2.7. О зарядных устройствах никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей

Все зарядные устройства можно разделить на две большие группы: зарядные устройства индивидуального использования и промышленные зарядные устройства. К первой группе относят­ся недорогие зарядные устройства, предназначенные для заряд-

ки аккумуляторных батарей мобильных телефонов, портативных компьютеров и видеокамер. Они отличаются умеренным време­нем заряда.

В отличие от них промышленные зарядные устройства пред­назначены для зарядки и обслуживания большого парка батарей. Такие зарядные устройства поставляются как производителями аккумуляторных батарей (часто при их обозначении применяют сокращение OEM — Original Equipment Manufacturer — произво­дитель оригинального оборудования), так и сторонними фирма­ми. Если зарядные устройства OEM отвечают всем основным требованиям, то зарядные устройства от сторонних производите­лей, дабы заинтересовать покупателя, имеют дополнительные полезные функции. К ним относятся, например, подзарядка не­симметричными импульсами тока, возможность разряда для вос­становления емкости батареи, индикация состояния заряда (в технической документации обозначается как SoC — State of Charge), индикация общего состояния батареи (SoH — State of Health). Следует отметить, что продукция сторонних производи­телей зарядных устройств, кроме высоких характеристик и до­полнительных функциональных возможностей, имеет и очень привлекательные цены. Но нельзя забывать и о том, что в про­даже ест 350множество некачественных зарядных устройств, из­готовленных никому не известными фирмами. Использовать их небезопасно как для здоровья аккумуляторных батарей, так и для своего собственного.

Одной из проблем некоторых зарядных устройств, особенно применяемых для зарядки никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, является неуправляемый перезаряд батарей. При этом сильный нагрев батарей приводит к их выходу из строя. Переза­ряд обычно происходит после того, как в процессе заряда бата­рея станет теплой на ощупь, т. е. будет иметь температуру, близ­кую к температуре тела человека.

Избежать нагрева батарей при заряде удается не всегда. Бата­рея достигает максимальной температуры в момент ее полного заряда. Ее температура в этот момент умеренна. По завершении зарядки начинает светиться индикатор готовности (Ready), и за­рядное устройство переходит в режим струйной (trickle) подза­рядки. Батарея постепенно остывает до комнатной температуры. Если же ее температура не снижается и остается выше комнат­ной, это свидетельствует о неправильной работе зарядного

42

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

43

устройства или его неисправности. В таком случае батарею нуж­но из него извлечь сразу же после включения индикатора ее го­товности. Любое продолжение процесса заряда, даже струйного, приведет к ее выходу из строя. Особенно это предостережение относится к никель-металлгидридным аккумуляторным батаре­ям. В режиме струйного заряда импульсами тока значительной величины они могут оставаться холодными, но при этом процес­сы, приводящие к их выходу из строя, будут продолжаться. Поэ­тому батареи при использовании подобных зарядных устройств долго служить не будут.

Заряженные аккумуляторные батареи лучше хранить где-ни­будь на полке, чем оставлять во включенном зарядном устройст­ве на несколько дней. Даже при кажущейся безопасности струй­ной подзарядки заряженной батареи в зарядном устройстве в никель-кадмиевых батареях происходит процесс кристаллизации химических веществ (эффект памяти). Кристаллизация умень­шает активную площадь пластин аккумулятора, что эквивалент­но уменьшению емкости. Эффект памяти присущ и никель-ме­таллгидридным батареям, но в значительно меньшей степени, что позволяет производителям и их дилерам в рекламных целях утверждать, что такие батареи этого недостатка лишены. При не­обходимости использования батареи через длительное время по­сле зарядки, перед использованием ее необходимо подзарядить. Все вышесказанное не относится к литий-ионным аккумулятор­ным батареям. Большинство из них могут оставаться подклю­ченными к зарядному устройству сколь угодно долго без угрозы выхода из строя.

Емкость и срок службы аккумуляторных батарей очень силь­но зависят от типа и качества зарядных устройств, используемых для их заряда, которые обеспечивают определенный метод заря­да и выбор режима разряда. Выбор хорошего зарядного устрой­ства для потребителя часто является вопросом второстепенной важности, особенно при использовании аккумуляторов в быто­вой электронной технике. Однако это очень важный вопрос, и решать его нужно сразу, чтобы впоследствии не удивляться, по­чему так быстро приходится заменять дорогостоящую аккумуля­торную батарею или почему она не держит заряд. В большинстве случаев деньги, вложенные в приобретение хорошего зарядного устройства, оправдывают себя в результате эффективной работы и длительного срока службы аккумуляторной батареи.

Для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккуму­ляторных батарей существует три типа зарядных устройств. К ним относятся:

1. Зарядные устройства нормального (медленного) заряда или Slow Chargers. Зарядные устройства этого класса, применяе­ мые для заряда аккумуляторных батарей сотовых телефонов, иногда называют ночными. Ток нормального заряда составляет 0,1С (С — Capacity — емкость аккумуляторной батареи). Время заряда — 14... 16 ч. При таком малом токе заряда трудно опреде­ лить время его окончания. Поэтому обычно индикатор готовно­ сти батареи в зарядных устройствах для нормального заряда от­ сутствует. Они самые дешевые и предназначены только для за­ рядки никель-кадмиевых батарей. Для зарядки обоих типов аккумуляторных батарей используются другие, более совершен­ ные зарядные устройства. Если зарядный ток установлен прави­ льно, полностью заряженная батарея становится чуть теплой на ощупь. В таком случае нет необходимости немедленно отклю­ чать ее от зарядного устройства. В нем она может оставаться бо­ лее чем на один день. Но все же ее отсоединение сразу после окончания заряда — лучший вариант. При использовании таких зарядных устройствах проблемы возникают, если они использу­ ются для зарядки батарей малой емкости (менее 1 мА-ч), в то время как рассчитаны для работы с более мощными батареями. В таком случае батарея станет нагреваться уже по достижении 70 % своей емкости. Поскольку возможность уменьшить ток за­ ряда или прекратить его процесс вообще отсутствует, то во вто­ рой половине цикла заряда начнется процесс теплового разру­ шения батареи. Единственно возможный способ сохранить бата­ рею, это отключить ее, как только она станет теплой. В случае, если для зарядки мощной батареи используется недостаточно мощное зарядное устройство, батарея в процессе заряда будет оставаться холодной и никогда не будет заряжена до конца. Тог­ да из-за эффекта памяти она потеряет часть своей емкости.

2. Устройства быстрого заряда (Quick Chargers). Они позици­ онируются как зарядные устройства среднего класса как по ско­ рости заряда, так и по цене. Заряд аккумуляторов в них происхо­ дит в течение 3...6 ч током около 0,ЗС. В качестве необходимого элемента они имеют схему контроля достижения батареей опре­ деленного напряжения в конце заряда и ее отключения в этот момент. Такие зарядные устройства обеспечивают лучшее по

44

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

сравнению с устройствами медленного заряда обслуживание ба­тарей: батареи служат дольше, если их заряжать более сильным током, не допускать их нагрева и перезаряда. Однако разброс параметров батарей делает использование устройств быстрого заряда неэффективным. В настоящее время они уступили свое место зарядным устройствам скоростного заряда.

3. Устройства скоростного заряда (Fast Chargers). Такие за­рядные устройства имеют несколько преимуществ перед заряд­ными устройствами других типов. Главное из них — меньшее время заряда. Хотя из-за большей мощности источника напря­жения и необходимости применения специальных узлов контро­ля и управления такие зарядные устройства имеют наиболее вы­сокие цены, они окупаются за счет обеспечения хороших харак­теристик аккумуляторных батарей и их более длительного срока службы. Время их заряда в зарядных устройствах такого типа за­висит от тока заряда, степени разряда батареи, ее емкости и типа. При токе заряда 1С разряженная никель-кадмиевая бата­рея заряжается в среднем менее чем за один час. Если же бата­рея полностью заряжена, некоторые зарядные устройства пере­ключаются в режим подзарядки пониженным током заряда и с отключением по сигналу таймера. По окончании процесса заря­да зарядное устройство переключается в режим струйной подза­рядки для компенсации саморазряда батареи.

Современные устройства скоростного заряда обычно приме­няются для зарядки как никель-кадмиевых, так и никель-метал-лгидридных аккумуляторных батарей. Поскольку этот процесс происходит при повышенном токе заряда и за ним необходим контроль, очень важно, чтобы в конкретном зарядном устройст­ве заряжались только те аккумуляторы, перечень которых реко­мендован его производителем. Некоторые батареи кодируются электрически на заводах-изготовителях с той целью, чтобы за­рядное устройство могло определить их тип и основные элект­рические характеристики. После этого оно автоматически выста­вит величину тока и задаст алгоритм процесса заряда, соответст­вующие установленной в него аккумуляторной батарее. Свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторные батареи имеют алгоритмы заряда, не совместимые с алгоритмом заряда никель-кадмиевых и никель-металлгидридных батарей. Поэтому для заряда последних их использовать нельзя.