Методы заряда никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей

Аккумуляторные батареи в качестве источников питания мо­гут использоваться циклически или в режиме ожидания. Цикли­ческое использование является основным вариантом их приме­нения, и оно характеризуется периодическим зарядом и разря­дом батарей, когда они являются основным источником питания. Использование их в режиме ожидания характерно для применения в источниках и системах бесперебойного питания, системах аварийного освещения и т. д., отличающихся тем, что основным источником питания нагрузки является сеть перемен­ного тока, а аккумуляторная батарея начинает работать при сбо­ях в ее работе.

Соответственно режиму использования различаются и мето­ды заряда аккумуляторных батарей (табл. 2.3). Следует отметить, что в литературе часто пишут о двух взаимосвязанных группах вариантов применяемых методов заряда:

• методы заряда по его скорости (т. е. по времени заряда ба­
тареи до ее приведения в рабочее состояние);

• методы заряда по способу отключения аккумуляторной ба­
тареи по его окончании, при котором обеспечивается кон­
троль одного или нескольких ее параметров, и при харак­
терном изменении одного из них происходит прекращение
цикла заряда.

Первая группа более точно определяет методы заряда, а вто­рая их уточняет.

Для заряда никель-кадмиевых аккумуляторных батарей мож­но использовать один из трех методов заряда (по скорости заря­да):

• нормальный или медленный заряд (Slow Charge);

• быстрый заряд (Quick Charge);

• скоростной заряд (Fast Charge).

26

Никель-кадмиевые и никелъ-металлгидридные батареи

Таблица 2.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант использования аккум. батареи	Время заряда, ч	Метод заряда (по способу отключения батареи)	Примечание
Циклический режим	1...2	Δ\/-заряд	Автоматическое отключение
		ΔТ-заряд	Автоматическое отключение
		Метод контроля напряжения заряда	Автоматическое отключение
		Метод контроля спада на­пряжения заряда	Не рекомедуется исполь­зование для заряда ни­кель-кадмиевых батарей
		Заряд при постоянном зна­чении напряжения или тока заряда
	6...8	Метод управления време­нем заряда по таймеру	Автоматическое отключение
	15	Нормальный заряд	Отключение вручную
Режим ожидания	Непрерывный заряд	Струйный (компенсационный)	Батарея постоянно под­ключена

Основные характеристики каждого из этих методов приведе­ны в табл. 2.4. Но в ней методы заряда представлены несколько в ином свете. А именно — по способу завершения цикла заряда. Поясним: метод управления временем заряда по таймеру являет­ся частным случаем нормального заряда; на него похож метод быстрого заряда, но он предусматривает не отключение батареи по сигналу таймера, а контроль за напряжением заряда и завер­шение цикла заряда по достижении напряжения конца заряда; к методу скоростного заряда относятся методы ΔV- и ΔТ-заряда. В табл. 2.4 приведены также и характеристики струйной подза­рядки, но этот метод, поскольку не является основным, в даль­нейшем детально не рассматривается.

Таблица 2.4

 

 

 

 

Основные параметры	Методы заряда
	Нормальный		Быстрый	Скоростной
	Нормальный	С отключением по таймеру	С отключением по достижению напря­жения конца заряда	ΔV-заряд	ΔТ-заряд	Струйный
Кол-во соединений с батареей	2	2	2	2	3	2
Время заряда, ч	14...16	6...8	3...6	1...2	1...2	30 и более
Ток заряда	0,1С	0,2С	0,ЗС	0.5...1С	0,5...1С	0,033...0,05С
Ток струйной позарядки	-	0,033...0,05С	0,033...0,05С	0,033...0,05С	0,033...0,05С
Степень заряда батареи,%	-	120	100...110	110...120	100...110	-
Особенности	1. Использование в типовых ЗУ. 2. Простота и дешевизна.	1. Более высокая на­дежность. 2. Относительная про­стота и экономичность.	1. Относительная простота; 2. Более высокая скорость заряда.	1. Наиболее часто ис­пользуется в ЗУ.	1. Использование в наиболее дорогих ЗУ. 2. Не допускает перезаряда и обеспечивает наибольший срок службы батарей.	1. простота и экономич­ность; 2. пригодность для систем с непрерывной подзаряд­кой батарей.
Применяемость	- электробритвы; - радиотелефоны; - игрушки.	- радиотелефоны; - электробритвы.	- радиотелефоны; - эл/инструмент.	- терминалы данных; - видеокамеры; - беспроводное обору­дование; - мобильные телефоны.	- мощный эл/инструмент; - ноутбуки; мобильные телефоны.	- системы аварийного освещения; - системы хранения данных.

28

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

Нормальный заряд

При нормальном заряде зарядное устройство представляет собой источник постоянного тока, в выходную цепь которого последовательно включено сопротивление, обеспечивающее ограничение тока заряда до необходимой величины (рис. 2.11).

Рассчитать зарядный ток несложно:

Рис. 2.11. Схема зарядного устройства нормального заряда

Рис. 2.12. Особенности заряда большого числа однотипных аккумуляторов (а) и аккумуляторов различной емкости (б)

При заряде батареи из нескольких аккумуляторов необходи­мо, чтобы они были однотипны, чтобы последовательно было включено как можно меньшее их количество, чтобы в цепи не было ни одного неисправного аккумулятора. В случае, если не­обходимо одновременно зарядить большое количество аккуму­ляторов, целесообразно использовать их смешанное включение (рис. 2.12, а). Если же требуется зарядить аккумуляторы разной емкости, то группы следует составить из одинаковых аккумуля­торов, и для каждой группы использовать свой реостат (рис. 2.12, б). Ввиду того что на переменном сопротивлении, ис­пользуемом в качестве реостата, рассеивается большая мощ­ность, такой реостат должен быть проволочным и с высокой

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

29

мощностью рассеивания, определяемой током нагрузки. Рассчи­тать минимальную мощность реостата можно по формуле:

P = I²R.

Нельзя допускать перезаряда батарей в режиме нормального заряда. Это приводит к их повышенному нагреву, быстрому ста­рению и выходу из строя.

Временная характеристика нормального заряда приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Временная характеристика нормального заряда

Примечание. В отечественной технике, особенно в военной, до сих пор все еще широко применяются негерметичные никель-кад­миевые аккумуляторные батареи, в которые заливается жидкий электролит (раствор щелочи плотностью 1,12..1,14 кг/л). Перед их зарядом необходимо вывинтить невыпадающие пробки для отвода газов, а по окончании заряда снова их завинтить, но только после остывания батарей, иначе их раздует. Ток нормального заряда для этих батарей составляет 0,25С, а время заряда — 8 ч. Обозначение типа таких батарей наносится на корпус, например, 2НКП-24, где 2 — количество элементов, НК — тип элемента — никель кадмие­вый, П — особенности конструкции пластин, в данном случае — прессованные, 24 — емкость, Ач.