6.Зарядка щелочных аккумуляторов и батарей
Зарядные характеристики никель-кадмиевых (Ni-Cd) аккумуляторов при заряде в стандартном режиме (током 0,1 С в течение 14-16 ч) приведены в cоответствующей статье, особенности заряда никель-металлгидридных (Ni-MH) - в статье про Ni-MH аккумуляторы. Заряд производится в интервале температур от 0 до +50 °С, наиболее эффективно процесс идет в более узком интервале температур: от +10 до +40 °С.
При низкой температуре заряд проходит при более высоком напряжении конца заряда, чем обычно (до 1,7 В). При температуре ниже 0 °С аккумулятор заряжают очень маленькими токами, порядка 0,02 С. Токи большей величины могут быть применены только для аккумуляторов серий, разработанных для быстрого заряда. В этом случае аккумуляторы на первых минутах разогреваются, и условия заряда улучшаются.
Ускорение процесса заряда щелочных аккумуляторов постоянным током (гальваностатический режим заряда) стало возможным как в результате модернизаций самих аккумуляторов, приведших к созданию аккумуляторов с тонкими электродами и плотной рулонной сборкой пакета электродов, так и благодаря исследованию возможности контроля процесса при больших его скоростях и успехам электронной техники, позволившим осуществить этот контроль.
Для значительной части современных щелочных аккумуляторов допускается ускоренный заряд: током 0,3 С с контролем по времени (но не более 4 ч). Потребность уменьшения степени перезаряда при таком режиме заряда связана с более быстрым повышением давления в аккумуляторе в конце процесса, так как скорость выделения кислорода повышается, а скорость переноса его к отрицательному электроду и поглощения остается практически неизменной. Разрядная емкость аккумулятора при указанных плотностях тока заряда не понижается. Для аккумуляторов с пакетом электродов в виде рулона допускают также и быстрый заряд в течение 1 ч, иногда меньше, но при обязательном специфическом контроле процесса. Заряд в ускоренном режиме допускается в интервале температур от +5 до +50 °С. Быстрый заряд в течение 1 ч эффективен при температуре от +10 до +40 °С.
Нужно отметить, что многие современные типы щелочных аккумуляторов выдерживают достаточно длительный перезаряд стандартными токами заряда (0,1С) без повреждения, поэтому их можно заряжать и при наличии остаточной емкости. Но систематические перезаряды существенно сокращают срок их службы. Поэтому, если нет уверенности в полном исчерпании емкости аккумулятора, перед зарядом иногда целесообразно разрядить его до напряжения 1 В/ак. Процесс переподготовки при этом удлиняется. Однако доразряд перед каждым зарядом не только мало удобен в эксплуатации, но и вреден, поскольку приводит к сокращению срока службы.
Иногда аккумуляторные батареи снабжаются индикатором, который должен обеспечивать пользователю информацию о состоянии ее заряженности. Информация эта может быть получена при оценке уровня напряжения или при вычислении баланса зарядной и разрядной емкости. В обоих случаях точность невелика, и индикатор скорее создает иллюзию знания состояния заряженности, чем отражает истинную ситуацию. Повысить точность индикации состояния не представляется возможным из-за ограничений, диктуемых самим аккумулятором. Оценка состояния заряженности батареи по ее напряжению не может быть выполнена точно, так как у большинства современных источников тока напряжение мало меняется вплоть до исчерпания 80-90% емкости. Оно зависит от температурных условий и в процессе циклирования аккумулятора меняется. Если же контролируется баланс зарядной и разрядной емкостей, то нужно помнить, что оценить их при интегрировании тока нетрудно, но коэффициент отдачи по емкости меняется как в зависимости от тока нагрузки и температурных условий, так и от наработки аккумуляторной батареи.
Возможен другой подход к проблеме переподготовки: при неизвестной остаточной емкости перезаряжаемого источника тока сообщить ему при заряде ровно столько энергии, сколько нужно для достижения состояния полной заряженности аккумулятора при любой степени его деградации. Главная проблема, которая возникает при таком подходе, состоит в поиске параметра, измерения которого дали бы возможность с достаточной точностью оценить это состояние.
В процессе заряда герметичных щелочных аккумуляторов изменяется несколько параметров: напряжение, температура, внутреннее давление. Характер этих изменений в процессе заряда герметичного никель-кадмиевого аккумулятора покачан на рис. 2. Эти параметры обеспечивают разную чувствительность и имеют разные ограничения при использовании. Характер изменения указанных параметров у никель-металлгидридного аккумулятора аналогичен, но Ni-MH аккумуляторы более чувствительны к перегреву при перезаряде.
Рис.2. Изменение характеристик герметичного никель-кадмиевого аккумулятора при заряде