Кадмієвий акумулятор – затребуване джерело енергії, яке використовують для комплектації побутової техніки. Вони зараховані до лужних типів. Ними оснащують ті агрегати та пристрої, до складу яких не можна запровадити інші моделі.

До складу нікель кадмієвих акумуляторів введені мінусові та плюсові струмопровідні висновки, для поділу яких використаний сепаратор. Внутрішня частина заповнена лужним електролітичним складом. Корпус для нікель кадмієвих батарей підготовлений із спеціального металу, герметично запаяний.

Щоб забезпечити кращий контактДля підготовки електродів використовують фольгу, яка відрізняється невеликою товщиною. Для конструювання сепаратора, який зосереджують між виводами батареях нікель кадмієвих, застосовують ткане сировину. Адже він не взаємодіє із лужним електролітом.

Для підключення акумуляторної батареї до інших нікелевих кадмієвих джерел живлення застосовують борн. До складу пристрою нікель кадмієвих акумуляторів входять зварні з'єднання, за допомогою яких забезпечується щільне з'єднання.

Переваги нікель-кадмієвих джерело живлення

Чисельність циклів розряду та заряду досягає 1000 і більше.
Період зберігання таких пристроїв є тривалим. При цьому рівень зарядженості агрегату не впливає на цей показник.
Технологія заряджання нікель кадмієвих акумуляторів відносно проста. Її зможуть продати і новачки-автомобілісти.
Експлуатувати такі джерела живлення можна й у зимовий період, за жорстких умов.
Місткість не знижується навіть за мінусової температури.

Негативні сторони

Пристрої мають таку властивість, як «ефект пам'яті». Для його усунення виникає потреба у проведенні певних заходів.
Рівень саморозряду підвищений.
Якщо порівняти cd акумулятори з іншими джерелами живлення, можна виділити їх невисоку енергетичну щільність.
Для підготовки застосовано токсичні компоненти. Тому деякі держави не використовують акумуляторні батареї, не займаються їх виготовленням.
Для утилізації таких агрегатів використовують відповідне обладнання. У нашій країні нікель кадмієвих агрегатів готують установки для утилізації, переробки.

Заряд, розряд нікель-кадмієвих акумуляторних батарей

Процес розряду

Розрядні параметри джерела живлення багато в чому залежать від конструктивних особливостей, характеристик електродів та струмовивідів. Вони ж визначають величину напруги і внутрішнього опору.

Розрядні параметри залежать від:

Особливості та структури сепаратора.
Якості збирання.
Кількість електролітичного складу, яким заповнений корпус.
Інше.

При тривалому розряді nicd джерела фахівці рекомендують користуватися дисковими батареями, які доповнені великогабаритними пресованими висновками. Тому при невеликому збільшенні струму розрядна ємність, а також напруга знижується. Щоб оптимізувати цей показник, товщину висновків зменшують чисельність збільшують.

Максимальне значення ємності спостерігається за кімнатної температури. Подальше підвищення температури не впливає на цей параметр. Негативна температура провокує зниження розрядної напруги, підвищення розрядного струму.

Використання шуруповертів, які укомплектовані нікель-кадмієвими джерелами живлення, у зимовий період потребує обережності.

Зарядний процес

У процесі заряджання ni cd акумуляторів необхідно вводити обмеження заряду. Адже в процес підзарядки всередині корпусу підвищується тиск, виробляється кисень, а коефіцієнт застосування струму знижується.

Як заряджати ni cd батарею? Щоб повністю відновити заряд, має бути повідомлено ємність 150–160 відсотків. Температурний діапазон – 0-35 градусів. Якщо не враховувати температурний діапазон, тиск підвищиться. Через аварійний клапан виділятиметься киснева суміш. Тому важливо заздалегідь визначити, як правильно заряджати акумулятор.

Розряджений нікель-кадмієвий акумулятор заряджають різних режимах. Від вибраного режиму залежить час заряджання.

Струмом в 0,2 від загальної ємності протягом 7 годин.
Струмом в 0,3 від загальної ємності не більше 4 годин.

Заряджаючи агрегат у прискореному режимі (струмом 0,4 від наявної ємності), перезаряд заборонений, оскільки це спричинить зменшення ємності. Встановлювати, доки заряджено джерело живлення, можна за допомогою відповідних пристроїв. Працюючи зі струмами застосовується амперметр. Щоб визначити кількість вольт, використовують вольтметр чи мультиметр.

Зарядник для нікель-кадмієвих акумуляторних батарей

Для заряду ni cd батареї використовують реверсивні та автоматичні зарядники.

Автоматичний зарядний пристрій ni cd відрізняється простотою використання. З його допомогою можна підзарядити 2-4 батареї для шуруповерта або іншої побутової техніки. Після розміщення батареї у ЗУ встановлюється режим, число. Після цього агрегат підключають до мережі.

Автоматичні моделі оснащені індикаторами, за допомогою яких визначається стан джерел живлення, що заряджаються, при роботі зі струмом. Такі пристрої підходять для того, щоб розряджати ni cd батареї.

Імпульсні зарядники відрізняються складнішою конструкцією. Їх можна використовувати під час роботи зі значним струмом. Оскільки їх відносять до професійних агрегатів, перед використанням вивчається як зарядити джерело живлення, як виставити необхідні параметри.

Реверсні (імпульсні) моделі підходять для циклічної подачі струму заряду і розряду. При розряді та заряді заздалегідь визначаються параметри струму, напруги.

Особливості використання

Тривала експлуатація впливає функціонування і працездатність кадмій нікелевих акб. До погіршення працездатності та виходу з ладу наводять:

Робоча поверхня струмопровідних виводів зменшується.
Активна маса струмопровідних висновків суттєво зменшується.
Лужний електролітичний склад змінює склад, що неправильно перерозподіляється за джерелом живлення.
Утворюється витік за провідними елементами. У результаті розрядка зарядженого джерела живлення настає досить швидко.
Витрата рідини, кисню зростає. При надмірному виділенні кисню процес стає необоротним.
Органічні склади починають розпадатися.

Відновлення нікель-кадмієвих акумуляторів

Процедура відновлення нікель кадмієвих акумуляторів, які використовуються для комплектації шуруповерта, іншого портативного агрегату, займає певний час. Оскільки вартість таких акб висока, перед реалізацією слід вивчити особливості.

По суті відновлюємо нікель-кадмієвий акумулятор шуруповерта імпульсним струмом, який подається протягом 2-4 секунд. Величина струму перевищує параметри ємності 10 і більше разів.

Перед тим як відновити АКБ, готуються певні елементи та інструменти:

Працездатне джерело живлення із сильними показниками струму. Як АКБ використовують автоакумулятор.
Затискачі.
Провід.
Мультиметр, за допомогою якого контролюється напруга.
Захисні предмети.

Процедура відновлення включає певні заходи:

Блок портативного інструменту або окремої батареї визначає позитивний і негативний контакт.
Користуючись затискачами чи крокодилами, а також відрізками дротів приєднуються мінуси.
Інший кінець дроту притискають до позитивного контакту. Тривалість контакту дроту становить 1-2 секунди (можливе збільшення до 3 секунд). Подібні дії займають небагато часу. При контакті стежать за тим, щоб дроти не прикипіли до блоку батареї.

Після закінчення одного циклу за допомогою мультиметра вимірюється рівень напруги. Щойно напруга відновилася, переходять до набору ємності. Щоб відновити та виконати ремонт джерела живлення, виконується 2–4 цикли.

Така методика приносить очікуваний ефект лише на короткий строк. Усе тому, що електролітичний склад змінюється, змінюється його обсяг. В результаті акумулятори як джерела довго використовувати не можна.

Модернізована методика

Щоб відновити нікель своїми руками кадмієві акумулятори, а також забезпечити їх тривалу експлуатацію, виконуються такі дії:

Усі батареї ретельно перевіряються, вимірюється напруга. Ті елементи, у яких напруга близько нулю, вилучаються.
У корпусі за допомогою відповідного інструменту готуються отвори, щоб залити 1 см3 дистильованої води.
Джерела живлення відстоюються протягом короткого проміжку часу, після чого проводять повторну перевіркунапруги.
Якщо працездатність АКБ відновлена, сформовані отвори обробляють герметиком, пайкою.
Блок комплектується батареями, повторно заряджається. Портативний інструмент готовий до експлуатації, коли на заряднику індикатор змінить відтінок. Для цієї мети варто користуватися імпульсними зарядними пристроями, які відрізняються великим функціоналом, якісною комплектацією.
При нульовому напрузі АКБ вводять дистильовану воду знову.
Процедуру повторюють до того часу, поки досягнуть позитивного результату.

Особливості зберігання

На кадмієвих акумуляторах правила експлуатації підготовлені фахівцями. В інструкції зазначено, як зберігати джерела живлення. Виділено кілька основних правил.

Зберігати ni cd джерела можна лише за повної розрядки. Для цього використовують зарядні пристрої, які оснащені відповідною функцією. Для спустошення застосовують лампи розжарювання з відповідною кількістю ампер.

Зберігати акумуляторні батареї, які правильно підготовлені можна довго. Температурні зміни не впливають на стан та працездатність.

Для зберігання нікелю кадмієвих акумуляторів використовують приміщення. Адже температурні коливання не провокують розрядку, запуск незворотних процесів.

Хоча зберігаються нікель-кадмієві акумулятори довго, певному етапі виникає потреба у утилізації. Для цього слід звернутися до організації, яка виконує подібні процеси.

Ефективність нікелю кадмієвих акумуляторів важко переоцінити. Ними комплектують портативні інструменти, що використовуються в побуті та промисловості. При правильному користуванні, дотриманні техніки безпеки та умов експлуатації період застосування перевищує п'ять років.

Відео про Нікель кадмієві акумулятори

Все про нікель-кадмієві акумулятори: характеристики, експлуатація, плюси та мінуси

Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd) даний моментвсе ще досить широко використовуються в народне господарство. За своєю конструкцією вони відносяться до групи лужних акумуляторів. Ці батареї користуються попитом, незважаючи на те, що їх виробництво та застосування обмежується з міркувань охорони. довкілля(кадмій є отруйною речовиною). Але повністю відмовитись від них не виходить, оскільки ці акумуляторні батареї використовують у пристроях, де інші батареї працювати не можуть. Зокрема це експлуатація з розрядними та зарядними струмами великої величини. Це досить прості в обслуговуванні пристрої з тривалим терміномексплуатації. Тому вони заслуговують на розгляд в окремій статті.

Перший нікель-кадмієвий акумулятор створив Вальдмар Юнгнер ще 1899 року. Але тоді виробництво цих лужних акумуляторів коштувало значно дорожче, ніж інші види батарей. Так що про цей винахід на деякий час забули. В 1932 був розроблений метод осадження активного матеріалу на пористий нікелевий електрод. Це наблизило випуск промислових акумуляторів Ni-Cd.

У 1947 році було проведено низку робіт, в ході яких здійснили рекомбінацію газів, що виділяються при заряді, без їх відведення. В результаті на світ з'явилися герметичні Ni-Cd акумулятори, які застосовуються досі. Серед виробників нікель-кадмієвих акумуляторів можна назвати такі великі компанії, як GP Batteries, Samsung, Варта, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Панасонік, Metabo, Ansmann та інші.

Незважаючи на широке поширення в народному господарстві за останні десятиліття, нікель-кадмієві акумулятори поступово звужують сферу застосування. Їх поступово тіснять нікель-металогідридні, а також літієві батареї.

Зокрема Ni-Cd батареї поступаються їм місцем портативної техніки. Причиною цього є небезпека кадмію для людини та навколишнього середовища. Для утилізації таких акумуляторів потрібне спеціальне обладнання для уловлювання кадмію. для автомобіля проводиться простіше, швидше та краще відпрацьована. Але досі існує досить багато напрямків, де нікель-кадмієві батареї незамінні.

Застосування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Нікель-кадмієві акумулятори з невеликими розмірами застосовуються в технічні пристрої, які вимагають своєї роботи великий струм. За таких умов Ni-Cd акумулятори видають стабільну потужністьта не перегріваються на відміну від інших типів акумуляторних батарей. Нікель-кадмієві акумулятори широко використовуються в тролейбусах, трамваях, у ролі тягових АКБ на електричних автомобілях, зустрічаються промислові акумулятори Ni-Cd. Крім того, широке застосування вони знайшли на морському та річковому транспорті.

Ni-Cd акумулятори можна зустріти у вертольотах та літаках у ролі бортових батарей, у портативних інструментах (шуруповерт, перфоратор тощо). Однак у інструментах все частіше зустрічаються літієві батареї. Нікель-кадмієві акумуляторні батареї поки не можуть замінити в портативних пристроях, які мають споживання великої потужності. Хоча в деяких пристроях їх успішно замінюють, які не мають у своєму складі шкідливого кадмію.

Широке застосування знайшли Ni-Cd батареї у дисковому виконанні. Цей варіант широко використовувався як батарея для живлення енергонезалежної пам'яті в перших персональних комп'ютерах. Вони були розпаяні на материнській платі. Згодом їх замінили літієвими акумуляторами. Дискові батареї також широко застосовувалися у фотоапаратах, спалахах, калькуляторах, ліхтариках, радіоприймачах, слухових апаратах тощо.

Ni-Cd акумулятори можуть довго зберігатися, прості в обслуговуванні, малочутливі до низьких температур, мають низький внутрішній опір та малу питому вагу. Все це поки що переважує негативний моментпов'язаний з наявністю в них отруйного кадмію Нікель-кадмієві акумулятори, як і раніше, домінують при використанні в авіації, військової техніки, пристрої мобільного радіозв'язку. Додатково можете прочитати матеріал про те, як відновлюються Ni-Cd.

Влаштування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Конструкція Ni-Cd акумуляторів

Конструктивно нікель-кадмієвий акумулятор є позитивним і негативним електродом, розділеним сепаратором. Вони занурені в лужний електроліт і все це закрито в металевому герметичному корпусі. Позитивний електрод має у своєму складі NiOOH (оксид-гідроксід нікелю). У складі негативного є кадмій (Cd) в компаунді. У ролі електроліту виступає розчин KOH (гідроксід калію). Це сильний луг, що не має запаху. Переваги KOH у тому, що речовина не вибухонебезпечна та не пожежонебезпечна. Масова частка KOH в електроліті за ГОСТ Р 50711-94 повинна становити не менше 85 відсотків у твердому та не менше 45 відсотків у рідкому вигляді.

Щоб збільшити площу поверхні електродів, їх випускають із фольги малої товщини. Сепаратор між електродами виготовляється з нетканого матеріалу, який не взаємодіє зі лугом. Сам електроліт у процесі реакції не витрачається.

Один нікель-кадмієвий елементвидає напругу близько 1 вольта. Тому вони поєднуються в батареї з щільністю енергії приблизно 60 Вт-год на один кілограм.

На зображенні нижче можна переглянути основні елементи лужного нікелю кадмієвого акумулятора серії KL.

Борн або струмовивід призначений для знімання струму з акумулятора і виступає як клема для з'єднання батарей. Через пробку забезпечується заливка електроліту, а також вихід газу, що утворюється у процесі заряджання. З'єднання електродів разом з контактними планками забезпечує знімання та подачу з електродів на борн. Контактні планки мають зварне з'єднання з електродами.

Електрод є ламелі, розташовані горизонтально. У них знаходиться активна речовина у перфорованій стрічці зі сталі. Ребро дає жорсткість електрода та забезпечує перетікання струму на контактну планку. Електроди різної полярностірозділяються рамковим сепаратором, який не перешкоджає вільній циркуляції електроліту.

Реакції на електродах Ni-Cd акумулятора

Процеси на позитивному електроді

Основні електрохімічні реакції, що протікають на позитивному електроді нікель-кадмієвої акумуляторної батареї, можна описати такими формулами:

У процесі заряду

Ni(OH) 2 + OH - ⇒ NiOOH + H 2 O + e -

У процесі розряду

NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni(OH) 2 + OH -

Оксид-гідроксід нікелю (NiOOH) на позитивному електроді може бути у двох варіантах:

α-Ni(OH) 2 ;
β-Ni(OH) 2 .

Ці форми розрізняються за своєю щільністю та гідратацією. Якщо батарея розряджена, то на позитивному електроді є обидві форми гідроксиду нікелю. Коли Ni-Cd акумулятор заряджається, форма β-Ni(OH) 2 перетворюється на β-NiOOH. При цьому кристалічні грати речовини дещо змінюються. На заключній стадії зарядки відбувається утворення γ-NiOOH. Кількість фаз β та γ гідроксиду нікелю залежатиме від конкретних умов заряду.

Фаза γ інтенсивно утворюється при великої швидкостізаряджання або при перезарядженні. В результаті утворення γ-NiOOH відбувається докорінна перебудова структури оксидів. Для порівняння, щільність фази становить 4,15, а фази -3,85 гр./см 3 . З цієї причини при перезарядженні акумулятора Ni-Cd відбувається зміна об'єм активної маси позитивного електрода. Електрохімічні властивості β та γ також відрізняються. Для форми γ-NiOOH заряд проходить менш ефективно і коефіцієнт використання струму в цьому випадку менше форми β. Форма γ також має менший розрядний потенціал і саморозряд удвічі менший, ніж для β.

Процеси на негативному електроді

На негативному електроді нікель-кадмієвої батареї протікають наступні реакції:

При заряді

Cd(OH) 2 + 2e − ⇒ Cd + 2OH −

При розряді

Cd + 2OH − ⇒ Cd(OH) 2 + 2e −

Місткість кадмієвого електрода в нікель-кадмієвих батареях перевищує ємність позитивного електрода приблизно на 20-70 відсотків. Тому вважається, що потенціал негативного електрода при заряді-розряді, залишається незмінним.

Характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Номінальна напруга нікель-кадмієвих герметичних акумуляторівскладає 1,2 вольта. Заряд струмом 1/10 від ємності відбувається за 16 годин. Вимір ємності Ni-Cd акумулятора проводиться при розряді струмом 2/10 від номінальної ємності до напруги один вольт.

Нижче на зображенні можна побачити розрядні характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів при різних режимах розряду.

На графіках нижче можна переглянути залежність розрядної ємності від навантажувального струму та температури.

Саморозряд нікель-кадмієвих акумуляторів залежить переважно від термодинамічної нестійкості електрода з оксиду-гідроксиду нікелю. Вплив струму витоку між електродами на саморозряд невеликий. Але поступово збільшується згодом експлуатації батареї. Тепловиділення в Ni-Cd акумуляторах багато в чому залежить від рівня зарядженості. Після того, як акумулятор набрав 70 відсотків ємності, активізується виділення кисню. Через війну через іонізації кисню на негативних електродах відбувається розігрів акумулятора. Після закінчення зарядки температура в Ni-Cd акумуляторі піднімається на 10-15 градусів Цельсія. Якщо заряд здійснюється в прискореному режимі, то збільшення температури може становити 40-45 градусів за Цельсієм.

Після відключення від заряду потенціал позитивного (оксидно-нікелевого) електрода зменшується і відбувається поступове вирівнювання заряду глибинного та поверхневого шару. Через деякий час інтенсивність саморозряду знижується. У різних серій Ni-Cd акумуляторів саморозряд та стабілізація залишкової ємності можуть значно відрізнятися. Саморозряд, крім зниження ємності, ще призводить до зниження напруги на 0,03-0,05 вольта. Це пояснюється поступовим вирівнюванням заряду в глибині та на поверхні електрода. Крім того, вплив має часткова пасивація активної маси.

Зберігання нікель-кадмієвих акумуляторів (як і свинцево-кислотних) при низькій температурі знижує саморозряд. При 20 градусах Цельсія саморозряд вдвічі більше, ніж за 0.

На наступному зображенні показано графік зміни втрати ємності для нікель-кадмієвих акумуляторів за різних температур.

Щоб компенсувати саморозряд при зберіганні акумулятора, можна встановити його на підзарядку малим струмом. Зазвичай величина струму підзаряду становить 0,03-0,05 від ємності. Але конкретне значення визначається виробником акумулятора. Здатність витримувати тривалий перезаряд у різна у нікель-кадмієвих акумуляторів різної конструкції. Дискові лужні нікель-кадмієві акумулятори, які мають ламельні електроди великої товщини, до перезаряду пристосовані найменше. Але є й такі конструкції, які можуть без наслідків витримати перезаряд кілька місяців.

Що стосується енергетичних характеристик Ni-Cdакумуляторів, вони також різняться в залежності від різновидів батареї.

Дискові нікель-кадмієві акумулятори з 2 електродами мають питомі енергетичні характеристики 15-18 Вт-год на кілограм і 35-45 Вт-год на літр. Той самий різновид, але з 4 електродами має питомі енергетичні характеристики вдвічі більше. Для циліндричних Ni-Cd акумуляторів ці величини становлять 45 Вт-год на кілограм та 130 Вт-год на літр.

Що впливає на Ni-Cd акумулятори?

Розрядні характеристики конкретних моделей залежать від таких характеристик:

товщина, структура, внутрішній опір електродів;
щільність збирання груп електродів;
характеристики сепаратора (товщина та структура);
об'єм електроліту;
Специфічні особливості конструкції батареї.

Дискові акумулятори Ni-Cd з пресованими електродами великої товщини використовуються в умовах тривалого розряду. У цьому випадку відбувається поступове зниження ємності та напруги до 1,1 вольта. При розряді до 1 вольта ємності залишається близько 5-10 відсотків від номіналу. Такі акумуляторні батареї демонструють значне зниження розрядної напруги і ємності Ni-Cd акумуляторів, що втрачається, при зростанні струму розряду до величини 0,2*C. Пояснюється це тим, що активна маса не може рівномірно розряджатися на різній глибині електродів.

Для акумуляторних батарей, що працюють у режимі розряду середньої інтенсивності, робляться електроди меншої товщини, і збільшується їх кількість до 4. В результаті струм розряду зростає до 0,6 від ємності.

Є ще так звані короткорозрядні акумулятори. Вони встановлені металлокерамические електроди з малим внутрішнім опором. Ці моделі мають найвищі енергетичні показники серед інших різновидів нікель-кадмієвих акумуляторів. У них напруга при розряді тримається вище 1,2 вольта доти, доки вони не вичерпають 90 відсотків ємності батареї. Ці акумулятори можуть використовуватись при розрядженні великими значеннями струму (3-5С).

Варто відзначити ще циліндричні батареї з рулонними електродами. Ці сучасні акумуляториможуть розряджатися тривалий час струмом 7-10С. На графіках розряду, представлених вище, можна бачити, що температура ОС істотно впливає на характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів. Найбільше значення ємності акумулятор має за 20 градусів Цельсія. У разі підвищення температури вона практично не змінюється. Але за зниженні до 0 градусів ємність падає тим швидше, що більше величина струму розряду. Це зниження ємності пов'язані з зменшенням розрядного напруги, що викликане зростанням поляризаційного і омічного опору. Опір зростає через малий обсяг електроліту.

Так що склад лугу (електроліту) та її концентрація істотно відбиваються на характеристиках акумулятора. Від цього залежить температура утворення солей, кристалогідратів, льоду та інших елементів.

Якщо електроліт замерз, то розряд взагалі виключено. Нижнє значення робочої температури Ni-Cd акумуляторів у більшості випадків становить мінус 20 градусів за Цельсієм. Для деяких видів батарей склад електроліту коригується і нижня межа температурного діапазону розширюється до мінус 40 градусів Цельсія.

Що впливає на заряд Ni-Cd акумуляторів?

При зарядці герметичного нікель-кадмієвого акумулятора важливим є обмеження перезаряджання. При перезарядці збільшується тиск усередині батареї через виділення кисню. Так, що ефективність використання струму падає в міру наближення до 100-ї зарядки.

На зображенні нижче можна переглянути графіки, що характеризують залежність ємності при розряді циліндричного акумулятора.

Заряджання Ni-Cd акумуляторів допускається проводити в температурному діапазоні 0-40 градусів Цельсія. Рекомендований інтервал 10-30 градусів. Поглинання кисню на кадмієвому електроді сповільнюється при зниженні температури, що призводить до зростання тиску. Якщо температура вище за рекомендовану, то зростає потенціал і на позитивному оксидно-нікелевому електроді кисень починає виділятися дуже рано. При рівній температурі кисень виділяється тим активніше, що більше струм заряду. У цьому швидкість поглинання кисню майже змінюється. Ця величина залежить від конструкції батареї, а точніше, від транспортування кисню від позитивного до кадмієвого негативного електрода. На це впливає щільність компонування, товщини, структура електродів, а також матеріалу сепаратора та об'єму електроліту.

Чим менша товщина електродів і чим вища щільність їх компонування, тим ефективніше проходитиме процес заряду. Циліндричні акумулятори з рулонними електродами є найефективнішими у цьому плані. Їх ефективність заряду при зміні струму від 0,1 до 1С майже змінюється. Стандартним виробники називають режим заряджання, в результаті якого батарея з напругою 1 вольт повністю заряджається за 16 годин струмом 0,1 від ємності. Деякі моделі заряду в такому режимі потребують 14 годин. Конкретні показники вже залежать від конструктивних особливостей та обсягу активної маси.

Все сказане вище справедливо для гальваностатичного заряду. Це заряд за постійного значення сили струму. Але заряд може також вестись із плавним або ступінчастим зниженням сили струму на заключній стадії зарядки. Тоді на початковому етапі струм може встановлюватися набагато вище за стандартне значення 0,1 від ємності. Часто буває реальна необхідність збільшення швидкості зарядки. Проблему вирішують із використанням акумуляторів, характеристики яких дозволяють ефективно приймати заряд струмом високої густини. Струм підтримується постійним протягом всього процесу заряджання. Також удосконалюються системи контролю, які не допускають перезаряджання батареї.

Циліндричні нікель-кадмієві акумулятори зазвичай заряджаються в наступних режимах:

6-7 годин струмом 0,2 від ємності;
3-4 години струмом 0,3 від ємності.

При прискоренні не рекомендується допускати перезаряд більше 120-140 відсотків. Тоді буде забезпечена ємність не менше від номіналу. Ni-Cd акумулятори для роботи в прискорених режимах заряджаються ще швидше (приблизно близько години). Однак у разі потрібен контроль напруги і температури. Інакше, через швидке зростання тиску, може початися процес деградації акумуляторів.

Після того, як заряд закінчено в герметичному акумуляторі, ще триває виділення кисню через окислення гідроксильних іонів на позитивному електроді. За рахунок процесу саморозряду зменшується потенціал і процес виділення кисню поступово зменшується і стає рівним поглинанню його на кадмієвому електроді. Тоді тиск зменшується. Про те, детально розібрано за вказаним посиланням.

Завдяки вдосконаленню виробництва Ni-Cd-батареї сьогодні застосовують у більшості портативних електронних пристроїв. Прийнятна вартістьі високі експлуатаційні показники зробили представлений різновид акумуляторів популярним. Такі пристрої сьогодні широко застосовуються в інструментах, фотоапаратах, плеєрах і т. д. Щоб батарея прослужила довго, необхідно дізнатися, як заряджати Ni-Cd-акумулятори. Дотримуючись правил експлуатації таких пристроїв, можна значно продовжити термін служби.

Основні характеристики

Щоб зрозуміти, як заряджати Ni-Cd-акумулятори, необхідно ознайомитися з особливостями таких приладів. Їх винайшов В. Юнгнер ще далекого 1899 року. Однак їхнє виробництво було тоді надто затратним. Технології вдосконалювалися. Сьогодні у продажу представлені прості в експлуатації відносно недорогі батареї нікель-кадмієвого типу.

Представлені пристрої вимагають щоб заряд відбувався швидко, а розряд повільно. При цьому спустошення ємності батареї необхідно виконувати повністю. Підзарядка виконується імпульсними струмами. Ці параметри слід дотримуватися протягом усього терміну експлуатації пристрою. Знаючи, Ni-Cd, можна продовжити термін його служби на кілька років. При цьому подібні батареї експлуатуються навіть у самих важких умовах. Особливістю представлених акумуляторів є ефект пам'яті. Якщо періодично не розряджати батарею повністю, на пластинах її елементів формуватимуться великі кристали. Вони знижують ємність акумулятора.

Переваги

Щоб зрозуміти, як правильно заряджати Ni-Cd-акумулятори шуруповерта, камери, камери та інших портативних приладів, необхідно ознайомитися з технологією цього процесу. Вона проста і не вимагає особливих знань та вмінь від користувача. Навіть після тривалого зберігання батареї можна швидко зарядити знову. Це одна з переваг представлених пристроїв, які роблять їх затребуваними.

Нікель-кадмієві батареї мають велику кількість циклів заряду і розряду. Залежно від виробника та умов експлуатації цей показник може досягати понад 1 тисячу циклів. Перевагою Ni-Cd-батареї є її витривалість та можливість роботи у навантажених умовах. Навіть при експлуатації її на морозі обладнання працюватиме справно. Його ємність у таких умовах не змінюється. При будь-якій мірі заряджання акумулятор можна буде зберігати тривалий час. Важливою перевагою є низька вартість.

Недоліки

Одним із недоліків представлених пристроїв є факт, що користувач обов'язково повинен вивчити, як правильно заряджати Ni-Cd-акумулятори. Представленим батареям, як говорилося вище, властивий «ефект пам'яті». Тому користувач повинен періодично проводити профілактичні заходи щодо його усунення.

Енергетична щільність представлених акумуляторів буде дещо нижчою, ніж у інших різновидів автономних джерел живлення. До того ж під час виготовлення цих приладів застосовуються токсичні, небезпечні для екології та здоров'я людей матеріали. Утилізація таких речовин потребує додаткових витрат. Тому в деяких країнах використання таких акумуляторів обмежене.

Після тривалого зберігання Ni-Cd-батареї вимагають проведення циклу заряду. Це з високою швидкістю саморозряду. Це також є недоліком їхньої конструкції. Однак, знаючи, як правильно заряджати Ni-Cd-акумулятори, правильно їх експлуатувати, можна забезпечити свою техніку автономним джерелом живлення на довгі роки.

Різновиди зарядних пристроїв

Щоб правильно заряджати акумулятор нікель-кадмієвого типу, потрібно використовувати спеціальне обладнання. Найчастіше воно поставляється у комплекті з батареєю. Якщо зарядного пристрою з якихось причин немає, можна придбати його окремо. У продажу сьогодні представлені автоматичні та реверсивні імпульсні різновиди. Застосовуючи перший тип пристроїв, користувачу не обов'язково знати, до якої напруги заряджати Ni-Cd-акумулятори. Процес виконується в автоматичному режимі. При цьому одночасно можна заряджати або розряджати до 4 батарейок.

За допомогою спеціального перемикача пристрій встановлюється режим розрядки. При цьому колірний індикатор світиться жовтим. Коли ця процедура буде виконана, пристрій самостійно перемикається в режим заряджання. Світиться червоний індикатор. Коли акумулятор набере ємність, пристрій перестане подавати на батарею струм. При цьому індикатор світиться зеленим світлом. Реверсивні належать до групи професійного обладнання. Вони здатні виконувати кілька циклів зарядки та розрядки з різною тривалістю.

Спеціальні та універсальні зарядні пристрої

Багато користувачів цікавить питання про те, як заряджати акумулятор шуруповерта Ni-Cd типу. В цьому випадку не підійде звичайнийприлад, розрахований на пальчикові батареї. У комплекті із шуруповертом найчастіше поставляється спеціальний зарядний пристрій. Саме його слід застосовувати під час обслуговування батареї. Якщо зарядного пристрою немає, слід придбати обладнання для акумуляторів представленого типу. При цьому можна буде зарядити лише батарею шуруповерта. Якщо в експлуатації є батареї різного типу, варто придбати універсальне обладнання. Воно дозволить обслуговувати автономні джерела енергії практично для всіх пристроїв (камери, шуруповерта та навіть АКБ). Наприклад, зможе заряджати Ni-Cd-акумулятори iMAX B6. Це простий та корисний у господарстві прилад.

Розряджання пресованої батареї

Особливою конструкцією характеризуються пресовані Ni-і виконувати розрядку представлених пристроїв, що залежить від їхнього внутрішнього опору. На цей показник впливають деякі конструкційні особливості. Для тривалої роботи обладнання використовуються акумулятори дискового типу. Вони мають пласкі електроди достатньої товщини. У процесі розрядки їхня напруга повільно падає до 1,1 В. Це можна перевірити за допомогою побудови графіка кривої.

Якщо батарею продовжити розряджати до показника 1, її розрядна ємність складе 5-10% від початкового значення. Якщо струм збільшити до 0,2, істотно знижується напруга. Також це стосується ємності батареї. Це неможливістю розрядити масу по всій поверхні електрода рівномірно. Тож сьогодні товщину їх знижують. При цьому в конструкції дискової батареї є 4 електроди. Їх можна в цьому випадку розряджати струмом 06 С.

Циліндричні батареї

Сьогодні широко застосовуються батареї з металокерамічними електродами. Вони мають малий опір і забезпечують високі енергетичні показники пристрою. Напруга зарядженого Ni-Cd-акумулятора цього типу утримується на рівні 1,2 В до втрати 90% заданої ємності. Близько 3% її втрачається при наступному розряді з 1,1 до 1 В. Поданий тип батарей допускається розряджати струмом 3-5 °С.

Електроди рулонного типу встановлені у циліндричних акумуляторах. Їх можна розряджати струмом з більш високими показниками, що знаходиться на рівні 7-10 С. Показник ємності буде максимальним за температури +20 ºС. За її збільшення це значення несуттєво змінюється. Якщо температура знизиться до 0 ºС і нижче, розрядна ємність зменшується прямопропорційно до приросту розрядного струму. Як заряджати Ni- Cd-акумулятори, різновидияких представлені у продажу, необхідно докладно розглянути.

Загальні правила заряджання

При зарядженні нікель-кадмієвого акумулятора дуже важливо обмежувати зайвий струм, що надходить на електроди. Це необхідно через зростання всередині пристрою за такого процесу тиску. При зарядці виділятиметься кисень. Це впливає на коефіцієнт використання струму, який знижуватиметься. Існують певні вимоги, які пояснюють, як заряджати Ni- CD-акумулятори. Парамертипроцесу враховують виробники спеціального устаткування. Зарядні пристрої в процесі роботи повідомляють батареї 160% від номінального значення ємності. Інтервал температур протягом всього процесу повинен залишатися в межах від 0 до +40 ºС.

Режим стандартної зарядки

Виробники обов'язково вказують в інструкції, скільки заряджати Ni-Cd-акумулятор і яким струмом це потрібно робити. Найчастіше режим виконання цього процесу є стандартним для більшості різновидів батарей. Якщо акумулятор має напругу 1, його зарядка повинна виконуватися протягом 14-16 годин. У цьому струм має бути 0,1 З.

У деяких випадках характеристики процесу можуть відрізнятися. На це впливають конструкційні особливості пристрою, також збільшена закладка активної маси. Це потрібно для нарощування ємності батареї.

Користувача також може цікавити, яким струмом заряджати акумулятор Ni-Cd. І тут є два варіанти. У першому випадку струм буде постійним протягом усього процесу. Другий варіант дозволяє тривалий час заряджати акумулятор без ризику його пошкодження. Схема передбачає застосування ступінчастого чи плавного зниження струму. На першій стадії він значно перевищуватиме показник 0,1 С.

Прискорена зарядка

Існують і інші способи, які приймають Ni- CD-акумулятори. Як заряджатибатарею цього типу у прискореному режимі? Тут є ціла система. Виробники підвищують швидкість цього процесу завдяки випуску спеціальних пристроїв. Вони можуть заряджатися за підвищених показників струму. У цьому випадку прилад має особливу систему контролю. Вона запобігає сильному перезарядженню акумулятора. Таку систему може мати сама батарея, або її зарядний пристрій.

Циліндричні різновиди пристроїв заряджають струмом постійного типу, величина якого становить 0,2 С. Процес при цьому триватиме лише 6-7 годин. У деяких випадках допускається заряджати батарею струмом 0,3 С протягом 3-4 годин. І тут контроль процесу вкрай необхідний. При прискореному виконанні процедури показник перезаряду має становити трохи більше 120-140% ємності. Існують навіть такі акумулятори, які можна буде зарядити повністю лише за 1 годину.

Припинення заряджання

Вивчаючи питання, як заряджати Ni-Cd-акумулятори, необхідно розглянути завершення процесу. Після того, як струм перестає надходити на електроди, всередині батареї тиск все ще продовжує зростати. Цей процес відбувається через окислення на електродах гідроксильних іонів.

Протягом деякого часу відбувається поступове рівняння швидкості виділення кисню та поглинання на обох електродах. Це призводить до поступового зниження тиску всередині акумулятора. Якщо перезаряд був суттєвим, цей процес буде виконуватися повільніше.

Налаштування режиму

Щоб правильно зарядити Ni-Cd-акумулятор необхідно знати правила налаштування обладнання (якщо вони передбачені виробником). Номінальна ємність батареї повинна мати струм заряду до 2°С. Необхідно вибрати тип імпульсу. Він може бути Normal, Re-Flex чи Flex. Поріг чутливості (зниження тиску) має становити 7-10 мВ. Його ще називають Delta Peak. Його краще виставляти на мінімальному рівні. Струм підкачки потрібно встановити в діапазоні 50-100 мА-год. Щоб повноцінно використовувати потужність акумулятора, потрібно виконувати зарядку великим струмом. Якщо ж потрібна його максимальна потужність, акумулятор заряджають малим струмом нормальному режимі. Розглянувши, як заряджати Ni-Cd-акумулятори, кожен користувач зможе виконати цей процес правильно.

Незважаючи на те, що нікель-кадмієві акумулятори з цього року заборонені до виробництва в країнах Євросоюзу, ці невпинні трудівники досі використовуються в багатьох недорогих та потужних автономних пристроях (шуруповерти, електробритви, ліхтарі).

Навіть якщо в інструкції з експлуатації про тип акумулятора пристрою нічого не сказано, визначити те, що саме нікель-кадмієвий акумулятор служить джерелом струму досить просто - найчастіше час зарядки вказується в діапазоні 5-12 годин і є вказівкою на необхідність самостійного вимкнення зарядного заряду. часу заряду.

Для нікель-кадмієвих батарей краще швидка імпульсна зарядкачим повільна постійним струмом. Ці батареї можуть видати більшу потужність, що визначає їх вибір для потужних автономних пристроїв. Нікель-кадмієві батареї є єдиним типом батарей, який витримує повну розрядку при великому навантаженні без наслідків. Інші типи батарей вимагають неповної розрядки при відносно невисоких навантаженнях потужності.

Нікель-кадмієві батареї не люблять тривалої зарядки при невеликому епізодичному навантаженні. Періодична повна розрядка необхідна для них як повітря для людини - за відсутності повної розрядки на електродах утворюються великі кристали металу (що призводить до прояву так званого "ефекту пам'яті") - акумулятор стрибкоподібно втрачає свою ємність. Для тривалої та ефективної роботи NiCd батарей необхідні цикли обслуговування батареї – повна розрядка з наступною повною зарядкою, виходячи з більшості рекомендацій – раз на місяць, у крайньому випадку раз на 2-3 місяці.

Нікель-кадмієві акумулятори є «найменш стійкими» до сучасних масових акумуляторів - для їх використання не потрібно навіть системи моніторування параметрів акумулятора, що визначає їх використання в недорогих і потужних пристроях.

Заряджання малими струмами за 5-12 годин дозволяє обійтися без будь-яких застережень у вигляді систем контролю заряду-розряду. При перезарядженні акумулятор просто повільно втрачатиме ємність (на радість виробника). Необхідно пам'ятати про це під час використання «bad-boy» зарядних пристроїв (зарядних без механізму автоматичного контролю заряду). Тому, краще заряджати повністю розряджений акумулятор і суворо дотримуватися часу заряджання, що дозволить зберегти ємність NiCd акумулятора досить довгий час.

При використанні "швидкої" зарядки (з часом заряду менше 5 годин) бажано мати зарядний пристрій з температурним датчиком, оскільки при заряді підвищується температура акумулятора, разом із температурою зростає ємність, зі зростанням ємності зарядний прилад може перезарядити батарею згори необхідного рівнящо призводить до ще більшого зростання температури (явище «терморозгону» акумулятора) і, як мінімум, до погіршення параметрів батареї. Подібна ситуація існує і при заряді батареї за низьких температур. Температурний датчикдозволяє зрушити параметри заряду в залежності від температури акумулятора, а також відключити батарею від заряду при перевищенні швидкості зростання температури вище 1 градуса за Цельсієм за хвилину або після досягнення температури батареї в 60 градусів Цельсія що дозволяє уникнути трагічних наслідків терморозгону.

Як ілюстрація необхідності термодатчика в зарядному можу навести приклад дворічної давності заряду нікель-кадмієвої батареї для професійного шуруповерта на зарядному без термодатчика (на фото - це зарядний пристрій), що дозволяє заряджати батарею прискореним темпом - за годину. У той час була температура в квартирі близько 30 ° C, зарядне автоматично повинно заряджати акумулятор до досягнення цільової напруги і автоматично вимикатися, що англійською по-білому було сказано в інструкції з безпеки. Вранці перший акумулятор з комплекту був заряджений без будь-яких ексцесів - через 50 хвилин зарядне відключилося, ближче до вечора другий акумулятор при заряді зробив сюрприз: через відсутність термодатчика в зарядному, батарея увійшла в режим терморозгону. Так як заряд був прискореним, проблема була помічена пізно – коли акумулятор пішов димом і став розбризкувати гарячий електроліт. Швидко відключений від мережі зарядник вдалося врятувати. Акумулятор ще довго сопів в агонії, намагаючись заподіяти якомога більше шкоди при відході в інший світ, проте йому це не вдалося і шкода обмежилася вартістю самого акумулятора - 15USD. З тих пір зарядний пристрій підключається до мережі через таймер.

Незважаючи на свої недоліки, нікель-кадмієві акумулятори існують досі. Сподіваюся, трохи теорії та практичного досвіду, викладеного у статті, дозволять читачеві отримати від нікель-кадмієвого акумулятора свого пристрою максимум того, на що він здатний.

Нікель-кадмієвий акумулятор(НК) є одним з найстаріших і найбільш добре вивчених типів хімічних джерелструму. Нікель-кадмієва хімічна система була запропонована в 1899 Вальдемаром Джунгером, що в історичному сенсі ставить ПК на друге місце після свинцево-кислотних акумуляторів. Через порівняно короткий час, НК акумулятори почали активно використовуватися в різних галузях індустрії, а після винаходу способу виготовлення герметичних нікель-кадмієвих акумуляторів (НКГ) було різке поліпшення експлуатаційних якостей, що ще більш розширило межі застосування НКГ.

Саме з цієї причини, компанія АТ "НІАІ "Джерело" спеціалізується на виробництві НКГ акумуляторів, що мають найвищі споживчі характеристики:

Відсутність потреби в обслуговуванні
Відсутність виділення газу та електроліту
Здатність працювати у будь-якому положенні
Стійкість до тяжких кліматичним умовам
Механічна міцність та стійкість до надзаряду
Великий термін служби (до 7 років)
Висока збереження заряду та висока стабільність характеристик.

Нікель-кадмієвий акумулятор складається із двох робочих електродів. У розрядженому стані позитивний електрод містить гідрат закису нікелю, а негативний гідроксид кадмію. Електроди та сепаратор мають досить велику пористість та просочені водним розчином луги.

Основна реакція, що протікає в акумуляторі, описується рівнянням:

2 Ni (OH) 2 +Cd (OH) 2 2Ni OOH+Cd+H 2 O

Під час заряду з активної маси електродів електроліт виділяється вода, яка розбавляє електроліт і збільшує його обсяг. Під час розряду відбувається зворотний процес.

Наприкінці заряду на позитивному електроді йде побічна реакція виділення кисню:

4 OH - O 2 + 2 H 2 O +4e

Кисень, що виділився на позитивному електроді, іонізується на негативному електроді.

Конструкція акумуляторів та акумуляторних батарей (АБ)

Електроди. У герметичних призматичних нікель-кадмієвих акумуляторах застосовуються спечені (металокерамічні) електроди, що складаються з підкладки, виконаної з розтяжних нікелевих грат, на яку нанесений високопористий шар нікелю. Пористий шар заповнюється активною масою за допомогою хімічного просочення. Останнім часом як основа електродів став застосовуватися пенонікель, одержуваний нікелюванням пінополіуретану з подальшим відпалом у відновлювальному середовищі. У пенонікель вмазується активна електродна маса.

Акумулятори. Герметичні акумулятори виготовляються у металевих корпусах. Улотніння борнів призматичних акумуляторів здійснюється, як правило, за допомогою гумових кілець. Як сепаратори використовуються тканини та неткані матеріали (повсті, фетри) з полівінілхлориду, поліпропілену, поліаміду, капрону та інших матеріалів. Можуть комбінуватися кілька шарів сепараторів із різних матеріалів.

У герметичних акумуляторах ємність негативного електрода має бути більшою, ніж ємність позитивного. Експериментально визначається співвідношення ємностей має бути не менше 1,2. Таке співвідношення дозволяє уникнути виділення водню на негативному електроді.

Як електроліт використовуються 20-40% розчин КОН з добавкою LiOH. Конкретний склад електроліту вибирається залежно від температури під час експлуатації. Якщо акумулятори призначені для роботи при негативній температурі, концентрацію КОН підвищують, а вміст LiOH зменшують до нуля. Поліпшення працездатності при підвищеній температурідосягається використанням 20-30 процентний розчин КОН з добавкою 15-50 Г/л LiOH. Для герметичних акумуляторів велике значення має правильний вибір кількості електроліту, що визначається умовами експлуатації акумулятора. Для поглинання кисню, що виділяється під час заряду, необхідно, щоб частина порового простору негативного електрода і сепаратора була вільна від електроліту. При надто великій кількості електроліту поглинання кисню сповільнюється, і акумулятор під час заряду може деформуватися (при заряді часу) або передчасно відключитися від заряду при спрацюванні сигналізатора тиску. При недостатній кількості електроліту, особливо при малих струмах заряду та підвищеної температури навколишнього середовища акумулятор може потрапити в так званий «тепловий розгін», коли через підвищену швидкість іонізації кисню акумулятор починає розігріватися, внаслідок чого напруга на ньому знижується. При ще більшому зменшенні кількості електроліту це позначається на розрядних характеристиках акумулятора. У різних типах акумуляторів кількість електроліту коливається від 2 до 4 см 3 /Аг. Зі збільшенням концентрації електроліту його густина зростає, а обсяг зменшується.

Батареї. Кріплення акумуляторів у батареї повинно забезпечити відсутність переміщення будь-якого з них під час механічного навантаження. Розташування герметичних акумуляторів у довільному просторі, але вниз кришкою не рекомендується, особливо для акумуляторів з аварійним клапаном, т.к. наприкінці заряду частина електроліту з блоку електродів стікає на кришку акумулятора. Межелементні з'єднання повинні бути розраховані на мінімальні втрати напруги і не викликати механічних навантажень на струмовивід акумуляторів. Пайка безпосередньо до корпусу або кришки акумулятора не допускається. У батареях із герметичних акумуляторів рекомендується передбачати висновки від кожного акумулятора, що виконуються за двопровідною схемою, за допомогою яких здійснюється поелементний дорозряд та контроль за напругою акумуляторів. Якщо поелементний контроль викликає труднощі, допускається контролювати напругу на групах з 2-5 акумуляторів. Напруга на кожній групі має контролюватись автоматичним пристроєм, що припиняє розряд при досягненні гранично допустимої напруги. Споживання пристрою на власні потреби має бути мінімальним при роботі та рівним нулю при зберіганні батареї у складі виробу. Значення уставок повинні становити:

для одного акумулятора - (0,5 ± 0,4),
для двох акумуляторів - (1,7 ± 0,3),
для трьох акумуляторів - (2,8 ± 0,2),
для чотирьох акумуляторів - (3,8 ± 0,2),
для п'яти акумуляторів – (5,0 ± 0,2) Ст.

Якщо батарея має не більше п'яти акумуляторів, контроль напруги ведеться на висновках батареї. Якщо батарея не ділиться на однакову кількість груп, то допустимо перехресний контроль кількох акумуляторів сусідніми пристроями, що відключають.

Позначення акумуляторів та батарей

У найменуванні акумуляторів літери НК вказують на електрохімічну систему (нікель-кадмієва). Літера Г відносяться до конструктивного виконання акумуляторів – герметичні. Після букв через тире проставляють номінальну ємність акумулятора. За значенням номінальної ємності проставляються літери, що вказують режим розряду: До - короткий (менше 1 години), З - середній (2-8 год), Д - Довгий (10-20 год). Літера А ставиться у випадках, коли акумулятор забезпечений датчиком тиску. Цифри перед буквеним позначеннямакумулятора відповідають кількості акумуляторів батареї. В окремих випадках наприкінці позначення записується кліматичне виконання та категорія розміщення.

З 1993 р. запроваджено ГОСТ 26367.3-93 (МЕК 622-88)на герметичні призматичні нікель-кадмієві акумулятори, що є прямим застосуванням відповідного стандарту ПЕК, яким передбачаються такі позначення акумуляторів латинським шрифтом. Перша буква K відноситься до нікель-кадмієвої електрохімічної системи. Далі записується одна з букв, що позначають форму корпусу: З - призматичний (герметичний), R - В - Дисковий. Після цього для герметичних призматичних акумуляторів вказується вид позитивної пластини: Р - ламельна, S - спечена (металокерамічна). Потім для всіх типів акумуляторів записується режим розряду: L - тривалий, М - середній, Н - короткий, Х - надкороткий, після чого призматичних акумуляторів вказується номінальна ємність, а дискових і циліндричних - діаметр і висота (через дріб). Для дискових акумуляторів габарити вказуються в десятих частках міліметра. Наприкінці позначення записують клас стійкості до дії температури. Клас I - температура від -30 до 50 про З (без позначення); клас II - від -40 до 60 про; клас III - від -60 до 60 про З.

Позначення батареї складається, як правило, із позначення акумулятора, перед яким стоїть цифра, що вказує на кількість акумуляторів у батареї. В кінці іноді вказують кліматичне виконання батареї (наприклад, 10НКГ-8К-В1). У деяких випадках виробник дає батареї умовний індекс (наприклад, 11МО1).

Способи заряду

Заряд акумуляторів зазвичай проводиться постійним струмом, при цьому акумуляторам повідомляється 105-150% номінальної ємності. Струм заряду зазвичай становить 0,1-0,3 Сн. Для герметичних акумуляторів, крім контролю часу заряду, застосовується також контроль кінцевої напруги заряду, внутрішнього тиску (за допомогою сигналізаторів тиску) та повідомленої ємності (за допомогою електронних лічильників ампер-годин). У деяких випадках застосовують датчики максимальної напруги, уставка спрацьовування яких залежить від температури та (або) струму заряду, або термореле, що видають сигнал на відключення заряду при підвищенні температури до заданого значення.

Хоча герметичні акумулятори дорожче відкритих і для перших потрібно більш складне зарядне і контрольно-випробувальне обладнання, експлуатаційні витрати для них менші, ніж для відкритих акумуляторів, так як для герметичних акумуляторів не потрібні пристрої вентиляції та періодичне доливання електроліту, що пов'язано з вмістом.

Ефективність заряду залежить від температури та струму заряду. Зі збільшенням струму заряду напруга заряду зростає. Для герметичних акумуляторів слід уникати умов, у яких напруга заряду досягає значень 1,6, т.к. це сприяє виділенню водню. Для акумуляторів, призначених для коротких режимів розряду, зі збільшенням струму заряду зростає розрядна ємність, а для акумуляторів, призначених для середніх режимів, проходить через максимум. Оптимальним є заряд при температурі 15-25 про С струмом 0,1-0,5 Сн. З підвищенням температури заряду і зниженням струму заряду ємність, що віддається при розряді, знижується і може становити до 50-70 % від номінальної. У діапазоні температур 15-25 про З можливий заряд герметичних акумуляторів при постійній напрузі 1,45 - 1,50 В. При напругах вище 1,5 заряд при постійній напрузі не рекомендується, т.к. внаслідок перегріву акумулятори можуть бути перезаряджені. Перезаряд акумуляторів при заряді їх від джерела з постійною напругою небезпечний в результаті явища, що отримало назву «тепловий розгін». Суть його полягає в тому, що коли акумулятори повністю заряджені, весь струм витрачається на виділення на позитивному електроді кисню, більша частина кисню, в свою чергу, поглинається на кадмієвому електроді, в результаті чого електрика, що практично проходить, перетворюється на тепло, і акумулятор починає швидко розігріватися. З підвищенням температури напруга акумуляторів знижується, що призводить до підвищення струму заряду та подальшого лавиноподібного розігріву. Якщо при кімнатній температурі «тепловий розгін» відкритих акумуляторів починається при напругах, близьких до 1,7 В, то після тривалого перезаряду, що супроводжувався перегріванням, тепловий розгін може починатися і при напрузі 1,3 В. Зазвичай це відбувається в процесі тривалого заряду при постійному напрузі, коли в результаті розігріву акумулятора струм іонізації кисню на негативному електроді зростає настільки, що швидкість проходу кисню через сепаратор та швидкість виходу кисню з блоку електродів стають сумірними. Після кількох циклів у таких умовах кадмієвий електрод пасивується настільки, що при заряді на ньому виділяється водень. Для герметичних акумуляторів тепловий розгін може початися при напругах нижче 1,7 В, оскільки в них весь кисень, що виділяється при заряді, повинен поглинутися всередині акумулятора. Щоб уникнути теплового розгону, слід розміщувати батарею далеко від джерел тепла (двигуни, потужні прилади тощо). ), ретельно вибирати режим заряду, а сам заряд проводити на автоматизованих стендах, що мають кілька рівнів зашиті (за часом заряду, напруги, струму, за ємністю і т.д.). Необхідно, щоб похибка стабілізації напруги була трохи більше ±1 %. При виборі напруги заряду необхідно, щоб після повідомлення акумулятору 110 - 150% номінальної ємності значення зарядного струмуне перевищувало 0,02 - 0,003 Сн А. Заряд при підвищених напругах можна використовувати тільки при одночасному обмеженні його тривалості. При низькій температурі заряд при постійній напрузі втрачає свою ефективність через значне зниження струмів заряду.

При паралельному з'єднанні батарей заряджати їх треба через роздільні діоди або підключати кожну батарею до свого зарядного пристрою. Батареї не слід тривалий час зберігати в зарядженому або напівзарядженому стані (крім звичайно батарей зберігання), т.к. через відмінність струмів саморозряду акумуляторів може з'явитися розбаланс за рівнем зарядженості, що з одного боку створює небезпеку перезарядження найповніше заряджених акумуляторів, що знижує ємність батареї внаслідок падіння напруги найбільш розряджених акумуляторів. Розбаланс за рівнем зарядженості може призвести до переполюсування одного з акумуляторів під час розряду та виділення на оксидно-нікелевому електроді водню, що може супроводжуватися спрацюванням клапана або сигналізатора тиску і навіть деформацією герметичних акумуляторів. Перед тривалим зберіганням у розрядженому стані рекомендується дорозрядити кожен акумулятор на індивідуальні резистори до напруги не вище 0,1, що дозволяє вирівняти зарядженість акумуляторів.

Термін служби нікель-кадмієвих батарей

Ресурс акумуляторів визначається як їхньою конструкцією, так і режимом експлуатації. Якщо конкретний тип акумулятора не має явних конструктивних недоліків, то визначальним чинником є умови експлуатації. У більшості випадків циклювання акумуляторів є найчастіше вживаним способом їх експлуатації. Досить широкого поширення набуло використання акумуляторів у аварійних режимах, коли заряджені акумулятори більшу частину часу зберігаються в зарядженому стані, як правило, при невеликому струмі підзаряду, який компенсує саморозряд акумуляторів і невелике зняттяємності при короткочасному підключенні акумуляторів на навантаження.

Працездатність акумуляторів при різних режимах циклювання

До основних параметрів режиму експлуатації відносяться струм розряду, розрядна ємність, спосіб захисту від перерозряду, струм заряду, спосіб захисту від перезаряду, температура. При розряді нікель-кадмієвіакумулятори нагріваються, а на початку заряду до того, як почнеться інтенсивне виділення кисню - охолоджуються.

Збільшення струму розряду та зниження температури ведуть до зниження середньої напруги розряду та втрати ємності, якщо захист від перезаряду заснований на припиненні розряду при зниженні напруги до достатньо високого рівня(Вище ніж 1 В на акумулятор). Термін служби значно залежить і від глибини розряду. Він зменшується майже 10 разів за її зміні від 10 до 70 %.

Зниження струму заряду веде до збільшення тривалості заряду та зменшення коефіцієнта використання струму, внаслідок чого знижується розрядна ємність, особливо, якщо температура заряду перевищує 30 про С. Збільшення струму заряду також може призводити до зниження розрядної ємності, якщо заряд припиняється при досягненні досить низької напруги (менше 1,5 при 25 про С). ККД за енергією коливається від 70 до 85 % і зростає зі збільшенням напруги розряду, зниженні напруги заряду та збільшенні ККД по струму.

Термін служби герметичних акумуляторів залежить також від поєднання значень кінцевої напруги заряду та кінцевої напруги розряду. Найбільші втрати ємності відбуваються при циклюванні режимами, де заряд обмежується низькою напругою (близько 1,48), а розряд - високою напругою(1,10 – 1,16 В). Досить швидко знижується ємність і в тих випадках, коли заряд постійно припиняється зі спрацьовування сигналізатора тиску, а глибина розряду становить 15 - 20 % з обмеженням розряду за напругою (не нижче 1,09 В). У цьому випадку кисень не встигає поглинатися, і надлишковий тискв акумуляторі знаходиться на рівні 123 - 147 кПа, при цьому збільшується крутість зарядних та розрядних кривих. Зміна показників пов'язані з пасивацією активних мас електродів.

Зниження напруги розряду може викликане утворенням активної маси кадмієвого електрода інтерметалевого з'єднання Ni5Cd21, яке розряджається при напрузі на акумуляторі 1,05 - 0,95 В (так звана «другий майданчик» або «ефект пам'яті»). Найбільш характерне утворення цього сплаву для електродів, отриманих просоченням спечених основ. Утворенню сплаву сприяють заряди за підвищеної температури. Інтерметалеве з'єднання повністю руйнується при розряді акумулятора до 0,8 - 0,5 В. Найкраще проводити поелементний розряд акумулятора на опори, при цьому напруга кожного акумулятора знижується до нуля вольт без небезпеки переполюсовки. Після поелементного дорозряду ємність акумуляторів відновлюється до значень, близьких до початкових.

Втрати ємності зменшуються при зниженні кінцевої напруги розряду з 1,16 до 1,04 В та збільшенні кінцевої напруги заряду з 1,48 до 1,54 В. Найбільшої стабілізації ємності можна досягти, зменшивши кінцеву напругу розряду до 0,5-0,8 В. При додатковому проведенні періодичних закорочень на опори кожного акумулятора батареї до нуля вольт ємність може навіть збільшитися в порівнянні з початковою

Працездатність акумуляторів під час заряджання

У режимі тривалого заряджання використовуються в основному призматичні акумулятори. Термін експлуатації в залежності від струму підзаряду становить від 2 до 15 років та більше. Оптимальним є струм, чисельно рівний 0,001 - 0,005 Сн А. При збільшенні струму підзаряду термін служби та надійність скорочуються. При експлуатації в режимі підзаряду типи відмов ті ж, що і при циклюванні, але їхня інтенсивність нижче.

На першому розряді після тривалого підзаряду напруга батареї дещо нижча, ніж у свіжозряджених, але після кількох циклів вона швидко повертається до нормального рівня. Зниження напруги розряду після тривалого підзаряду пов'язане із зменшенням рівня зарядженості позитивного електрода.

Ємність акумулятора після 10 років підзаряду до 25%, а після 16 років - до 35% вище за початкову, що свідчить про збільшення ємності позитивного електрода. При визначенні ємності електродів надлишку електроліту в негерметичному вигляді встановлено, що ємність позитивного електрода зросла на 58 - 70%, а ємність негативних електродів на 10 - 13%. Місткість негативного електрода падає. Після тривалого підзаряду практично весь надлишок ємності негативного електрода знаходиться в зарядженому стані, тому на розряді ємність акумулятора обмежується не позитивним електродом, як на початку терміну служби, а обома електродами одночасно. Напруга заряду акумуляторів після 10 років підзаряду знаходиться на звичайному рівні і не перевищує 1,5 В. Після 16 років підзаряду на контрольному циклі напруга заряду підвищується до 1,55 - 1,58, а у третини акумуляторів воно досягає 1,6 - 1 ,7, причому, підвищення з 1,55 до 1,65 відбувається в кінці заряду, що також є наслідком надмірної зарядженості негативного електрода. Причини цих явищ ті ж, що й під час циклювання акумуляторів.

Герметичні нікель-кадмієві акумулятори нашого виробництва знайшли найширше застосування у космічній, військовій, загальнопромисловій та побутовій техніці.

В даний час, АТ «НІАІ Джерело» є єдиним у Росії розробником та одночасно виробником герметичних нікель-кадмієвих акумуляторних батарей для космічних апаратів. Нами випускається 10 типів акумуляторів НКГ, які використовуються в 21 батареях, що працюють і працювали на таких космічних апаратах, як:

Міжнародна космічна станція
Орбітальні станції «Мир», «Салют» та «Алмаз».
Міжпланетні станції «Марс», «Венера» та «Вега»
Супутники серій «Метеор», «Блискавка», «Астрон», «Надія» та «Космос».

Крім того, акумулятори типу НКГ застосовують у наземних установках ракетних військ стратегічного призначення, на кораблях, підводних човнах та інших об'єктах, де потрібне забезпечення енергій незалежно від обставин.

Керівник відділу нікель-кадмієвих акумуляторів,

кандидат технічних наук,