Можно ли заряжать заряженный никель-кадмиевый аккумулятор

Современная портативная техника не обходится без средства накопления заряда ‒ аккумулятора. Поддержание функционала электрических приборов вдали от электрической сети – во всех случаях требуется энергия. Аккумулятор – это устройство, обладающее способностью накапливать и отдавать электроэнергию. Он как раз и отвечает за автономное питание техники.

Эксплуатация никель-кадмиевого аккумулятора сопровождается рядом вопросов, один из которых ‒ «Можно ли заряжать заряженный аккумулятор». Вы можете узнать уЭлектрика ответ на вопрос можно ли заряжать заряженный Ni-Cd аккумулятор. Мы расскажем о последствиях такой зарядки, а также о возможностях дозарядки. Пройдемся по всем популярным вопросам про заряд никель-кадмиевых аккумуляторов, объясняя стоит ли заряжать заряженный аккумулятор.

Тимон Тищенко

Можно ли заряжать полностью заряженный никель-кадмиевый аккумулятор?

Заряженный Ni-Cd аккумулятор заряжать нельзя, так как в результате перезаряда никель-кадмиевых аккумуляторов внутри них растёт давление. В процессе зарядки выделяется кислород и постепенно снижается коэффициент использования тока. При сильном перезаряде из-за увеличения давления может открыться аварийный клапан. В результате резкого роста давления никель-кадмиевые батарейки деградируют и не подлежат восстановлению.

После того, как перезаряд прекращается давление внутри аккумуляторной батареи ещё продолжает расти, поскольку окисление гидроксильных ионов на оксидно‒никелевых электродах продолжается. Постепенно скорость выделения кислорода на положительном электроде сравнивается с поглощением на отрицательном (кадмиевом) электроде. И только после этого давление в аккумуляторе постепенно понижается. Если был существенный перезаряд, то давление будет снижаться медленнее. Также заряд полностью заряженного никель-кадмиевого аккумулятора ведет к его значительному нагреву, что отрицательно сказывается на сроке его службы.

Знакомство с Ni-Cd

Этот тип аккумулятора является самым старым среди прочих. Главной его особенностью считается необходимость полностью заряжать и полностью разряжать устройство из-за эффекта памяти. Также можно выделить их слабую чувствительность к холоду, который не сильно ухудшает их работоспособность. У Ni-Cd аккумуляторов есть огромное преимущество. Оно заключается в возможности хранить аккумулятор разряженным. Также Ni-Cd может похвалиться низким показателе саморазряда на фоне стандартного Ni-MH.

Ещё несколькими плюсами данного типа являются оптимальное значение рабочих циклов, которое в улучшенных моделях доходит до 1500, достаточная плотность заряда. К тому же, в арсенале Ni-Cd присутствует низкий показатель напряжения ‒ 1,2 В, что позволяет использовать их взамен одноразовых солевых и алкалиновых батареек. Ni-Cd показывает способность выдерживать высокие перепады температур – от -40 до +60 градусов по Цельсию.

Если говорить о стоимости, то среди прочих аккумуляторов, у никель-кадмиевых она низкая. На данный момент они используются чаще всего в электрических инструментах, тогда как в более ранние годы Ni-Cd применялись для таких устройств, как телефоны, камеры, рации, ноутбуки и другие девайсы.

Один элемент имеет номинальное напряжение 1,2V. При работе это значение может меняться от 1,35V (полностью заряжен) до 1V (полный разряд). У этих элементов есть одна интересная особенность, на которой завязан режим отключения в зарядном устройстве (если оно автоматическое). После набора ёмкости, напряжение на выводах несколько снижается на 50-70 mV. Такой скачок обозначают  ΔV(дельта V). Зарядное реагирует на такое снижение и отсекает ток заряда. Это позволяет предотвратить заряд полностью заряженного никель-кадмиевого аккумулятора.

На практике срабатывать по ΔV умеют только зарядные устройства среднего и продвинутого уровня. И часто приходится вручную просчитывать, как заряжать Ni-Cd аккумуляторы.

Правильный заряд

Напряжение заряда любая зарядка будет выдавать из расчёта 1,5-1,6V на один элемент. А вот ток заряда может быть разным. Его всегда можно посмотреть на самом зарядном устройстве (как правило, с тыльной стороны).

Ёмкость аккумулятора нужно поделить на ток заряда и умножить на коэффициент потерь от 1.1 до 1,6. Рекомендуется брать 1.4. Например:

1000mAh/200mA=5 часов*1,4 = 7 часов.

Каким током заряжать? Номинальный ток заряда 0,1─1 С, где С — ёмкость батареи. Для 1000 mAh номинальным является ток 100 mA -1000 mA. Время заряда в таком случае составит 14 часов. Не очень удобно. Почти всегда используется ускоренный режим 0,2-0,5 С. Это несколько сокращает срок службы аккумуляторов, но повышает удобство использования.

Важно! Средний срок службы никель-кадмиевых аккумуляторов составляет 500 циклов заряд-разряд. Производитель заявляет, как правило, до 1000. Таких показателей часто можно достичь только в идеальных условиях и чётко выдерживая номинальные режимы работы.

Основные правила заряда никель кадмиевых аккумуляторов

Перед зарядом аккумуляторы необходимо обязательно разрядить. Продвинутые зарядные устройства умеют это делать прежде, чем начинать очередной цикл заряда, но, возможно просто разрядить с использованием какой-либо нагрузки.

Подключить зарядное устройство (или установить в него аккумуляторы при бытовом исполнении) и дождаться отключения при полном заряде.

В случае если зарядное не обеспечивает автоотключение, рассчитать необходимое время заряда и по его истечении произвести отключение.

Заряд аккумулятора

В процессе зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов важным моментом является ограничение излишнего заряда. Это важный момент, поскольку при заряде никель-кадмиевых аккумуляторов внутри них растёт давление. В процессе зарядки выделяется кислород и постепенно снижается коэффициент использования тока. На графике ниже можно видеть зависимость разрядной ёмкости от скорости заряда. Данные приводятся для цилиндрических батарей.

Чтобы аккумулятор полностью зарядился, ему требуется сообщить до 160 процентов от номинальной ёмкости. Зарядка никель кадмиевых аккумуляторов должна вестись в интервале температур 0─40 С. Рекомендуемый интервал 10─30 С. При понижении температуры на отрицательном электроде снижается поглощение кислорода и растёт давление. В результате при сильном перезаряде из-за увеличения давления может открыться аварийный клапан. При увеличении температуры потенциал растёт и на положительном электроде очень рано выделяется кислород, что сокращает процесс зарядки в штатном режиме.

Если температура поддерживается стабильной, то на процесс заряда сильно влияет ток. Его увеличение вызывает рост скорости выделения кислорода. А скорость его поглощения при этом не меняется, поскольку зависит от особенностей конструкции аккумуляторной батареи. Влияние на газопоглощение оказывает компоновка, структура, толщина электродов, материал сепаратора, объем электролита.

В частности, чем плотность компоновки электродов больше и их толщина меньше, тем зарядка идёт с большей скоростью. Поэтому цилиндрические батареи заряжаются с большой скоростью. На кривых заряда можно заметить, что у таких моделей Ni-Cd аккумуляторов при токе 0,1─1С эффективность зарядки почти не меняется. Снижение тока заряда вызывает существенное уменьшение ёмкости, которую батарея отдаст при разряде.

Стандартный режим зарядки считается следующий. Никель-кадмиевый аккумулятор с напряжением 1 вольт заряжается примерно 14-16 часов током 0,1 С. Детали процесса зарядки оговариваются производителями аккумуляторов. Они могут отличаться из-за особенностей конструкции или увеличенной закладки активной массы (это делается для наращивания ёмкости). Для Ni-Cd аккумуляторов может использоваться зарядка постоянным током в течение всего времени. А может использоваться схема ступенчатого или плавного снижения тока зарядки во время процесса. Это позволяет проводить длительную зарядку без риска повредить аккумулятор. При таких режимах ток зарядки на первой стадии может значительно превышать значение 0,1*С.

Часто есть необходимость в увеличении скорости зарядки. Производители решают эту проблему выпуском батарей, которые способны эффективно заряжаться большими токами. При этом используются различные системы контроля, охраняющие никель-кадмиевый аккумулятор от сильного перезаряда. Эти системы контроля могут содержать, как сами аккумуляторы, так и зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов.

Для цилиндрических Ni-Cd аккумуляторов рекомендуется выполнять зарядку постоянным током величиной 0,2 С в течение 6-7 часов. Также используется режим током 0,3 С в течение 3-4 часов. В последнем случае контроль по времени заряда обязателен. Если ведётся ускоренный заряд, то перезаряд должен составлять до 120-140 процентов от ёмкости и не более. В этом случае Ni-Cd аккумулятор набирает разрядную ёмкость не меньше номинальной. Для работы в ускоренных режимах производители даже предлагают аккумуляторы, которые могут заряжаться за один час. В таком режиме используются различные средства контроля за температурой и напряжением, чтобы никель-кадмиевые батарейки не деградировали в результате резкого роста давления.

После того, как заряд прекращается давление внутри аккумуляторной батареи ещё продолжает расти, поскольку окисление гидроксильных ионов на оксидно-никелевых электродах продолжается. Постепенно скорость выделения кислорода на положительном электроде сравнивается с поглощением на отрицательном (кадмиевом) электроде. Поэтому давление в батарее постепенно понижается. Если был существенный перезаряд, то давление будет снижаться медленнее.

Зарядные устройства

Зарядных устройств в продаже представлено огромное количество. В них реализованы разные схемы отключения или отключение не реализовано вообще. Во втором случае существует реальный риск перезаряда аккумулятора.

Простейшие ЗУ

Включили в розетку — заряд пошёл, выключили – заряд закончен. Контроль над временем заряда лежит на пользователе. Такие устройства имеют право на существование с целью экономии средств. Необходимо лишь выбрать из них такое, которое будет заряжать каждый элемент отдельно. Если каналы заряда спарены, возникает перекос. Такой режим сокращает срок службы батарей. Отличить несложно. Количество светодиодных индикаторов должно совпадать с количеством каналов заряда.

ЗУ с определением заряда по времени

На таких ЗУ часто присутствует надпись «Auto». Она говорит о том, что здесь реализовано отключение по таймеру. Обычно от 6 до 12 часов. Не самый плохой вариант. Перезаряда точно не будет. Но скорее всего не будет и полного заряда. В таком случае можно подобрать аккумуляторы именно под это зарядное устройство. Но корректной работа зарядного устройства будет первые 100-200 циклов.

ΔV контроль

 Если у производителя реализована эта функция, он обязательно напишет это на упаковке. Если надписи нет, зарядное устройство относится к пункту 2. С наличием ΔV контроля, зарядное устройство уже полноценно автоматическое. Не забываем о раздельной зарядке каждого канала (популярные лет 10-12 назад зарядные с индексом 508 имеют контроль ΔV, но воспринимают установленные в него аккумуляторы как одну батарею).

ЗУ с жидкокристаллическим дисплеем

 Как правило, его наличие говорит о том, что реализовано всё, что перечислено выше и плюс температурный контроль. Зарядные устройства с дисплеем начального уровня не предполагают программирование режима и тока заряда, но со своей функцией — правильно заряжать Ni-MH батарейки, справляются отлично.

Зарядка–комбайн

Больше размером, чем предыдущие Предполагают программирование пользователем режимов и тока заряда. Если ничего не программировать в режиме “по умолчанию” заряжают батареи минимальным током и отключают заряд по ΔV контролю. Часто есть функция полного разряда аккумуляторов перед зарядкой для сброса эффекта памяти.

Чем более функциональное зарядное устройство, тем оно дороже. Но даже в дорогом исполнении, стоимость равна примерно 50 щелочным батарейкам. Окупаемость наступает достаточно быстро. Зарядное устройство такого класса обычно универсальное. И позволяет заряжать кроме никелевых аккумуляторов, ещё и литиево-ионные батареи. А также имеет функции:

• измерения ёмкости;
• измерения внутреннего сопротивления батарей;
• режим сброса эффекта памяти у никелевых аккумуляторов.

Виды зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов

Теперь, давайте, рассмотрим особенности разных видов зарядки подробнее.

Капельная зарядка Ni-Cd аккумуляторов

Здесь стоит сказать, что этот тип зарядки не способствует увеличению срока службы Ni-Cd аккумуляторов. Поскольку капельная зарядка не отключается даже после полного заряда, ток выбирается очень маленьким. Это сделано для того, чтобы при длительной зарядке не происходило перегрева батареек. В случае Ni-Cd батарей значение тока может быть даже снижено до 0,005 С. Для никель-кадмиевых все же оптимально подойдёт 0,1 С.

При капельной зарядке отсутствует характерный максимум напряжения и ограничением этого типа зарядки может выступать только время. Чтобы оценить необходимое время, потребуется знать ёмкость и начальный заряд батареи. Чтобы рассчитать время зарядки более точно, нужно разрядить батарею. Многие производители никель-кадмиевых батарей не рекомендуют использовать капельную зарядку.

Быстрая зарядка Ni-Cd аккумуляторов

Производители Ni-Cd аккумуляторов в своих рекомендациях приводят характеристики для заряда с величиной тока в интервале 0,75─1С. Ориентируйтесь на эти значения, когда будете выбирать, каким током заряжать Ni-Cd аккумуляторы. Значения тока заряда выше этих значений не рекомендуются, поскольку это может привести к открытию аварийного клапана для сброса давления. Быструю зарядку никель-металлогидридных батарей рекомендуется проводить при температуре 0-40 градусов Цельсия.

КПД процесса быстрой зарядки значительно больше, чем капельной. Он составляет около 90 процентов. Однако к моменту окончания процесса КПД резко снижается, и энергия переходит в выделение тепла. Внутри батарейки резко растёт температура и давление. Ni-Cd аккумуляторы имеют аварийный клапан, который может открыться при увеличении давления. В этом случае свойств аккумулятора будут безвозвратно потеряны. Да и сама высокая температура оказывает пагубное влияние на структуру электродов батарейки. Поэтому нужны чёткие критерии, по которым процесс заряда будет останавливаться.

Быстрые ЗУ ведут заряд по определённому алгоритму. Стадии этого алгоритма в общем виде следующие:

• определение наличия аккумуляторной батареи;
• квалификация батареи;
• пред-зарядка;
• переход на быструю зарядку;
• быстрая зарядка;
• дозарядка;
• поддерживающая зарядка.

Определение наличия аккумуляторной батареи

На этом этапе подаётся ток 0,1 С и выполняется проверка напряжения на полюсах. Для старта процесса заряда напряжение должно составлять не более 1,8 вольта. Иначе процесс не стартует.

Стоит отметить, что проверка наличия аккумулятора проводится и на других стадиях. Это необходимо на тот случай, если аккумулятор вынимается из зарядного устройства.

Если логика ЗУ определяет, что величина напряжения больше 1,8 вольта, то это воспринимается, как отсутствие аккумуляторной батареи или её повреждение.

Заключение

По сравнению с Ni-MH, Ni-Cd можно заряжать более высоким током. Однако, заряжать уже заряженный никель-кадмиевый аккумулятор не разрешается. Ni-Cd не способны противостоять сильному перезаряду. Они перегреваются и выходят из строя.