Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Аккумулятор (АКБ), как накопитель электрической энергии, имеет широкую сферу применения. Он не производит электричество, а может только запасать его, хранить и расходовать в течение определённого времени. Аккумуляторы представляют собой многоразовые устройства, которые можно заряжать от внешнего источника электричества.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Существует большое количество различных типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по конструкции и техническим принципам. К наиболее распространённым относятся следующие:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые (Ni-Cd);
  • литий-ионные (Li-ion).

Принцип действия аккумулятора зависит от его конструкции и, в основном, основывается на диссоциации отрицательных и положительных ионов. Процесс работы АКБ выглядит следующим образом. Батарея питания подключается, с соблюдением полярности, к внешнему источнику постоянного тока с соответствующим выходным напряжением и зарядным током, определяемым типом аккумулятора.

Через определённое время АКБ будет заряжена полностью и, после подключения нагрузки, её можно использовать как автономный источник питания для различных устройств. Область использования аккумуляторных батарей варьируется от детских игрушек и мобильных телефонов до подводных лодок и космических станций.

Аккумуляторные батареи, в зависимости от сферы применения могут выпускаться в различных геометрических. Обычно они имеют прямоугольную или цилиндрическую форму. Основными техническими характеристиками АКБ являются:

  • электрическая ёмкость;
  • номинальные напряжение и ток;
  • глубина разряда;
  • токи заряда и саморазряда;
  • срок службы;
  • рабочая температура.

Ёмкость АКБ обозначает количество запасённой энергии. Она измеряется в ампер-часах (А/ч, Ah) и обозначает время, в течение которого устройство может отдавать определенную величину тока. Так, например, батарея емкостью 7 А/час способна при токе 1 ампер работать без подзаряда в течение 7 часов, или 14 часов при 0,5 А.

Напряжение измеряется в вольтах (В, V). Существуют разные типы аккумуляторов, рассчитанные на стандартные напряжения. Это 1,2; 2,4; 6,0; 12; и 24 вольта. Для получения больших величин, АКБ соединяются последовательно.

Глубина разряда измеряется в процентах (%) и означает, до какой величины аккумулятор можно разряжать, чтобы не вывести его из строя. Наиболее стойкими к глубокому разряду являются литий-ионные и никель-кадмиевые аккумуляторы. Сернокислотные батареи со свинцовыми пластинами не следует разряжать более чем на 40-50%.

Саморазряд свойственен всем аккумуляторам. В результате длительного хранения в заряженном состоянии, какая-то часть заряда уйдёт в результате внутренних электрохимических реакций. При повышении окружающей температуры скорость саморазряда возрастает.

Зарядный ток обычно составляет одну десятую от номинальной ёмкости. Так аккумулятор на 100 А/ч следует заряжать током 10 А. В некоторых случаях зарядку АКБ следует выполнять малым током. Существуют также быстро заряжаемые устройства. В любом случае, этот параметр следует уточнить для каждой конкретной модели.

Срок службы можно считать не совсем корректным параметром. Для АКБ более важно количество возможных циклов зарядки-разрядки. Эта величина зависит от типа батареи и параметров эксплуатации. Например, АКБ, постоянно разряжаемый до 50%, допускает 800 циклов, тогда как аккумулятор, разряжаемый до уровня 25%, легко выдерживает 1 600 циклов.

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Существует три вида аккумуляторов использующих сернокислотный электролит и свинцовые элементы:

  • электролитная батарея;
  • гелевая АКБ;
  • AGM аккумулятор.

Самыми распространёнными АКБ такого типа являются батареи на 12 В, имеющие ёмкость 0,2-150 А/ч.

Этот тип применяется в автомобилях и других транспортных средствах, системах аварийного энергоснабжения. Конструктивно такой аккумулятор состоит из пластин свинца и оксида свинца, помещённых в ёмкость с раствором серной кислоты в дистиллированной воде. Они относятся к обслуживаемым устройствам, поскольку требуют постоянного контроля уровня и плотности электролита и корректировки этих параметров.

Такие батареи нельзя эксплуатировать в непроветриваемых помещениях из-за выделения токсичных газообразных веществ. К достоинствам кислотных устройств можно отнести невысокую стоимость, низкий саморазряд и не критичность при превышении мощности нагрузки. К минусам относятся недопустимость глубокого разряда, большие размеры и плохие температурные характеристики.

Такой аккумулятор представляет собой усовершенствованную электролитную батарею. Разница между ними заключается в том, что жидкий компонент заменён на густой гель на основе диоксида кремния. Гель предотвращает возможные замыкания и препятствует осыпанию пластин.

Читать также:  Латунное жало для паяльника

Батарея такого типа не нуждается в обслуживании, ей не требуется долив электролита, и она не выделяет никаких газов. Точнее газ выделяется, но он рекомбинируется внутри герметичного корпуса. В отличие от классических, которые можно эксплуатировать только при расположении клеммами вверх, гелевая АКБ к этому не критична и может работать в любом положении.

Такое исполнение допускает более глубокий разряд и обеспечивает при этом большее количество циклов перезаряда. Компактные и герметичные гелевые АКБ нашли широкое применение в бесперебойных источниках питания для систем пожарной и охранной сигнализации.

Самый существенный недостаток батарей с гелевым электролитом заключается в жёстких требованиях к току заряда. При превышении зарядного тока возникает мощное газообразование, которое может привести к механическому повреждению корпуса.

AGM технологию можно считать дальнейшей модификацией кислотных батарей. Электролит в этих устройствах находится в полностью связанном виде. Между электродами находятся губчатые пластины-маты из стекловолокна, которые заполнены электролитом. Такие системы хорошо выдерживают повышенные нагрузки и менее чувствительны к температуре, поскольку не имеют жидкого компонента.

Недостатком таких аккумуляторов является высокая цена и жёсткие требования к току и напряжению при зарядке. Общепринятые зарядные устройства использовать для таких батарей нельзя, так как они не обеспечивают стабильности параметров ± 1%. AGM батарею нельзя ставить в пару с другим типом аккумулятора.

НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Это герметичная низковольтная конструкция состоит из двух электродов, один из которых изготовлен из гидроокиси никеля, а второй из кадмия. Между ними находится слой геля с добавкой щёлочи. Стандартное напряжение одного элемента батареи составляет 1,2 В. Для получения большего напряжения они соединяются последовательно, а увеличить ток можно параллельным соединением.

Такие устройства применяются там, где нагрузка потребляет большой ток. Они используются в электрических грузовых тележках, водном транспорте и в авиации. Самое широкое распространение такие батареи получили в автономном электроинструменте.

Плюсы Ni-Cd батарей:

  • низкая стоимость;
  • способность отдавать большие токи;
  • малое время заряда;
  • большое количество (до 1000) разрядных циклов.

К минусам относится эффект памяти и высокий саморазряд. Аккумулятор «помнит» значение напряжения до которого был разряжен в предыдущем цикле и впоследствии отдает энергии только до достижения этого уровня.

Таким образом, если заряжать батарею, которая была не до конца разряжена, то происходит потеря ёмкости. Этого можно избежать, только разрядив батарею до нуля. Самостоятельный разряд аккумулятора может достигать величины 8-10% за месяц хранения.

ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Батареи такого типа широко применяются в самой различной бытовой электронике. Это мобильные телефоны, планшетные компьютеры, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры. Литий ион — достаточно новая технология. Такие аккумуляторы появились на рынке в 1991 году. В устройстве имеются анод и катод, между которыми находится пористый сепаратор (разделитель), пропитанный электролитом. Переносчиком заряда в такой системе является ион лития.

Литий-ионные батареи очень критичны к превышению напряжения в процессе заряда, поэтому в большинство литиевых источников питания известных компаний устанавливается микрочип контроллер заряда. Так же в некоторых моделях имеется предохранительный клапан для сброса повышенного давления.

Литий-ионные АКБ обладают достоинствами, определившими их преимущественное использование в компактной бытовой технике:

  • возможность регулярной небольшой подзарядки;
  • длительный срок службы (более 1000 рабочих циклов);
  • малый вес и габариты.

Недостатки у таких источников питания тоже есть:

  • высокая цена;
  • критичность к температурному режиму работы;
  • взрывоопасность.

При эксплуатации таких батарей следует не допускать глубокого разряда. Беречь батарею от перегрева и прямых солнечных лучей, не эксплуатировать её на сильном морозе, защищать от механических воздействий.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Сегодня одним из самых популярных видов пополнения энергии бытовой техники являются никель-кадмиевые аккумуляторы. Это довольно простое в эксплуатации устройство, которое при правильном обращении прослужит достаточно длительный промежуток времени. Как правильно обращаться с никель-кадмиевыми аккумуляторами, следует рассмотреть подробнее.

Читать также:  Точим ножовку по дереву видео

Общая характеристика

Никель-кадмиевый аккумулятор устроен так, что при низком внутреннем сопротивлении он может отдавать достаточно большой ток. Такие аккумуляторы выдерживают даже короткое замыкание.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Аккумуляторы представленного типа легко выдерживают длительные нагрузки. При понижении температуры окружающей среды их работоспособность практически не меняется.

Никель-кадмиевые аккумуляторы уступают другим видам в емкости. Однако их высокая отдача делает батареи одними из самых популярных и востребованных в области портативной техники.

Для приборов с электродвигателями, которые потребляют большие токи, применение таких зарядных устройств, как аккумуляторы никель-кадмиевого типа, просто незаменимо.

Разрядные токи, на которых они используются, находятся в диапазоне 20-40 А. Предельная нагрузка для NiCd-аккумуляторов составляет 70 А.

Преимущества

Представленные устройства обладают рядом преимуществ. Они способны работать в широком диапазоне токов разряда и заряда, а также температуры.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Заряжать аккумуляторы никель-кадмиевого типа можно при низких температурах, что объясняется высокой нагрузочной способностью. Они не требовательны к типу затяжного устройства. Это существенное преимущество. Оно выделяет устройство из массы других разновидностей, так как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор можно в любых условиях. Он устойчив к механическим нагрузкам, пожаробезопасен. Аккумуляторы никель-кадмиевой разновидности имеют более 1000 циклов зарядки и обладают способностью восстановления после понижения емкости.

Низкая стоимость вместе с перечисленными преимуществами делают NiCd-аккумуляторы очень популярными.

Недостатки

Устройство никель-кадмиевого аккумулятора имеет и ряд недостатков. Основным из них является "эффект памяти".

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Заряд никель-кадмиевых аккумуляторов чем дальше, тем больше будет терять свою эффективность. Источник будет иметь всё меньшую емкость.

Недостатком также является высокий саморазряд в течение первых суток до 10 % после зарядки. Минусом можно считать также большие габариты.

Зарядка

Чтобы разобраться, как заряжать никель-кадмиевые аккумуляторы, следует учесть ряд особенностей этого процесса.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Быстрый режим зарядки для представленных источников питания предпочтительнее, чем медленный. Импульсное пополнение емкости для них лучше, чем постоянный ток.

Рекомендуется выполнять восстановление устройства. Этого требуют никель-кадмиевые аккумуляторы. Как заряжать их подобным методом, учли производители соответствующих устройств. Реверсивный заряд ускоряет процесс благодаря рекомбинации газов, выделяющихся во время его проведения.

Представленная техника осуществления восстановления подобных батарей позволяет увеличить срок эксплуатации до 15 %. Как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор? Существует целая технология. Некоторые пользователи для увеличения отдачи источника питания применяют быструю зарядку с последующей дозаправкой слабыми токами. Это позволяет более плотно наполнить аккумулятор.

Хранение и утилизация

Хранить представленные батареи следует в разряженном состоянии. Существуют зарядные устройства, в которых предусмотрена функция разряда. Если же таковой не имеется, перед хранением никель-кадмиевые аккумуляторы опустошают при помощи лампы накаливания с допустимым током 3-20 А. Батарею подключают к ней и ждут, пока спираль не начнет краснеть.

Такая процедура позволит хранить устройство довольно длительное время. Причем условия окружающей среды, перепады температуры не будут иметь воздействия на устройство.

Если требуется утилизировать представленную разновидность батарей, следует отдать их на особый пункт приема подобных устройств. Во всех развитых странах они есть. Это связано с наличием в аккумуляторе кадмия. По своей токсичности он сопоставим с ртутью.

Понимая технологию того, как зарядить никель-кадмиевый аккумулятор, хранить его и утилизировать, можно не сомневаться в безопасности и долговечности этого источника питания. Он не навредит экологии и здоровью человека при ответственной утилизации батарей.

Восстановление

Аккумуляторы никель-кадмиевого типа являются единственной разновидностью подобных устройств, которые нуждаются в восстановлении.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Для проведения восстановления существует два типа устройств. Первое называется реверсивно-импульсным зарядным устройством с разным временем продолжительности. Это очень эффективное устройство, но сложное и дорогостоящее. Восстановление никель-кадмиевых аккумуляторов можно выполнять более простым устройством. Оно совершает цикл разряда-заряда автоматически. Такое устройство дешевле, удобнее и позволяет заряжать сразу 2-4 батареи.

Для проведения процесса необходимо вставить аккумуляторы в кассету оборудования. При помощи переключателя задается число аккумуляторов. Включение прибора в сеть приведет в действие индикатор. Красный цвет соответствует зарядке, а желтый — разрядке. Зеленый свет индикатора оповещения о прекращении процесса. Разряжать батареи следует принудительно. Для этого на приборе необходимо переключить определенный рычаг. После окончания разрядки устройство продолжит процесс зарядки автоматически.

Читать также:  Типовые и групповые технологические процессы

Ознакомившись с основными характеристиками такого источника питания, как никель-кадмиевые аккумуляторы, можно правильно их эксплуатировать. Придерживаясь инструкции производителя, регулярно выполняя восстановление батарей, можно значительно продлить их срок службы. Правильно утилизируя представленное устройство, достаточно просто будет обезопасить себя, других людей и экологию в целом от токсического воздействия кадмия.

Устройство никель кадмиевого аккумулятора

Каждый владелец шуруповерта с никель-кадмиевой батареей желает продлить срок службы этой самой батареи на как можно более длительный срок. Для этого необходимо помнить важную особенность подобных аккумуляторов. Дело в том, что все аккумуляторы Ni Cd обладают своеобразным эффектом памяти. И если их хранить в полузаряженном состоянии, то со временем емкость таких батарей существенно снижается. А покупка аккумулятора взамен вышедшего из строя – удовольствие очень не дешевое. И что же делать в такой ситуации?

Из опыта эксплуатации

В результате накопления практического опыта работы с никель-кадмиевыми аккумуляторами были замечены следующие их особенности.

  1. если заряжать такую батарею током, существенно превышающим номинальное напряжение штатного зарядного устройства, батарея заряжается гораздо быстрее, а до 50% емкости, порой за двадцать минут. Другими словами, если вы будете хранить батарею полностью разряженной, что и рекомендуется для подобного класса аккумуляторов, то подготовить ее к работе, можно достаточно оперативно. Опасаться следует только перегрева заряжающейся батареи, при напряжении выше предусмотренного комплектным зарядником, это вполне возможно. Поэтому, здесь лучше недозарядить, чем перегреть.
  2. при зарядке никель-кадмиевого аккумулятора током немного ниже вырабатываемого комплектным зарядным устройством, нагрева батареи выше привычных для нее сорока градусов по Цельсию не происходит. Для владельца такой батареи это значит, что можно поставить ее на зарядку перед сном и отдыхать спокойно. Никаких проблем, связанных с перезарядом или перегревом не будет. Вообще говоря, нагрев до сорока градусов у таких аккумуляторов, это признак их полной зарядки. И во многие подобные изделия устанавливается своеобразный терморазмыкатель, который и прерывает процесс зарядки, по достижении указанной температуры.
  3. если требуется разрядить никель-кадмиевый аккумулятор для длительного хранения, можно использовать для этого шуруповерт, а можно собрать простенькое зарядно-разрядное устройство, которое будет как заряжать аккумулятор, так и разряжать его. Для зарядки используется привычная уже схема зарядного устройства, а для разряда – резистор высокой мощности. Благодаря такому устройству, вы сможете быстро и просто готовить батареи шуруповерта к длительному периоду ожидания, или напротив к активному использованию.

О режимах работы шуруповерта

В общем и целом, аккумуляторы для шуруповерта имеют три основных режима работы.

В первом случае устройство используется редко. В этом случае, одну батарею вы можете хранить заряженной или с остаточным зарядом, который в ней сохранился с предыдущего сеанса работы, а вторую батарею держите разряженной. При наличии ЗУ с более высоким током зарядки можно хранить обе батареи в разряженном состоянии.

Второй режим работы, когда шуруповерт используется часто. В этом случае, одна батарея хранится полностью заряженной, а вторая, либо разряженной, либо в той степени разряда, которая осталась с прошлого раза.

Ну и третий режим, когда вы пользуетесь своим шуруповертом, практически каждый день. В этом случае, обе батареи можно хранить заряженными, ибо эффектом саморазряда в таком активном режиме использования, можно пренебречь.

Применение описанных выше тонкостей и хитростей позволяет пользоваться никель-кадмиевыми аккумуляторами максимальное время без ощутимых потерь в автономности работы.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *