Die wichtigsten Batterietypen:
Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Batterien
Bei Akku-Geräten sind Nickel-Cadmium-Akkus der De-facto-Standard. Ingenieure sind sich ihrer Vor- und Nachteile bewusst, insbesondere Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Batterien enthalten Cadmium, ein Schwermetall mit erhöhter Toxizität.
Nickel-Cadmium-Akkus haben einen sogenannten "Memory-Effekt", dessen Essenz darin besteht, dass beim Laden eines unvollständig entladenen Akkus dessen erneutes Entladen nur bis zum Ladezustand möglich ist. Mit anderen Worten, die Batterie „erinnert“ sich an die Restladung, ab der sie vollständig geladen wurde.
Beim Laden eines unvollständig entladenen Ni-Cd-Akkus nimmt seine Kapazität also ab.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, dieses Phänomen zu bekämpfen. Wir werden nur die einfachste und zuverlässigste Methode beschreiben.
Beim Einsatz von Akku-Geräten mit wiederaufladbaren Ni-Cd-Akkus gilt als einfache Faustregel, nur vollständig entladene Akkus zu laden.
Es wird empfohlen, Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus im entladenen Zustand zu lagern, vorzugsweise damit die Entladung nicht tief ist, da es sonst zu irreversiblen Prozessen im Akku kommen kann.
Vorteile von Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Batterien
- Niedriger Preis Ni-Cd Nickel Cadmium Batterie
- Fähigkeit, den höchsten Laststrom zu liefern
- Die Möglichkeit, den Akku schnell aufzuladen
- Aufrechterhaltung einer hohen Batteriekapazität bis zu -20°C
- Eine große Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen. Bei sachgemäßem Betrieb funktionieren solche Akkus einwandfrei und ermöglichen bis zu 1000 Lade-Entlade-Zyklen oder mehr.
Nachteile von Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Batterien
- Relativ hohe Selbstentladung - Ni-Cd Nickel-Cadmium Akku verliert am ersten Tag nach einer vollen Ladung ca. 8-10% seiner Kapazität.
- Während der Lagerung verliert der Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akku jeden Monat etwa 8-10% Ladung
- Nach längerer Lagerung stellt sich die Kapazität des Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus nach 5 Entlade-Ladezyklen wieder her.
- Um die Lebensdauer des Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus zu verlängern, wird empfohlen, diesen jedes Mal vollständig zu entladen, um den "Memory-Effekt" zu vermeiden.
Ni-MH Nickel-Metallhydrid-Akkus
Diese Batterien werden am Markt weniger toxisch (im Vergleich zu Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Batterien) und umweltfreundlicher sowohl in der Herstellung als auch bei der Entsorgung angeboten.
In der Praxis zeigen Ni-MH-Nickel-Metallhydrid-Akkus eine sehr hohe Kapazität bei Abmessungen und Gewicht, etwas weniger als die von Standard-Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus.
Durch den nahezu vollständigen Verzicht auf giftige Schwermetalle bei der Konstruktion von Ni-MH Nickel-Metallhydrid-Akkus können diese nach Gebrauch recht sicher und ohne Umweltfolgen entsorgt werden.
Nickel-Metallhydrid-Akkus haben einen etwas reduzierten „Memory-Effekt“. In der Praxis ist der „Memory-Effekt“ aufgrund der hohen Selbstentladung dieser Akkus praktisch unsichtbar.
Bei Verwendung von Ni-MH Ni-MH-Akkus wird empfohlen, diese während des Betriebs teilentladen.
Lagern Sie Ni-MH Ni-MH-Akkus in geladenem Zustand. Bei längeren (mehr als einem Monat) Betriebsunterbrechungen sollten die Batterien nachgeladen werden.
Vorteile von Ni-MH Nickel-Metallhydrid-Akkus
- Ungiftige Batterien
- Weniger "Memory-Effekt"
- Gute Leistung bei niedrigen Temperaturen
- Höhere Kapazität im Vergleich zu Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus
Nachteile von Ni-MH-Nickel-Metallhydrid-Akkus
- Teurere Art von Batterien
- Die Selbstentladungsrate ist etwa 1,5-mal höher als bei Ni-Cd-Nickel-Cadmium-Akkus
- Nach 200-300 Entlade-Ladezyklen nimmt die Arbeitskapazität von Ni-MH Nickel-Metallhydrid-Akkus leicht ab
- Ni-MH Ni-MH-Akkus haben eine begrenzte Lebensdauer
Li-Ion Lithium-Ionen-Akkus
Der unbestrittene Vorteil von Lithium-Ionen-Akkus ist der kaum wahrnehmbare „Memory-Effekt“.
Dank dieser bemerkenswerten Eigenschaft kann der Li-Ion-Akku je nach Bedarf geladen oder wieder aufgeladen werden. So können Sie beispielsweise vor wichtigen, anspruchsvollen oder längeren Arbeiten einen unvollständig entladenen Lithium-Ionen-Akku wieder aufladen.
Leider sind diese wiederaufladbaren Batterien die teuersten auf dem Markt erhältlichen Akkus. Außerdem haben Lithium-Ionen-Akkus eine begrenzte Lebensdauer, unabhängig von der Anzahl der Entlade-Lade-Zyklen.
Zusammenfassend kann davon ausgegangen werden, dass sich Lithium-Ionen-Akkus am besten für den dauerhaft intensiven Einsatz von Akku-Geräten eignen.
Vorteile von Lithium-Ionen-Lithium-Ionen-Akkus
- Es gibt keinen "Memory-Effekt" und somit wird es möglich, den Akku nach Bedarf aufzuladen und wieder aufzuladen
- Lithium-Ionen-Akku mit hoher Kapazität
- Li-Ion Li-Ion Akkus mit geringem Gewicht
- Rekordniedrige Selbstentladung - nicht mehr als 5% pro Monat
- Schnellladefähigkeit für Li-Ion Li-Ion Akkus
Nachteile von Li-Ion-Lithium-Ionen-Akkus
- Kostengünstige Lithium-Ionen-Lithium-Ionen-Batterien
- Reduzierte Betriebszeit bei Temperaturen unter null Grad Celsius
- Begrenzte Lebensdauer
Notiz
Aus der Praxis der Verwendung von Li-Ion-Lithium-Ionen-Akkus in Telefonen, Kameras usw. Es ist festzuhalten, dass diese Batterien im Durchschnitt 4 bis 6 Jahre halten und während dieser Zeit etwa 250-300 Entlade-Ladezyklen überstehen. Gleichzeitig war definitiv aufgefallen: mehr Entlade-Ladezyklen - kürzere Lebensdauer von Li-Ion Li-Ion Akkus!
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Aufgrund von Fortschritten in der Herstellung werden Ni-Cd-Batterien heute in den meisten tragbaren elektronischen Geräten verwendet. Angemessene Kosten und hohe Leistung machten den vorgestellten Batterietyp beliebt. Solche Geräte werden heute häufig in Werkzeugen, Kameras, Musikplayern usw. verwendet. Damit ein Akku lange hält, müssen Sie lernen, wie man Ni-Cd-Akkus auflädt. Wenn Sie die Betriebsregeln solcher Geräte einhalten, können Sie deren Lebensdauer erheblich verlängern.
Hauptmerkmale
Um zu verstehen, wie Ni-Cd-Akkus geladen werden, müssen Sie sich mit den Funktionen solcher Geräte vertraut machen. Sie wurden 1899 von W. Jungner erfunden. Allerdings war deren Herstellung damals zu teuer. Die Technik hat sich verbessert. Heute werden einfach zu bedienende und relativ preiswerte Nickel-Cadmium-Batterien angeboten.
Die vorgestellten Geräte erfordern eine schnelle Aufladung und eine langsame Entladung. Außerdem muss die Entleerung der Batteriekapazität vollständig durchgeführt werden. Die Aufladung erfolgt mit Stoßströmen. Diese Parameter sollten während der gesamten Lebensdauer des Gerätes eingehalten werden. Wenn Sie Ni-Cd kennen, können Sie dessen Lebensdauer um mehrere Jahre verlängern. Gleichzeitig werden solche Batterien auch unter schwierigsten Bedingungen eingesetzt. Merkmal der vorgestellten Akkus ist der „Memory-Effekt“. Wenn die Batterie nicht regelmäßig vollständig entladen wird, bilden sich auf den Platten ihrer Zellen große Kristalle. Sie reduzieren die Kapazität des Akkus.
Vorteile
Um zu verstehen, wie Ni-Cd-Akkus eines Schraubendrehers, einer Kamera, einer Kamera und anderer tragbarer Geräte richtig aufgeladen werden, müssen Sie sich mit der Technologie dieses Prozesses vertraut machen. Es ist einfach und erfordert keine besonderen Kenntnisse und Fähigkeiten des Benutzers. Auch nach längerer Lagerung können Sie den Akku schnell wieder aufladen. Dies ist einer der Vorteile der vorgestellten Geräte, die sie gefragt machen.
Nickel-Cadmium-Akkus haben eine hohe Anzahl an Lade- und Entladezyklen. Je nach Hersteller und Einsatzbedingungen kann dieser Wert über 1.000 Zyklen erreichen. Der Vorteil des Ni-Cd-Akkus ist seine Ausdauer und die Fähigkeit, unter Stress zu arbeiten. Auch bei kaltem Betrieb funktioniert das Gerät einwandfrei. Seine Kapazität ändert sich unter solchen Bedingungen nicht. In jedem Ladezustand kann der Akku lange gelagert werden. Sein wichtiger Vorteil sind seine geringen Kosten.
Nachteile
Einer der Nachteile der vorgestellten Geräte ist die Tatsache, dass der Benutzer unbedingt lernen muss, wie man richtig auflädt Ni-Cd-Akkus. Die vorgestellten Batterien haben, wie oben erwähnt, einen Memory-Effekt. Daher muss der Benutzer regelmäßig vorbeugende Maßnahmen ergreifen, um es zu beseitigen.
Die Energiedichte der vorgestellten Batterien wird etwas niedriger sein als die anderer Arten autonomer Stromquellen. Darüber hinaus werden bei der Herstellung dieser Geräte Materialien verwendet, die giftig, für die Umwelt und die menschliche Gesundheit unsicher sind. Die Entsorgung solcher Stoffe ist mit zusätzlichen Kosten verbunden. Daher ist die Verwendung solcher Batterien in einigen Ländern eingeschränkt.
Ni-Cd-Akkus benötigen nach längerer Lagerung einen Ladezyklus. Dies liegt an der hohen Selbstentladungsrate. Auch das ist ein Konstruktionsfehler. Allerdings wissen wie man richtig auflädt Ni-Cd-Batterien, verwenden Sie sie richtig, können Sie Ihre Geräte viele Jahre lang mit einer autonomen Stromquelle versorgen.
Verschiedene Ladegeräte
Um eine Nickel-Cadmium-Batterie ordnungsgemäß aufzuladen, müssen spezielle Geräte verwendet werden. Meistens wird es mit einer Batterie geliefert. Wenn aus irgendeinem Grund kein Ladegerät vorhanden ist, können Sie es separat erwerben. Heute werden automatische und reversible Impulsversionen verkauft. Bei Verwendung des ersten Gerätetyps muss der Benutzer nichts wissen auf welche spannung laden Ni-Cd-Akkus. Der Vorgang wird automatisch durchgeführt. In diesem Fall können Sie bis zu 4 Akkus gleichzeitig laden oder entladen.
Über einen speziellen Schalter wird das Gerät in den Entlademodus versetzt. In diesem Fall leuchtet die Farbanzeige gelb. Nach Abschluss dieses Vorgangs wechselt das Gerät automatisch in den Lademodus. Die rote Anzeige leuchtet auf. Wenn der Akku die erforderliche Kapazität erreicht hat, stellt das Gerät die Stromversorgung des Akkus ein. In diesem Fall wird die Anzeige grün. Wendegeräte gehören zur Gruppe der professionellen Geräte. Sie sind in der Lage, mehrere Lade- und Entladezyklen unterschiedlicher Dauer durchzuführen.
Spezial- und Universalladegeräte
Viele Nutzer interessieren sich für die Frage nach dem Wie So laden Sie einen Akkuschrauber auf Ni-Cd-Typ. In diesem Fall funktioniert ein herkömmliches Gerät, das für Fingerbatterien ausgelegt ist, nicht. Ein spezielles Ladegerät wird meistens mit einem Schraubendreher geliefert. Es sollte bei der Wartung der Batterie verwendet werden. Wenn das Ladegerät nicht verfügbar ist, sollten Sie Geräte für die Batterien des vorgestellten Typs kaufen. In diesem Fall kann nur der Akku des Schraubers geladen werden. Sind Batterien unterschiedlicher Art im Einsatz, lohnt sich die Anschaffung von Universalgeräten. Es wird die Wartung von autonomen Energiequellen für fast alle Geräte (Kameras, Schraubendreher und sogar Batterien) ermöglichen. Es kann beispielsweise Ni-Cd-Akkus iMAX B6 laden. Dies ist ein einfaches und nützliches Gerät im Haushalt.
Entladen des gepressten Akkus
Das besondere Design zeichnet sich durch extrudiertes Ni- aus und die Entladung der vorgestellten Geräte hängt von deren Innenwiderstand ab. Dieser Indikator wird durch einige Konstruktionsmerkmale beeinflusst. Für den Langzeitbetrieb der Geräte werden Scheibenbatterien verwendet. Sie haben flache Elektroden von ausreichender Dicke. Während des Entladens sinkt ihre Spannung langsam auf 1,1 V. Dies kann durch Zeichnen einer Kurve überprüft werden.
Wenn die Batterie weiterhin auf 1 V entladen wird, beträgt ihre Entladekapazität 5-10% des ursprünglichen Wertes. Wird der Strom auf 0,2 C erhöht, wird die Spannung deutlich reduziert. Dies gilt auch für die Kapazität des Akkus. Dies liegt an der Unmöglichkeit, die Masse gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Elektrode zu entladen. Daher ist ihre Dicke heute reduziert. Gleichzeitig gibt es 4 Elektroden im Design der Scheibenbatterie. In diesem Fall können sie mit einem Strom von 0,6 C entladen werden.
Zylindrische Batterien
Batterien mit gesinterten Elektroden sind heute weit verbreitet. Sie haben einen geringen Widerstand und bieten eine hohe Energieleistung des Geräts. Ladespannung Diese Art von Ni-Cd-Akku wird auf 1,2 V gehalten, bis 90% der spezifizierten Kapazität verloren geht. Etwa 3% davon gehen bei der nächsten Entladung von 1,1 auf 1 V verloren. Der vorgestellte Batterietyp kann mit einem Strom von 3-5 C entladen werden.
Rollenelektroden werden in zylindrische Akkumulatoren eingebaut. Sie können mit einem Strom mit höheren Raten entladen werden, der bei 7-10 ° C liegt. Die Kapazitätsanzeige ist bei einer Temperatur von +20 ° C maximal. Mit seiner Erhöhung ändert sich dieser Wert unwesentlich. Wenn die Temperatur auf 0 ° C und darunter sinkt, nimmt die Entladekapazität direkt proportional zum Anstieg des Entladestroms ab. So laden Sie Ni- Cd-Batterien, Sorten die zum Verkauf stehen, müssen Sie im Detail betrachten.
Allgemeine Laderegeln
Beim Laden einer Nickel-Cadmium-Batterie ist es unbedingt erforderlich, den zu den Elektroden fließenden Überstrom zu begrenzen. Dies ist aufgrund des Wachstums im Inneren des Gerätes während dieses Druckvorgangs notwendig. Beim Laden wird Sauerstoff freigesetzt. Dies wirkt sich auf die aktuelle Auslastung aus, die sinken wird. Es gibt bestimmte Anforderungen, die erklären, wie Ni- CD-Batterien. Parameter Prozess wird von den Herstellern von Sonderausrüstungen berücksichtigt. Ladegeräte melden im Zuge ihrer Arbeit 160 % des Nennkapazitätswertes an die Batterie. Der Temperaturbereich während des gesamten Prozesses muss im Bereich von 0 bis +40 ° C bleiben.
Standard-Lademodus
Hersteller müssen in der Anleitung angeben, wie viel aufladen Ni-Cd-Akku und wie es geht. In den meisten Fällen ist die Durchführung dieses Vorgangs für die meisten Batterietypen Standard. Wenn der Akku eine Spannung von 1 V hat, sollte er innerhalb von 14-16 Stunden geladen werden. In diesem Fall sollte der Strom 0,1 C betragen.
In einigen Fällen können die Eigenschaften des Prozesses geringfügig abweichen. Dies wird durch die konstruktiven Merkmale des Gerätes sowie die erhöhte Belastung der Wirkmasse beeinflusst. Dies ist notwendig, um die Batteriekapazität aufzubauen.
Der Benutzer könnte auch interessiert sein an mit welchem strom soll der akku geladen werden Ni-Cd. In diesem Fall gibt es zwei Möglichkeiten. Im ersten Fall ist der Strom während des gesamten Prozesses konstant. Mit der zweiten Option können Sie den Akku lange aufladen, ohne ihn zu beschädigen. Das Schema geht von einer schrittweisen oder glatten Stromabnahme aus. In der ersten Stufe wird es 0,1 C deutlich überschreiten.
Beschleunigtes Laden
Es gibt andere Möglichkeiten, wie Ni- CD-Batterien. Aufladen Batterie dieses Typs im beschleunigten Modus? Hier gibt es ein ganzes System. Hersteller beschleunigen diesen Prozess durch die Einführung spezieller Geräte. Sie können mit höheren Strömen geladen werden. In diesem Fall verfügt das Gerät über eine spezielle Steuerung. Es verhindert ein Überladen des Akkus. Entweder die Batterie selbst oder ihr Ladegerät kann ein solches System haben.
Zylindrische Gerätetypen werden mit einem konstanten Strom geladen, dessen Wert 0,2 C beträgt. Der Vorgang dauert nur 6-7 Stunden. In einigen Fällen ist es erlaubt, den Akku 3-4 Stunden lang mit einem Strom von 0,3 C aufzuladen. In diesem Fall ist die Prozesskontrolle unabdingbar. Bei der beschleunigten Durchführung des Verfahrens sollte die Überladungsanzeige nicht mehr als 120-140% der Kapazität betragen. Es gibt sogar Akkus, die in nur 1 Stunde vollständig aufgeladen werden können.
Ladevorgang beenden
Der Abschluss des Vorgangs muss berücksichtigt werden, wenn Sie untersuchen, wie Ni-Cd-Akkus geladen werden. Nachdem kein Strom mehr zu den Elektroden fließt, steigt der Druck in der Batterie weiter an. Dieser Prozess tritt aufgrund der Oxidation von Hydroxylionen an den Elektroden auf.
Seit einiger Zeit besteht eine allmähliche Gleichung der Geschwindigkeit der Sauerstoffentwicklung und -absorption an beiden Elektroden. Dies führt zu einem allmählichen Abfall des Drucks im Inneren des Akkumulators. Wenn die Überladung erheblich war, wird dieser Vorgang langsamer.
Modus-Einstellung
Zu richtig laden Ni-Cd-Akku müssen Sie die Regeln zum Aufstellen des Geräts kennen (sofern vom Hersteller bereitgestellt). Die Nennkapazität der Batterie muss einen Ladestrom von bis zu 2 C aufweisen. Die Impulsart muss gewählt werden. Es kann Normal, Re-Flex oder Flex sein. Die Empfindlichkeitsschwelle (Druckabfall) sollte 7-10 mV betragen. Es wird auch Delta-Peak genannt. Es ist besser, es auf das Minimum einzustellen. Der Pumpstrom muss im Bereich von 50-100 mAh eingestellt werden. Um die Leistung des Akkus voll ausnutzen zu können, müssen Sie mit hohem Strom laden. Wird seine maximale Leistung benötigt, wird der Akku im Normalbetrieb mit geringem Strom geladen. Nach Überlegung, wie Ni-Cd-Akkus geladen werden sollen, wird jeder Benutzer in der Lage sein, diesen Vorgang korrekt durchzuführen.
Mit diesem Artikel eröffnen wir unserer Seite eine neue Richtung: das Testen von Batterien und galvanischen Zellen (oder vereinfacht gesagt Batterien).Trotz der Tatsache, dass gerätespezifische Lithium-Ionen-Batterien immer beliebter werden, ist der Markt für Standard-Allzweckbatterien immer noch sehr groß - sie versorgen viele verschiedene Produkte, von Kinderspielzeug bis hin zu preiswerten Kameras und professionelle Taschenlampen. Auch das Sortiment dieser Elemente ist groß - Batterien und Akkumulatoren unterschiedlicher Typen, Kapazitäten, Größen, Marken, Verarbeitung ...
Wir setzen uns zunächst nicht das Ziel, die ganze Fülle an Batterien zu erfassen, sondern beschränken uns nur auf die gängigsten und am weitesten verbreiteten davon: zylindrische Batterien und Nickelbatterien.
Dieser Artikel soll Sie mit einigen grundlegenden Konzepten in Bezug auf die von uns untersuchten Batterien sowie mit der Testmethodik und den von uns verwendeten Geräten vertraut machen. Viele theoretische und praktische Fragen werden wir jedoch in den nachfolgenden Artikeln zu bestimmten Ernährungselementen diskutieren – zumal es viel bequemer und anschaulicher ist, dies anhand von „Live-Beispielen“ zu tun.
Arten von Batterien und galvanischen Zellen
SalzelektrolytbatterienBatterien mit Salzelektrolyt, sie sind auch Zink-Kohle (allerdings geben die Hersteller im Gegensatz zu Alkalibatterien in der Regel einfach nicht ihre Chemie auf Salzverpackungen an) sind die billigsten auf dem Markt erhältlichen chemischen Stromquellen: Die Kosten für eine Batterie reichen von vier bis fünf bis acht bis zehn Rubel, je nach Marke.
Eine solche Batterie ist ein zylindrischer Zinkbehälter (der sowohl als Körper als auch als "Minus" der Batterie dient), in dessen Mitte sich eine Kohlenstoffelektrode ("Plus") befindet. Um die Anode wird eine Schicht Mangandioxid gelegt, und der verbleibende Raum zwischen ihr und den Wänden des Behälters wird mit einer in Wasser verdünnten Paste aus Ammoniumchlorid und Zinkchlorid gefüllt. Die Zusammensetzung dieser Paste kann variieren: In Batterien mit geringer Leistung wird sie von Ammoniumchlorid dominiert und in größeren (von Herstellern normalerweise als "Heavy Duty" bezeichnet) - Zinkchlorid.
Während des Betriebs der Batterie oxidiert das Zink, aus dem das Gehäuse besteht, nach und nach, wodurch Lücken entstehen können - dann tritt der Elektrolyt aus der Batterie aus, was zu Schäden am Gerät führen kann, in dem sie sich befindet Eingerichtet. Solche Probleme waren jedoch zu Zeiten der UdSSR hauptsächlich für Haushaltsbatterien typisch, während moderne Batterien zuverlässig in einer zusätzlichen Außenhülle verpackt sind und sehr selten "auslaufen". Allerdings sollten Sie leere Batterien nicht für längere Zeit im Gerät belassen.
Wie oben erwähnt, kann die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten von Salzbatterien leicht variieren - die "starke" Version verwendet einen Elektrolyten mit überwiegendem Zinkchlorid. Das Wort "stark" kann jedoch nur in Anführungszeichen geschrieben werden - keine der Salzbatterien ist für eine ernsthafte Belastung ausgelegt: In einer Taschenlampe halten sie eine Viertelstunde und in einer Kamera es kann nicht einmal ausreichen, das Objektiv zu verlängern. Die Menge Salzbatterien - Fernbedienungen, Uhren und elektronische Thermometer, dh Geräte, deren Stromverbrauch in Einheiten von mindestens zehn Milliampere passt.
Alkalische Elektrolytbatterien
Der nächste Batterietyp sind Alkali- oder Manganbatterien. Einige nicht allzu kompetente Verkäufer und sogar Hersteller nennen sie "alkalisch" - dies ist ein leicht verzerrtes Pauspapier aus dem englischen "alkalisch", dh "alkali".
Die Preise für Alkalibatterien variieren zwischen zehn und vierzig bis fünfzig Rubel (die meisten ihrer Typen passen jedoch in den Bereich von bis zu 25 Rubel, nur bestimmte Modelle mit erhöhter Leistung stechen hervor), und Sie können sie durch die Aufschrift von Salzbatterien unterscheiden "Alkaline" auf der Verpackung (und manchmal direkt im Namen, zum Beispiel "GP Super Alkaline" oder "TDK Power Alkaline").
Der Minuspol einer Alkalibatterie besteht aus Zinkpulver - im Vergleich zum Zinkkörper von Salzzellen ermöglicht die Verwendung von Pulver die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen und damit die Stromabgabe der Batterie. Der positive Pol ist Mangandioxid. Der Hauptunterschied zu Salzbatterien ist die Art des Elektrolyts: In alkalischen Batterien wird Kaliumhydroxid verwendet.
Alkaline-Batterien eignen sich gut für Geräte mit einem Energieverbrauch von zehn bis mehreren hundert Milliampere - mit einer Kapazität von etwa 2 ... 3 A * h bieten sie eine durchaus vernünftige Betriebszeit. Leider haben sie auch einen erheblichen Nachteil: einen großen Innenwiderstand. Wenn Sie eine Batterie mit einem wirklich hohen Strom laden, sinkt ihre Spannung stark und ein erheblicher Teil der Energie wird für die Erwärmung der Batterie selbst aufgewendet - daher hängt die effektive Kapazität von Alkalibatterien stark von der Last ab. Wenn wir beispielsweise bei einer Entladung mit einem Strom von 0,025 A 3 A * h aus der Batterie holen, sinkt die tatsächliche Kapazität bei einem Strom von 0,25 A bereits auf 2 A * h und bei einem Strom von 1 A - und ganz unter 1 A * h.
Trotzdem kann eine Alkaline-Batterie unter starker Belastung einige Zeit arbeiten, aber diese Zeit ist vergleichsweise kurz. Wenn sich beispielsweise eine moderne Digitalkamera mit Salzbatterien nicht einmal einschalten lässt, reicht ein Satz Alkalibatterien für eine halbe Stunde Betrieb.
Übrigens, wenn Sie bereits Alkalibatterien in der Kamera verwenden müssen, kaufen Sie zwei Sets auf einmal und tauschen Sie sie regelmäßig aus, dies verlängert ihre Lebensdauer ein wenig: Wenn Sie eine entladene Batterie ein wenig "ruhen" lassen, wird sie teilweise wiederhergestellt seine Ladung und in der Lage sein, etwas länger zu arbeiten. Fünf Minuten.
Lithiumbatterien
Die letzte der weit verbreiteten Batterietypen ist Lithium. Sie sind im Allgemeinen für ein Vielfaches von 3 V ausgelegt, daher sind die meisten Arten von Lithiumbatterien mit 1,5 V Kochsalzlösung und Alkaline nicht austauschbar. Solche Batterien werden häufig in Uhren und seltener in fotografischen Geräten verwendet.
Es gibt jedoch auch 1,5-V-Lithiumbatterien in den Standardformfaktoren AA und AAA - sie können in allen Geräten verwendet werden, die für normale Salz- oder Alkalibatterien ausgelegt sind. Der Hauptvorteil von Lithiumbatterien ist ihr geringerer Innenwiderstand im Vergleich zu Alkalibatterien: Ihre Kapazität hängt wenig vom Laststrom ab. Obwohl sowohl Alkali- als auch Lithiumbatterien bei geringem Strom die gleiche Kapazität von 3 A * h haben, "sterben" Alkalibatterien in einer Digitalkamera, die 1 A verbraucht, in 30 Minuten, Lithiumbatterien jedoch leben fast drei Stunden.
Der Nachteil von Lithium-Batterien sind die hohen Kosten: Lithium selbst ist nicht nur teuer, sondern auch aufgrund der Gefahr seiner Entzündung beim Eindringen von Wasser gestaltet sich die Konstruktion der Batterie im Vergleich zu alkalischen Batterien deutlich komplizierter. Infolgedessen kostet eine Lithiumbatterie 100-150 Rubel, dh drei- bis fünfmal teurer als eine sehr gute Alkalibatterie. Ungefähr genauso viel kostet ein Ni-MH-Akku, der ähnliche Entladeeigenschaften wie Lithium-Akkus aufweist, aber mehrere hundert Lade-Entlade-Zyklen überstehen kann – daher ist der Kauf von Lithium-Akkus nur dann gerechtfertigt, wenn man nirgendwo, keine Zeit oder nichts zu haben hat herkömmliche Akkus laden.
Ja, da es sich um Ladezyklen handelt, muss gesagt werden, dass es absolut unmöglich ist, Lithiumbatterien aufzuladen! Wenn eine gewöhnliche Alkali- oder Salzbatterie beim Ladeversuch allenfalls einfach auslaufen kann, dann explodieren versiegelte Lithiumbatterien beim Laden.
Neben den guten Entladeeigenschaften haben Lithiumbatterien auch zwei weitere Vorteile, die normalerweise nicht sehr bedeutend sind: Haltbarkeit (die zulässige Lagerdauer beträgt 15 Jahre, während die Batterie nur 10% ihrer Kapazität verliert) und die Fähigkeit, bei negativem Wert zu arbeiten Temperaturen, bei Kochsalz- und Alkalibatterien friert der Elektrolyt einfach ein.
Nickel-Cadmium (Ni-Cd) Batterien
Die wichtigste Alternative zu Batterien sind Batterien - Stromquellen, deren chemische Prozesse umkehrbar sind: Wenn die Batterie an die Last angeschlossen ist, gehen sie in eine Richtung und wenn Spannung daran angelegt wird, in die entgegengesetzte Richtung. Wenn also der Akku nach Gebrauch weggeworfen und neu gekauft werden muss, kann der Akku auf seine volle (oder fast volle) ursprüngliche Kapazität aufgeladen werden.
Wir werden Batterien betrachten, die in leichten Unterhaltungselektronikgeräten verwendet werden - daher bleiben schwere (sowohl im wörtlichen als auch im übertragenen Sinne) Blei-Säure-Batterien, die in Autos, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und anderen Geräten mit hohem Energieverbrauch und ohne besondere Gewichts- und Maßbeschränkungen zu finden sind, sofort übrig aus unserem heutigen Artikel. Aber wir werden den verschiedenen Arten von Nickelbatterien viel mehr Aufmerksamkeit schenken ...
Die ersten Nickel - genauer gesagt Nickel-Cadmium - Batterien wurden bereits 1899 von dem schwedischen Wissenschaftler Waldmar Jungner entwickelt, aber damals waren sie relativ teuer und außerdem nicht versiegelt: Beim Laden gab die Batterie Gas ab . Erst Mitte des letzten Jahrhunderts war es möglich, eine Nickel-Cadmium-Batterie mit einem geschlossenen Kreislauf herzustellen: Die beim Laden freigesetzten Gase wurden von der Batterie selbst aufgenommen.
Nickel-Cadmium-Akkus sind zuverlässig und langlebig (sie können bis zu fünf Jahre gelagert und bei sachgemäßer Verwendung bis zu 1000 Mal aufgeladen werden), funktionieren gut bei niedrigen Temperaturen und halten problemlos hohen Entladeströmen stand und können sowohl mit niedrigen und hohe Ströme.
Sie haben jedoch auch viele Nachteile. Erstens eine relativ geringe Energiedichte (also das Verhältnis der Kapazität der Zelle zu ihrem Volumen), zweitens ein spürbarer Selbstentladungsstrom (nach mehreren Monaten Lagerung muss der Akku vor dem Gebrauch wieder aufgeladen werden), drittens die Verwendung von giftigem Cadmium in der Struktur und viertens der Memory-Effekt.
Es lohnt sich, auf Letzteres genauer einzugehen, denn wenn wir über Batterien sprechen, werden wir uns mehr als einmal daran erinnern. Der Memory-Effekt ist eine Folge einer Verletzung der inneren Struktur der Batterie: Kristalle beginnen darin zu wachsen, wodurch die effektive Oberfläche und dementsprechend die Kapazität der Batterie verringert wird. Der Effekt hat seinen Namen aufgrund der Tatsache, dass Kristalle besonders schnell wachsen, wenn der Akku unvollständig entladen ist: Er scheint sich zu erinnern, bis zu welchem Level er das letzte Mal entladen wurde – wenn der Akku beispielsweise nur um 25 % entladen war, dann beim nächsten Die Ladung wird die Kapazität wiederherstellen, die nicht bis zu 100% beträgt, sondern weniger. Um dem Memory-Effekt entgegenzuwirken, empfiehlt es sich, den Akku vor dem Laden vollständig zu entladen – dies zerstört die gebildeten Kristalle und stellt die Kapazität des Akkus wieder her. Unter den verfügbaren Batterietypen sind die Nickel-Cadmium-Batterien am anfälligsten für den Memory-Effekt.
Dennoch ist in einigen Fällen der Einsatz von Nickel-Cadmium-Akkus mittlerweile gerechtfertigt – aufgrund der geringen Kosten, der Langlebigkeit und der Möglichkeit, bei niedrigen Temperaturen ohne negative Folgen für den Akku aufzuladen.
Nickel-Metallhydrid-Akkus (Ni-MH)
Trotz der räumlichen Nähe in den Ladenregalen gibt es historisch gesehen eine Kluft zwischen Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus: Letztere wurden erst in den 1980er Jahren entwickelt. Interessanterweise wurde zunächst die Möglichkeit untersucht, Wasserstoff für Nickel-Wasserstoff-Batterien in der Raumfahrttechnik zu speichern, aber als Ergebnis haben wir eine der gängigsten Batterietypen im Alltag erhalten.
Im Gegensatz zu Nickel-Cadmium-Akkus enthalten Nickel-Metallhydrid-Akkus keine Schwermetalle, sind also für die Umwelt unbedenklich und bedürfen keiner besonderen Aufbereitung bei der Entsorgung. Dies ist jedoch bei weitem nicht ihr einziges Plus: Aus Sicht der Verbraucher, also Sie und ich, ist es viel wichtiger, dass Ni-MH-Akkus bei gleichen Abmessungen die zwei- bis dreifache Kapazität haben - für die gängigsten AA-Batterien erreicht es bis zu 2500-2700 mA * h gegenüber 800-1000 mA * h für Nickel-Cadmium.
Darüber hinaus leiden Ni-MH-Akkus praktisch nicht unter dem Memory-Effekt. Genauer gesagt reduzieren Hersteller Jahr für Jahr seinen Einfluss – und deshalb ist der Effekt zwar theoretisch auch bei Ni-MH-Akkus vorhanden, in der Praxis bei modernen Modellen jedoch unbedeutend. Wir werden uns jedoch nicht für alles auf Hersteller verlassen und in einem unserer nächsten Artikel versuchen, die Wirkung des Memory-Effekts selbst zu bewerten.
Leider haben Ni-MH-Akkus ihre eigenen Probleme. Erstens haben sie im Vergleich zu Ni-Cd einen höheren Selbstentladungsstrom (wir werden jedoch etwas weiter unten noch darauf eingehen) und zweitens kann die Anzahl der Ladezyklen zwar auch 1000 erreichen, jedoch kann ein Rückgang der Batteriekapazität auftreten bereits nach 200 300 Zyklen beobachtet, drittens verkürzen zu hohe Entladeströme und das Laden bei niedrigen Temperaturen die Lebensdauer der Batterie merklich.
Dennoch gehören Ni-MH-Akkus in Bezug auf die Kombination der Eigenschaften - Kosten, Zuverlässigkeit, Kapazität, Wartungsfreundlichkeit - derzeit zu den besten, was zu ihrem Einsatz in einer großen Masse von Haushaltsgeräten führte.
Seit kurzem sind auch sogenannte „Ready To Use“ Ni-MH-Akkus auf dem Markt. Sie unterscheiden sich von gewöhnlichen durch einen geringen Selbstentladungsstrom - der Hersteller versichert, dass der Akku in sechs Monaten nicht mehr als 10% seiner Kapazität und in einem Jahr - nicht mehr als 15% (zum Vergleich ein gewöhnlicher Ni .-Akku) verliert -MH-Akku entlädt sich in einem Monat um 20 ... 30% und ein Jahr lang - auf Null). Daher der Name: Während diese Akkus noch vom Hersteller geladen werden, haben sie vor dem Kauf im Laden keine Zeit, sich vollständig zu entladen, was bedeutet, dass sie sofort nach dem Kauf ohne vorheriges Aufladen verwendet werden können. Der Nachteil solcher Akkus ist ihre geringere Kapazität - eine Zelle der Größe AA hat eine Kapazität von 2000 ... 2100 mA * h gegenüber 2600 ... 2700 mA * h für herkömmliche Ni-MH-Akkus.
Ladegeräte für Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus
Die Prinzipien zum Laden von Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus sind sehr ähnlich - aus diesem Grund unterstützen moderne Ladegeräte in der Regel beide Typen gleichzeitig. Die Ladeverfahren und dementsprechend die Ladegerätetypen lassen sich in vier Gruppen einteilen. In diesem Fall geben wir in jedem Fall den Ladestrom über die Kapazität des Akkus an: Die Empfehlung zum Laden mit einem Strom von "0,1C" bedeutet beispielsweise, dass ein Akku mit einer Kapazität von 2700 mA * h in solchen ein Stromkreis entspricht einem Strom von 270 mA (0,1 * 2700 = 270) und einer Batterie mit einer Kapazität von 1400 mAh - 140 mA.Langsames Laden mit Strom 0,1C
Diese Methode basiert auf der Tatsache, dass moderne Batterien einer Überladung (dh dem Versuch, sie mit mehr Energie zu "füllen", als die Batterie speichern kann), problemlos standhalten, wenn der Ladestrom 0,1 C nicht überschreitet. Wenn der Strom diesen Wert überschreitet, kann die Batterie bei Überladung beschädigt werden.
Dementsprechend braucht ein Schwachstrom-Ladegerät keine Kontrolle über das Ladeende: An seiner zu langen Ladedauer ist nichts auszusetzen, die Batterie gibt überschüssige Energie einfach in Form von Wärme ab. Passende Ladegeräte sind günstig und weit verbreitet. Zum Aufladen des Akkus reicht es, ihn in einem solchen Ladegerät für mindestens 1,6 * C / I zu belassen, wobei C die Akkukapazität ist, I der Ladestrom ist. Nehmen wir zum Beispiel ein Ladegerät mit einem Strom von 200 mA, dann wird ein Akku mit einer Kapazität von 2700 mA * h garantiert in 1,6 * 2700/200 = 21 Stunden 36 Minuten geladen. Fast ein Tag ... im Allgemeinen liegt der Hauptnachteil solcher Ladegeräte auf der Hand - die Ladezeit überschreitet oft vernünftige Werte.
Wenn Sie es dennoch nicht eilig haben, hat ein solches Ladegerät das Recht auf Leben. Die Hauptsache ist, dass Sie bei Verwendung von Batterien mit geringer Kapazität in Verbindung mit einem modernen Ladegerät sicherstellen, dass der Ladestrom (und der in den Eigenschaften des Ladegeräts angegeben werden muss) 0,1 C nicht überschreitet. Es ist auch zu bedenken, dass eine langsame Ladung zur Manifestation eines Memory-Effekts in Batterien beiträgt.
Laden mit einem Strom von 0,2 ... 0,5C ohne Überwachung des Ladeendes
Solche Ladegeräte sind zwar selten, aber immer noch zu finden - hauptsächlich unter billigen chinesischen Produkten. Bei einer Stromstärke von 0,2 ... 0,5C haben sie entweder keine Kontrolle über das Ladeende oder verfügen nur über einen eingebauten Timer, der die Akkus nach einer bestimmten Zeit abschaltet.
Verwenden Sie ähnliche Speichergeräte dringend abgeraten: Da das Ende des Ladevorgangs nicht kontrolliert werden kann, wird der Akku in den meisten Fällen unter- oder überladen, was seine Lebensdauer erheblich verkürzt. Wenn Sie Geld für ein Ladegerät sparen, verlieren Sie Geld für Batterien.
Ladestrom bis zu 1C mit Kontrolle des Ladeendes
Diese Klasse von Ladegeräten ist die vielseitigste für den täglichen Gebrauch: Einerseits ermöglichen sie das Aufladen der Batterie in einer vernünftigen Zeit (von eineinhalb bis vier bis sechs Stunden, je nach Ladegerät und Akkus), andererseits , kontrollieren sie das Ladeende im Automatikmodus eindeutig. ...
Das gebräuchlichste Verfahren zur Steuerung des Ladeendes ist der Spannungsabfall, der allgemein als "dV/dt-Methode", "negative Delta-Methode" oder "-∆V-Methode" bezeichnet wird. Sie besteht darin, dass während des gesamten Ladevorgangs die Spannung am Akku langsam ansteigt – wenn der Akku jedoch seine volle Kapazität erreicht, fällt sie kurzzeitig ab. Diese Änderung ist sehr gering, aber es ist durchaus möglich, sie zu erkennen - und, wenn sie einmal gefunden wurde, die Ladung zu beenden.
Viele Ladegerätehersteller geben in ihren Kennlinien auch "Mikroprozessorsteuerung" an - tatsächlich ist dies jedoch dasselbe wie eine negative Delta-Steuerung: Wenn ja, dann wird sie von einem spezialisierten Mikroprozessor ausgeführt.
Die Spannungsregelung ist jedoch nicht die einzige: In dem Moment, in dem der Akku seine volle Kapazität erreicht, steigen Druck und Temperatur des Gehäuses stark an, was auch gesteuert werden kann. In der Praxis ist es jedoch technisch am einfachsten, die Spannung zu messen, daher sind andere Methoden zur Kontrolle des Ladeendes selten.
Außerdem verfügen viele hochwertige Ladegeräte über zwei Schutzmechanismen: Batterietemperaturkontrolle und einen eingebauten Timer. Der erste stoppt den Ladevorgang, wenn die Temperatur den zulässigen Grenzwert überschreitet, der zweite - wenn der negative Delta-Stop der Ladung nicht innerhalb einer angemessenen Zeit funktioniert. Beides kann passieren, wenn wir alte oder einfach minderwertige Batterien verwenden.
Nachdem die Batterien mit einem hohen Strom geladen wurden, laden die "vernünftigsten" Ladegeräte diese einige Zeit mit einem niedrigen Strom (unter 0,1 C) auf - so können Sie die maximal mögliche Kapazität aus den Batterien herausholen. Die Ladeanzeige am Gerät erlischt normalerweise und zeigt damit an, dass die Hauptladephase beendet ist.
Bei solchen Geräten gibt es zwei Probleme. Erstens sind nicht alle in der Lage, den Moment des Spannungsabfalls mit ausreichender Genauigkeit zu "fangen" - dies kann aber leider nur empirisch nachgewiesen werden. Zweitens, obwohl diese Geräte normalerweise für 2 oder 4 Batterien ausgelegt sind, wissen die meisten von ihnen nicht, wie sie diese Batterien unabhängig laden können.
Wenn beispielsweise in der Anleitung des Ladegeräts angegeben ist, dass es nur 2 oder 4 Akkus gleichzeitig laden kann (aber nicht 1 oder 3), bedeutet dies, dass es nur über zwei unabhängige Ladekanäle verfügt. Jeder der Kanäle liefert eine Spannung von ca. 3 V und die Batterien sind paarweise in Reihe geschaltet. Daraus ergeben sich zwei Konsequenzen. Das Offensichtliche ist, dass Sie in einem solchen Speicher keinen einzigen Akku aufladen können (und Ihr bescheidener Diener verwendet beispielsweise täglich einen MP3-Player, der mit nur einer AAA-Batterie betrieben wird). Weniger offensichtlich ist, dass auch nur das Ende der Ladung kontrolliert wird für ein paar Batterien. Wenn Sie Akkus verwenden, die nicht zu neu sind, altern einige allein aufgrund der technologischen Varianz etwas früher als andere - und wenn zwei Akkus mit unterschiedlichem Alterungsgrad in einem Paar hängen, dann wird ein solches Ladegerät entweder einen von ihnen zu wenig aufladen oder den anderen aufladen. Natürlich wird dies die Alterungsrate des schlechtesten Paares nur verschlimmern.
Ein "richtiges" Ladegerät sollte es erlauben, beliebig viele Akkus zu laden - einen, zwei, drei oder vier - und idealerweise auch für jeden eine separate Anzeige für das Ende des Ladevorgangs haben (sonst erlischt die Anzeige, wenn der letzte Akku die Batterien sind geladen). Nur in diesem Fall haben Sie eine gewisse Garantie dafür, dass jeder der Akkus unabhängig vom Zustand der anderen Akkus vollständig geladen wird. Dank separater Ladeanzeigen können Sie auch vorzeitig ausgefallene Akkus erkennen: Wenn von den vier zusammen verwendeten Zellen eine viel länger oder viel schneller lädt als die anderen, ist sie das schwache Glied der gesamten Batterie.
Mehrkanal-Ladegeräte haben noch ein weiteres nettes Feature: Bei vielen von ihnen können Sie beim Laden der Hälfte der Akkus die Ladegeschwindigkeit wählen. Das Ladegerät Sanyo NC-MQR02, das für vier AA-Batterien ausgelegt ist, ermöglicht Ihnen beispielsweise beim Laden von einem oder zwei Batterien einen Ladestrom zwischen 1275 mA (beim Einlegen der Batterien in die äußeren Einschübe) und 565 mA (beim Einsetzen in die äußeren Schlitze) zu wählen die Mittelschlitze). Wenn drei oder vier Batterien eingelegt sind, werden diese mit einem Strom von 565 mA geladen.
Neben der Benutzerfreundlichkeit sind Ladegeräte dieser Art auch die "nützlichsten" für Batterien: Das Laden mit einem durchschnittlichen Strom mit Steuerung des Ladeendes durch negatives Delta ist im Hinblick auf die Erhöhung der Batterielebensdauer optimal.
Eine eigene Unterklasse von Schnellladegeräten ist ein Ladegerät mit Batterievorentladung. Dies wurde getan, um dem Memory-Effekt entgegenzuwirken und kann bei Ni-Cd-Akkus sehr nützlich sein: Das Ladegerät sorgt dafür, dass sie zuerst vollständig entladen werden und erst danach mit dem Laden beginnen. Für moderne Ni-MHs ist diese Art von Training nicht mehr erforderlich.
Laden mit einem Strom von mehr als 1C mit Kontrolle des Ladeendes
Und schließlich ist die letzte Methode eine ultraschnelle Ladung von 15 Minuten bis zu einer Stunde mit Ladekontrolle, wiederum nach dem negativen Spannungsdelta. Solche Ladegeräte haben zwei Vorteile: Erstens bekommt man fast sofort geladene Akkus und zweitens lässt sich durch eine superschnelle Ladung der Memory-Effekt weitgehend vermeiden.
Es gibt jedoch auch Nachteile. Erstens halten nicht alle Akkus einer Schnellladung gut stand: Unzureichend hochwertige Modelle mit hohem Innenwiderstand können in diesem Modus überhitzen, bis sie ausfallen. Zweitens kann sich eine sehr schnelle (15 Minuten) Aufladung negativ auf die Akkulaufzeit auswirken - wiederum aufgrund der übermäßigen Erwärmung während des Ladevorgangs. Drittens "füllt" eine solche Ladung den Akku nur bis zu 90 ... 95% der Kapazität - danach ist eine zusätzliche Ladung mit geringem Strom erforderlich, um 100% der Kapazität zu erreichen (die meisten Schnellladegeräte ausführen).
Wenn Sie jedoch eine ultraschnelle Akkuladung benötigen, ist der Kauf eines "15-Minuten-" oder "Halbstunden"-Ladegeräts eine gute Option. Natürlich gilt es dabei nur hochwertige Akkus großer Hersteller zu verwenden und auch veraltete Exemplare rechtzeitig von den Akkus auszuschließen.
Wenn Sie mit der Ladedauer von mehreren Stunden zufrieden sind, bleiben die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Ladegeräte mit einem Ladestrom von weniger als 1C und einer Steuerung des Ladeendes durch ein negatives Spannungsdelta optimal.
Ein separates Thema ist die Kompatibilität von Ladegeräten mit verschiedenen Batterietypen. Ladegeräte für Ni-MH und Ni-Cd sind in der Regel universell: Beide können Akkus dieser beiden Typen laden. Ladegeräte für Ni-MH-Akkus mit Ladeende beim negativen Spannungsdelta, auch wenn dies nicht direkt für sie angegeben ist, können mit Ni-Cd-Akkus arbeiten, aber umgekehrt - leider. Der Punkt hier ist, dass der Spannungssprung, das gleiche negative Delta, in Ni-MH merklich geringer ist als der von Ni-Cd, so dass nicht jedes Ladegerät, das auf die Arbeit mit Ni-Cd abgestimmt ist, diesen Sprung auf Ni . "fühlen" kann -MH ...
Für andere Batterietypen, darunter Lithium-Ionen und Blei-Säure, sind diese Ladegeräte grundsätzlich ungeeignet - solche Batterien haben ein völlig anderes Ladeschema.
Prüftechnik
Beim Testen von Batterien und galvanischen Zellen in unserem Labor messen wir die folgenden Parameter, die wichtigsten für die Bestimmung sowohl der Qualität der Zellen (dh ihrer Einhaltung der Herstellerversprechen) als auch eines vernünftigen Einsatzbereichs :
Kapazität bei verschiedenen Entlademodi;
Innenwiderstandswert;
Selbstentladungswert (nur für Batterien);
Memory-Effekt (nur für Batterien).
Hauptbestandteil des Prüfstands ist natürlich eine einstellbare Last, die es ermöglicht, bis zu vier Akkus oder Batterien gleichzeitig mit einem bestimmten Strom zu entladen.
Zur Spannungskontrolle aller vier Elemente kommt ein Velleman PCS10 Digitalrecorder zum Einsatz, der über eine USB-Schnittstelle mit einem Computer verbunden ist. Der Messfehler beträgt nicht mehr als 1% (der intrinsische Fehler des Rekorders beträgt 3%, aber wir kalibrieren zusätzlich jeden seiner Kanäle und nehmen entsprechende Korrekturen an den endgültigen Daten vor), die Diskretion der Spannungsmessung beträgt 12 mV, die Messfrequenz beträgt 250 ms.
Das Installationsdiagramm ist recht einfach: Dies sind vier separate Stromstabilisatoren, die auf dem Operationsverstärker LM324 (diese Mikroschaltung besteht nur aus vier Operationsverstärkern in einem Gehäuse) und IRL3502-Feldeffekttransistoren hergestellt wurden. Alle Stabilisatoren werden von einem variablen Multiturn-Widerstand gesteuert, sodass der Strom an ihnen gleichzeitig eingestellt wird - dies vereinfacht die Einstellung der Installation für einen bestimmten Test und minimiert den Fehler bei der manuellen Stromeinstellung. Mögliche Grenzen der Laständerung - von 0 bis 3 A für jede Batterie.
Um die Spannung an einem anderen LM324-Mikroschaltkreis zu messen, werden vier Differenzverstärker montiert, deren Eingänge direkt mit den Kontakten des Blocks verbunden sind, in dem die Batterien installiert sind - dies beseitigt vollständig den durch Verluste an den Anschlussdrähten verursachten Fehler. Von den Ausgängen der Differenzverstärker geht das Signal zum Recorder.
Darüber hinaus enthält die Schaltung einen in der obigen Abbildung nicht gezeigten Rechteckwellengenerator, der periodisch einschaltet und dann die Last vollständig trennt. Die Dauer der „Null“ am Generatorausgang beträgt 6,0 s, die Dauer der „Eins“ beträgt 2,25 s. Der Generator ermöglicht es Ihnen, die Batterien im Betrieb mit gepulster Last zu testen und insbesondere deren Innenwiderstand zu bestimmen.
Die obige Abbildung zeigt auch nicht den Stromversorgungskreis der Installation: Er ist an die Stromversorgung des Computers angeschlossen, seine Ausgangsspannung (+12 V) wird durch einen Stabilisator auf dem Mikrokreis 78L09 auf +9 V reduziert, und die - Die 9 V Spannung, die für die bipolare Stromversorgung des Operationsverstärkers benötigt wird, wird von einem kapazitiven Wandler auf der Mikroschaltung ICL7660 gebildet. Dies sind jedoch bereits unbedeutende Nuancen, auf die wir nur eingehen, um vorab Fragen zur Richtigkeit von Messungen zu warnen, die sich von elektrotechnisch versierten Lesern stellen können.
Um die Leistungstransistoren, Feedback-Shunts und die eigentlichen Testbatterien zu kühlen, wird die gesamte Installation von einem Standard-12-Volt-Lüfter mit einer Standardgröße von 80x80x20 mm geblasen.
Ein spezielles Programm wurde geschrieben, um Daten vom Rekorder zu empfangen und automatisch zu verarbeiten - glücklicherweise liefert Velleman für viele seiner Geräte sehr einfach zu verwendende SDKs und Bibliothekssets. Das Programm ermöglicht es, in Echtzeit Diagramme der Spannung an den Batterien in Abhängigkeit von der seit Beginn des Tests verstrichenen Zeit zu erstellen und am Ende des Tests auch ihre Kapazität zu berechnen. Letzteres ist offensichtlich gleich dem Produkt des Entladestroms und der Zeit, während der das Element die untere Spannungsgrenze erreicht hat.
Die Grenze wird in Abhängigkeit von der Art des Elements und den Abflussbedingungen gewählt. Bei Batterien mit niedrigen Strömen sind dies 1,0 V - es ist einfach unmöglich, sie unten zu entladen, da dies zu irreversiblen Schäden an der Zelle führen kann; bei hohen Strömen wird die untere Grenze auf 0,9 V reduziert, um den Innenwiderstand der Batterie richtig zu berücksichtigen.
Bei Batterien haben zwei Entladegrenzen eine praktische Bedeutung. Einerseits gilt ein Element als völlig leer, wenn die Spannung an ihm auf 0,7 V abgesunken ist – daher ist es logisch, die Kapazität genau bei Erreichen dieses Pegels zu messen. Andererseits sind nicht alle batteriebetriebenen Geräte in der Lage, bei Spannungen unter 0,9 V zu arbeiten, daher ist es auch praktisch, wenn der Akku bis zu diesem Wert entladen ist. In unseren Tests geben wir beide Werte an – obwohl viele Elemente, die das Niveau von 1,0 V erreicht haben und sich dann sehr schnell entladen, gibt es auch solche, die relativ lange zwischen 0,7 V und 0,9 V halten.
Nachdem wir die Batterien eingelegt, den erforderlichen Strom eingestellt und den Rekorder eingeschaltet haben, beginnen wir mit dem Testen. Für jeden Batterietyp wurden mehrere Entlademodi ausgewählt, um die interessantesten und charakteristischsten Ergebnisse zu erzielen.
Bei Batterien sind dies:
niedrige Gleichstromentladung: 250 mA für AA-Zellen, 100 mA für AAA-Zellen;
Entladung mit hohem Gleichstrom: 750 mA für AA-Zellen, 300 mA für AAA-Format;
Bei Ni-MH-Akkus sind dies:
niedrige Gleichstromentladung: 500 mA für AA-Zellen, 200 mA für AAA-Zellen;
Entladung mit großem Gleichstrom: 2500 mA für AA-Zellen, 1000 mA für AAA-Format;
Pulsstromentladung: Pulsdauer 2,25 s, Pausendauer 6,0 s, Stromamplitude 2500 mA für AA-Zellen und 1000 mA für AAA-Zellen.
Bei Ni-Cd AA-Akkus werden die Entlademodi wie bei Ni-MH AAA-Akkus gewählt – unter Berücksichtigung der ähnlichen Nennkapazität des ersten und zweiten.
Wenn beim Testen von Batterien alles einfach ist - ich habe die Verpackung ausgepackt, die Batterie in die Anlage eingesetzt, den Test gestartet - dann müssen die Batterien vorbereitet werden, denn alle, außer der oben erwähnten "Ready To Use"-Serie, sind zum Zeitpunkt des Kaufs vollständig entladen. Daher wurde der Batterietest streng nach dem folgenden Schema durchgeführt;
Messung der Restkapazität bei niedrigem Strom (nur für "Ready To Use"-Modelle);
Ladegerät;
mit einem großen Strom entladen, ohne die Kapazität zu messen (Training);
Ladegerät;
Hochstromentladung mit Kapazitätsmessung;
Ladegerät;
Stoßstromentladung mit Kapazitätsmessung;
Ladegerät;
Schwachstromentladung mit Kapazitätsmessung;
Ladegerät;
Exposition für 7 Tage;
Schwachstromentladung mit Kapazitätsmessung - dann wird das Ergebnis mit dem im vorherigen Schritt erhaltenen verglichen und der prozentuale Kapazitätsverlust durch Selbstentladung für 1 Woche berechnet;
Bei Batterietests verwenden wir in jeder Phase eine Zelle jeder Marke. In Batterietests - mindestens zwei Zellen jeder Marke.
Zum Aufladen der Akkus verwenden wir das Ladegerät Sanyo NC-MQR02.
Dies ist ein Schnellladegerät mit negativer Delta-Spannung und Batterietemperaturregelung, mit dem Sie ein bis vier (in beliebigen Kombinationen) AA-Batterien sowie ein oder zwei AAA-Batterien laden können. Ersteres kann sowohl mit einem Strom von 565 mA als auch 1275 mA geladen werden (wenn nicht mehr als zwei Akkus vorhanden sind), letzteres mit einem Strom von 310 mA pro Zelle. Dieses Ladegerät hat im langjährigen, regelmäßigen Einsatz seine hohe Leistungsfähigkeit und Kompatibilität mit allen Akkus überzeugend unter Beweis gestellt, was es zur Wahl für Tests gemacht hat. Um Kapazitätsverluste durch Selbstentladung zu vermeiden, werden die Akkus bei allen Tests, mit Ausnahme des Selbstentladungstests selbst, unmittelbar vor Messbeginn geladen.
Messungen bei Gleichstrom ergeben ein logisches Bild (ein Beispiel ist in der obigen Grafik dargestellt): Die Spannung an den Elementen nimmt in den ersten Minuten des Tests schnell ab, erreicht dann einen mehr oder weniger konstanten Wert und am Ende des Tests Test, beim letzten Prozent der Ladung fällt sie schnell wieder ab.
Messungen am Stoßstrom sind etwas weniger üblich. Die obige Abbildung zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des Diagramms, das bei einem solchen Test erhalten wurde: Spannungseinbrüche entsprechen dem Einschalten der Last, Anstiegen dem Ausschalten. Aus dieser Grafik lässt sich leicht der Innenwiderstand des Akkus berechnen: Wie Sie sehen, sackt bei einer Stromamplitude von 2,5 A die Spannung um 0,1 V ab - entsprechend beträgt der Innenwiderstand 0,1 / 2,5 = 0,04 Ohm = 40 mΩ. Die Bedeutung dieses Parameters wird aus unseren nachfolgenden Artikeln deutlicher, in denen wir verschiedene Arten von Batterien und Akkus miteinander vergleichen - vorerst wird nur darauf hingewiesen, dass ein großer Innenwiderstand nicht nur einen "Abfall" der Spannung unter verursacht Last, aber auch ein Verlust von Energie, die in den Batterien angesammelt wird, um sich selbst zu erwärmen.
Im vollen Maßstab verschmelzen die Impulse miteinander zu einem durchgehenden Streifen, dessen obere Grenze der Spannung am Stromversorgungselement ohne Last, die untere - mit Last entspricht. Aus der Form dieses Streifens kann man nicht nur die Betriebszeit der Zelle bei starker Impulsbelastung abschätzen, sondern auch die Abhängigkeit ihres Innenwiderstands von der Entladungstiefe: zum Beispiel, wie Sie sehen, den Widerstand von a Der Sony Ni-MH-Akku ist nahezu konstant und beginnt erst zu wachsen, wenn er vollständig entladen ist. ... Gutes Ergebnis.
Wie viele unserer Leser wahrscheinlich bemerken werden, haben wir sehr harte Entlademodi gewählt: Der Strom von 2,5 A ist sehr hoch, und die 6-Sekunden-Pause zwischen den Impulsen gibt dem Element keine richtige "Ruhe", kann seine Kapazität teilweise wiederherstellen ). Dies geschah jedoch mit Absicht, um die Unterschiede zwischen Batterien unterschiedlicher Typen und unterschiedlicher Qualität möglichst klar und deutlich aufzuzeigen. Um den milderen realen Betriebsbedingungen sowie den Bedingungen, unter denen Batteriehersteller ihre Kapazität messen, näher zu kommen, haben wir Entlademodi mit einem relativ kleinen konstanten Strom in die Tests aufgenommen.
Übrigens geben die Hersteller selbst die Entlademodi in der Regel genauso an wie die Lademodi – proportional zur Zellkapazität. Nehmen wir an, dass Standardmessungen der Batteriekapazität bei einem Strom von 0,2 C durchgeführt werden sollten - dh 540 mA für einen 2700-mAh-Akku, 500 mA für einen 2500-mAh-Akku und so weiter. Da die Akkus des gleichen Formfaktors in unseren Tests jedoch recht ähnliche Eigenschaften aufweisen, haben wir uns entschieden, sie bei festen Strömen zu testen, die nicht von der Typenschildkapazität eines bestimmten Exemplars abhängen - dies vereinfacht die Darstellung und den Vergleich der Ergebnisse erheblich .
Und da wir über die Kapazität sprechen, ist es wert, etwas von der Täuschung einer so allgemein akzeptierten Einheit wie der Amperestunde zu erwähnen. Tatsache ist, dass die in der Batterie gespeicherte Energie nicht nur davon abhängt, wie lange sie den gegebenen Strom gehalten hat, sondern auch von der darauf befindlichen Spannung - also ist es ganz offensichtlich, dass eine Lithiumbatterie mit einer Kapazität von 3 A * h und eine Spannung von 3 V kann doppelt so viel Energie speichern wie eine Batterie mit der gleichen Kapazität von 3 A * h, jedoch mit einer Spannung von 1,5 V. Daher ist es richtiger, die Kapazität nicht in Amperestunden anzugeben , aber in Wattstunden, erhalten sie durch das Integral der Abhängigkeit der Spannung an der Batterie von der Zeitentladung bei ihrem konstanten Strom. Neben der natürlichen Berücksichtigung der unterschiedlichen Betriebsspannungen verschiedener Elemente ermöglicht uns diese Technik auch, zu berücksichtigen, wie gut ein bestimmtes Element die Spannung unter Last gehalten hat. Wenn beispielsweise zwei Batterien in 60 Minuten auf 0,7 V entladen wurden, die erste jedoch die meiste Zeit bei 1,1 V blieb und die zweite - bei 0,9 V - ist es ziemlich offensichtlich, dass die erste eine große tatsächliche Kapazität hat - obwohl die endgültige Entladezeit gleich ist. Dies ist besonders wichtig angesichts der Tatsache, dass die meisten modernen elektronischen Geräte keine Konstante verbrauchen aktuell und konstant Energie- und Elemente mit hoher Spannung arbeiten in günstigeren Modi.
Näher an der Praxis: Beispiele für den Energieverbrauch
Neben dem abstrakten Testen von Batterien unter kontrollierter Last interessierte uns natürlich, wie reale Geräte Strom verbrauchen. Um dieses Problem zu klären, haben wir uns in der Umgebung umgesehen und zufällig eine Reihe von Gegenständen ausgewählt, die mit verschiedenen Batterien betrieben werden.
Nur ein Teil dieses Sets
Wenn das Gerät mehr oder weniger konstanten Strom verbrauchte, wurden Messungen mit einem herkömmlichen Digitalmultimeter Uni-Trend UT70D im Amperemeter-Modus durchgeführt. Änderte sich die Stromaufnahme stark, so haben wir diese gemessen, indem wir einen niederohmigen Shunt zwischen das Gerät und die versorgenden Batterien geschaltet haben, dessen Spannungsabfall über das Velleman PCSU1000 Oszilloskop aufgezeichnet wurde.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Nun, unter unseren Geräten gab es auch ziemlich "gefräßige" - einen Fotoblitz, eine Kamera und eine Taschenlampe mit Glühlampe. Wenn letzteres die ihm zugewiesenen 700 mA ständig und ununterbrochen verbrauchte, erwies sich bei den ersten beiden die Art des Stromverbrauchs als interessanter.
Der Wert der vertikalen Teilung auf den Oszillogrammen unten beträgt 200 mA, Null entspricht der ersten Teilung von unten.
Kamera
Signalteilungswert - 200 mA
Im Normalmodus verbraucht die Canon PowerShot A510, gespeist von zwei AA-Zellen, rund 800 mA – viel, aber auch kein Rekordhoch. Beim Einschalten (erste Gruppe schmaler Peaks auf dem Oszillogramm), der Bewegung des Objektivs (der zweiten Gruppe von Peaks) und der Fokussierung (der dritten Gruppe) kann der Strom jedoch um mehr als das Eineinhalbfache ansteigen auf 1,2 ... 1,4 A. Interessanterweise sank der Stromverbrauch der Kamera sofort nach dem Drücken des "Auslösers" - beim Aufzeichnen eines neu aufgenommenen Bildes auf einem Flash-Laufwerk schaltet sie den Bildschirm automatisch aus. Sobald der Frame aufgezeichnet wurde, stieg der Verbrauch jedoch wieder auf 800 mA an.
Fotoblitz
Signalteilungswert - 100 mA
Der Pentax AF-500FTZ-Fotoblitz (vier Zellen im AA-Format) verbrauchte Strom noch interessanter: In den Zeiträumen zwischen den Feuern war er fast Null, stieg sofort nach dem Auslösen auf 700 mA (ein solcher Moment ist auf dem Oszillogramm oben festgehalten), danach für 10...15 Sekunden sanft auf Null zurückgegangen (die zerrissene Linie des Oszillogramms war darauf zurückzuführen, dass der Blitz Strom mit einer Frequenz von etwa 6 kHz verbraucht). Gleichzeitig zeigte der Blitz einen deutlichen Zusammenhang zwischen der Stromabklingzeit und der Spannung der ihn versorgenden Elemente: Da er jedes Mal eine bestimmte Energie akkumulieren musste, sackte die Versorgungsspannung unter Last umso mehr ab, desto länger dauerte es um die erforderliche Reserve aufzubauen. Dies veranschaulicht übrigens eine der Rollen des Innenwiderstands der Batterien - je geringer er ist, desto weniger Spannung wird verbraucht, wenn alle anderen Dinge gleich bleiben, und desto schneller können Sie das nächste Bild mit einem Blitz aufnehmen.
In unseren nächsten Artikeln, in denen wir bestimmte Arten und Fälle von Batterien und Akkus betrachten, hilft uns eine grobe Vorstellung vom Energiebedarf verschiedener Geräte zu bestimmen, welche der Batterien dafür geeignet sind.
Ich kaufte mir einen neuen Schraubendreher und beschloss, mir die richtige Bedienung der Nickel-Cadmium-Batterien genauer anzusehen.
Ziel ist es, bei einem Batteriewechsel (Akku) aktiv mit einem Schraubendreher zu arbeiten, ohne die Gefahr einer vorzeitigen Beschädigung der Batterien.
Referenz:
Dieser Schraubendreher hat:
- Akku - 12V.
- Die Anzahl der Elemente beträgt 10.
- Batteriekapazität - 1,2 Ah.
- EMF der geladenen Batterie - 13,6V.
Besonderheiten:
- Es wird angenommen, dass die maximale EMF einer vollständig entladenen Batterie 10 V beträgt.
- Alle Ni-Cd-Akkus haben einen "Memory"-Effekt, d.h. werden sie nicht vollständig entladen, verlieren sie ihre Kapazität.
- Ni-Cd-Akkus haben eine hohe Selbstentladung.
- Die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen für jede Batterie ist begrenzt.
- Es wird angenommen, dass das einzige Kriterium für die vollständige Ladung von Ni-Cd-Batterien (bei Strömen über 0,1 C) ihre Temperatur ist, die etwa 40 * C entspricht.
Was ich getan habe:
1. Zuerst habe ich die Matte studiert. Teil (Datei angehängt).
2. Zweitens habe ich eine Reihe von Messungen durchgeführt.
3. Drittens habe ich ein Lade-Entlade-Gerät für ultraschnelles Laden und automatisches Abschalten bei einer Nennentladung gearbeitet und hergestellt.
Also Punkt für Punkt:
1. Lesen Sie die Theorie (Datei).
2. Ladeströme und Batterietemperaturen bei zwei sehr unterschiedlichen Strömen gemessen und mit der „Theorie“ verglichen.
Ein vollständig entladener Akku wurde mit einem Ladegerät aus einem alten Laptop mit einer EMF von 15 Volt ohne zusätzliche Strom-/Spannungsbegrenzer geladen, d.h. - direkt. Tatsächlich wird dies als "Konstantspannungsladung" bezeichnet.
Ergebnis:
In den ersten 15 Minuten verbrauchte der Akku 50 % seiner Kapazität, während der Ladestrom auf 1,4 A sank. Die Akkutemperatur blieb nahezu unverändert.
Während der nächsten 45 Minuten näherte sich der Strom asymptotisch 0,22 A (erhöht auf 30 * C). Dann blieb der Strom fast 1 Stunde lang bei 0,22 A (am Ende - 34 * C) und nach weiteren 30 Minuten schaltete ich die Ladung mit einem deutlich ausgeprägten automatischen Ladungsausgleich der Zellen ab (gemäß der " Theorie") - wenn der Strom auf 0,35 A und Temperaturen bis zu 38 * C stieg.
Fazit: Eine volle Ladung mit hohem Strom kann in 2,5 Stunden hergestellt werden. Und bis zu 50% - in 15 Minuten. Ich habe nirgendwo von Problemen mit Unterladung gelesen. Nur Probleme - mit unter wenn in der Nähe. Nun, und natürlich - mit dem pro in der Nähe (oder besser gesagt - bei Überhitzung durch Überladung).
2B. Langsames Laden mit geringem Strom (0,1C, d.h. - 120mA). Der Modus ist nahe am "Tropfen".
Ein vollständig entladener Akku wurde mit einem Ladegerät eines anderen Schraubers (weniger leistungsstark als der Standard) ohne zusätzliche Strom-/Spannungsbegrenzer geladen, d.h. auch direkt.
In den ersten 15 Minuten fiel der Ladestrom von 310 mA auf 120 mA und blieb dann mehr oder weniger stabil, und die Temperatur stieg in 15 Stunden Ladezeit auf 37 * C.
Gleichzeitig stabilisierte sich die Temperatur von 36-37 * C nach 10,5 Stunden Ladezeit.
Fazit: Das Laden mit einem Stromschluss, aber nicht mehr als 0,1C, kann zeitlich unbegrenzt, d.h. - Keine Angst vor Überhitzung / Überladung des Akkus. Grob gesagt - schaltete es "für die Nacht" ein und wachte dann auf, kratzte es und schaltete es aus. Dies ist nützlich, wenn die Batterie kein trennendes Thermoelement hat.
3. Aus einem Ladeblock eines alten Schraubendrehers habe ich ein Lade-Entlade-Gerät (ZRU) gemacht.
Nun, die Ladung dort erfolgt direkt von einem der beiden oben beschriebenen Ladegeräte und die Entladung erfolgt über einen leistungsstarken Widerstand (24 Ohm) mit einer Schaltung am Relais. Relais - schaltet die Entladung automatisch ab, wenn die Spannung 9-10 Volt erreicht.
Warum eine Zwangsentladung? Es wird benötigt, damit die Batteriekapazität nicht abnimmt, dh um den "Memory"-Effekt zu eliminieren (siehe "Theorie" in der Datei). Das heißt, wenn der Benutzer denkt, dass die Batterie gewechselt werden muss, legt er eine halbentladene Batterie in die geschlossene Schaltanlage in den Entlademodus und wartet bei seiner Arbeit auf das Erlöschen der LED. Danach schaltet es den Kippschalter in die Ladeposition und wenn dieser Akku ein Thermoelement hat, das die Ladung abschaltet, wenn die Temperatur auf 40-45 * C steigt, "vergisst" er es. Außerdem kann er nach 15 Minuten (mit Schnellladung) einen wiederaufladbaren Akku verwenden. Wenn kein Thermoelement vorhanden ist, kann eine tägliche elektromechanische Zeitschaltuhr zur Abschaltung verwendet werden.
Anmerkung 1. Im Prinzip kann man den Akku mit dem Schraubendreher selbst entladen, was mir aber nicht gefallen hat. Die Kontrolle des Niveaus des Nennausstoßes ist ungefähr wie folgt: Wenn die Kartusche, die sich ohne Last bereits kaum dreht, von Hand gestoppt wird und danach nicht mehr anfängt, sich selbst zu drehen, dann ist der Austrag nahe am Nennwert.
Anmerkung 2. Bei jedem realen Ladestrom kann und sollte das Ende des Ladevorgangs von Ni-Cd-Akkus anhand der Temperatur des Akkus beurteilt werden - am besten etwa 40 * C (bei Raumtemperatur!).
Notiz 3. Basierend auf dem oben Gesagten können Sie Empfehlungen für die Lagerung von Batterien geben. Der Zweck der Empfehlungen ist die maximale Batterielebensdauer.
Ich würde zwei verschiedene Betriebsarten des Schraubendrehers herausgreifen:
- Selten. Lassen Sie einen Akku in dem Zustand liegen, der nach der letzten Arbeit belassen wurde, und halten Sie den anderen entladen. Verwenden Sie bei Arbeitsbeginn die erste (vor wenn Reihe während des Betriebs) und die zweite kann zu diesem Zeitpunkt geladen werden.
- Häufig. Bewahren Sie einen in geladenem Zustand und den anderen in dem, was nach der letzten Arbeit übrig ist, auf. Nun, wenn - sehr oft (täglich), dann können Sie beides im geladenen Zustand speichern.
***
Ich verstehe, dass nicht jeder ein Ladegerät für schnelles und langsames Laden hat (Standardgeräte liefern normalerweise einen durchschnittlichen Strom zwischen ihnen). Trotzdem sind sie nicht schwer zu machen / zu finden. Auf jeden Fall hoffe ich, dass das, was hier geschrieben wird, jemandem hilft, mit solchen "eigenartigen" Ni-Cd-Akkus ein wenig zu verstehen.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren wiederaufladbare Batterien, die mit Nickel-Cadmium-Technologie hergestellt wurden, eine der besten wiederaufladbaren chemischen Stromquellen. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Einfachheit werden sie immer noch in verschiedenen Bereichen verwendet.
Eindämmen
Was ist eine Nickel-Cadmium-Batterie?
Nickel-Cadmium-Batterien sind galvanisch wiederaufladbare Netzteile, die 1899 in Schweden von Waldmar Jungner erfunden wurden. Bis 1932 war ihr praktischer Einsatz aufgrund der hohen Kosten der verwendeten Metalle im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien sehr eingeschränkt.
Die Verbesserung der Technologie ihrer Herstellung führte zu einer erheblichen Verbesserung ihrer Betriebseigenschaften und ermöglichte 1947 die Herstellung einer versiegelten wartungsfreien Batterie mit hervorragenden Parametern.
Das Funktionsprinzip und das Design des Ni-Cd-Akkus
Diese Batterien erzeugen elektrische Energie durch den reversiblen Wechselwirkungsprozess von Cadmium (Cd) mit Nickeloxid-Hydroxid (NiOOH) und Wasser, wodurch Nickelhydroxid Ni (OH) 2 und Cadmiumhydroxid Cd (OH) 2 gebildet werden , die das Auftreten einer elektromotorischen Kraft verursacht.
Ni-Cd-Batterien werden in versiegelten Gehäusen hergestellt, die durch einen neutralen Separator getrennte Elektroden enthalten, die Nickel und Cadmium in einer Lösung eines geleeartigen alkalischen Elektrolyten (normalerweise Kaliumhydroxid, KOH) enthalten.
Die positive Elektrode ist ein Stahlgewebe oder eine Folie, die mit einer Nickeloxid-Hydroxid-Paste beschichtet ist, die mit einem leitfähigen Material vermischt ist
Die negative Elektrode ist ein Stahlgewebe (Folie) mit eingepresstem porösem Cadmium.
Eine Nickel-Cadmium-Zelle kann eine Spannung von etwa 1,2 Volt liefern. Um die Spannung und Leistung der Batterien zu erhöhen, verwenden sie daher in ihrem Design viele parallel geschaltete Elektroden, die durch Separatoren getrennt sind.
Technische Eigenschaften und was sind Ni-Cd-Akkus
Ni-Cd-Akkus haben die folgenden Spezifikationen:
- die Entladespannung eines Elements beträgt etwa 0,9-1 Volt;
- die Nennspannung des Elements beträgt 1,2 V, um Spannungen von 12 V und 24 V zu erhalten, werden mehrere Elemente in Reihe geschaltet;
- volle Ladespannung - 1,5-1,8 Volt;
- Arbeitstemperatur: von -50 bis +40 Grad;
- die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen: von 100 bis 1000 (bei den modernsten Batterien - bis zu 2000), je nach verwendeter Technologie;
- Selbstentladungsgrad: von 8 bis 30% im ersten Monat nach einer vollständigen Ladung;
- spezifischer Energieverbrauch - bis zu 65 W * Stunde / Kilogramm;
- Lebensdauer - ca. 10 Jahre.
Ni-Cd-Batterien werden in verschiedenen Gehäusen mit Standardgrößen und in Sonderausführungen, einschließlich scheibenversiegelter, hergestellt.
Wo werden Nickel-Cadmium-Batterien verwendet?
Diese Batterien werden in Geräten verwendet, die einen großen Strom verbrauchen und auch im Betrieb in folgenden Fällen hohen Belastungen ausgesetzt sind:
- in Oberleitungsbussen und Straßenbahnen;
- auf Elektroautos;
- über See- und Flusstransport;
- in Hubschraubern und Flugzeugen;
- in Elektrowerkzeugen (Schraubendreher, Bohrer, Elektroschrauber und andere);
- elektrische Rasierapparate;
- in militärischer Ausrüstung;
- Tragbare Funkgeräte;
- in funkgesteuerten Spielzeugen;
- in Laternen zum Tauchen.
Derzeit werden aufgrund der Verschärfung der Umweltauflagen die meisten Batterien gängiger Standardgrößen (und andere) mit Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Technologien hergestellt. Gleichzeitig sind viele Ni-Cd-Akkus verschiedener Standardgrößen, die vor einigen Jahren auf den Markt kamen, noch in Betrieb.
Ni-Cd-Zellen haben eine lange Lebensdauer, die manchmal 10 Jahre überschreitet, und daher findet man diese Art von Batterie neben den oben aufgeführten noch in vielen elektronischen Geräten.
Vor- und Nachteile von Ni-Cd-Akkus
Dieser Batterietyp hat folgende positive Eigenschaften:
- lange Lebensdauer und Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen;
- lange Lebensdauer und Lagerung;
- Schnellladefähigkeit;
- Fähigkeit, schweren Belastungen und niedrigen Temperaturen standzuhalten;
- Erhaltung der Leistung unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen;
- kostengünstig;
- die Fähigkeit, diese Batterien bis zu 5 Jahre im entladenen Zustand zu lagern;
- durchschnittlicher Widerstand gegen Überladung.
Gleichzeitig haben Nickel-Cadmium-Netzteile eine Reihe von Nachteilen:
- das Vorhandensein eines Memory-Effekts, der sich in einem Kapazitätsverlust beim Laden der Batterie äußert, ohne auf eine vollständige Entladung zu warten;
- die Notwendigkeit einer vorbeugenden Wartung (mehrere Lade-Entlade-Zyklen), um die volle Kapazität zu erreichen;
- die vollständige Wiederherstellung der Batterie nach längerer Lagerung erfordert drei bis vier vollständige Lade-Entlade-Zyklen;
- hohe Selbstentladung (ca. 10 % im ersten Monat der Lagerung), die zu einer fast vollständigen Entladung der Batterie für ein Jahr Lagerung führt;
- geringe Energiedichte im Vergleich zu anderen Batterien;
- hohe Toxizität von Cadmium, weshalb sie in einer Reihe von Ländern, einschließlich der EU, verboten sind, die Notwendigkeit, solche Batterien in speziellen Geräten zu entsorgen;
- mehr Gewicht im Vergleich zu modernen Batterien.
Der Unterschied zwischen Ni-Cd- und Li-Ion- oder Ni-Mh-Quellen
Batterien mit aktiven Komponenten, einschließlich Nickel und Cadmium, weisen eine Reihe von Unterschieden zu moderneren Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Stromquellen auf:
- Ni-Cd-Zellen haben im Gegensatz zu den Varianten einen Memory-Effekt, haben bei gleichen Abmessungen eine geringere spezifische Kapazität;
- NiCd-Quellen sind unprätentiöser, bleiben bei sehr niedrigen Temperaturen betriebsbereit und sind um ein Vielfaches widerstandsfähiger gegen Überladung und starke Entladung;
- Li-Ion- und Ni-Mh-Akkus sind teurer, sie haben Angst vor Überladung und starker Entladung, aber sie haben weniger Selbstentladung;
- die Lebensdauer und Lagerung von Li-Ion-Akkus (2-3 Jahre) ist um ein Vielfaches kürzer als die von Ni-Cd-Produkten (8-10 Jahre);
- Nickel-Cadmium-Quellen verlieren schnell an Kapazität, wenn sie im Puffermodus verwendet werden (z. B. in einer USV). Durch Tiefentladung und Aufladung können sie dann zwar vollständig wiederhergestellt werden, Ni-Cd-Produkte sollten jedoch in Erhaltungsladegeräten am besten nicht verwendet werden;
- Der gleiche Lademodus für Ni-Cd- und Ni-Mh-Akkus ermöglicht es Ihnen, die gleichen Ladegeräte zu verwenden, wobei Sie jedoch berücksichtigen sollten, dass Nickel-Cadmium-Akkus einen ausgeprägteren Memory-Effekt haben.
Aufgrund der verfügbaren Unterschiede ist es unmöglich, eine eindeutige Aussage darüber zu treffen, welche Batterie besser ist, da alle Elemente sowohl Stärken als auch Schwächen haben.
Betriebsvorschriften
Im Betrieb kommt es bei Ni-Cd-Netzteilen zu einer Reihe von Veränderungen, die zu einer allmählichen Verschlechterung der Eigenschaften und letztendlich zu einem Leistungsverlust führen:
- die nutzbare Fläche und Masse der Elektroden nimmt ab;
- die Zusammensetzung und das Volumen des Elektrolyten ändert sich;
- der Separator und organische Verunreinigungen zersetzen sich;
- Wasser und Sauerstoff gehen verloren;
- Stromlecks treten in Verbindung mit dem Wachstum von Cadmiumdendriten auf den Platten auf.
Um Schäden an der Batterie während des Betriebs und der Lagerung zu minimieren, müssen nachteilige Auswirkungen auf die Batterie vermieden werden, die mit folgenden Faktoren verbunden sind:
- das Laden einer unvollständig geladenen Batterie führt zu einem reversiblen Kapazitätsverlust durch eine Verringerung der Gesamtfläche des Wirkstoffs infolge von Kristallbildung;
- regelmäßige starke Überladung, die zu Überhitzung, verstärkter Gasung, Wasserverlust im Elektrolyten führt und die Elektroden (insbesondere die Anode) und den Separator zerstört;
- Unterladung, was zu einer vorzeitigen Entleerung der Batterie führt;
- Langzeitbetrieb bei sehr niedrigen Temperaturen führt zu einer Veränderung der Zusammensetzung und des Volumens des Elektrolyten, der Innenwiderstand der Batterie steigt und ihre Leistung verschlechtert sich, insbesondere nimmt die Kapazität ab.
Bei starkem Druckanstieg im Inneren der Batterie durch Schnellladung mit hohem Strom und starkem Abbau der Cadmiumkathode kann überschüssiger Wasserstoff in der Batterie freigesetzt werden, was zu einem starken Druckanstieg führt, der das Gehäuse verformen kann , die Bestückungsdichte verletzen, den Innenwiderstand erhöhen und die Betriebsspannung reduzieren.
Bei Batterien, die mit einem Not-Überdruckventil ausgestattet sind, kann die Gefahr einer Verformung verhindert werden, irreversible Veränderungen der chemischen Zusammensetzung der Batterie sind jedoch nicht zu vermeiden.
Das Aufladen von Ni-Cd-Akkus sollte mit einem Strom von 10 % (wenn Sie eine Schnellladung in speziellen Akkus benötigen - mit einem Strom von bis zu 100 % in 1 Stunde) ihrer Kapazität (z. B. 100 mA bei einer Kapazität von 1000 ) erfolgen mAh) für 14-16 Stunden. Der beste Modus für ihre Entladung ist mit einem Strom von 20% der Batteriekapazität.
So reparieren Sie einen Ni-Cd-Akku
Nickel-Cadmium-Netzteile können bei einem Kapazitätsverlust durch eine vollständige Entladung (bis zu 1 Volt pro Zelle) und anschließendes Laden im Standardmodus fast vollständig wiederhergestellt werden. Dieses Training der Batterien kann mehrmals wiederholt werden, um ihre Kapazität vollständig wiederherzustellen.
Wenn es nicht möglich ist, die Batterie durch Entladen und Aufladen wiederherzustellen, können Sie versuchen, sie wiederherzustellen, indem Sie sie einige Sekunden lang kurzen Stromimpulsen aussetzen (die zehnmal größer sind als die Kapazität des wiederherzustellenden Elements). Diese Aktion beseitigt den internen Kurzschluss in den Batteriezellen, der durch das Wachstum von Dendriten durch das Ausbrennen mit einem starken Strom entsteht. Es gibt spezielle industrielle Aktivatoren, die einen solchen Effekt bewirken.
Die vollständige Wiederherstellung der ursprünglichen Kapazität solcher Batterien ist aufgrund irreversibler Veränderungen der Zusammensetzung und der Eigenschaften des Elektrolyten sowie des Abbaus der Platten unmöglich, ermöglicht jedoch eine Verlängerung der Lebensdauer.
Die Methode der Wiederherstellung zu Hause besteht darin, die folgenden Aktionen durchzuführen:
- Verbinden Sie mit einem Draht mit einem Querschnitt von mindestens 1,5 Quadratmillimetern das Minus des wiederherzustellenden Elements mit der Kathode einer leistungsstarken Batterie, beispielsweise einer Autobatterie oder einer USV.
- der zweite Draht ist fest mit der Anode (Plus) einer der Batterien verbunden;
- 3-4 Sekunden lang berührt das freie Ende des zweiten Drahts schnell den freien Pluspol (mit einer Häufigkeit von 2-3 Berührungen pro Sekunde). In diesem Fall muss das Schweißen von Drähten an der Verbindungsstelle verhindert werden;
- Ein Voltmeter prüft die Spannung an der wiederhergestellten Quelle, wenn sie fehlt, wird ein weiterer Erholungszyklus durchgeführt ;;
- wenn eine elektromotorische Kraft an der Batterie auftritt, wird sie aufgeladen;
Darüber hinaus können Sie versuchen, die Dendriten in der Batterie zu zerstören, indem Sie sie 2-3 Stunden lang einfrieren und anschließend scharf klopfen. Wenn sie gefroren sind, werden Dendriten brüchig und kollabieren durch Schock, was theoretisch helfen könnte, sie loszuwerden.
Es gibt auch extremere Wiederherstellungsmethoden, die mit der Zugabe von destilliertem Wasser zu alten Elementen durch Ausbohren ihrer Körper verbunden sind. Die vollständige Gewährleistung der Dichtheit solcher Elemente in der Zukunft ist jedoch sehr problematisch. Daher lohnt es sich nicht, durch den Gewinn mehrerer Arbeitszyklen die Gesundheit zu retten und dem Risiko einer Vergiftung mit Cadmiumverbindungen auszusetzen.
Lagerung und Entsorgung
Es ist besser, Nickel-Cadmium-Batterien im entladenen Zustand bei niedriger Temperatur an einem trockenen Ort zu lagern. Je niedriger die Lagertemperatur solcher Batterien ist, desto geringer ist die Selbstentladung. Hochwertige Modelle können bis zu 5 Jahre gelagert werden, ohne dass die technischen Eigenschaften nennenswert beeinträchtigt werden. Um sie in Betrieb zu nehmen, reicht es, sie aufzuladen.
Die Schadstoffe, die in einer AA-Batterie enthalten sind, können etwa 20 Quadratmeter des Territoriums verschmutzen. Für die sichere Entsorgung von Ni-Cd-Batterien müssen diese an Recyclingstellen abgegeben werden, von wo aus sie an Fabriken versandt werden, wo sie in speziellen versiegelten Öfen mit Filtern, die giftige Stoffe zurückhalten, vernichtet werden müssen.
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