На современном рынке химических источников постоянного тока многоразового использования наиболее распространенными являются аккумуляторы следующих шести типов:
-
Свинцово-кислотные аккумуляторы;
-
Никель-кадмиевые аккумуляторы;
-
Никель-металл-гидридные аккумуляторы;
-
Никель-цинковые аккумуляторы;
-
Литий-ионные аккумуляторы;
-
Литий-полимерные аккумуляторы;
У многих нередко возникает вполне резонный вопрос, как же правильно заряжать тот или иной аккумулятор, чтобы не испортить его раньше времени, чтобы продлить до максимально возможного срок его службы, и вместе с тем получить высокое качество его работы? Данная статья поможет получить ответ на этот вопрос применительно к разным типам аккумуляторов из наиболее распространенных сегодня.
Наиболее безопасным, традиционным способом зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей является зарядка постоянным током, когда его значение в амперах не превышает 10% (0,1С) от значения емкости батареи в ампер-часах.
Несмотря на эту традицию, некоторые производители сами указывают точное значение максимально допустимого зарядного тока для конкретной батареи, и этот показатель в амперах часто доходит до 20-30% (0,2С-0,3С) от значения емкости батареи в ампер-часах. Так, если аккумуляторная батарея имеет емкость 55 ампер-часов, то начальный зарядный ток в 5,5 ампер – наиболее безопасное решение.
При этом следует помнить, что напряжение одной ячейки свинцово-кислотного аккумулятора не должно превышать 2,3 вольта, поэтому при зарядке постоянным током нужно следить за напряжением, например, батарея на 12 вольт состоит из 6 аккумуляторных ячеек, значит, общее напряжение в конце процесса зарядки батареи не должно превысить 13,8 вольт.
К примеру, если свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 100 ампер-часов заряжали постоянным током в 20 ампер, то через 6-7 часов такой зарядки, 90% его емкости уже будет заряжено, далее следует установить режим постоянного напряжения, и через 17 часов зарядка будет полностью завершена.
Почему так долго? Потому что ток будет падать, а напряжение будет медленно, по экспоненте, приближаться к заданному значению в 13,8 вольт. Безопасно заряженный таким способом аккумулятор надежен как для буферного режима эксплуатации, так и для цикличного.
Есть еще один способ зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов, который подходит для цикличных режимов их эксплуатации. Этот способ позволяет зарядить аккумулятор за 6 часов.
Сила зарядного тока устанавливается на значение 20% от значения емкости батареи в ампер-часах, а напряжение - на 14,5 вольт (для батареи с номинальным напряжением 12 вольт), и так батарея заряжается в течение 5-6 часов, затем зарядное устройство отключается.
Справедливости ради стоит отметить, что современные качественные специализированные зарядные устройства попросту не допустят критических ситуаций в процессе зарядки.
Никель-кадмиевые аккумуляторы нужно заряжать с осторожностью, опасаясь перезаряда в самом конце, поскольку в процессе заряда положительного оксидно-никелевого электрода постепенно усиливается выделение кислорода, а коэффициент использования тока постепенно при этом снижается. Так, процесс заряда никель-кадмиевого аккумулятора сопровождается повышением его внутреннего давления.
Лучше всего производить зарядку никель-кадмиевых аккумуляторов при температуре от +10 до +30 градусов, поскольку при этом кислород поглощается отрицательным кадмиевом электродом с оптимальной скоростью.
Для цилиндрических аккумуляторов рулонного типа допустима скоростная зарядка, поскольку электроды там плотно собраны, однако эффективность их заряда в промежутке зарядных токов от 0,1С до 1С почти не меняется. В стандартном же для никель-кадмиевых аккумуляторов зарядном режиме, за 16 часов происходит полная зарядка элемента от 1 вольта до 1,35 вольт при силе тока 0,1С, а в некоторых случаях достаточно 14 часов.
Для ускорения заряда некоторых современных никель-кадмиевых аккумуляторов можно применить повышенный ток постоянной величины, однако в этом случае требуется особая система контроля, не допускающая перезаряда.
В основном, никель-кадмиевые аккумуляторы можно безопасно заряжать постоянным током 0,2С-0,3С за время от 6 до 3 часов, при этом лишь важно следить за временем заряда. Здесь даже допустим перезаряд до 120-140%, тогда разрядная емкость будет близка к номиналу аккумулятора.
Для никель-кадмиевых аккумуляторов свойственен эффект памяти, поэтому заряжать следует лишь полностью разряженный аккумулятор, иначе, из-за образовавшегося в результате недоразряда, лишнего двойного электрического слоя, батарея не сможет эффективно отдавать заряд полностью. Хранить никель-кадмиевые аккумуляторы нужно в полностью разряженном состоянии. Для зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов также как и для других типов выпускаются специальные зарядные устройства.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы были разработаны для замены никель-кадмиевых аккумуляторов. Они при тех же габаритах имеют на 20% большую емкость, и избавлены от эффекта памяти, поэтому их можно дозаряжать в любом состоянии. Однако, если никель-металл-гидридный аккумулятор хранился частично разряженным более 30 дней, то перед использованием его необходимо сначала полностью разрядить, и лишь потом снова полностью заряжать.
Хранить никель-металл-гидридные аккумуляторы нужно именно в частично заряженном состоянии, примерно на 40% от его номинальной емкости. Новые аккумуляторы, перед зарядкой для использования, полезно потренировать, полностью разрядив и зарядив их 4-5 раз, тогда рабочая емкость аккумуляторов будет больше, чем без такой тренировки.
Условия зарядки аналогичны никель-кадмиевым – при токе 0,1С, зарядка будет длиться от 15 до 16 часов по времени, эти рекомендации стандартны у всех производителей никель-металл-гидридных аккумуляторов; как и никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные аккумуляторы чувствительны к перегреву, и нагрева выше 50 градусов допускать не следует.
Зарядка аккумуляторов этого типа производится постоянным током при напряжении от 1,4 до 1,6 вольт на аккумуляторную ячейку, а полностью разряженным считается аккумулятор с напряжением 0,9 вольт, дальнейший разряд будет вреден аккумулятору.
Когда никель-металл-гидридный аккумулятор заряжен почти полностью, он начинает греться сильней, поскольку энергия источника уже не идет на поддержание химической реакции заряда, и если зарядный ток достаточно высок, то и температура аккумулятора по завершении процесса зарядки начинает резко расти. Так, установив датчик температуры, можно следить за степенью зарядки, при этом максимально допустима температура не более +60 градусов. Для зарядки никель-металл-гидридных аккумуляторов продаются специализированные зарядные устройства.
Никель-цинковый аккумулятор обладает номинальным напряжением 1,6 вольт, то есть для зарядки нужно подать на него 1,9 вольт, при силе тока 0,25С. Он может быть полностью заряжен за 12 часов специальным зарядным устройством, причем из любого состояния. У него отсутствует эффект памяти, однако для продления срока службы, увеличения количества рабочих циклов никель-цинкового аккумулятора, следует заряжать его лишь до 90% емкости.
В остальном он похож на никель-металл-гидридный аккумулятор, но напряжение разряда здесь составляет 1,2 вольта, а количество рабочих циклов в три раза меньше. Максимально допустимая температура +40 градусов.
Литий-ионные аккумуляторы обычно заряжают сначала при постоянном токе от 0,2С до 1С при напряжении от 4 до 4,2 вольта в течение 40 минут, а затем постоянным напряжением 4,2 вольта на один элемент. Если зарядка осуществляется током 1С, то время полной зарядки литий-ионного аккумулятора составит всего 2-3 часа.
Если зарядное напряжение превысит 4,2 вольта, то ресурс литий-ионного аккумулятора снизится. Кроме того, литий-ионным аккумуляторам крайне не желателен перезаряд, т.к. это приводит к тому, что на отрицательном электроде осаждается металлический литий, а на аноде активно выделяется кислород, в результате чего может произойти тепловой разгон, повышение давления внутри корпуса аккумулятора, и это может привести к разгерметизации.
Таким образом, безопасным и правильным будет такой процесс заряда литий-ионного аккумулятора, при котором напряжение не превысит рекомендованное производителем аккумулятора значение.
В некоторых литий-ионных батареях присутствуют схемы защиты, предохраняющие литий-ионный элемент от перезаряда, защита срабатывает когда температура аккумулятора достигает значения +90 градусов. Некоторые батареи имеют встроенный механический выключатель, реагирующий на превышение давления внутри корпуса аккумулятора.
Часто встроенная в литий-ионный аккумулятор система контроля отслеживает значение входного зарядного напряжения, и при попадании значения в разрешенный диапазон, стартует процесс зарядки; если напряжение отсечки превышено или ниже нижнего допустимого значения, то зарядка просто не начнется.
Несмотря на это, следует с осторожностью относиться к процессу зарядки литий-ионных батарей, следить за напряжением и током. Вообще, каждый прибор, использующий литий-ионный аккумулятор, зачастую снабжен встроенным зарядным устройством, или комплектуется внешним зарядным устройством.
Литий-полимерные аккумуляторы не отличаются по способу зарядки от литий-ионных аккумуляторов. Разница лишь в том, что литий-полимерный аккумулятор содержит электролит не жидкий, а гелеобразный, и даже при перезаряде или перегреве не взрывается, как это происходит с литий-ионным собратом, а только вздувается. Это объясняет тенденцию к вытеснению с рынка литий-ионных аккумуляторов литий-полимерными.
Читайте также по этой теме: Как устроены и работают аккумумляторы
Андрей Повный