Цією статтею ми відкриваємо нове для нашого сайту напрямок: тестування акумуляторів і гальванічних елементів (або, висловлюючись простою мовою, батарейок).

Незважаючи на те, що все більшої популярності набувають літій-іонні акумулятори, специфічні для кожної конкретної моделі пристрою, ринок стандартних елементів живлення загального призначення до сих пір дуже великий - від них харчується маса різних виробів, починаючи від дитячих іграшок і закінчуючи недорогими фотоапаратами і професійними фотоспалахами. Великий і асортимент цих елементів - батарейки та акумулятори різних типів, ємностей, розмірів, торгових марок, якості виготовлення ...

На перших порах ми не ставимо перед собою мету охопити все багатство елементів живлення - ми обмежимося лише найбільш стандартними і поширеними з них: циліндричними батарейками і нікелевими батареями.

Дана ж стаття покликана познайомити вас з деякими базовими поняттями, що стосуються досліджуваних нами елементів живлення, а також з методикою тестування і використовуваним нами обладнанням. Втім, багато теоретичні і практичні питання ми будемо обговорювати і в наступних статтях, присвячених уже конкретних елементів живлення - тим більше, що робити це на "живих прикладах" багато зручніше і наочніше.

Типи акумуляторів і гальванічних елементів

Батарейки з сольовим електролітом

Батарейки з сольовим електролітом, вони ж цинк-вуглецеві (втім, на відміну від лужних батарейок, на упаковках сольових виробники зазвичай просто не вказують їх хімію) - найдешевші хімічні джерела струму з наявних у продажу: вартість однієї батарейки коливається від чотирьох-п'яти до восьми-десяти рублів, в залежності від марки.

Являє собою така батарейка цинковий циліндричний контейнер (службовець одночасно і корпусом, і "мінусом" батарейки), в центрі якого знаходиться вугільний електрод ( "плюс"). Навколо анода розміщений шар діоксиду марганцю, а простір, що залишився між ним і стінками контейнера заповнене пастою із суміші хлориду амонію і хлориду цинку, розлучених в воді. Склад цієї пасти може варіюватися: в малопотужних батарейках в ній домінує хлорид амонію, а в більш ємних (зазвичай позначаються виробниками як "Heavy Duty") - хлорид цинку.

При роботі батарейки цинк, з якого зроблений її корпус, поступово окислюється, в результаті чого в ньому можуть з'явитися діри - тоді електроліт з батарейки витече, що може привести до псування пристрою, в яке вона встановлена. Втім, такі проблеми були характерні в основному для вітчизняних батарейок часів існування СРСР, сучасні ж надійно упаковуються в додаткову зовнішню оболонку і "течуть" дуже рідко. Проте, надовго залишати в пристрої сіли батарейки не варто.

Як уже згадувалося вище, хімічний склад електроліту сольових батарейок може трохи варіюватися - в "потужної" версії використовується електроліт з переважанням хлориду цинку. Втім, слово "потужний" стосовно до них можна писати хіба що в лапках - жодна з різновидів сольових батарейок на скільки-небудь серйозне навантаження не розрахована: в ліхтарі їх вистачить на чверть години, а в фотоапараті може не вистачити навіть на висунення об'єктива. Доля сольових батарейок - пульти дистанційного керування, годинник та електронні термометри, тобто пристрої, енергоспоживання яких укладається в одиниці, в крайньому випадку в десятки міліампер.

Батарейки з лужним електролітом

Наступний тип батарей - лужні, або марганцеві батарейки. Деякі не надто грамотні продавці і навіть виробники називають їх "алкалінових" - це злегка перекручена калька з англійського "alkaline", тобто "луг".

Ціни на лужні батарейки варіюються від десяти до сорока-п'ятдесяти рублів (втім, більшість їх типів укладаються в діапазон до 25 рублів, виділяються тільки окремі моделі підвищеної потужності), А відрізнити від сольових їх можна по зазвичай присутня в тому чи іншому вигляді напису "Alkaline" на упаковці (а іноді - і прямо в назві, наприклад, "GP Super Alkaline" або "TDK Power Alkaline").

Негативний полюс лужної батарейки складається з цинкового порошку - в порівнянні з цинковим корпусом сольових елементів, використання порошку дозволяє збільшити швидкість протікання хімічних реакцій, а значить, і віддається батарейкою струм. Позитивний полюс - з діоксиду марганцю. Основною ж відмінністю від сольових батарейок є тип електроліту: в лужних в його якості використовується гідроксид калію.

Лужні батарейки добре підходять для пристроїв з енергоспоживанням від десятків до декількох сотень міліампер - при ємності близько 2 ... 3 А * ч вони забезпечують цілком розумний час роботи. На жаль, є у них і істотний мінус: великий внутрішній опір. Якщо навантажити батарейку дійсно великим струмом, її напруга сильно просяде, а значна частина енергії буде витрачатися на нагрів самої батарейки - в результаті ефективна ємність лужних батарейок сильно залежить від навантаження. Скажімо, якщо при розряді струмом 0,025 А нам вдасться отримати від батарейки 3 А * ч, то при струмі 0,25 А реальна ємність впаде вже до 2 А * ч, а при струмі 1 А - і зовсім нижче 1 А * ч.

Проте, якийсь час лужна батарейка може працювати і при великому навантаженні, просто цей час порівняно невелика. Скажімо, якщо на сольових батарейках сучасний цифровий фотоапарат може навіть не включитися, то одного комплекту лужних йому вистачить на півгодини роботи.

До речі, якщо вже ви змушені використовувати в фотоапараті лужні батарейки - купите відразу два комплекти і періодично міняйте їх місцями, це дозволить трохи продовжити їх життя: якщо розрядженою великим струмом батарейці дати трохи "відлежатися", вона частково відновить заряд і зможе пропрацювати ще трохи. Хвилин п'ять.

літієві батарейки

Останній з широко поширених типів батарей - літієві. Як правило, вони розраховані на напругу, кратне 3 В, тому більшість типів літієвих батарей з полуторавольтовимі сольовими і лужними не взаємозамінні. Такі батарейки широко використовуються в годинах, а також - рідше - в фототехніку.

Втім, існують і літієві батарейки на напругу 1,5 В, виконані в стандартних форм-факторах АА і ААА - їх можна використовувати в будь-якій техніці, розрахованої на звичайні сольові або лужні батарейки. Основна перевага літієвих батарей полягає в меншому внутрішньому опорі в порівнянні з лужними: їх ємність мало залежить від струму навантаження. Тому, хоча при малому струмі що лужна, що літієва батарейки мають однакову ємність 3 А * ч, якщо поставити їх в цифровий фотоапарат, який споживає 1 А, то лужні "помруть" хвилин через тридцять, а ось літієві проживуть майже три години.

Мінусом літієвих батарей є висока вартість: мало того, що дорогий сам літій, так ще й у зв'язку з небезпекою його займання при попаданні води конструкція батарейки виявляється значно складніше в порівнянні з лужними. В результаті одна літієва батарейка коштує 100-150 рублів, тобто в три-п'ять разів дорожче дуже хорошою лужної. Приблизно стільки ж коштує Ni-MH акумулятор, він має подібні літієвими батарейками розрядними характеристиками, але здатний пережити кілька сотень циклів заряд-розряд - тому покупка літієвих батарей виправдана лише в тому випадку, коли вам ніде, ніколи або нічим зарядити звичайні акумулятори.

Так, якщо вже зайшла мова про циклах заряду, необхідно сказати, що намагатися заряджати літієві батарейки категорично не можна! Якщо звичайна лужна або сольова батарейка при спробі її зарядити може, як максимум, просто витекти, то герметичні літієві батарейки при заряді вибухають.

Також, крім хороших розрядних характеристик, у літієвих батарей є ще дві переваги, як правило, не дуже істотних: довговічність (допустимий термін зберігання досягає 15 років, при цьому батарейка втратить всього 10% ємності) і здатність працювати при негативних температурах, коли у сольових і лужних батарейок просто замерзає електроліт.

Нікель-кадмієві (Ni-Cd)

Основний же альтернативою батареям є акумулятори - джерела струму, хімічні процеси в яких оборотні: при підключенні акумулятора до навантаження вони йдуть в одному напрямку, а при додатку до нього напруги - в зворотному. Таким чином, якщо батарейку після використання доводиться викидати і купувати нову, то акумулятор можна зарядити до його повної (або майже повній) вихідної ємності.

Розглядати ми будемо акумулятори, які використовуються в легкій побутової електронної апаратури - тому важкі (і в прямому, і в переносному сенсі) свинцево-кислотні акумулятори, що зустрічаються в автомобілях, блоках безперебійного живлення та інших пристроях з великим енергоспоживанням і без особливих обмежень на вагу і габарити , відразу залишаються за бортом нашої сьогоднішньої статті. А ось різним типам нікелевих акумуляторів уваги ми приділимо багато більше ...

Перші нікелеві - точніше кажучи, нікель-кадмієві - акумулятори були створені шведським вченим Вальдемаром Юнгер (Waldmar Jungner) аж в 1899 році, проте на той момент були відносно дороги, та до того ж не були герметичними: при зарядці акумулятор виділяв газ. Лише в середині минулого століття вдалося створити нікель-кадмієві батареї із замкнутим циклом: виділяються при зарядці гази поглиналися самим же акумулятором.

Нікель-кадмієві акумулятори надійні і довговічні (їх можна зберігати до п'яти років, а заряджати - при правильному використанні - до 1000 разів), добре працюють при низьких температурах і легко витримують великі струми розряду, можуть заряджатися як малими, так і великими струмами.

Мінусів у них, втім, теж чимало. По-перше, відносно невелика щільність енергії (тобто відношення ємності елемента до його об'єму), по-друге, помітний струм саморозряду (після декількох місяців зберігання акумулятор перед використанням потрібно заново зарядити), по-третє, використання в конструкції отруйного кадмію, і , по-четверте, ефект пам'яті.

На останньому варто зупинитися докладніше, так як при розмові про акумулятор ми його ще не раз згадаємо. Ефект пам'яті є наслідком порушення внутрішньої структури акумулятора: в ньому починають рости кристали, що зменшують ефективну поверхню і, відповідно, ємність акумулятора. Свою назву ефект отримав через те, що особливо швидко кристали ростуть при неповному розрядці акумулятора: він як би пам'ятає, до якого рівня його розряджали в минулий раз - якщо акумулятор був розряджений, скажімо, тільки на 25%, то чергова зарядка відновить його ємність не до 100%, а менше. Для боротьби з ефектом пам'яті акумулятор рекомендується перед зарядкою розряджати повністю - це руйнує утворюються кристали і відновлює ємність акумулятора. Серед доступних типів акумуляторів саме нікель-кадмієві найбільш схильні до ефекту пам'яті.

Проте, в деяких випадках використання нікель-кадмієвих акумуляторів виправдано і зараз - завдяки низькій вартості, довговічності і можливості зарядки при низьких температурах без негативних наслідків для акумулятора.

Нікель-металгідридні (Ni-MH) акумулятори

Незважаючи на близьке сусідство на полицях магазинах, в історичному плані між Ni-Cd і Ni-MH акумуляторами лежить прірва: останні були розроблені лише в 1980-х роках. Цікаво, що спочатку досліджувалася можливість зберігання водню для нікель-водневих батарей, які застосовуються в космічній техніці, але в результаті ми отримали і один з найпоширеніших в побуті типів акумуляторів.

На відміну від нікель-кадмієвих батарей, Нікель-металгідридні не містять важких металів, а значить, нешкідливі для довкілля і не вимагають спеціальної переробки при утилізації. Втім, це далеко не єдиний їх плюс: з точки зору споживачів, тобто нас з вами, куди важливіше, що при тих же розмірах Ni-MH акумулятори мають в два-три рази більшу ємність - для найбільш поширених акумуляторів формату AA вона доходить вже до 2500-2700 мА * ч проти 800-1000 мА * ч у нікель-кадмієвих.

Більш того, Ni-MH акумулятори ще й практично не страждають від ефекту пам'яті. Точніше кажучи, виробники рік за роком зменшують його вплив - і тому, хоча теоретично ефект присутні і в Ni-MH акумуляторах, на практиці у сучасних моделей він незначний. Втім, ми не будемо покладатися в усьому на виробників і в одній з наших наступних статей спробуємо самі оцінити вплив ефекту пам'яті.

На жаль, у Ni-MH акумуляторів є і свої проблеми. По-перше, вони мають більший струм саморозряду (втім, про це ми ще раз поговоримо трохи нижче) в порівнянні з Ni-Cd, по-друге, хоча число циклів перезарядки також може досягати 1000, падіння ємності акумулятора може спостерігатися вже після 200 300 циклів, по-третє, надто великі розрядні струми і зарядка при низьких температурах помітно скорочують життя акумулятора.

Проте, за сукупністю характеристик - вартості, надійності, ємності, простоті обслуговування - на наразі Ni-MH акумулятори є одними з кращих, що і зумовило їх застосування в величезній масі побутових пристроїв.

Останнім часом у продажу з'явилися також так звані "Ready To Use" ( "готові до використання") Ni-MH акумулятори. Від звичайних вони відрізняються малим струмом саморозряду - виробник запевняє, що за півроку акумулятор втратить не більше 10% ємності, а за рік - не більше 15% (для порівняння, звичайний Ni-MH акумулятор за місяць сяде на 20 ... 30%, а за рік - в нуль). Звідси і назва: будучи зарядженими ще виробником, ці акумулятори не встигнуть повністю розрядитися до того, як ви купите їх в магазині, а значить, їх можна буде використовувати без попередньої зарядки, відразу після покупки. Мінусом таких акумуляторів є менша ємність - елемент формату AA має ємність 2000 ... 2100 мА * год проти 2600 ... 2700 мА * ч для звичайних Ni-MH акумуляторів.

Зарядні пристрої для Ni-Cd і Ni-MH акумуляторів

Принципи заряду Ni-Cd і Ni-MH акумуляторів багато в чому схожі - з цієї причини сучасні зарядні пристрої, Як правило, підтримують відразу обидва типи. Методи ж заряду і, відповідно, типи зарядних пристроїв можна розділити на чотири групи. При цьому у всіх випадках ми будемо вказувати зарядний струм через ємність акумулятора: наприклад, рекомендація заряджати струмом величиною "0,1" означає, що акумулятора ємністю 2700 мА * год в такій схемі відповідає струм 270 мА (0,1 * 2700 \u003d 270) , а акумулятора ємністю 1400 мА * год - 140 мА.

Повільний заряд струмом 0,1C

Цей метод заснований на тому, що сучасні акумулятори легко витримують перезаряд (тобто спробу "залити" в них більше енергії, ніж акумулятор може зберігати), якщо зарядний струм не перевищує величини 0,1C. Якщо струм перевищує цю величину, акумулятор при перезаряді може вийти з ладу.

Відповідно, слабкострумове зарядний пристрій не потребує будь-яких контролі закінчення заряду: нічого страшного в надлишкової його тривалості немає, акумулятор просто розсіє зайву енергію у вигляді тепла. Відповідні зарядні пристрої дешеві і досить широко поширені. Для зарядки акумулятора достатньо залишити його в такому ЗУ на час не менше 1,6 * C / I, де C - ємність акумулятора, I - зарядний струм. Скажімо, якщо ми беремо ЗУ зі струмом 200 мА, то акумулятор ємністю 2700 мА * год гарантовано зарядиться за 1,6 * 2700/200 \u003d 21 годині 36 хвилин. Майже добу ... в загальному, головний недолік таких ЗУ очевидний - час зарядки часто перевищує розумні величини.

Проте, якщо ви нікуди не поспішаєте, таке зарядний пристрій цілком має право на життя. Головне - якщо ви використовуєте акумулятори малої місткості в парі з сучасним ЗУ, перевірте, щоб струм зарядки (а він обов'язково повинен бути вказаний в характеристиках ЗУ) не перевищував 0,1C. Також варто врахувати, що повільний заряд сприяє прояву у акумуляторів ефекту пам'яті.

Заряд струмом 0,2 ... 0,5С без контролю закінчення заряду

Подібні зарядні пристрої хоч і рідко, але все ж зустрічаються - в основному серед дешевої китайської продукції. При струмі 0,2 ... 0,5С вони або не мають контролю закінчення заряду взагалі, або мають тільки вбудований таймер, що виключає акумулятори через заданий час.

Використовувати подібні ЗУ категорично не рекомендується: Так як контролю закінчення заряду немає, то в більшості випадків акумулятор виявиться недо- або перезаряджаючи, що істотно скоротить термін його життя. Заощадивши на зарядному пристрої, ви втратите гроші на акумуляторах.

Заряд струмом до 1C з контролем закінчення заряду

Цей клас зарядних пристроїв - найбільш універсальний для повсякденного застосування: з одного боку, вони забезпечують зарядку акумуляторів за розумний час (від півтора до чотирьох-шести годин, в залежності від конкретного ЗУ і акумуляторів), з іншого, чітко контролюють закінчення заряду в автоматичному режимі .

Найбільш часто зустрічається метод контролю закінчення заряду - по спаду напруги, зазвичай він називається "метод dV / dt", "метод негативної дельти" або "метод -ΔV". Полягає він у тому, що протягом всієї зарядки напруга на акумуляторі повільно росте - але коли акумулятор досягає повної ємності, воно короткочасно знижується. Ця зміна дуже невелике, однак його цілком можна виявити - і, виявивши, припинити заряд.

Багато виробників зарядних пристроїв також вказують в їх характеристиках "мікропроцесорний контроль" - але, по суті, це те ж саме, що і контроль за негативною дельті: якщо він є, то він здійснюється спеціалізованим мікропроцесором.

Втім, контроль за напругою - не єдиний доступний: в момент накопичення акумулятором повної ємності в ньому різко зростає тиск і температура корпусу, що також можна контролювати. На практиці, втім, технічно найпростіше вимірювати напругу, тому інші методи контролю закінчення заряду зустрічаються рідко.

Також багато якісні зарядні пристрої мають два захисних механізму: контроль температури акумуляторів і вбудований таймер. Перший зупиняє зарядку, якщо температура перевищить допустиму межу, другий - якщо за розумний час зупинка заряду по негативній дельті не спрацювала. І те, і інше може статися, якщо ми використовуємо старі або просто неякісні акумулятори.

Закінчивши зарядку акумуляторів великим струмом, найбільш "розумні" зарядні пристрої ще деякий час дозаряджати їх малим струмом (менш 0,1C) - це дозволяє отримати від акумуляторів максимальну можливу ємність. Індикатор заряду на пристрої при цьому зазвичай гасне, показуючи, що основна стадія зарядки закінчена.

Проблем з подібними пристроями буває дві. По-перше, не всі з них здатні з достатньою точністю "зловити" момент спаду напруги - але, на жаль, це перевірити можна тільки досвідченим шляхом. По-друге, хоча такі пристрої зазвичай розраховані на 2 або 4 акумулятори, більшість з них не вміють заряджати ці акумулятори незалежно один від одного.

Наприклад, якщо в інструкції до ЗУ зазначено, що воно може заряджати тільки 2 або 4 акумулятори одночасно (але не 1 і не 3) - це означає, що воно має лише два незалежні канали заряду. Кожен з каналів забезпечує напругу близько 3 В, а акумулятори включаються в них попарно-послідовно. Наслідки з цього два. Очевидне полягає в тому, що ви не зможете зарядити в подібному ЗУ одиночний акумулятор (а, скажімо, ваш покірний слуга щодня користується mp3-плеєром, які працюють саме від одного AAA-акумулятора). Менш очевидне - в тому, що контроль закінчення заряду також здійснюється тільки для пари акумуляторів. Якщо ви використовуєте не дуже нові акумулятори, то просто через технологічного розкиду одні з них постаріють трохи раніше за інших - і якщо в парі попалися два акумулятора з різним ступенем старіння, то таке ЗУ або недозаряд один з них, або перезарядити другий. Зрозуміло, це буде тільки посилювати темпи старіння гіршого з пари.

"Правильне" зарядний пристрій повинен дозволяти заряджати будь-яку кількість акумуляторів - один, два, три або чотири - а в ідеалі, ще й мати для кожного з них окремий індикатор закінчення зарядки (в іншому випадку індикатор гасне, коли зарядиться останній з акумуляторів). Тільки в такому випадку у вас будуть деякі гарантії того, що кожен з акумуляторів батареї наближається до повної ємності незалежно від стану інших акумуляторів. Окремі індикатори заряду дозволяють також відловлювати передчасно вийшли з ладу акумулятори: якщо з чотирьох елементів, що використовувалися разом, один заряджається значно довше або значно швидше за інших, значить, саме він і буде слабкою ланкою всієї батареї.

Багатоканальні зарядні пристрої мають і ще одну приємну особливість: у багатьох з них при зарядці половинного кількості акумуляторів можна вибирати швидкість заряду. Скажімо, ЗУ Sanyo NC-MQR02, розраховане на чотири акумулятори формату AA, при зарядці одного або двох акумуляторів дозволяє вибирати зарядний струм між 1 275 мА (при установці акумуляторів в крайні слоти) і 565 мА (при установці їх в центральні слоти). При установці трьох або чотирьох акумуляторів вони заряджаються струмом 565 мА.

Крім зручності в експлуатації, ЗУ даного типу є і найбільш "корисними" для акумуляторів: заряд струмом середньої величини з контролем закінчення заряду по негативній дельті є оптимальним з точки зору збільшення терміну життя акумуляторів.

Окремий підклас швидких зарядних пристроїв - ЗУ з попередніми розрядом акумуляторів. Зроблено це для боротьби з ефектом пам'яті і може бути дуже корисно для Ni-Cd акумуляторів: ЗУ простежить, щоб спочатку вони були повністю розряджені, і тільки після цього почне заряд. Для сучасних Ni-MH таке тренування вже не є обов'язковою.

Заряд струмом більш 1C з контролем закінчення заряду

І, нарешті, останній метод - надшвидкий заряд, тривалістю від 15 хвилин до години, з контролем заряду знову ж по негативній дельті напруги. Переваг у таких ЗУ два: по-перше, ви майже моментально отримуєте заряджені акумулятори, по-друге, надшвидкий заряд дозволяє в великій мірі уникнути ефекту пам'яті.

Є, втім, і мінуси. По-перше, не всі акумулятори добре витримують швидкий заряд: недостатньо якісні моделі, що мають великий внутрішній опір, можуть в такому режимі перегріватися аж до виходу з ладу. По-друге, дуже швидкий (15-хвилинний) заряд може негативно впливати на термін життя акумуляторів - знову ж таки, через їх надлишкового нагрівання при заряді. По-третє, такий заряд "наповнює" акумулятор лише до 90 ... 95% ємності - після чого для досягнення 100% ємності є потреба у додатковому дозаряд малим струмом (втім, більшість швидких ЗУ його здійснюють).

Проте, якщо ви потребуєте надшвидкої зарядки акумуляторів, придбання "15-хвилинного" або "півгодинного" ЗУ буде хорошим виходом. Зрозуміло, використовувати з ним треба тільки якісні акумулятори великих виробників, а також своєчасно виключати з батарей відслужили своє екземпляри.

Якщо ж вас влаштовує тривалість заряду в кілька годин, то оптимальними як і раніше залишаються описані в попередньому розділі ЗУ із зарядним струмом менш 1C і контролем закінчення заряду по негативній дельті напруги.

Окреме питання - сумісність зарядних пристроїв з різними типами акумуляторів. ЗУ для Ni-MH і Ni-Cd, як правило, універсальні: будь-яка з них може заряджати акумулятори кожного з цих двох типів. ЗУ для Ni-MH акумуляторів з закінченням заряду по негативній дельті напруги, навіть якщо для них це не заявлено прямо, можуть працювати і з Ni-Cd акумуляторами, а ось навпаки - на жаль. Справа тут в тому, що стрибок напруги, та сама негативна дельта, у Ni-MH помітно менше, ніж у Ni-Cd, тому не всяке ЗУ, налаштоване на роботу з Ni-Cd, зможе "відчути" цей стрибок на Ni-MH .

Для інших же типів акумуляторів, включаючи літій-іонні і свинцево-кислотні, ці ЗУ непридатні в принципі - такі акумулятори мають зовсім іншу схему заряду.

Методика тестування

В процесі тестування акумуляторів і гальванічних елементів в нашій лабораторії ми вимірюємо наступні їх параметри, найбільш важливі для визначення як якості елементів (тобто їх відповідності обіцянкам виробника), так і розумної області використання:

ємність при різних режимах розряду;
величина внутрішнього опору;
величина саморозряду (тільки для акумуляторів);
наявність ефекту пам'яті (тільки для акумуляторів).

Основна частина випробувального стенду - це, зрозуміло, регульована навантаження, що дозволяє розряджати заданим струмом до чотирьох акумуляторів або батарейок одночасно.

Для контролю напруги всіх чотирьох елементів використовується цифровий самописець Velleman PCS10, що підключається до комп'ютера через USB-інтерфейсу. Похибка вимірювання складає не більше 1% (власна похибка самописця - 3%, але ми додатково калібруємо кожен з його каналів, вносячи відповідні поправки в підсумкові дані), дискретність вимірювання тиску - 12 мВ, періодичність вимірювань - 250 мс.

Схема установки досить проста: це чотири окремі стабілізатора струму, виконаних на операційному підсилювачі LM324 (ця мікросхема якраз складається з чотирьох ОУ в одному корпусі) і польових транзисторах IRL3502. Управляються все стабілізатори одним багатооборотним змінним резистором, тому струм на них виставляється одночасно - це спрощує настройку установки на конкретний тест і зводить до мінімуму похибку ручної установки струму. Можливі межі зміни навантаження - від 0 до 3 А на кожен елемент живлення.

Для вимірювання напруги на ще одній мікросхемі LM324 зібрані чотири диференціальних підсилювача, входи яких підключені безпосередньо до контактів колодки, в яку встановлюються акумулятори - це повністю виключає похибка, що вноситься втратами на сполучних проводах. З виходів диференціальних підсилювачів сигнал надходить на самописець.

Крім того, в схемі присутні не показаний на малюнку вище генератор прямокутних імпульсів, періодично то що включає, то повністю відключає навантаження. Тривалість "нуля" на виході генератора дорівнює 6,0 с, тривалість "одиниці" - 2,25 с. Генератор дозволяє протестувати елементи живлення в режимі роботи з імпульсним навантаженням і, зокрема, визначити їх внутрішній опір.

Також на малюнку вище не відображено схема харчування установки: вона підключається до блоку живлення комп'ютера, його вихідна напруга (+12 В) знижується до +9 В стабілізатором на мікросхемі 78L09, а необхідне для двополярного живлення ОП напруга -9 В формується ємнісним конвертером на мікросхемі ICL7660. Втім, це вже малоістотні нюанси, які ми обговорюємо лише потім, щоб заздалегідь попередити питання про коректність проведення вимірювань, що можуть виникнути у знаючих в електроніці читачів.

Для охолодження силових транзисторів, шунтів зворотного зв'язку і власне тестованих елементів живлення вся установка обдувається стандартним 12-вольта вентилятором типорозміру 80x80x20 мм.

Для отримання і автоматичної обробки даних з самописця була написана спеціальна програма - на щастя, компанія Velleman для багатьох своїх приладів поставляє вельми прості у використанні SDK і набори бібліотек. Програма дозволяє в реальному часі будувати графіки напруги на елементах живлення в залежності від минулого з початку тесту часу, а також розраховувати - після закінчення тесту - їх ємність. Остання, очевидно, дорівнює добутку розрядного струму і часу, за яке елемент досяг нижньої межі напруги.

Кордон же вибирається в залежності від типу елемента і умов розряду. Для акумуляторів при малих токах це 1,0 В - нижче розряджати їх просто не можна, так як це може призвести до незворотної псування елемента; на великих токах нижня межа знижується до 0,9 В, щоб належним чином врахувати внутрішній опір акумулятора.

для батарейок практичний сенс мають два кордони розряду. З одного боку, елемент вважається повністю спустошеним, якщо напруга на ньому впало до 0,7 В - тому логічно вимірювати ємність саме за фактом досягнення цього рівня. З іншого боку, не всі харчуються від батарейок пристрої здатні працювати при напрузі нижче 0,9 В, тому практичне значення має і те, коли акумулятор розрядився до даного рівня. У наших тестах ми будемо приводити обидва цих значення - хоча багато елементів, досягнувши рівня 1,0 В, далі розряджаються дуже швидко, є і такі, які порівняно довго тримаються між 0,7 В і 0,9 В.

Отже, встановивши елементи живлення, виставивши потрібний струм і включивши самописець, ми починаємо тестування. Для кожного типу елементів живлення були обрані кілька режимів розрядки - з метою отримати найбільш цікаві та характерні результати.

Для батарейок це:

розрядка малим постійним струмом: 250 мА для елементів формату АА, 100 мА - формату ААА;
розрядка великим постійним струмом: 750 мА для елементів формату АА, 300 мА - формату ААА;

Для Ni-MH акумуляторів це:

розрядка малим постійним струмом: 500 мА для елементів формату АА, 200 мА - формату ААА;
розрядка великим постійним струмом: 2500 мА для елементів формату АА 1000 мА - формату ААА;
розрядка імпульсним струмом: тривалість імпульсу 2,25 с, тривалість паузи 6,0 с, амплітуда струму 2500 мА для елементів формату АА і 1000 мА - формату ААА.

Для Ni-Cd акумуляторів формату AA розрядні режими обрані такими ж, як і для Ni-MH акумуляторів формату AAA - з урахуванням схожою паспортної ємності перших і других.

Якщо при тестуванні батарейок все просто - роздрукував упаковку, вставив батарейку в установку, запустив тест - то акумулятори треба попередньо готувати, бо всі вони, крім згадуваної вище серії "Ready To Use", на момент покупки повністю розряджені. Тому тестування акумуляторів проводилося строго за наступною схемою;

вимір залишкової ємності на малому струмі (тільки для "Ready To Use" моделей);
зарядка;
розрядка великим струмом без вимірювання ємності (тренування);
зарядка;
розрядка великим струмом з вимірюванням ємності;
зарядка;
розрядка імпульсним струмом з вимірюванням ємності;
зарядка;
розрядка малим струмом з вимірюванням ємності;
зарядка;
витримка протягом 7 діб;
розрядка малим струмом з вимірюванням ємності - далі результат порівнюється з отриманим на попередньому кроці і розраховується відсоток втрати ємності за рахунок саморозряду за 1 тиждень;

У тестах батарейок ми використовуємо на кожному етапі по одному елементу кожного марки. У тестах акумуляторів - мінімум по два елементи кожної марки.

Для зарядки акумуляторів ми використовуємо зарядний пристрій Sanyo NC-MQR02.

Це ЗУ швидкої зарядки з контролем негативною дельти напруги і температури акумуляторів, що дозволяє заряджати від одного до чотирьох (в довільних комбінаціях) акумуляторів формату AA, а також один або два акумулятора формату AAA. Перші можна заряджати як струмом 565 мА, так і 1275 мА (якщо акумуляторів не більше двох), другі - струмом по 310 мА на елемент. За кілька років регулярного використання це ЗУ переконливо довело свою високу ефективність і сумісність з будь-якими акумуляторами, що і зумовило його вибір для проведення тестування. Щоб уникнути втрати ємності за рахунок саморозряду, у всіх тестах, крім власне тесту на саморазряд, акумулятори заряджаються безпосередньо перед початком вимірювань.

Вимірювання на постійному струмі дають логічну картину (приклад представлений на графіку вище): напруга на елементах швидко знижується в перші хвилини тесту, потім виходить на більш-менш постійний рівень, а в самому кінці тесту, на останніх відсотках заряду, знову швидко падає.

Трохи менш банальні вимірювання на імпульсному струмі. На малюнку вище представлений сильно збільшений ділянку графіка, отриманого в такому тесті: провали напруги на ньому відповідають включенню навантаження, підйоми - відключення. З цього графіка легко підрахувати внутрішній опір акумулятора: як ви бачите, при амплітуді струму 2,5 А напруга просідає на 0,1 В - відповідно, внутрішній опір дорівнює 0,1 / 2,5 \u003d 0,04 Ом \u003d 40 мОм. Важливість цього параметра стане більш зрозумілою з наших наступних статей, в яких ми порівняємо між собою різні типи батарейок і акумуляторів - а поки відзначимо лише, що великий внутрішній опір викликає не тільки "просідання" напруги під навантаженням, але і втрати накопиченої в акумуляторах енергії на нагрівання самих себе.

У повному ж масштабі імпульси зливаються один з одним в суцільну смугу, верхня межа якої відповідає напрузі на елементі живлення без навантаження, нижня - з навантаженням. За формою цієї смуги можна оцінити не тільки час роботи елемента під важкої імпульсної навантаженням, але і залежність його внутрішнього опору від глибини розряду: наприклад, як ви бачите, у Ni-MH акумулятора компанії Sony опір майже постійно і починає рости тільки при повному його розряді . Гарний результат.

Як напевно помітять багато наших читачів, ми вибрали дуже жорсткі режими розряду: струм 2,5 А дуже великий, а 6-секундна пауза між імпульсами не дає елементу як слід "відпочити" (як ми вже згадували вище, батарейки, трохи "відлежавшись" , можуть частково відновити свою ємність). Проте, зроблено це навмисно, щоб максимально яскраво і наочно показати відмінності між елементами живлення різних типів і різної якості. Для того ж, щоб наблизитися до більш м'яким реальних умов експлуатації, а також до умов, в яких виробники акумуляторів вимірюють їх ємність, ми додали в тестування режими розряду з відносно невеликим постійним струмом.

До слова, самі виробники зазвичай вказують розрядні режими так само, як і зарядні - пропорційно ємності елемента. Скажімо, штатні вимірювання ємності акумуляторів належить проводити при струмі 0,2C - тобто 540 мА для акумулятора на 2700 мА * год, 500 мА для акумулятора на 2500 мА * ч, і так далі. Однак, так як акумулятори одного форм-фактора в наших тестах досить близькі за характеристиками, ми вирішили тестувати їх при фіксованих токах, що не залежать від паспортної ємності конкретного екземпляра - це сильно спрощує уявлення і зіставлення результатів.

І якщо вже мова зайшла про ємності, варто згадати про деяку обманливості такої загальноприйнятої одиниці, як ампер-годину. Справа в тому, що збережена в елементі живлення енергія визначається не тільки тим, скільки часу він тримав заданий струм, але і тим, яке на ньому було при цьому напруга - так, цілком очевидно, що літієва батарея ємністю 3 А * год і напругою 3 у здатна запасти вдвічі більше енергії, ніж батарея ємністю ті ж 3 а * ч, але напругою 1,5 В. Тому правильніше вказувати ємність не в ампер-годинах, а в ват-годинах, отримуючи їх через інтеграл залежності напруги на акумуляторі від часу розряду при його постійному струмі. Крім природного обліку різного робочої напруги різних елементів, така методика дозволяє ще й врахувати, наскільки добре даний конкретний елемент тримав напруга під навантаженням. Скажімо, якщо дві батарейки розрядилися до рівня 0,7 В за 60 хвилин, але перша більшу частину цього часу трималася на рівні 1,1 В, а друга - на рівні 0,9 В, абсолютно очевидно, що перша має велику реальну ємність - незважаючи на те, що підсумкове час їх розряду однаково. Особливо це важливо в світлі того, що більшість сучасних електронних пристроїв споживають постійний струм, А постійну потужність - і елементи з великим напруженням в них будуть працювати в більш вигідних режимах.

Ближче до практики: приклади енергоспоживання

Зрозуміло, крім абстрактного тестування батарейок на керованої навантаженні, нам було цікаво, як же споживають струм реальні пристрої. Для прояснення цього питання ми, оглянувши навколишній простір, випадковим чином вибрали набір предметів, що живляться від різних батарейок.

Тільки частина цього набору

У разі, якщо пристрій споживало більш-менш постійний струм, вимірювання проводилися звичайним цифровим мультиметром Uni-Trend UT70D в режимі амперметра. Якщо ж струм споживання сильно змінювався, то вимірювали ми його, включивши між пристроєм і живлять його батарейками низькоомним шунт, падіння напруги на якому фіксувалося осциллографом Velleman PCSU1000.

Результати представлені нижче в таблиці:

Що ж, серед наших пристроїв зустрілися і досить "ненажерливі" - фотоспалах, фотоапарат і ліхтар з лампою розжарювання. Якщо останній споживав належні йому 700 мА постійно і безперервно, то у перших двох характер енергоспоживання виявився цікавішим.

Ціна вертикального поділу на осцилограмах нижче дорівнює 200 мА, нуль відповідає першого поділу знизу.

фотоапарат
Ціна поділки осцилограми - 200 мА

У звичайному режимі Canon PowerShot A510, який живиться від двох елементів типу АА, споживав близько 800 мА - чимало, але й не рекордно багато. Однак при включенні (перша група вузьких піків на осциллограмме), рух об'єктива (друга група піків) і фокусуванні (третя група) струм міг виростати більш ніж в півтора рази, до 1,2 ... 1,4 А. Що цікаво, відразу після натискання на "спуск" енергоспоживання фотоапарата впало - при запису тільки що знятого кадру на флешку він автоматично вимикає екран. Втім, як тільки кадр був записаний, споживання піднялося назад до 800 мА.

фотоспалах
Ціна поділки осцилограми - 100 мА

Фотоспалах Pentax AF-500FTZ (чотири елементи формату АА) споживала струм ще цікавіше: він був майже дорівнює нулю в періоди між спрацьовуваннями, миттєво виростав до 700 мА відразу після спрацьовування (такий момент і відображений на осциллограмме вище), після чого протягом 10. ..15 секунд плавно знижувався назад до нуля (рвана лінія осцилограми вийшла з-за того, що спалах споживає струм з частотою близько 6 кГц). При цьому спалах демонструвала чітку залежність між часом спаду струму і напругою живлять її елементів: так як їй треба було кожен раз накопичити певну енергію, то чим сильніше просідала під навантаженням напруга живлення, тим більше часу потрібно для накопичення потрібної запасу. Це, до речі, добре ілюструє одну з ролей внутрішнього опору елементів живлення - чим воно менше, тим менше за інших рівних просяде напруга і тим швидше ви зможете зробити наступний кадр зі спалахом.

У наступних же наших статтях, де ми будемо розглядати вже конкретні типи і екземпляри батарейок і акумуляторів, приблизне уявлення про енергетичні потреби різних пристроїв допоможе нам визначити, які з елементів живлення для них підходять.

На сучасному етапі існує безліч акумуляторів, які мають різний хімічний склад і, через присутність в них тих чи інших елементів, свої характерні особливості і переваги в експлуатації. Нікель-кадмієві акумулятори з'явилися давно. Але до сих пір є популярними і потрібними в різних сферах людської діяльності.

З історії створення

Перші лужні Ni-Сd акумулятори з'явилися ще в кінці ХХ століття. Їх винайшов шведський вчений Вальдмар Юнгнер, в якості позитивного заряду використавши нікель, а кадмій - в якості негативного. Незважаючи на очевидну користь цього винаходу, на ті часи масове виробництво таких батарей було досить дорогим і енергоємним. Тому було відкладено на період майже в 50 років.

30-ті роки минулого століття чудові тим, що саме тоді була створена техніка впровадження хімічно активних матеріалів пластин на пористий електрод, покритий нікелем. Масове ж виробництво Ni-Cd акумуляторів почалося після 50-х років.

Основні характеристики і переваги

Нікель-кадмієві акумулятори, в більшості випадків, мають циліндричну форму. Тому в народі їх часто називають «банками». Є і плоскі Ni батарейки - наприклад, для годин. Всі зарядні елементи такого типу мають порівняно невелику ємність, якщо зіставляти їх з (Ni-MH), що з'явилися значно пізніше з метою удосконалення Ni-Cd акумуляторів.

Однак більш низькі показники ємності не є тим недоліком, який міг би стати причиною для того, щоб старий добрий кадмієвий акумулятор було остаточно знято з виробництва. Один з його безперечних плюсів - це те, що при експлуатауції він нагрівається не так швидко, як MH. Це значно знижує ризик його перегріву і передчасного виходу з ладу.

Більш повільний процес нагрівання Ni-Cd обумовлений тим, що хімічні реакції, які відбуваються всередині них, є ендотермічними. Іншими словами, що виділяється під час реакцій тепло поглинається усередині. Що стосується MH, вони відрізняються від кадмієвих екзотермічні реакціями з виділенням великої кількості тепла. У зв'язку з цим MH нагріваються набагато швидше і можуть «перегоріти», якщо вчасно не припинити їх використання.

Ni-Сd акумулятори мають щільний металевий корпус, що відрізняється підвищеною міцністю і хорошою герметичністю. Вони здатні встояти при будь-яких хімічних реакціях всередині і витримати великий тиск газів навіть в найгірших умовах. Аж до зниження температури до -40 ° С. Нікель кадмієві акумулятори не схильні до ризику самозаймання, на відміну від сучасних.

Серед них є потужні і надійні промислові акумулятори Ni, які можуть повноцінно працювати протягом 20-25 років. І, незважаючи на те, що на зміну цим АКБ вже давно прийшли MH і літієві з більшою ємністю, Ni-Cd акумулятори продовжують активно застосовуватися і до цього дня.

Якщо говорити про цінову категорії, вартість Ni-Cd значно нижче, ніж у інших батарей. Це також є одним з їхніх основних плюсів.

Сфера застосування

Невеликі Ni-Cd акумулятори широко використовуються для живлення різної побутової техніки і апаратури, переважно, в тих випадках, коли той чи інший прилад споживає велику кількість струму. Стандартні «банки» до сих пір забезпечують роботу електродрилів і шуруповертов. елементи великих розмірів незамінні в громадському транспорті. Наприклад, в тролейбусах або трамваях з метою харчування ланцюгів їх управління, в судноплавному справі і особливо в сфері авіації як бортові вторинні джерела струму.

особливості експлуатації

Оскільки Ni-Cd акумулятори помітно нагріваються, тільки якщо вони заряджені повністю, велика частина пристроїв «розуміє» це як сигнал, за яким слід припиняти процес зарядки. Для того щоб вони працювали довше, їх рекомендується швидко заряджати, а використовувати - до повного розряду: на відміну від MH, нікель-кадмієві акумулятори глибокої розрядки не бояться.

Цей вид АКБ - єдиний з елементів живлення, які рекомендується зберігати повністю вбраними, в той час, як MH слід зберігати зарядженими повністю, і їм періодично потрібна перевірка напруги на виході. Така різниця, при істотній відмінності в експлуатації, безумовно, є ще одним очевидним пунктом на користь Ni-Cd.

При довгому зберіганні без використання в розрядженому вигляді з батарейками не трапиться нічого страшного. Але, щоб привести їх у робочий стан, Потрібно два-три рази провести їм повний цикл «заряд-розряд». Краще робити це незадовго до застосування, можна за добу, і тоді нікель-кадмієві акумулятори будуть працювати з оптимальною токоотдачи.

Будь-Ni-Cd, застосовуваний в побуті, при його живленні струмом невеликої величини і періодичної неповної розрядкою може значно втратити ємність, що створює враження повного виходу АКБ з ладу. Якщо Ni-Cd довгий час знаходився на заряджанні, наприклад, в пристрої з постійним харчуванням, Він теж втратить певного показника ємності, хоча рівень його напруги, при цьому, буде вірним.

Це означає, що використовувати Ni-Cd в режимі постійного підживлення і «недоразряд» не варто, а якщо таке все ж сталося з батарейкою, одного циклу глибокої розрядки з подальшим повним зарядом буде досить для того, щоб ємність була відновлена.

Такий ефект називається «ефектом пам'яті» і виникає, коли не до кінця розряджена батарея піддавалася підзарядці раніше, ніж вона розрядиться повністю. Справа в тому, що при виробництві нікель-кадмієвих акумуляторів використовуються так звані пресовані електроди. Це дуже зручно, так як «пресування» високотехнологічна і обходиться дешевше. Але саме її хімічний склад схильний до «ефекту пам'яті» - іншими словами, до появи в електрохімічному складі АКБ «зайвого» подвійного електричного шару у вигляді великих кристалів, що обумовлює зниження напруги.

Саме тому Ni-Cd елементи так «люблять» повний і глибокий розряд, після якого, «очистивши пам'ять», вони можуть довгий час працювати повноцінно.

Відновлення нікель-кадмиевого акумулятора

відновлення водою

Можна спробувати провести відновлення працездатності Ni-Cd акумуляторів за допомогою звичайнісінького електроліту у вигляді дистильованої води.

Для цього знадобиться кілька нехитрих інструментів і пристосувань:

• паяльна кислота ;
• одноразовий шприц ;
  паяльник;
• трохи дистильованої води .

Зазвичай акумуляторний блок, що знаходиться всередині дрилі або шуруповерта, виглядає як зв'язка з декількох металевих «банок», обгорнутих цупким папером. Для того щоб зрозуміти, яка «банку» в зв'язці найслабша, потрібно спочатку виміряти напругу на полюсах кожного елемента. Як перевірити напругу? Дуже просто, за допомогою мультиметра або тестера. Найчастіше, показник напруги у найслабших «банок» близький або дорівнює нулю.

Для того щоб почати процес відновлення, потрібно просвердлити в батарейці невеликий отвір, попередньо звільнивши її від паперу або етикетки. Зробити це можна за допомогою шуруповерта, використовуючи гострий саморіз №16. Важливо подбати про те, щоб не пошкодити нутро акумулятора, а просвердлити тільки його зовнішню оболонку.

В даному випадку варто відзначити ще одну незаперечну перевагу: в таких батареях, внаслідок їх конструкції, підвищеною герметичності і особливості протікають хімічних реакцій, не відбувається мимовільного загоряння. Тому аматорські методи повернення нікель-кадмієвих елементів до життя є безпечними, на відміну від проведення подібного роду маніпуляцій з сучасними літієвими батареями, схильними до вибухів і здуття.

В одноразовий шприц набирається 1 мл дистильованої води, і АКБ поступово заповнюється нею. При цьому важливо не поспішати, стежити за тим, щоб вода поступово проникала всередину батареї. Дистильована вода потрібна для повернення і створення необхідної щільності електроліту всередині АКБ. Після того як вода буде залита, отвір закривається паяльною кислотою, яка береться на сірник, і запаюється добре розігрітим паяльником.

Деякі умільці стверджують, що, якщо замість дистильованої води залити всередину батареї електроліт від шахтарських ліхтариків, АКБ буде працювати набагато краще і довше.

На закінчення потрібно знову провести заміри напруги мультиметром і поставити акумулятор на зарядку. Звичайно, паяна батарея прослужить недовго, але це може допомогти виграти якийсь час перед придбанням нової.

Відновлення методом запзаппінга

Для нікель-кадмієвих акумуляторів існує перевірений, але вельми ризикований метод відновлення, який називається запзаппінг. Суть його полягає в тому, що батарейки піддаються коротким розрядами дуже високих струмів, в десятки разів перевищують норму. Кожен елемент в буквальному сенсі слова «прожигается» короткосекунднимі струмовими імпульсами в 10, 20 ампер і вище.

Запзаппінг вимагає хорошої підготовки любителя електроніки та дотримання техніки безпеки у вигляді захисних окулярів і, бажано, спецодягу. Стверджується, що він відновлює елементи, які не вживалися 20 років і більше. Слід пам'ятати про те, що запзаппінг застосовний виключно нікель-кадмієвих акумуляторів. Відновлення Ni-MH акумуляторів таким способом проводити не рекомендується.

Цикл розряд-заряд

Для того щоб усунути «ефект пам'яті» , потрібно розрядити АКБ до 0,8-1 вольта, після чого повністю зарядити її знову . Якщо батарея не відновлювалась протягом довгого часу, таких циклів можна провести кілька, а для мінімізації «ефекту пам'яті» тренувати батарею таким чином бажано раз на місяць.

Що ж стосується популярного «шкільного» методу, який передбачає заморозку NiСd або NiMH акумуляторів в морозильній камері - незважаючи на те, що ефективність цього способу є сумнівною, в мережі можна знайти велику кількість інформації про «відновлення» батарейок шляхом поміщення їх в холодильник. Насправді, краще застосувати спосіб відновлення елементів дистильованою водою - по крайней мере, в даному випадку шансів реанімувати їх буде набагато більше.

Отже, нікель-кадмієві акумулятори не поступаються сучасним батареям по ряду переваг своїх технічних характеристик. Вони як і раніше надійні, міцні, недорогі і максимально безпечні в застосуванні.

Основні типи акумуляторів:

Ni-Cd Нікель-кадмієві акумулятори

Для акумуляторного інструменту нікель-кадмієві акумулятори є фактичним стандартом. Інженерам добре відомі їхні переваги і недоліки, зокрема Ni-Cd Нікель-кадмієві акумулятори містять кадмій - важкий метал підвищеної токсичності.

У нікель-кадмієвих акумуляторів є так званий «ефект пам'яті» суть якого зводиться до того, що при заряді в повному обсязі розрядженого акумулятора його новий розряд можливий тільки до того рівня, з якого його зарядили. Іншими словами акумулятор «пам'ятає» рівень залишкового заряду, з якого його повністю зарядили.

Отже, при заряді в повному обсязі розрядженого Ni-Cd акумулятора відбувається зменшення його ємності.

Існує кілька способів боротьби з цим явищем. Наведемо лише самий простий і надійний спосіб.

При використанні акумуляторного інструменту з Ni-Cd акумуляторними батареями слід дотримуватися простого правила: Заряджати тільки повністю розряджені акумулятори.

Рекомендується зберігати Ni-Cd Нікель-кадмієві акумуляторні батареї в розрядженому стані, бажано щоб розряд не був глибоким, в іншому випадку це може викликати незворотні процеси в батареї.

Плюси Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів

• Низька ціна Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів
• Можливість віддавати найбільший струм навантаження
• Можливість швидкого заряду акумуляторної батареї
• Збереження високої ємності акумулятора до -20 ° C
• Велика кількість циклів заряду-розряду. При правильній експлуатації подібні акумулятори відмінно працюють і допускають до 1000 циклів заряду-розряду і більш

Мінуси Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів

• Відносно високий рівень саморозряду - Ni-Cd Нікель-кадмієвий акумулятор втрачає близько 8-10% своєї ємності в першу добу після повного заряду.
• Під час зберігання Ni-Cd Нікель-кадмієвий акумулятор втрачає близько 8-10% заряду кожного місяця
• Після тривалого зберігання ємність Ni-Cd Нікель-кадмиевого акумулятора відновлюється після 5 циклів розряду-заряду.
• Для продовження терміну служби Ni-Cd Нікель-кадмиевого акумулятора рекомендується кожен раз повністю його розряджати для запобігання проявам «ефекту пам'яті»

Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори

Ці акумулятори пропонуються на ринку як менш токсичні (в порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами) і більш екологічно безпечні, як у виробництві, так і при утилізації.

На практиці Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори дійсно демонструють досить велику ємність при габаритах і масі, кілька менших, ніж у стандартних Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів.

Завдяки практично повної відмови від застосування токсичних важких металів в конструкції Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів останні після використання можуть бути утилізовані цілком безпечно і без екологічних наслідків.

У нікель-металогідридних акумуляторів трохи знижено «ефект пам'яті». На практиці «ефект пам'яті» практично непомітний через високий саморазряда цих акумуляторів.

При експлуатації Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів бажано розряджати їх в процесі роботи в повному обсязі.

Зберігати Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори слід в зарядженому стані. При тривалих (понад місяць) перервах в роботі акумулятори слід перезаряджати.

Плюси Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів

• нетоксичні акумулятори
• Менший «ефект пам'яті»
• Хороша працездатність при низькій температурі
  
• Велика ємність у порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами

Мінуси Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів

• Дорожчий тип акумуляторів
• Величина саморазряда приблизно в 1.5 рази вище в порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами
• Після 200-300 циклів розряду-заряду робоча ємність Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів дещо знижується
• Батареї Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів мають обмежений термін служби

Li-Ion Літій-іонні акумулятори

Безсумнівним достоїнством літій-іонних акумуляторів є практично непомітний «ефект пам'яті».

Завдяки цьому чудовому властивості Li-Ion акумулятор можна заряджати або заряджати в міру необхідності, виходячи з потреб. Наприклад, можна підзарядити в повному обсязі розряджений літій-іонний акумулятор перед важливою, відповідальною або тривалою роботою.

На жаль ці акумулятори є найбільш дорогими акумуляторними батареями. Крім того літій-іонні акумулятори мають обмежений термін служби, незалежний від числа циклів розряд-заряд.

Резюмуючи можна припустити, що літій-іонні акумулятори найкраще придатні для випадків постійної інтенсивної експлуатації акумуляторного інструменту.

Плюси Li-Ion Літій-іонних акумуляторів

• Відсутня «ефект пам'яті» і тому з'являється можливість заряджати і заряджати акумулятор в міру необхідності
• Висока ємність Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
• Невелика маса Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
• Рекордно-низький рівень саморозряду - не більше 5% в місяць
• Можливість швидкого заряду Li-Ion Літій-іонних акумуляторів

Мінуси Li-Ion Літій-іонних акумуляторів

• Висока вартість Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
• Скорочується час роботи при температурі нижче нуля градусів Цельсія
  
• Обмежений термін служби

Примітка

З практики експлуатації Li-Ion Літій-іонних акумуляторів в телефонах, фотокамерах і т.д. можна відзначити, що ці акумулятори служать в середньому від 4 до 6 років і витримують за цей час близько 250-300 циклів розряду-заряду. При цьому абсолютно точно помічено: більше циклів розряд-заряд - коротше термін служби Li-Ion Літій-іонних акумуляторів!

Слідкуйте за новинами в нашій групі Вконтакте

Протягом цілих п'ятдесят років портативні пристрої для автономної роботи могли покладатися виключно на нікель-кадмієві джерела живлення. Але кадмій дуже токсичний матеріал, і в 1990-х на зміну нікель-кадмиевой технології прийшла більш екологічна нікель-метал-гідридна. По суті ці технології дуже схожі, і більшість характеристик нікель-кадмієвих акумуляторів передалися у спадок нікель-метал-гідридним. Але тим не менше, для деяких застосувань нікель-кадмієві акумулятори залишаються незамінними і використовуються досі.

1. Нікель-кадмієві акумулятори (NiCd)

Винайдений Вальдмаром Юнгнер в 1899 році, нікель-кадмієвий акумулятор мав кілька переваг у порівнянні зі свинцево-кислотних, єдиним існуючим тоді акумулятором, проте був більш дорогим через вартість матеріалів. Розвиток цієї технології було досить повільним, але в 1932 році був зроблений значний прорив - в якості електрода став використовуватися пористий матеріал з активною речовиною всередині. Подальше вдосконалення було зроблено в 1947 році і вирішило проблему газопоглинання, що дозволило створити сучасну герметичну необслуговується нікель-кадмієві батареї.

Протягом багатьох років саме NiCd батареї служили в якості джерел живлення для двосторонніх радіостанцій, екстреної медичної техніки, професійних відеокамер та електроінструменту. В кінці 1980-х були розроблені ультраемкіе NiCd акумулятори, які потрясли світ своєю ємністю, на 60% перевищує показник стандартної батареї. Це було досягнуто завдяки розміщенню більшої кількості активної речовини в батареї, але додалися і недоліки - підвищився внутрішній опір і зменшилася кількість циклів заряду / розряду.

NiCd стандарт залишається одним з найнадійніших і невибагливих серед акумуляторних батарей, і авіаційна галузь залишається вірною цій системі. Проте, довговічність цих акумуляторів залежить від належного обслуговування. NiCd, і почасти NiMH акумулятори, схильні до ефекту "пам'яті", який призводить до втрати ємності, якщо періодично не робити повний цикл розряду. При порушенні рекомендованого режиму зарядки акумулятор ніби пам'ятає, що в попередні цикли роботи його ємкість не була використана повністю, і при розряді віддає електроенергію тільки до певного рівня. ( Дивіться: Як відновити нікелевий акумулятор). У таблиці 1 перераховані переваги і недоліки стандартного нікель-кадмиевого акумулятора.

переваги

надійний; велика кількість циклів при правильному обслуговуванні Єдиний акумулятор, здатний до ультрашвидкий зарядці з мінімальним стресом Хороші характеристики навантажень, прощає їх перебільшення Тривалий термін зберігання; можливість зберігання в розрядженому стані Відсутність спеціальних вимог до зберігання і транспортування Хороша продуктивність при низьких температурах Найнижча вартість одного циклу роботи серед всіх акумуляторів Можна користуватися в широкому діапазоні розмірів і варіантів виконання

недоліки

Відносно низька питома енергоємність в порівнянні з більш новими системами Ефект "пам'яті"; необхідність періодичного обслуговування для його уникнення Кадмій є токсичним матеріалом, необхідна спеціальна утилізація Високий саморозряд; потребує підзарядки після зберігання Низька напруга осередку в 1,2 вольта, вимагає побудови багатокоміркової систем для забезпечення високої напруги

Таблиця 1: Переваги і недоліки нікель-кадмієвих батарей.

2. Нікель-метал-гидридні акумулятори (NiMH)

Дослідження нікель-метал-гидридной технології почалися ще в 1967 році. Однак нестабільність метал-гідриду гальмувала розробку, що в свою чергу призвело до розвитку нікель-водневої (NiH) системи. Нові гідридні сплави, виявлені в 1980-х, вирішили проблеми з безпекою, і дозволили створити акумулятор з питомою енергоємністю на 40% більшою, ніж у стандартного нікель-кадмиевого.

Нікель-метал-гидридні акумулятори не позбавлені недоліків. Наприклад, їх процес зарядки більш складний, ніж у NiCd. З саморазрядом в 20% за першу добу і подальшої щомісячної в 10%, NiMH займають одну з лідируючих позицій в своєму класі. Модифікуючи гідридний сплав, можна домогтися зниження саморозряду і корозії, але це додасть недолік у вигляді зменшення питомої енергоємності. Але в разі використання в електротранспорті, ці модифікації вельми корисні, так як підвищують надійність і збільшують термін служби батарей.

3. Використання в споживчому сегменті

NiMH батареї в даний момент є одними з найбільш легкодоступних. Такі гіганти галузі як Panasonic, Energizer, Duracell і Rayovac визнали необхідність присутності на ринку недорогого і довговічного акумулятора, І пропонують нікель-метал-гидридні джерела живлення різних типорозмірів, зокрема АА і ААА. Виробниками витрачаються великі зусилля, щоб відвоювати частину ринку у лужних батарей.

У цьому сегменті ринку нікель-метал-гидридні батареї є альтернативою перезаряджається лужним батареям , Які з'явилися ще в 1990 році, але через обмежений життєвого циклу і слабких навантажувальних характеристик не здобули успіху.

У таблиці 2 порівнюються питома енергоємність, напруга, саморозряд і час роботи батарейок і акумуляторів споживчого сегмента. Представлені в АА, ААА і інших типорозмірах, ці джерела живлення можуть використовуватися в портативних пристроях. Навіть якщо у них може трохи різниться номінальний вольтаж, стан розряду, як правило, настає при однаковому для всіх фактичному значенні напруги в 1 В. Ця широта значень напруги допустима, так як портативні пристрої мають деяку гнучкість в плані діапазону напруг. Головне - необхідно разом використовувати тільки однотипні електричні елементи. Проблеми безпеки і несумісність напруги перешкоджають розвитку літій-іонних батарей в АА і ААА типорозмірі.

Таблиця 2: Порівняння різних батарей типорозміру АА.

* Eneloop є торговою маркою корпорації Sanyo, заснованої на NiMH системі.

Високий показник саморазряда NiMH є причиною триваючої заклопотаності споживачів. ліхтар або портативний пристрій з батареєю NiMH розрядиться, якщо не користуватися ним кілька тижнів. Пропозиція заряджати пристрій перед кожним використанням навряд чи знайде розуміння, особливо у випадку з ліхтарями, які позиціонуються як джерела резервного освітлення. Перевага лужної батареї з терміном зберігання в 10 років тут бачиться безперечним.

В нікель-метал-гидридной батареї від Panasonic і Sanyo під торговою маркою Eneloop вдалося значно зменшити саморазряд. Eneloop може зберігатися без підзарядки в шість разів довше ніж звичайна NiMH. Але недоліком такої поліпшеної батареї є трохи менша питома енергоємність.

У таблиці 3 наведено переваги та недоліки нікель-метал-гидридной електрохімічної системи. У таблиці не враховані характеристики Eneloop і інших споживчих торгових марок.

переваги	На 30-40 відсотків більша ємність у порівнянні з NiCd Менш схильні до ефекту "пам'яті", можуть бути відновлені Прості вимоги до зберігання і транспортування; відсутність регулювання цих процесів Екологічно чисті; містять тільки помірно токсичні матеріали Вміст нікелю робить утилізацію самоокупною Широкий діапазон робочих температур
недоліки	Обмежений термін служби; глибокі розряди сприяють її зменшенню Складний алгоритм зарядки; чутливі до перезаряду Особливі вимоги до режиму підзарядки Виділяють тепло під час швидкої зарядки і розряду потужної навантаженням високий саморозряд Кулонівська ефективність на рівні 65% (для порівняння у літій-іонних - 99%)

Таблиця 3: Переваги і недоліки NiMH батарей.

4. Залізо-нікелеві акумулятори (NiFe)

Після винаходу в 1899 році нікель-кадмиевого акумулятора шведський інженер Вальдмар Юнгнер продовжив дослідження і намагався замінити дорогий кадмій дешевшим залізом. Але низька ефективність заряду і надмірне газоутворення водню змусили його відмовитися від подальшого розвитку NiFe батареї. Він навіть не став патентувати цю технологію.

Залізо-нікелевий акумулятор (NiFe) використовує в якості катода гідрат окису нікелю, анода - залізо, а електроліту - водний розчин гідроксиду калію. Осередок такого акумулятора генерує напруга в 1,2 В. NiFe стійкий до зайвого перезаряду і глибокого розряду; може експлуатуватися в якості резервного джерела живлення протягом більш ніж 20 років. Стійкість до вібрацій і високих температур зробили цей акумулятор самим використовуваним в гірській промисловості в Європі; також він знайшов своє застосування для забезпечення харчування залізничної сигналізації, також використовується як тягової акумулятор для навантажувачів. Можна відзначити, що під час Другої світової війни саме залізо-нікелеві батареї використовувалися у німецькій ракеті "Фау-2".

NiFe має низьку питому потужність - приблизно 50 Вт / кг. Також до недоліків варто віднести погану продуктивність при низьких температурах і високий показник саморазряда (20-40 відсотків на місяць). Саме це, укупі з високою вартістю виробництва, спонукає виробників залишатися вірними свинцево-кислотних батарей.

Але залізо-нікелевий електрохімічна система активно розвивається і в недалекому майбутньому здатна стати альтернативою свинцево-кислотної в деяких галузях. Перспективно виглядають експериментальна модель ламельної конструкції, в ній вдалося знизити саморазряд акумулятора, він став практично несприйнятливий до впливу пере- і недозарядке, а його термін служби очікується на рівні 50 років, що можна порівняти з 12-річним терміном служби свинцево-кислотної батареї в режимі роботи при глибоких циклічних розрядах. Очікувана ціна такої NiFe батареї буде порівнянна з ціною літій-іонної, і всього в чотири рази перевищувати ціну свинцево-кислотної.

NiFe акумулятори, так само як і NiCd і NiMH , Вимагають особливих правил зарядки - крива напруги має синусоїдальну форму. Відповідно, використовувати зарядний пристрій для свинцево-кислотного або літій-іонного акумулятора не вийде, це навіть може нашкодити. Як і всі батареї на основі нікелю, NiFe бояться перезарядження - він викликає розкладання води в електроліті і призводить до її втрати.

Знижену в результаті неправильної експлуатації ємність такого акумулятора можна відновити шляхом додатка високих струмів розрядки (пропорційних значенням ємності акумулятора). Дану процедуру необхідно проводити до трьох разів з тривалістю періоду розряду в 30 хвилин. Також слід стежити за температурою електроліту - вона не повинна перевищувати 46 ° С.

5. Нікель-цинкові акумулятори (NiZn)

Нікель-цинковий акумулятор схожий на нікель-кадмієвий тим, що використовує лужної електроліт і нікелевий електрод, але відрізняється по напрузі - NiZn забезпечує 1,65 В на клітинку, в той час як NiCd і NiMH мають показник в 1,20 В на клітинку. Заряджати NiZn акумулятор необхідно постійним струмом з значенням напруги 1,9 В на клітинку, також варто пам'ятати, що цей вид акумуляторів не розрахований для роботи в режимі підзарядки. Питома енергоємність становить 100Вт / кг, а кількість можливих циклів - 200-300 раз. NiZn не має в своєму складі токсичних матеріалів і може бути легко утилізовано. Випускається в різних типорозмірах, в тому числі в АА.

У 1901 році Томас Едісон отримав патент США на акумуляторну нікель-цинкову батарею. Пізніше його розробки були удосконалені ірландським хіміком Джеймсом драми, який встановив ці акумулятори на автомотриси, які курсували за маршрутом Дублін-Брей з 1932 по 1948 рік. NiZn не отримав належного розвитку через сильний саморазряда і короткого життєвого циклу, викликаного утвореннями дендритів, що також часто призводило до короткого замикання. Але вдосконалення складу електроліту зменшило цю проблему, що дало привід знову розглядати NiZn для комерційного використання. Низька вартість, висока вихідна потужність і широкий діапазон робочих температур роблять цю електрохімічний систему вкрай привабливою.

6. Нікель-водневі акумулятори (NiH)

Коли в 1967 почалася розробка нікель-метал-гідридних батарей, дослідники зіткнулися з нестабільністю гидрита металу, що викликало зсув в бік розвитку нікель-водневого (NiH) акумулятора. Осередок такого акумулятора включає в себе інкапсульований в посудину електроліт, нікелевий і водневий (водень укладений в сталевий балон під тиском в 8207 бар) електроди.

У другій половині двадцятого століття одними з кращих перезаряджаються хімічних джерел струму були акумуляторні батареї, виготовлені за нікель-кадмиевой технології. Вони до цих пір широко застосовуються в різних сферах завдяки своїй надійності і невибагливості.

Содрежаніе

Що таке нікель кадмієвий акумулятор

Нікель-кадмієві батареї є гальванічними перезаряджаємими джерелами струму, які були винайдені в 1899 році в Швеції Вальдмаром Юнгнер. До 1932 року їх практичне використання було дуже обмеженим через дорожнечу використовуваних металів в порівнянні з свинцево-кислотними АКБ.

Удосконалення технології їх виробництва призвело до значного поліпшення їх експлуатаційних характеристик і дозволило в 1947 році створити герметичний обслуговуються АКБ з відмінними параметрами.

Принцип роботи і пристрій Ni-Cd акумулятора

Електричну енергію ці АКБ виробляють завдяки оборотного процесу взаємодії кадмію (Cd) з оксидом-гідроксидом нікелю (NiOOH) і водою, в результаті якого утворюється гідроксид нікелю Ni (OH) 2 і гідроксид кадмію Cd (OH) 2, який зумовлює появу електрорушійної сили.

Ni-Cd АКБ випускаються в герметичних корпусах, в яких розміщені електроди, розділені нейтральним сепаратором, що містять нікель і кадмій, що знаходяться в розчині желеобразного лужного електроліту (як правило, гідроксид калію, KOH).

Позитивний електрод являє собою сталеву сітку або фольгу, вкриту пастою оксид-гідроксиду нікелю, змішану з провідним матеріалом

Негативний електрод - це сталева сітка (фольга) з впресованим пористим кадмієм.

Один нікель кадмієвий елемент здатний видавати напругу близько 1,2 вольта, тому для збільшення напруги і потужності батарей в їх конструкції застосовується безліч паралельно з'єднаних електродів, розділених сепараторами.

Технічні характеристики і які бувають Ni-Cd АКБ

Ni-Cd батареї мають наступні технічні характеристики:

• напруга розряду одного елемента - близько 0,9-1 вольт;
• номінальну напругу елемента - 1,2 v, для отримання напруг 12v і 24v застосовують послідовне з'єднання декількох елементів;
• напруга повного заряду - 1,5-1,8 вольт;
• робоча температура: від -50 до +40 градусів;
• кількість циклів заряду-розряду: від 100 до 1000 (в найсучасніших батареях - до 2000), в залежності від використовуваної технології;
• рівень саморозряду: від 8 до 30% в перший місяць після повного заряду;
• питома енергоємність - до 65 Вт * год / кілограм;
• термін експлуатації - близько 10 років.

Ni-Cd АКБ випускають в різних корпусах стандартних типорозмірів і в нестандартному виконанні, в тому числі в дисковому, герметичному вигляді.

Де використовуються нікель кадмієві АКБ

Ці батареї застосовуються в пристроях, які споживають великий струм, а також відчувають високі навантаження при експлуатації в наступних випадках:

• на тролейбусах і трамваях;
• на електрокарах;
• на морському та річковому транспорті;
• в вертольотах і літаках;
• в електроінструментах (шуруповерти, дрилі, електровивертки та інші);
• електробритви;
• у військовій техніці;
• переносних радіостанціях;
• в іграшках на радіокеруванні;
• в ліхтарях для дайвінгу.

В даний час з-за посилення екологічних вимог більшість акумуляторів популярних типорозмірів (, і інші) випускається по нікель-металлогидридной і літій-іонної технологіям. Разом з тим, в експлуатації ще перебуває безліч Ni Cd АКБ різних типорозмірів, випущених кілька років тому.

Ni-Cd елементи мають тривалий термін експлуатації, який інколи перевищує 10 років і тому ще можна зустріти цей вид батарей в безлічі електронних пристроїв, крім тих, які перераховані вище.

Плюси і мінуси Ni-Cd акумулятора

Цей вид елементів живлення має наступні позитивні характеристики:

• великий термін експлуатації і число циклів заряду-розряду;
• тривалий термін служби і зберігання;
• можливість швидкої зарядки;
• здатність витримувати великі навантаження і низькі температури;
• збереження працездатності в найнесприятливіших умовах експлуатації;
• невисока вартість;
• можливість зберігати ці батареї в розрядженому стані до 5 років;
• середня стійкість до перезаряду.

У той же час, нікель кадмієві джерела живлення мають ряд недоліків:

• наявність ефекту пам'яті, що виявляється у втраті ємності при зарядці АКБ, не чекаючи повного розряду;
• необхідність профілактичних робіт (кілька циклів заряду-розряду) по набору повної ємності;
• повне відновлення АКБ після довготривалого зберігання вимагає трьох-чотирьох циклів повного заряду-розряду;
• великий саморозряд (близько 10% в перший місяць зберігання), що призводить до практично повного розряду батареї за рік зберігання;
• невисока енергетична щільність в порівнянні з іншими елементами живлення;
• висока токсичність кадмію, через яку вони заборонені в ряді країн, у тому числі в ЄС, необхідність проводити утилізацію таких АКБ на спеціальному обладнанні;
• більшої ваги в порівнянні з сучасними батареями.

Відмінність Ni-Cd від Li-Ion або Ni-Mh джерел

Батареї з активними компонентами, що включають нікель і кадмій, мають ряд відмінностей від більш сучасних літій-іонних і нікель-металогідридних джерел електроенергії:

• Ni-Cd елементи, на відміну від і варіантів, мають ефект пам'яті, мають меншу питомою ємністю при однакових розмірах;
• NiCd джерела більш невибагливі, зберігають працездатність при дуже низьких температурах, у багато разів більш стійкі до перезаряду і сильному розряду;
• Li-Ion і Ni-Mh акумулятори коштують дорожче, боятися перезарядження і сильного розряду, але мають менший саморозряд;
• термін експлуатації і зберігання Li-Ion акумуляторів (2-3 роки) в рази менше, ніж Ni Cd виробів (8-10 років);
• нікель-кадмієві джерела швидко втрачають ємність при використанні в буферному режимі (наприклад, в UPS). Хоча їх можна після цього повністю відновити шляхом глибокого розряду і заряду, краще не використовувати Ni Cd вироби в пристроях, де здійснюється їх постійна підзарядка;
• однаковість режиму заряду Ni-Cd і Ni-Mh батарей дозволяє використовувати одні і ті ж зарядні пристрої, але при цьому потрібно враховувати той факт, що у нікель-кадмієвих АКБ більш виражений ефект пам'яті.

Виходячи з наявних відмінностей, не можна зробити однозначний висновок про те, які АКБ краще, оскільки у всіх елементів є і сильні і слабкі сторони.

Правила експлуатації

В ході експлуатації в Ni Cd джерелах живлення відбувається ряд змін, які призводять до поступового погіршення характеристик і, в кінцевому підсумку, до втрати працездатності:

• зменшується корисна площа і маса електродів;
• змінюється склад і обсяг електроліту;
• відбувається розпад сепаратора і органічних домішок;
• втрачається вода і кисень;
• з'являються витоку струму, пов'язані з ростом дендритів кадмію на пластинах.

Для того, щоб максимально зменшити пошкодження батареї, що виникають при її експлуатації та зберіганні, необхідно уникати несприятливих впливів на АКБ, які пов'язані з наступними факторами:

• заряд не повністю зарядженій батареї призводить до оборотної втрати її ємності через зменшення загальної площі активної речовини в результаті кристаллообразования;
• регулярний сильний перезаряд, який призводить до перегріву, збільшеному газоутворення, втрати води в електроліті і руйнує електроди (особливо анод) і сепаратор;
• недозаряд, що приводить до передчасного виснаження батареї;
• довготривала експлуатація при дуже низьких температурах призводить до зміни складу і обсягу електроліту, збільшується внутрішній опір АКБ і погіршуються її експлуатаційні характеристики, зокрема падає ємність.

При сильному збільшенні тиску всередині батареї в результаті швидкого заряду великим струмом і сильної деградації кадмиевого катода в АКБ може виділятися надлишковий водень, що призводить до різкого збільшення тиску, яке може деформувати корпус, порушує щільність збірки, збільшує внутрішній опір і зменшує робочу напругу.

В АКБ, обладнаних аварійним клапаном скидання тиску, небезпека деформації можна запобігти, але незворотних змін хімічного складу батареї уникнути неможливо.

Зарядку Ni Cd акумуляторів потрібно виробляти струмом 10% (при необхідності швидкого заряду в спеціальних АКБ - струмом до 100% за 1 годину) величини їх ємності (наприклад, 100 мА при ємністю 1000 mAh) протягом 14-16 годин. самий кращий режим їх розряду - струмом, рівним 20% від ємності батареї.

Як відновити Ni Cd акумулятор

Нікель кадмієві джерела живлення в разі втрати ємності можна практично повністю відновити за допомогою повного розряду (до 1 вольта на елемент) і подальшого заряду в стандартному режимі. Таке тренування акумуляторів можна повторити кілька разів для найбільш повного відновлення їх ємності.

У разі неможливості провести відновлення АКБ шляхом розряду і заряду, можна спробувати їх відновити за допомогою впливу короткими струмовими імпульсами (величиною в десятки разів більше ємності відновлюваного елемента) на протязі декількох секунд. Це вплив усуває внутрішнє замикання в елементах батареї, що виникає через наростання дендритів шляхом їх випалювання сильним струмом. Існують спеціальні промислові активатори, які здійснюють такий вплив.

Повне відновлення первісної ємності таких батарей неможливо через незворотного зміни складу і властивостей електроліту, а також деградації пластин, але дає можливість продовжити термін експлуатації.

Методика відновлення в домашніх умовах полягає в проведенні наступних дій:

• проводом перерізом не менше 1,5 квадратних міліметрів з'єднують мінус відновлюваного елемента з катодом потужної батареї, наприклад автомобільної або з UPS;
• до анода (плюса) однієї з батарей надійно прикріплюється другий провід;
• протягом 3-4 секунд вільним кінцем другого проводу швидко стосуються вільної плюсовій клеми (з частотою 2-3 торкання в секунду). При цьому необхідно не допускати приварювання проводів в місці з'єднання;
• вольтметром проводиться перевірка напруги на восстанавливаемом джерелі, при його відсутності робиться ще один відновлювальний цикл ;;
• при появі електрорушійної сили на АКБ, вона ставиться на зарядку;

Крім того, можна спробувати зруйнувати дендрити в АКБ шляхом їх заморозки на 2-3 години з наступним їх різким відстукуванням. При заморожуванні дендрити стають крихкими і руйнуються від ударної дії, що теоретично може допомогти позбутися від них.

Існують і більш екстремальні способи відновлення, пов'язані з додаванням дистильованої води в старі елементи шляхом висвердлювання їх корпусу. Але повноцінне забезпечення герметичності таких елементів в подальшому дуже проблематично. Тому не варто економити і піддавати здоров'я ризику отруєння сполуками кадмію через виграшу кількох циклів роботи.

Зберігання та утилізація

Зберігати нікель кадмієві батареї краще в розрядженому стані при низькій температурі в сухому місці. Чим менше температура зберігання таких АКБ, тим менше у них саморозряд. Якісні моделі можуть зберігатися до 5 років без істотного збитку технічним характеристикам. Для введення їх в експлуатацію досить провести їх зарядку.

Шкідливі речовини, що містяться в одній батареї АА, здатні забруднити близько 20 квадратних метрів території. Для безпечної утилізації Ni Cd акумуляторів, їх потрібно здавати в пункти переробки, звідки їх переправляють на заводи, де їх повинні руйнувати в спеціальних герметичних печах, обладнаних фільтрами, які ловлять токсичні речовини.

Вам так само може бути цікаво

Кожна людина в тій чи іншої ступеня використовує різні батарейки. Вони можуть бути, як

Заміна акумулятора в автомобілі проводиться планово або в разі його поломки. Звичайно, можна підібрати

Акумуляторні батареї навіть за умови правильної експлуатації мають обмежений термін служби. Щоб не зменшувати

Сучасні акумулятори з маркуванням 14250 є оптимальним рішенням для живлення різної техніки. завдяки інноваційним