Зарядка аккумуляторов никель-кадмиевой электрохимической системы
- Категория: Поддержка по зарядным устройствам
- Опубликовано 07.05.2016 13:21
- Автор: Abramova Olesya
- 1. Обнаружение полного заряда с помощью температуры
- 2. Обнаружение полного заряда с помощью напряжения
- 3. Зарядка затопленных никель-кадмиевых аккумуляторов
Производители рекомендуют заряжать новые аккумуляторы медленно, в течение 16-24 часов непосредственно перед использованием. Медленная зарядка позволяет равномерно зарядить все элементы аккумулятора. Это важно потому, что каждый элемент никель-кадмиевого аккумулятора может иметь свою собственную скорость саморазряда. Кроме того, при длительном хранении электролит имеет тенденцию оседать на дно элемента, и первоначальная медленная зарядка помогает устранять сухие пятна на сепараторе. (Смотрите BU-803c: Потери электролита).
Поставляемые новые аккумуляторы на основе свинца и никеля требуют первоначального обслуживания. Оно заключается в нескольких циклах полной зарядки/разрядки, после которых аккумуляторы достигнут оптимальных значений производительности. Эти манипуляции являются частью нормальной эксплуатации; также их можно провести не вручную, а используя возможности специального устройства - аккумуляторного анализатора. Известно, что аккумуляторным батареям необходимы 5-7 циклов зарядки/разрядки для приобретения заявленных характеристик (некоторым моделям для этого нужно около 50-100 циклов). Наилучшие свои показатели аккумулятор показывает в диапазоне 100-300 циклов, после чего его производительность начинает постепенно ухудшаться.
Большинство перезаряжаемых электрических элементов имеют в составе предохранительный клапан, который сбрасывает избыточное давление, возникающее вследствие неправильной зарядки. Клапан NiCd элементов срабатывает при давлении 1000-1400 кПа. Сброс давления не вызывает какого-либо повреждения элемента, но тем не менее, при каждом таком сбросе теряется небольшая часть электролита, и клапан может начать подтекать. Об этом будет свидетельствовать формирование на клапане налета из белого порошка. Постоянное срабатывание клапана в конечном итоге приведет к высыханию электролита, поэтому желательно не доводить аккумулятор до состояния повышенного внутреннего давления.
1. Обнаружение полного заряда с помощью температуры
Обнаружение полного заряда герметичных никелевых аккумуляторов является несколько более сложным, чем у свинцово-кислотных или литий-ионных. Недорогие зарядные устройства часто руководствуются измерением температуры для фиксации окончания быстрой зарядки, но этот метод несет в себе некоторые недостатки. Ядро элемента имеет температуру на несколько градусов большую, чем измеряемая температура внешней оболочки, и это может послужить причиной перезаряда. Производители зарядных устройств используют температуру отсечки 50°С. Хотя любое длительное влияние температуры выше 45°С вредно для аккумулятора, кратковременное воздействие допустимо.
Продвинутые зарядные устройства в отличие от простых полагаются не на просто достижение аккумулятором некоторого порогового значения температуры, в расчет берется повышение температуры в течение всего зарядного процесса - такой метод известен как отношение дельты температуры к дельте времени, или просто dT/dt. Вместо того, чтобы ожидать значения абсолютной температуры, этот метод использует быстрое ее повышение в конце зарядки. Этот дельта температурный метод зарядки позволяет держать аккумуляторы более холодными, чем при методе фиксированной температурной отсечки, но ток зарядки должен быть достаточно сильным, чтобы вызывать фиксируемое повышение температуры. Окончание зарядки происходит при скорости повышения температуры 1°С в минуту. Если аккумулятор не может достичь этой скорости, установленная абсолютная температура отсечки 60°С принудительно прекращает зарядку.
Зарядные устройства, использующие температурные показатели, могут привести к нежелательному вредному перезаряду в случае необходимости извлечения и переподключения аккумулятора. К примеру, такая ситуация может возникнуть в транспортных средствах. Повторное подключение инициирует новый цикл зарядки, который приведет к повторному нагреву аккумулятора.
Литий-ионная электрохимическая система имеет преимущество в том, что состоянием заряда управляет напряжение. Повторное подключение полностью заряженного литий-ионного аккумулятора к зарядному устройству сразу же обнаружит пороговое напряжение полного заряда, ток упадет и зарядное устройство вскоре отключится без необходимости анализа температуры.
Зарядные устройства Blue Power (Голландия)
| Blue Power IP20 | Blue Power IP65 | Blue Power IP67 |
 |
 |
 |
| 12/24В, 15-40А | 12/24В, 5-40А | 12/24В, 5-15А |
| Профессиональные портативные зарядные устройства для транспорта и энергетики с интеллектуальным адаптивным алгоритмом заряда. Также могут применяться как источники питания. | ||
2. Обнаружение полного заряда с помощью напряжения
Продвинутые зарядные устройства могут прекращать зарядный процесс при определенных изменениях в напряжении аккумулятора. Этот метод обеспечивает более точное обнаружение полного заряда в сравнении с температурными методами. Зарядное устройство фиксирует некоторое падение напряжения которое происходит при достижении аккумулятором полного заряда. Этот метод называется “минус дельта ВЭ” или “дельта пик” или -dV.
“Дельта пик” является рекомендуемым методом обнаружения полного заряда для зарядных устройств, применяющих скорость заряда 0,3С и выше. Он обладает быстрым временем отклика и хорошо работает с частично или полностью заряженными аккумуляторами. При подключении полностью заряженного аккумулятора напряжение на клеммах быстро повышается, а потом резко падает, приводя к индикации полного заряда. Такая зарядка длится всего несколько минут и аккумулятор остается холодным. Зарядные устройства с методом -dV, как правило, реагируют на падение напряжения значением 5 мВ на элемент.
Для достижения надежной фиксации изменения напряжения скорость зарядки должна быть 0,5С и выше. При более медленных скоростях происходит менее рельефное падение напряжения, особенно, если элементы не соответствуют друг другу и каждый из них достигает полного заряда в разный момент времени. Для обеспечения более надежного обнаружения полного заряда большинство зарядных устройств с -dV также используют плату детекции напряжения, которая прерывает заряд, если напряжение остается в одном значении в течение заданного времени. Такие зарядные устройства обычно также имеют функцию детекции дельта температуры, абсолютной температуры и таймер отключения.
Чем выше скорость зарядки, тем она эффективнее. При скорости 1С эффективность стандартного NiCd составляет 91 процент, а время - около часа (66 минут для 91%). При медленной зарядке эффективность падает до 71 процента, увеличивая время до 14 часов при 0,1С.
При заполнении первых 70 процентов заряда аккумулятора, КПД NiCd близок к 100 процентам. Аккумулятор поглощает почти всю энергии, тепловые потери отсутствуют. Никель-кадмиевые аккумуляторы, оптимизированные под быструю зарядку, могут быть заряжены токами, в несколько раз превышающими их емкость, без значительного выделения тепла. В действительности, только никель-кадмиевая электрохимическая система может быть подвергнута ультрабыстрой зарядке с минимальных стрессом. Элементы, оптимизированные под ультрабыструю зарядку, заряжаются до 70 процентов всего за несколько минут.
Зарядные устройства Victron Energy (Голландия)
| Phoenix Charger | Skylla-i | Skylla-TG |
 |
 |
 |
| 12/24В, 16-200А | 24В, 80-500А | 24/48В, 30-500А |
| Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления. | ||
На рисунке 1 показана зависимость напряжения элемента, давления и температуры от степени заряда. Все идет хорошо примерно до 70 процентов заряда, после чего эффективность зарядки падает. В элементах начинает происходить газообразование, быстро повышается температура. Некоторые зарядные устройства даже снижают скорость заряда после 70 процентов для уменьшения стресса аккумулятора.
Рисунок 1: Зарядные характеристики NiCd элемента. Эффективность зарядки высока до 70 процентов, после чего идет проседание характеристик. Никель-металл-гидридная электрохимическая система имеет схожее поведение. Эффективность зарядки подразумевает способность аккумулятора принимать заряд и имеет сходство с кулоновской эффективностью.
Никель-кадмиевые аккумуляторы с ультравысокой емкостью, как правило, нагреваются больше стандартных в случае зарядки скоростью 1С и больше, отчасти это вызвано большим внутренним сопротивлением. Применение высокого тока на начальном этапе зарядки с дальнейшим его уменьшением по мере заряда аккумулятора, является рекомендуемым методом быстрой зарядки для этих более хрупких версий. (Смотрите BU-208: Производительность циклического режима работы).
Перемежая разрядные импульсы с импульсами зарядки, можно улучшить восприимчивость к зарядке аккумуляторов на основе никеля. Такой метод называют “обратной нагрузкой”, и его использование помогает процессу рекомбинации газов, образующихся во время зарядки. Как результат, аккумулятор остается более холодным и получает более эффективный заряд в сравнении с методами обычных зарядных устройств постоянного тока. Также есть информация, что этот метод препятствует “эффекту памяти”, так как зарядка производится импульсным током. (Смотрите BU-807: Как восстановить аккумулятор на основе никеля). В то время как импульсная зарядка представляется весьма интересной в отношении никель-кадмиевой и никель-металл-гидридной электрохимической системы, для других типов систем она не применима.
После полной зарядки к NiCd аккумуляторам необходимо применить капельную подзарядку силой в 0,05-0,1С для компенсации саморазряда. Производители зарядных устройств стараются сделать силу тока как можно меньшей во избежание вредных эффектов перезаряда. Лучше всего не оставлять NiCd аккумулятор подключенным к зарядному устройству более чем на несколько дней. Лучше всего заряжать их перед самой эксплуатацией.
Контроль и защита аккумуляторов
| Батарейный монитор | Защита от глубокого разряда | Батарейный балансир |
 |
 |
 |
| контроль более 25 параметров, история и синхронизация | защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки | для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения |
3. Зарядка затопленных никель-кадмиевых аккумуляторов
Затопленные NiCd аккумуляторы заряжаются постоянным напряжением значением примерно 1,55 В на элемент. Затем ток снижают до 0,1С и продолжают зарядку до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение 1,55 В на элемент. После зарядное устройство переходит в режим капельной подзарядки. Возможна зарядка и большим напряжением, но это приводит к чрезмерному газообразованию и, как следствие, истощению воды. Обнаружение полного заряда по методу “дельта пик” не используется, так как затопленный NiCd не герметичный и не поглощает газы.
Последнее обновление 2016-02-29
