложными и дорогими. Но только полное их соблюдение поможет увеличить срок службы батарей, а затраты на приобретение и оптимальной эксплуатации окупятся увеличением интервала между заменами элементов.
