Kupiłem nową śrubokręt i postanowiłem dokładniej przyjrzeć się, jak prawidłowo obsługiwać jego baterie niklowo-kadmowe.
Celem jest aktywna praca z wkrętarką z wymianą baterii (akumulatorem) bez ryzyka wcześniejszego uszkodzenia baterii.
Referencja:
Ten śrubokręt ma:
- Akumulator - 12V.
- Liczba elementów to 10.
- Pojemność akumulatora - 1,2 Ah.
- SEM naładowanego akumulatora - 13,6V.
Osobliwości:
- Uważa się, że maksymalna siła elektromotoryczna całkowicie rozładowanego akumulatora wynosi 10V.
- Wszystkie akumulatory Ni Cd mają efekt „pamięci”, tj. jeśli nie zostaną całkowicie rozładowane, stracą swoją pojemność.
- Akumulatory niklowo-kadmowe charakteryzują się wysokim samorozładowaniem.
- Liczba cykli ładowania-rozładowania dla dowolnej baterii jest ograniczona.
- Uważa się, że jedynym kryterium pełnego naładowania akumulatorów Ni Cd (przy prądach większych niż 0,1C) jest ich temperatura, równa około 40*C.
Co ja zrobiłem:
1. Najpierw przestudiowałem matę. część (plik w załączeniu).
2. Po drugie wykonałem serię pomiarów.
3. Po trzecie, pracowałem i wykonałem urządzenie ładująco-rozładowujące do ultraszybkiego ładowania i automatycznego wyłączania przy nominalnym rozładowaniu.
Tak więc punkt po punkcie:
1. Przeczytaj teorię (plik).
2. Zmierzyłem prądy ładowania i temperatury akumulatorów przy dwóch bardzo różnych prądach i porównałem je z „teorią”.
Całkowicie rozładowany akumulator ładowano ładowarką wyjętą ze starego laptopa o sile elektromotorycznej 15 V bez dodatkowych ograniczników prądu/napięcia tj. - bezpośrednio. W rzeczywistości nazywa się to „ładowaniem stałym napięciem”.
Wynik:
W ciągu pierwszych 15 minut akumulator zabrał 50% swojej pojemności, a prąd ładowania spadł do 1,4A. Temperatura baterii pozostała prawie niezmieniona.
Co więcej, w ciągu następnych 45 minut prąd asymptotycznie zbliżył się do 0,22A (wzrost do 30*C). Następnie przez prawie 1 godzinę prąd utrzymywał się na poziomie 0,22A (na końcu - 34*C) i po kolejnych 30 minutach wyłączyłem ładowanie z wyraźnie zaznaczonym automatycznym wyrównaniem ładunku ogniw (zgodnie z " teorii") - gdy prąd wzrósł do 0,35A i temperatury do 38*C.
Wniosek: pełne ładowanie dużym prądem można wytworzyć w 2,5 godziny. I do 50% - w 15 minut. Nigdzie nie czytałem o problemach z niedoładowaniem. Tylko problemy - z under pewnego razu w pobliżu. No i oczywiście - z za w pobliżu (a raczej - z przegrzaniem z powodu przeładowania).
2B. Powolne ładowanie niskim prądem (0,1C, tj. - 120mA). Tryb jest bliski „kroplówki”.
Całkowicie rozładowany akumulator ładowano ładowarką z innej wkrętarki (mniej wydajnej niż standardowa) bez dodatkowych ograniczników prądu/napięcia tj. również bezpośrednio.
W pierwszych 15 minutach prąd ładowania spadł z 310mA do 120mA, po czym pozostał mniej więcej stabilny, a temperatura wzrosła do 37*C w ciągu 15 godzin ładowania.
Jednocześnie temperatura 36-37*C ustabilizowała się po 10,5 godz. ładowania.
Wniosek: Ładowanie prądem zamkniętym, ale nie większym niż 0,1C, może odbywać się bez ograniczeń czasowych, tj. - nie bój się przegrzania/przeładowania akumulatora. Z grubsza mówiąc - włączył go "na noc", a potem się obudził, podrapał i wyłączył. Jest to przydatne, jeśli akumulator nie ma odłączanej termopary.
3. Z bloku ładującego ze starego śrubokręta zrobiłem urządzenie ładująco-rozładowujące (ZRU).
Otóż ładunek jest bezpośrednio z jednej z dwóch opisanych powyżej ładowarek, a rozładowanie odbywa się przez potężny rezystor (24 Ohm) z obwodem na przekaźniku. Przekaźnik - automatycznie wyłącza rozładowanie, gdy napięcie osiągnie 9-10 V.
Dlaczego przymusowe zwolnienie? Jest to potrzebne, aby pojemność baterii nie zmniejszyła się, czyli aby wyeliminować efekt „pamięci” (patrz „teoria” w pliku). To znaczy, gdy użytkownik uważa, że należy wymienić baterię, wkłada częściowo rozładowany akumulator do zamkniętej rozdzielnicy w tryb rozładowania i wykonując swoją pracę czeka na zgaśnięcie diody LED. Następnie przełącza przełącznik w pozycję ładowania i jeśli ta bateria ma termoelement, który wyłącza ładowanie, gdy temperatura wzrośnie do 40-45 * C, „zapomina” o tym. Co więcej, może korzystać z akumulatora już po 15 minutach (z szybkim ładowaniem). Jeśli nie ma termoelementu, do wyłączenia można użyć codziennego timera elektromechanicznego.
Notatka 1. W zasadzie akumulator można rozładować samym śrubokrętem, ale mi się to nie podobało. Kontrola poziomu nominalnego wyładowania jest w przybliżeniu następująca: jeśli nabój, który już ledwo obraca się bez obciążenia, zostanie zatrzymany ręcznie, a następnie nie zacznie się obracać, to wyładowanie jest bliskie nominalnemu.
Uwaga 2. Przy jakimkolwiek rzeczywistym prądzie ładowania, koniec ładowania akumulatorów Ni Cd można i należy oceniać po temperaturze akumulatora - najlepiej około 40*C (w temperaturze pokojowej!).
Uwaga 3. W oparciu o powyższe możesz wydać zalecenia dotyczące przechowywania baterii. Celem zaleceń jest maksymalna żywotność baterii.
Wyróżniłbym dwa różne tryby działania wkrętarki:
- Rzadko. Niech jedna bateria pozostanie w stanie, który pozostał po ostatniej pracy, a drugą utrzymuj rozładowaną. Rozpoczynając pracę, użyj pierwszego (przed pewnego razu wiersz podczas pracy), a drugi można w tym czasie naładować.
- Często. Przechowuj jeden w stanie naładowanym, a drugi w tym, co pozostało po ostatniej pracy. Cóż, jeśli - bardzo często (codziennie), możesz przechowywać oba w stanie naładowanym.
***
Rozumiem, że nie każdy ma ładowarkę do szybkiego ładowania, jak i do wolnego (standardowe zwykle podają średni prąd między sobą). Jednak mimo wszystko nie są trudne do wykonania / znalezienia. W każdym razie mam nadzieję, że to co tu napisane pomoże komuś trochę zrozumieć z takimi „osobliwymi” bateriami Ni Cd.
Na obecnym etapie istnieje wiele akumulatorów, które mają różny skład chemiczny, a ze względu na obecność w nich pewnych pierwiastków mają własne charakterystyczne cechy i zalety w eksploatacji. Akumulatory niklowo-kadmowe istnieją od dawna. Ale nadal są popularne i potrzebne w różnych sferach ludzkiej działalności.
Z historii stworzenia
Pierwsze alkaliczne baterie Ni-Cd pojawiły się pod koniec XX wieku. Zostały wynalezione przez szwedzkiego naukowca Waldmara Jungnera, wykorzystując nikiel jako ładunek dodatni, a kadm jako ładunek ujemny. Pomimo oczywistych korzyści płynących z tego wynalazku, masowa produkcja takich akumulatorów była w tamtych czasach bardzo kosztowna i energochłonna. Dlatego został przełożony na prawie 50 lat.
Lata 30. ubiegłego wieku są niezwykłe, ponieważ to właśnie wtedy powstała technika wprowadzania chemicznie aktywnych materiałów płytowych na porowatą elektrodę pokrytą niklem. Masowa produkcja akumulatorów Ni-Cd rozpoczęła się po latach 50-tych.
Najważniejsze cechy i korzyści
Baterie niklowo-kadmowe mają zazwyczaj kształt cylindryczny. Dlatego w zwykłych ludziach często nazywa się je „bankami”. Są też płaskie baterie Ni – np. do zegarków. Wszystkie ogniwa ładujące tego typu mają stosunkowo małą pojemność w porównaniu z (Ni-MH), które pojawiły się znacznie później w celu ulepszenia akumulatorów Ni-Cd.
Jednak mniejsze pojemności nie są wadą, która może być powodem całkowitego wycofania starego dobrego akumulatora kadmowego. Jedną z jego niewątpliwych zalet jest to, że podczas pracy nagrzewa się nie tak szybko jak MH. To znacznie zmniejsza ryzyko przegrzania i przedwczesnej awarii.
Wolniejszy proces nagrzewania Ni-Cd wynika z faktu, że zachodzące w nich reakcje chemiczne są endotermiczne. Innymi słowy, ciepło uwalniane podczas reakcji jest pochłaniane do wewnątrz. Jeśli chodzi o MH, różnią się one od kadmu reakcjami egzotermicznymi z wydzieleniem dużej ilości ciepła. Pod tym względem MH nagrzewa się znacznie szybciej i może się „wypalić”, jeśli nie przestaniesz ich używać na czas.
Akumulatory Ni-Cd mają gęstą metalową obudowę, która charakteryzuje się zwiększoną wytrzymałością i dobrą szczelnością. Są w stanie wytrzymać wszelkie reakcje chemiczne wewnątrz i wytrzymać wysokie ciśnienie gazu nawet w najgorszych warunkach. Do spadku temperatury do -40 ° C. Akumulatory niklowo-kadmowe nie są narażone na samozapłon, w przeciwieństwie do współczesnych.
Wśród nich znajdują się mocne i niezawodne przemysłowe akumulatory Ni, które mogą pracować w pełni przez 20-25 lat. I pomimo tego, że akumulatory te już dawno zostały zastąpione akumulatorami MH i litowymi o większej pojemności, akumulatory niklowo-kadmowe są aktywnie wykorzystywane do dnia dzisiejszego.
Jeśli mówimy o kategorii cenowej, koszt Ni-Cd jest znacznie niższy niż innych akumulatorów. To także jedna z ich głównych zalet.
Szereg zastosowań
Małe akumulatory Ni-Cd są szeroko stosowane do zasilania różnych urządzeń i sprzętu gospodarstwa domowego, głównie w przypadkach, gdy dane urządzenie pobiera duże ilości prądu. Standardowe „banki” nadal zapewniają pracę wiertarek elektrycznych i wkrętarek. Duże elementy są niezbędne w transporcie publicznym. Na przykład w trolejbusach lub tramwajach w celu zasilania ich obwodów sterowania, w żegludze, a zwłaszcza w lotnictwie jako pokładowe wtórne źródła zasilania.
Cechy działania
Ponieważ akumulatory niklowo-kadmowe są zauważalne dopiero po pełnym naładowaniu, większość urządzeń „rozumie” to jako sygnał do zaprzestania ładowania. Aby działały dłużej, zaleca się ich szybkie ładowanie i używanie do całkowitego rozładowania: w przeciwieństwie do MH, akumulatory niklowo-kadmowe nie boją się głębokiego rozładowania.
Ten typ akumulatorów jest jedynym z akumulatorów, które są zalecane do całkowitego rozładowania, podczas gdy MH powinny być w pełni naładowane i okresowo należy sprawdzać napięcie wyjściowe. Taka różnica, przy znacznej różnicy w działaniu, jest z pewnością kolejnym oczywistym argumentem na korzyść Ni-Cd.
Przy dłuższym przechowywaniu bez używania w stanie rozładowanym nic złego nie stanie się akumulatorom. Aby jednak doprowadzić je do stanu roboczego, konieczne jest wykonanie pełnego cyklu „ładowanie-rozładowanie” dwa lub trzy razy. Lepiej zrobić to na krótko przed użyciem, jest to możliwe przez jeden dzień, a wtedy akumulatory niklowo-kadmowe będą działały z optymalną wydajnością prądową.
Każdy używany w życiu codziennym Ni-Cd, przy małym prądzie i okresowym niecałkowitym rozładowaniu, może znacznie stracić pojemność, co sprawia wrażenie całkowitej awarii akumulatora. Jeśli Ni-Cd był ładowany przez długi czas, np. w urządzeniu o stałym zasilaniu, również straci pewien wskaźnik pojemności, chociaż jego poziom napięcia będzie prawidłowy.
Oznacza to, że nie warto używać Ni-Cd w trybie ciągłego doładowania i „niedoładowania”, a jeśli nadal przydarzyło się to akumulatorowi, wystarczy jeden cykl głębokiego rozładowania, a następnie pełne naładowanie, aby przywrócić pojemność.
Efekt ten nazywany jest „efektem pamięci” i występuje, gdy niecałkowicie rozładowany akumulator został naładowany przed całkowitym rozładowaniem. Faktem jest, że do produkcji akumulatorów niklowo-kadmowych stosuje się tzw. elektrody prasowane. Jest to bardzo wygodne, ponieważ „prasowanie” jest zaawansowane technologicznie i tańsze. Ale to właśnie jego skład chemiczny jest podatny na „efekt pamięci” – innymi słowy na pojawienie się w składzie elektrochemicznym baterii „dodatkowej” podwójnej warstwy elektrycznej w postaci dużych kryształów, co powoduje spadek w napięciu.
Dlatego ogniwa Ni-Cd tak bardzo „kochają” pełne i głębokie rozładowanie, po czym po „wyczyszczeniu pamięci” mogą długo pracować w pełni.
Odzyskiwanie baterii niklowo-kadmowych
Odzyskiwanie wody
Możesz spróbować przywrócić wydajność akumulatorów Ni-Cd, używając najpopularniejszego elektrolitu w postaci wody destylowanej.
Aby to zrobić, będziesz potrzebować kilku prostych narzędzi i urządzeń:
- kwas lutowniczy ;
- strzykawka jednorazowa
;
lutownica; - trochę wody destylowanej .
Zazwyczaj akumulator w wiertarce lub śrubokręcie wygląda jak wiązka kilku metalowych „puszki” owiniętych grubym papierem. Aby zrozumieć, który „bank” w wiązce jest najsłabszy, należy najpierw zmierzyć napięcie na biegunach każdego elementu. Jak sprawdzić napięcie? Bardzo proste, za pomocą multimetru lub testera. Najczęściej wskaźnik napięcia dla najsłabszych „puszek” jest bliski lub równy zeru.
Aby rozpocząć proces odzyskiwania, musisz wywiercić mały otwór w baterii, najpierw uwalniając ją z papieru lub etykiety. Można to zrobić za pomocą śrubokręta, używając ostrej śruby samogwintującej nr 16. Ważne jest, aby uważać, aby nie uszkodzić wnętrza baterii, a jedynie przewiercić zewnętrzną powłokę.
W tym przypadku warto zwrócić uwagę na kolejną niewątpliwą zaletę: w takich akumulatorach, ze względu na ich konstrukcję, zwiększoną szczelność i specyfikę zachodzących reakcji chemicznych, samozapłon nie występuje. Dlatego też amatorskie metody przywracania do życia ogniw niklowo-kadmowych są bezpieczne, w przeciwieństwie do przeprowadzania tego rodzaju manipulacji nowoczesnymi bateriami litowymi, które są podatne na eksplozje i pęcznienie.
Jednorazową strzykawkę napełnia się 1 ml wody destylowanej i stopniowo napełnia się nią baterię. W takim przypadku ważne jest, aby się nie spieszyć, upewnić się, że woda stopniowo wnika do akumulatora. Woda destylowana jest potrzebna do powrotu i wytworzenia wymaganej gęstości elektrolitu wewnątrz akumulatora. Po wlaniu wody otwór zamyka się kwasem lutowniczym, który pobiera się na zapałkę i uszczelnia dobrze rozgrzaną lutownicą.
Niektórzy rzemieślnicy twierdzą, że jeśli zamiast wody destylowanej wlejesz do baterii elektrolit z latarek górniczych, bateria będzie działać znacznie lepiej i dłużej.
Podsumowując, musisz ponownie zmierzyć napięcie za pomocą multimetru i naładować akumulator. Oczywiście lutowana bateria nie wytrzyma długo, ale może pomóc kupić trochę czasu przed zakupem nowej.
Odzyskiwanie zapapping
W przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych istnieje sprawdzona, ale ryzykowna metoda odzyskiwania zwana zapzapping. Jego istota polega na tym, że akumulatory narażone są na krótkie wyładowania o bardzo dużych prądach, kilkadziesiąt razy wyższych niż norma. Każdy element jest dosłownie „spalany” przez krótkosekundowe impulsy prądowe o natężeniu 10, 20 amperów i więcej.
Zapping wymaga od entuzjastów elektroniki dobrego przeszkolenia oraz środków bezpieczeństwa w postaci okularów i najlepiej odzieży roboczej. Mówi się, że przywraca elementy, które nie były używane przez 20 lat lub dłużej. Należy pamiętać, że zapapping dotyczy tylko baterii niklowo-kadmowych. Nie zaleca się odnawiania akumulatorów Ni-MH w ten sposób.
Cykl rozładowania-ładowania
W celu wyeliminowania „efektu pamięci” , niezbędny rozładuj akumulator do napięcia 0,8-1 V, a następnie ponownie naładuj go do pełna ... Jeśli bateria nie regenerowała się przez dłuższy czas, można wykonać kilka takich cykli, a aby zminimalizować „efekt pamięci”, wskazane jest trenowanie baterii w ten sposób raz w miesiącu.
Jeśli chodzi o popularną „szkolną” metodę, polegającą na zamrażaniu akumulatorów NiCd lub NiMH w zamrażarce – pomimo tego, że skuteczność tej metody jest mocno wątpliwa, w sieci można znaleźć wiele informacji o „odzyskiwaniu” akumulatorów poprzez umieszczenie je w lodówce. W rzeczywistości lepiej jest zastosować metodę odzyskiwania pierwiastków wodą destylowaną – przynajmniej w tym przypadku szanse na ich reanimację będą znacznie większe.
Tak więc akumulatory niklowo-kadmowe nie ustępują nowoczesnym akumulatorom pod wieloma zaletami ich właściwości technicznych. Nadal są niezawodne, trwałe, niedrogie i tak bezpieczne w użyciu, jak to tylko możliwe.
Tym artykułem otwieramy nowy kierunek dla naszej strony: testowanie baterii i ogniw galwanicznych (lub w uproszczeniu baterii).
Pomimo tego, że baterie litowo-jonowe, specyficzne dla każdego konkretnego modelu urządzenia, zyskują coraz większą popularność, rynek standardowych baterii ogólnego przeznaczenia jest wciąż bardzo duży - zasilają one wiele różnych produktów, od zabawek dziecięcych po niedrogie aparaty fotograficzne i profesjonalne latarki. Świetny jest również asortyment tych elementów - baterie i akumulatory różnego typu, pojemności, wielkości, marki, wykonania...
Na początku nie stawiamy sobie za cel objęcia całego bogactwa baterii – ograniczymy się tylko do najbardziej standardowych i rozpowszechnionych z nich: baterii cylindrycznych i baterii niklowych.
Ten artykuł ma na celu zapoznanie Cię z podstawowymi pojęciami związanymi z badanymi przez nas bateriami, a także z metodologią testowania i używanym przez nas sprzętem. Jednak wiele zagadnień teoretycznych i praktycznych omówimy również w kolejnych artykułach poświęconych konkretnym elementom żywieniowym – zwłaszcza, że o wiele wygodniej i wyraźniej jest to robić na „żywych przykładach”.
Rodzaje baterii i ogniw galwanicznych
Akumulatory solankoweBaterie z elektrolitem solnym, są też cynkowo-węglowe (jednak w przeciwieństwie do baterii alkalicznych producenci zwykle po prostu nie podają swojej chemii na opakowaniach soli) są najtańszymi chemicznymi źródłami prądu dostępnymi na rynku: koszt jednej baterii waha się od czterech do od pięciu do ośmiu do dziesięciu rubli, w zależności od marki.
Taka bateria to cynkowy cylindryczny pojemnik (służący zarówno jako korpus, jak i „minus” baterii), w środku którego znajduje się elektroda węglowa („plus”). Wokół anody nałożona jest warstwa dwutlenku manganu, a pozostałą przestrzeń między nią a ściankami pojemnika wypełnia pasta chlorku amonu i chlorku cynku rozcieńczona w wodzie. Skład tej pasty może być różny: w akumulatorach o małej mocy dominuje chlorek amonu, a w bardziej pojemnych (zwykle oznaczanych przez producentów jako „Heavy Duty”) - chlorek cynku.
Podczas pracy akumulatora cynk, z którego wykonana jest jego obudowa, ulega stopniowemu utlenianiu, w wyniku czego mogą pojawiać się w nim szczeliny – wtedy elektrolit z akumulatora wycieknie, co może doprowadzić do uszkodzenia urządzenia, w którym jest zainstalowany. Jednak takie problemy były typowe głównie dla baterii domowych w okresie istnienia ZSRR, podczas gdy nowoczesne są niezawodnie pakowane w dodatkową powłokę zewnętrzną i bardzo rzadko „wyciekają”. Nie należy jednak pozostawiać rozładowanych baterii w urządzeniu na długi czas.
Jak wspomniano powyżej, skład chemiczny elektrolitu akumulatorów solnych może się nieznacznie różnić – wersja „mocna” wykorzystuje elektrolit z przewagą chlorku cynku. Jednak słowo „mocne” w stosunku do nich można zapisać tylko w cudzysłowie – żadna z odmian baterii solnych nie jest przeznaczona do żadnego poważnego obciążenia: w latarce wytrzymają kwadrans, a w aparacie wydłużenie obiektywu może nawet nie wystarczyć. Dużo baterii solnych - piloty, zegary i termometry elektroniczne, czyli urządzenia, których pobór prądu mieści się w jednostkach, co najmniej kilkadziesiąt miliamperów.
Baterie alkaliczne elektrolityczne
Kolejnym typem baterii są baterie alkaliczne lub manganowe. Niektórzy niezbyt kompetentni sprzedawcy, a nawet producenci, nazywają je „alkalicznymi” - jest to lekko zniekształcona kalka kreślarska z angielskiego „alkalicznego”, czyli „alkalicznego”.
Ceny baterii alkalicznych wahają się od dziesięciu do czterdziestu do pięćdziesięciu rubli (jednak większość ich typów mieści się w przedziale do 25 rubli, wyróżniają się tylko niektóre modele o zwiększonej mocy), a od soli można je odróżnić napisem „Alkaline” na opakowaniu (a czasem w samej nazwie, na przykład „GP Super Alkaline” lub „TDK Power Alkaline”).
Biegun ujemny baterii alkalicznej składa się z proszku cynkowego - w porównaniu do korpusu cynkowego ogniw solnych, zastosowanie proszku pozwala na zwiększenie szybkości reakcji chemicznych, a tym samym prądu wydzielanego przez baterię. Biegunem dodatnim jest dwutlenek manganu. Główną różnicą w stosunku do baterii solnych jest rodzaj elektrolitu: w bateriach alkalicznych stosowany jest wodorotlenek potasu.
Baterie alkaliczne doskonale nadają się do urządzeń o poborze energii od kilkudziesięciu do kilkuset miliamperów - przy pojemności około 2...3 A*h zapewniają całkiem rozsądny czas pracy. Niestety mają też istotną wadę: duży opór wewnętrzny. Jeśli ładujesz baterię naprawdę dużym prądem, jej napięcie znacznie spadnie, a znaczna część energii zostanie zużyta na nagrzanie samej baterii - w rezultacie efektywna pojemność baterii alkalicznych jest silnie zależna od obciążenia. Na przykład, jeśli przy rozładowaniu prądem 0,025 A uda nam się uzyskać z akumulatora 3 A * h, to przy prądzie 0,25 A rzeczywista pojemność spadnie już do 2 A * h, a przy prąd 1 A, będzie całkowicie poniżej 1 A * h.
Niemniej jednak bateria alkaliczna może działać przez pewien czas pod dużym obciążeniem, ale ten czas jest stosunkowo krótki. Na przykład, jeśli nowoczesny aparat cyfrowy na bateriach solnych może się nawet nie włączyć, to jeden zestaw baterii alkalicznych wystarczy na pół godziny pracy.
Nawiasem mówiąc, jeśli już jesteś zmuszony do używania baterii alkalicznych w aparacie, kup dwa zestawy na raz i okresowo je wymieniaj, to trochę przedłuży ich żywotność: jeśli pozwolisz, aby bateria rozładowana dużym prądem "położyła się" " trochę, częściowo przywróci ładunek i będzie mógł działać trochę dłużej. Pięć minut.
Baterie litowe
Ostatnim z rozpowszechnionych typów baterii jest lit. Są one generalnie oceniane na wielokrotności 3 V, więc większość typów baterii litowych z 1,5 V soli fizjologicznej i alkalicznej nie jest wymienna. Takie baterie są szeroko stosowane w zegarkach, rzadziej w sprzęcie fotograficznym.
Dostępne są jednak również baterie litowe 1,5 V, wykonane w standardowych formach AA i AAA - można je stosować w dowolnej technice przeznaczonej do zwykłych baterii solnych lub alkalicznych. Główną zaletą baterii litowych jest ich niższa rezystancja wewnętrzna w porównaniu z bateriami alkalicznymi: ich pojemność w niewielkim stopniu zależy od prądu obciążenia. Dlatego chociaż przy niskim prądzie zarówno baterie alkaliczne jak i litowe mają tę samą pojemność 3 A*h, jeśli włożymy je do aparatu cyfrowego, który pobiera 1 A, to alkaliczne „umrą” w ciągu trzydziestu minut, ale baterie litowe będą żyć przez prawie trzy godziny.
Wadą baterii litowych jest wysoki koszt: nie tylko sam lit jest drogi, ale także ze względu na niebezpieczeństwo jego zapłonu, gdy dostanie się woda, konstrukcja baterii okazuje się znacznie bardziej skomplikowana w porównaniu z bateriami alkalicznymi. W rezultacie jedna bateria litowa kosztuje 100-150 rubli, czyli trzy do pięciu razy drożej niż bardzo dobra bateria alkaliczna. Mniej więcej tyle samo kosztuje akumulator Ni-MH, który ma charakterystykę rozładowania zbliżoną do akumulatorów litowych, ale może wytrzymać kilkaset cykli ładowania-rozładowania - dlatego zakup akumulatorów litowych jest uzasadniony tylko wtedy, gdy nie masz nigdzie, nie masz czasu lub nic do ładować konwencjonalne akumulatory.
Tak, skoro mówimy o cyklach ładowania, trzeba powiedzieć, że próba ładowania baterii litowych jest absolutnie niemożliwa! Jeśli zwykła bateria alkaliczna lub solna, podczas próby jej naładowania, może co najwyżej po prostu wycieknąć, to szczelne baterie litowe eksplodują podczas ładowania.
Ponadto, oprócz dobrych charakterystyk rozładowania, baterie litowe mają jeszcze dwie zalety, z reguły niezbyt znaczące: trwałość (dopuszczalny okres przechowywania sięga 15 lat, podczas gdy bateria straci tylko 10% swojej pojemności) oraz możliwość pracują w ujemnych temperaturach, gdy baterie solankowe i alkaliczne, elektrolit po prostu zamarza.
Akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd)
Główną alternatywą dla akumulatorów są akumulatory - źródła prądu, których procesy chemiczne są odwracalne: gdy akumulator jest podłączony do obciążenia, idą w jednym kierunku, a po przyłożeniu do niego napięcia w przeciwnym kierunku. Tak więc, jeśli akumulator po użyciu trzeba wyrzucić i kupić nowy, można go naładować do pełnej (lub prawie pełnej) pierwotnej pojemności.
Rozważymy akumulatory stosowane w lekkim sprzęcie elektroniki użytkowej - dlatego od razu zostawiamy ciężkie (dosłownie i w przenośni) akumulatory kwasowo-ołowiowe spotykane w samochodach, zasilacze bezprzerwowe i inne urządzenia o dużym zużyciu energii i bez specjalnych ograniczeń wagi i wymiarów. z naszego dzisiejszego artykułu. Ale dużo więcej uwagi poświęcimy różnym rodzajom baterii niklowych…
Pierwsze akumulatory niklowe – a dokładniej niklowo-kadmowe – stworzył szwedzki naukowiec Waldmar Jungner już w 1899 r., ale w tym czasie były stosunkowo drogie, a poza tym nie były uszczelnione: podczas ładowania akumulator wydzielał gaz . Dopiero w połowie ubiegłego wieku udało się stworzyć baterię niklowo-kadmową o obiegu zamkniętym: gazy uwalniane podczas ładowania były pochłaniane przez samą baterię.
Akumulatory niklowo-kadmowe są niezawodne i trwałe (mogą być przechowywane do pięciu lat, a przy prawidłowym użytkowaniu mogą być ładowane nawet 1000 razy), dobrze pracują w niskich temperaturach i z łatwością wytrzymują wysokie prądy rozładowania i można je ładować zarówno niskimi i wysokie prądy.
Mają jednak również wiele wad. Po pierwsze stosunkowo niska gęstość energii (czyli stosunek pojemności ogniwa do jego objętości), po drugie zauważalny prąd samorozładowania (po kilku miesiącach przechowywania akumulator trzeba będzie doładować przed użyciem), po trzecie, użycie w strukturze trującego kadmu i po czwarte efekt pamięci.
Warto przyjrzeć się tym ostatnim bardziej szczegółowo, ponieważ gdy mówimy o bateriach, będziemy o tym pamiętać więcej niż jeden raz. Efekt pamięci jest konsekwencją naruszenia wewnętrznej struktury baterii: zaczynają w niej rosnąć kryształy, zmniejszając efektywną powierzchnię i odpowiednio pojemność baterii. Efekt zawdzięcza swoją nazwę temu, że kryształy rosną szczególnie szybko, gdy akumulator jest niecałkowicie rozładowany: wydaje się, że pamięta do jakiego poziomu był rozładowany ostatnim razem - jeśli akumulator był rozładowany powiedzmy tylko o 25%, to następny ładowanie przywróci jej pojemność nie do 100%, ale mniej. Aby zwalczyć efekt pamięci, zaleca się całkowite rozładowanie akumulatora przed ładowaniem – niszczy to utworzone kryształy i przywraca pojemność akumulatora. Wśród dostępnych typów baterii to właśnie baterie niklowo-kadmowe są najbardziej podatne na efekt pamięci.
Niemniej jednak w niektórych przypadkach stosowanie akumulatorów niklowo-kadmowych jest obecnie uzasadnione - ze względu na ich niski koszt, trwałość i możliwość ładowania w niskich temperaturach bez negatywnych konsekwencji dla akumulatora.
Akumulatory niklowo-wodorkowe (Ni-MH)
Pomimo bliskiej odległości na półkach sklepowych, historycznie istnieje przepaść między akumulatorami Ni-Cd i Ni-MH: te ostatnie zostały opracowane dopiero w latach 80. XX wieku. Co ciekawe, początkowo badano możliwość przechowywania wodoru do akumulatorów niklowo-wodorowych stosowanych w technice kosmicznej, ale w rezultacie otrzymaliśmy jeden z najpopularniejszych typów akumulatorów w życiu codziennym.
W przeciwieństwie do akumulatorów niklowo-kadmowych, akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe nie zawierają metali ciężkich, co oznacza, że są nieszkodliwe dla środowiska i nie wymagają specjalnej obróbki podczas utylizacji. Jest to jednak dalekie od ich jedynego plusu: z punktu widzenia konsumentów, czyli Ciebie i mnie, o wiele ważniejsze jest to, że przy tych samych wymiarach akumulatory Ni-MH mają pojemność od dwóch do trzech razy – jak na W większości popularnych baterii AA osiąga do 2500-2700 mA*h w porównaniu do 800-1000 mA*h dla niklowo-kadmowych.
Co więcej, akumulatory Ni-MH praktycznie nie mają efektu pamięci. Dokładniej, producenci z roku na rok zmniejszają jego wpływ – i dlatego chociaż teoretycznie efekt ten występuje również w akumulatorach Ni-MH, w praktyce jest on znikomy w nowoczesnych modelach. Nie będziemy jednak we wszystkim polegać na producentach, a w jednym z naszych kolejnych artykułów postaramy się sami ocenić efekt efektu pamięci.
Niestety akumulatory Ni-MH mają swoje własne problemy. Po pierwsze mają wyższy prąd samorozładowania (jednak o tym porozmawiamy nieco poniżej) w porównaniu do Ni-Cd, a po drugie, chociaż liczba cykli ładowania może również osiągnąć 1000, spadek pojemności akumulatora może być zaobserwowane już po 200 300 cyklach, po trzecie, zbyt duże prądy rozładowania i ładowanie w niskich temperaturach zauważalnie skracają żywotność akumulatora.
Niemniej jednak pod względem kombinacji cech - kosztu, niezawodności, pojemności, łatwości konserwacji - w tej chwili akumulatory Ni-MH należą do najlepszych, co doprowadziło do ich zastosowania w ogromnej masie urządzeń gospodarstwa domowego.
Ostatnio na rynku pojawiły się również tzw. gotowe do użycia akumulatory Ni-MH. Od zwykłych różnią się niskim prądem samorozładowania - producent zapewnia, że za pół roku akumulator straci nie więcej niż 10% pojemności, a po roku - nie więcej niż 15% (dla porównania zwykły Ni -Akumulator MH wyczerpie się o 20 ... 30% w ciągu miesiąca, a przez rok - do zera). Stąd nazwa: akumulatory naładowane przez producenta nie zdążą się w pełni rozładować przed zakupem w sklepie, co oznacza, że można z nich korzystać bez wstępnego ładowania, zaraz po zakupie. Wadą takich akumulatorów jest ich mniejsza pojemność – ogniwo typu AA ma pojemność 2000…2100 mA*h wobec 2600…2700 mA*h dla konwencjonalnych akumulatorów Ni-MH.
Ładowarki do akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH
Zasady ładowania akumulatorów Ni-Cd i Ni-MH są bardzo podobne – z tego powodu nowoczesne ładowarki z reguły obsługują oba typy jednocześnie. Metody ładowania i odpowiednio rodzaje ładowarek można podzielić na cztery grupy. W tym przypadku we wszystkich przypadkach prąd ładowania będziemy wskazywać przez pojemność akumulatora: np. zalecenie ładowania prądem „0,1C” oznacza, że akumulator o pojemności 2700 mA*h w takim schemat odpowiada prądowi 270 mA (0,1 * 2700 = 270) , a bateria o pojemności 1400 mAh - 140 mA.Powolne ładowanie prądem 0,1C
Metoda ta opiera się na fakcie, że nowoczesne akumulatory z łatwością wytrzymują przeładowanie (czyli próbę „napełnienia” ich większą energią niż akumulator jest w stanie zmagazynować), jeśli prąd ładowania nie przekracza 0,1C. Jeśli prąd przekroczy tę wartość, akumulator może ulec uszkodzeniu w przypadku przeładowania.
W związku z tym ładowarka niskoprądowa nie potrzebuje żadnej kontroli nad końcem ładowania: nie ma nic złego w jego nadmiernym czasie trwania, akumulator po prostu rozproszy nadmiar energii w postaci ciepła. Dopasowane ładowarki są tanie i powszechnie dostępne. Aby naładować akumulator wystarczy pozostawić go w takiej ładowarce na co najmniej 1,6*C/I, gdzie C to pojemność akumulatora, I to prąd ładowania. Na przykład, jeśli weźmiemy ładowarkę o prądzie 200 mA, to gwarantujemy, że akumulator o pojemności 2700 mA * h zostanie naładowany w 1,6 * 2700/200 = 21 godzin 36 minut. Prawie dzień… generalnie główna wada takich ładowarek jest oczywista – czas ładowania często przekracza rozsądne wartości.
Niemniej jednak, jeśli się nie spieszy, taka ładowarka ma prawo do życia. Najważniejsze jest to, że jeśli używasz akumulatorów o małej pojemności w połączeniu z nowoczesną ładowarką, sprawdź, czy prąd ładowania (i musi to być wskazane w charakterystyce ładowarki) nie przekracza 0,1C. Warto również wziąć pod uwagę, że powolne ładowanie przyczynia się do manifestacji efektu pamięci w bateriach.
Ładowanie prądem 0,2...0,5C bez monitorowania końca ładowania
Takie ładowarki, choć rzadkie, wciąż można spotkać – głównie wśród tanich chińskich produktów. Przy prądzie 0,2 ... 0,5 C albo w ogóle nie mają kontroli nad końcem ładowania, albo mają tylko wbudowany zegar, który wyłącza akumulatory po określonym czasie.
Używaj podobnych urządzeń pamięci zdecydowanie odradzany: ponieważ nie ma kontroli nad końcem ładowania, w większości przypadków akumulator będzie niedoładowany lub przeładowany, co znacznie skróci jego żywotność. Jeśli zaoszczędzisz pieniądze na ładowarce, stracisz pieniądze na bateriach.
Prąd ładowania do 1C z kontrolą końca ładowania
Ta klasa ładowarek jest najbardziej uniwersalna do codziennego użytku: z jednej strony zapewniają ładowanie baterii w rozsądnym czasie (od półtorej do czterech do sześciu godzin, w zależności od konkretnej ładowarki i akumulatorów), z drugiej strony , wyraźnie kontrolują koniec ładowania w trybie automatycznym....
Najpopularniejszą metodą kontroli końca ładowania jest spadek napięcia, powszechnie określany jako „metoda dV/dt”, „metoda ujemnego delta” lub „metoda -∆V”. Polega ona na tym, że podczas całego ładowania napięcie na akumulatorze powoli rośnie – ale gdy akumulator osiągnie pełną pojemność, na krótko spada. Ta zmiana jest bardzo mała, ale całkiem możliwe jest jej wykrycie – i, po znalezieniu, przerwanie ładowania.
Wielu producentów ładowarek wskazuje również na „kontrolę mikroprocesorową” w swoich charakterystykach - ale w rzeczywistości jest to to samo, co ujemne sterowanie delta: jeśli tak, to jest realizowane przez wyspecjalizowany mikroprocesor.
Jednak kontrola napięcia nie jest jedyną dostępną: w momencie, gdy bateria nabiera pełnej pojemności, ciśnienie i temperatura obudowy gwałtownie w nim wzrastają, co również można kontrolować. W praktyce jednak technicznie najłatwiej jest zmierzyć napięcie, dlatego inne metody kontrolowania końca ładowania są rzadkością.
Ponadto wiele wysokiej jakości ładowarek ma dwa mechanizmy ochronne: kontrolę temperatury akumulatora i wbudowany zegar. Pierwszy przerywa ładowanie, jeśli temperatura przekroczy dopuszczalny limit, drugi - jeśli ujemny delta stop ładowania nie zadziała w rozsądnym czasie. Oba mogą się zdarzyć, jeśli użyjemy starych lub po prostu niskiej jakości baterii.
Po zakończeniu ładowania akumulatorów dużym prądem, najbardziej „rozsądne” ładowarki ładują je przez pewien czas prądem o niskim natężeniu (poniżej 0,1C) - pozwala to uzyskać maksymalną możliwą pojemność z akumulatorów. Wskaźnik ładowania na urządzeniu zwykle gaśnie, wskazując, że główny etap ładowania dobiegł końca.
Z takimi urządzeniami są dwa problemy. Po pierwsze, nie wszystkie z nich są w stanie z wystarczającą dokładnością „wyłapać” moment spadku napięcia – ale można to niestety zweryfikować jedynie empirycznie. Po drugie, chociaż urządzenia te są zwykle przeznaczone na 2 lub 4 akumulatory, większość z nich nie wie, jak samodzielnie ładować te akumulatory.
Na przykład, jeśli instrukcje ładowarki wskazują, że może ładować tylko 2 lub 4 akumulatory na raz (ale nie 1 lub 3), oznacza to, że ma tylko dwa niezależne kanały ładowania. Każdy z kanałów dostarcza napięcie około 3 V, a akumulatory połączone są parami szeregowo. Są tego dwie konsekwencje. Oczywiste jest, że w takiej pamięci nie będziesz w stanie naładować ani jednej baterii (a, powiedzmy, twój skromny służący na co dzień korzysta z odtwarzacza mp3 zasilanego tylko jedną baterią AAA). Mniej oczywiste jest to, że kontrola końca szarży jest również przeprowadzana tylko dla pary baterie. Jeśli używasz baterii, które nie są zbyt nowe, to po prostu ze względu na rozbieżność technologiczną niektóre z nich starzeją się nieco wcześniej niż inne - a jeśli dwie baterie o różnym stopniu starzenia zostaną złapane w parę, to taka ładowarka będzie albo zaniżać jeden z nich, albo naładować drugi. Oczywiście to tylko pogorszy tempo starzenia się najgorszych z pary.
„Właściwa” ładowarka powinna pozwalać na ładowanie dowolnej ilości akumulatorów – jeden, dwa, trzy lub cztery – a najlepiej mieć też osobny wskaźnik końca ładowania dla każdego z nich (w przeciwnym razie wskaźnik gaśnie przy ostatnim z akumulatory są naładowane). Tylko w tym przypadku będziesz mieć pewne gwarancje, że każdy z akumulatorów zostanie naładowany do pełnej pojemności, niezależnie od stanu pozostałych akumulatorów. Oddzielne wskaźniki ładowania pozwalają również wyłapać przedwcześnie uszkodzone akumulatory: jeśli z czterech używanych razem ogniw jedno ładuje się znacznie dłużej lub znacznie szybciej niż pozostałe, to będzie to słabe ogniwo całej baterii.
Ładowarki wielokanałowe mają jeszcze jedną fajną cechę: w wielu z nich, ładując połowę liczby akumulatorów, można wybrać prędkość ładowania. Np. ładowarka Sanyo NC-MQR02, przeznaczona na cztery akumulatory AA, przy ładowaniu jednego lub dwóch akumulatorów, pozwala na wybór prądu ładowania od 1275 mA (przy montażu akumulatorów w gniazdach zewnętrznych) do 565 mA (przy montażu w gniazdach). środkowe szczeliny). Gdy zainstalowane są trzy lub cztery akumulatory, są one ładowane prądem 565 mA.
Oprócz łatwości obsługi, ładowarki tego typu są również najbardziej „przydatne” do akumulatorów: ładowanie średnim prądem z kontrolą końca ładowania przez deltę ujemną jest optymalne z punktu widzenia wydłużenia żywotności akumulatorów.
Osobną podklasą szybkich ładowarek jest ładowarka ze wstępnym rozładowaniem akumulatora. Zrobiono to, aby zwalczyć efekt pamięci i może być bardzo przydatne w przypadku akumulatorów Ni-Cd: ładowarka upewni się, że najpierw zostaną całkowicie rozładowane, a dopiero potem rozpocznie ładowanie. W przypadku nowoczesnych Ni-MH ten rodzaj szkolenia nie jest już wymagany.
Ładowanie prądem większym niż 1C z kontrolą końca ładowania
I wreszcie ostatnia metoda to ultraszybkie ładowanie, trwające od 15 minut do godziny, z kontrolą ładowania, ponownie zgodnie z deltą ujemnego napięcia. Takie ładowarki mają dwie zalety: po pierwsze naładujesz akumulatory niemal natychmiast, a po drugie superszybkie ładowanie pozwala w dużej mierze uniknąć efektu pamięci.
Jednak są też wady. Po pierwsze, nie wszystkie akumulatory dobrze znoszą szybkie ładowanie: modele o niewystarczająco wysokiej jakości o wysokiej rezystancji wewnętrznej mogą się w tym trybie przegrzewać, aż do awarii. Po drugie, bardzo szybkie (15 minutowe) ładowanie może negatywnie wpłynąć na żywotność baterii – znowu z powodu nadmiernego nagrzewania się podczas ładowania. Po trzecie, takie ładowanie "wypełnia" akumulator tylko do 90...95% pojemności - po czym do osiągnięcia 100% pojemności wymagane jest dodatkowe doładowanie niskim prądem (jednak większość szybkich ładowarek przeprowadzić).
Jeśli jednak potrzebujesz ultraszybkiego ładowania baterii, dobrym rozwiązaniem jest zakup ładowarki „15-minutowej” lub „półgodzinnej”. Oczywiście konieczne jest używanie z nim tylko wysokiej jakości baterii od dużych producentów, a także terminowe usuwanie przestarzałych kopii z baterii.
Jeśli jesteś zadowolony z kilkugodzinnego czasu ładowania, to ładowarki opisane w poprzednim rozdziale z prądem ładowania mniejszym niż 1C i kontrolą końca ładowania przez ujemną deltę napięcia pozostają optymalne.
Osobną kwestią jest kompatybilność ładowarek z różnymi typami akumulatorów. Ładowarki do Ni-MH i Ni-Cd są z reguły uniwersalne: każda z nich może ładować akumulatory każdego z tych dwóch typów. Ładowarki do akumulatorów Ni-MH z końcem ładowania przy ujemnym delcie napięcia, nawet jeśli nie jest to dla nich bezpośrednio określone, mogą współpracować z akumulatorami Ni-Cd, ale odwrotnie - niestety. Chodzi o to, że skok napięcia, czyli ta sama ujemna delta, w Ni-MH jest zauważalnie mniejszy niż w Ni-Cd, więc nie każda ładowarka dostrojona do pracy z Ni-Cd będzie w stanie ten skok „odczuć” na Ni -MH ...
W przypadku innych typów akumulatorów, w tym litowo-jonowych i kwasowo-ołowiowych, ładowarki te są z zasady nieodpowiednie – takie akumulatory mają zupełnie inny schemat ładowania.
Technika testowania
W procesie testowania akumulatorów i ogniw galwanicznych w naszym laboratorium mierzymy następujące parametry, najważniejsze dla określenia zarówno jakości ogniw (czyli ich zgodności z obietnicami producenta), jak i rozsądnego obszaru zastosowania :
pojemność w różnych trybach rozładowania;
wartość rezystancji wewnętrznej;
wartość samorozładowania (tylko dla akumulatorów);
efekt pamięci (tylko dla baterii).
Główną częścią stanowiska probierczego jest oczywiście regulowane obciążenie, które pozwala jednocześnie rozładowywać do czterech akumulatorów lub baterii przy danym prądzie.
Do kontroli napięcia wszystkich czterech elementów wykorzystywany jest rejestrator cyfrowy Velleman PCS10, który podłączany jest do komputera za pomocą interfejsu USB. Błąd pomiaru nie większy niż 1% (błąd wewnętrzny rejestratora wynosi 3%, ale dodatkowo kalibrujemy każdy z jego kanałów, dokonując odpowiednich poprawek na dane końcowe), dyskretność pomiaru napięcia wynosi 12 mV, częstotliwość pomiaru wynosi 250 ms.
Schemat instalacji jest dość prosty: są to cztery oddzielne stabilizatory prądu, wykonane na wzmacniaczu operacyjnym LM324 (ten mikroukład składa się tylko z czterech wzmacniaczy operacyjnych w jednym pakiecie) i tranzystorach polowych IRL3502. Wszystkie stabilizatory sterowane są jednym wieloobrotowym rezystorem zmiennym, dzięki czemu prąd na nich jest ustawiany w tym samym czasie - ułatwia to ustawienie instalacji pod konkretny test i minimalizuje błąd ręcznego ustawiania prądu. Możliwe limity zmiany obciążenia - od 0 do 3 A dla każdego akumulatora.
Aby zmierzyć napięcie na innym mikroukładzie LM324, montowane są cztery wzmacniacze różnicowe, których wejścia są podłączone bezpośrednio do styków bloku, w którym zainstalowane są akumulatory - całkowicie eliminuje to błąd spowodowany stratami na przewodach łączących. Z wyjść wzmacniaczy różnicowych sygnał trafia do rejestratora.
Ponadto obwód zawiera generator fali prostokątnej, nie pokazany na powyższym rysunku, który okresowo włącza się, a następnie całkowicie odłącza obciążenie. Czas trwania „zera” na wyjściu generatora wynosi 6,0 s, czas trwania „jedynki” wynosi 2,25 s. Generator umożliwia testowanie akumulatorów w trybie pracy z obciążeniem pulsacyjnym, a w szczególności określanie ich rezystancji wewnętrznej.
Powyższy rysunek nie pokazuje również obwodu zasilania instalacji: jest on podłączony do zasilacza komputera, jego napięcie wyjściowe (+12 V) jest zmniejszane do +9 V przez stabilizator na mikroukładzie 78L09, a - Napięcie 9 V wymagane do bipolarnego zasilania wzmacniacza operacyjnego jest tworzone przez konwerter pojemnościowy na mikroukładzie ICL7660. Są to jednak już nieistotne niuanse, które omawiamy tylko po to, by z góry ostrzec pytania o poprawność pomiarów, jakie mogą wyniknąć ze strony czytelników obeznanych z elektroniką.
Aby schłodzić tranzystory mocy, boczniki sprzężenia zwrotnego i aktualnie testowane akumulatory, cała instalacja jest wdmuchiwana przez standardowy wentylator 12 V o standardowych wymiarach 80x80x20 mm.
Napisano specjalny program do odbierania i automatycznego przetwarzania danych z rejestratora - na szczęście Velleman dostarcza bardzo łatwe w obsłudze zestawy SDK i biblioteki dla wielu swoich urządzeń. Program pozwala na budowanie w czasie rzeczywistym wykresów napięcia na akumulatorach w zależności od czasu, jaki upłynął od początku testu, a także obliczenie - na koniec testu - ich pojemności. Ta ostatnia jest oczywiście równa iloczynowi prądu rozładowania i czasu, w którym element osiągnął dolną granicę napięcia.
Granica dobierana jest w zależności od rodzaju elementu i warunków wyładowania. W przypadku akumulatorów o niskich prądach jest to 1,0 V - po prostu niemożliwe jest ich rozładowanie poniżej, ponieważ może to doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia ogniwa; przy dużych prądach dolna granica jest redukowana do 0,9 V, aby właściwie uwzględnić rezystancję wewnętrzną akumulatora.
W przypadku akumulatorów dwa limity rozładowania mają praktyczne znaczenie. Z jednej strony element jest uważany za całkowicie pusty, jeśli napięcie na nim spadło do 0,7 V - dlatego logiczne jest dokładne zmierzenie pojemności po osiągnięciu tego poziomu. Z drugiej strony nie wszystkie urządzenia zasilane bateryjnie są w stanie pracować przy napięciach poniżej 0,9 V, więc jest to również praktyczne, gdy bateria jest rozładowana do tego poziomu. W naszych testach podamy obie te wartości – choć wiele elementów, które osiągnęło poziom 1,0 V, bardzo szybko się rozładowało, to zdarzają się też takie, które stosunkowo długo utrzymują się między 0,7 V a 0,9 V.
Tak więc po włożeniu baterii, ustawieniu wymaganego prądu i włączeniu rejestratora przystępujemy do testów. Dla każdego typu akumulatorów dobrano kilka trybów rozładowania w celu uzyskania jak najciekawszych i najbardziej charakterystycznych wyników.
W przypadku baterii są to:
niski prąd wyładowania stałego: 250 mA dla ogniw AA, 100 mA dla ogniw AAA;
rozładowanie dużym prądem stałym: 750 mA dla ogniw AA, 300 mA dla formatu AAA;
W przypadku akumulatorów Ni-MH są to:
niski prąd wyładowania stałego: 500 mA dla ogniw AA, 200 mA dla ogniw AAA;
rozładowanie dużym prądem stałym: 2500 mA dla ogniw AA, 1000 mA dla formatu AAA;
wyładowanie prądu impulsowego: czas trwania impulsu 2,25 s, czas przerwy 6,0 s, amplituda prądu 2500 mA dla ogniw AA i 1000 mA dla ogniw AAA.
Dla akumulatorów Ni-Cd AA tryby rozładowania dobiera się tak samo jak dla akumulatorów Ni-MH AAA – biorąc pod uwagę zbliżoną pojemność nominalną pierwszego i drugiego.
Jeżeli przy testowaniu akumulatorów wszystko jest proste - rozpakowałem opakowanie, włożyłem akumulator do instalacji, rozpocząłem test - to akumulatory muszą być wstępnie przygotowane, bo wszystkie poza serią "Ready To Use" wymienione powyżej, są całkowicie rozładowane w momencie zakupu. Dlatego testy baterii przeprowadzono ściśle według następującego schematu;
pomiar pojemności resztkowej przy niskim prądzie (tylko dla modeli „Ready To Use”);
ładowarka;
rozładowanie dużym prądem bez pomiaru pojemności (trening);
ładowarka;
wyładowanie wysokoprądowe z pomiarem pojemności;
ładowarka;
impulsowe wyładowanie prądowe z pomiarem pojemności;
ładowarka;
wyładowanie niskoprądowe z pomiarem pojemności;
ładowarka;
ekspozycja przez 7 dni;
rozładowania niskoprądowe z pomiarem pojemności - następnie wynik jest porównywany z uzyskanym w poprzednim kroku i obliczany jest procent utraty pojemności na skutek samorozładowania przez 1 tydzień;
W testach baterii używamy na każdym etapie po jednym ogniwie każdej marki. W testach baterii - co najmniej dwa ogniwa każdej marki.
Do ładowania akumulatorów używamy ładowarki Sanyo NC-MQR02.
Jest to ładowarka szybkiego ładowania z ujemnym napięciem delta i kontrolą temperatury baterii, która pozwala na ładowanie od jednej do czterech (w dowolnych kombinacjach) baterii AA, a także jednej lub dwóch baterii AAA. Te pierwsze można ładować zarówno prądem 565 mA, jak i 1275 mA (jeśli nie ma więcej niż dwie baterie), a drugie prądem 310 mA na ogniwo. Przez kilka lat regularnego użytkowania ta ładowarka przekonująco udowodniła swoją wysoką wydajność i kompatybilność z dowolnymi akumulatorami, co sprawiło, że została wybrana do testów. Aby uniknąć utraty pojemności w wyniku samorozładowania, we wszystkich testach, z wyjątkiem samego testu samorozładowania, akumulatory są ładowane bezpośrednio przed rozpoczęciem pomiarów.
Pomiary przy prądzie stałym dają logiczny obraz (przykład na powyższym wykresie): napięcie na elementach szybko spada w pierwszych minutach testu, następnie osiąga mniej więcej stały poziom, a na samym końcu test, przy ostatnim procencie naładowania, szybko spada ponownie.
Nieco mniej powszechne są pomiary prądu impulsowego. Powyższy rysunek przedstawia znacznie powiększony wycinek wykresu uzyskanego w takim teście: zapady napięcia na nim odpowiadają załączeniu obciążenia, wzrasta do wyłączenia. Z tego wykresu łatwo obliczyć rezystancję wewnętrzną akumulatora: jak widać, przy amplitudzie prądu 2,5 A napięcie zapada o 0,1 V - odpowiednio rezystancja wewnętrzna wynosi 0,1 / 2,5 = 0,04 Ohm = 40 mΩ. Znaczenie tego parametru ukaże się wyraźniej w kolejnych naszych artykułach, w których będziemy porównywać ze sobą różne rodzaje baterii i akumulatorów – na razie zwrócimy tylko uwagę, że duża rezystancja wewnętrzna powoduje nie tylko „spadek” napięcia pod obciążeniem , ale także utratę energii zgromadzonej w akumulatorach, aby się ogrzać.
W pełnej skali impulsy łączą się ze sobą w ciągły pasek, którego górna granica odpowiada napięciu na elemencie zasilającym bez obciążenia, dolna - z obciążeniem. Kształt tego paska pozwala oszacować nie tylko czas pracy ogniwa pod dużym obciążeniem impulsowym, ale także zależność jego rezystancji wewnętrznej od głębokości rozładowania: np. jak widać rezystancja ogniwa Akumulator Sony Ni-MH jest prawie stały i zaczyna rosnąć dopiero po całkowitym rozładowaniu.... Dobry wynik.
Jak zapewne zauważy wielu naszych czytelników, wybraliśmy bardzo ostre tryby rozładowania: prąd 2,5 A jest bardzo wysoki, a 6-sekundowa przerwa między impulsami nie daje elementowi odpowiedniego „odpoczynku”, może częściowo przywrócić jego pojemność ). Niemniej jednak zrobiono to celowo, aby jak najdokładniej i wyraźniej pokazać różnice między bateriami różnych typów i różnej jakości. Aby zbliżyć się do łagodniejszych rzeczywistych warunków pracy, a także do warunków, w których producenci akumulatorów mierzą swoją pojemność, dodaliśmy do testów tryby rozładowania ze stosunkowo małym prądem stałym.
Swoją drogą sami producenci zwykle wskazują tryby rozładowania w taki sam sposób, jak ładujące – proporcjonalnie do pojemności ogniwa. Załóżmy, że standardowe pomiary pojemności akumulatora należy wykonywać przy prądzie 0,2C - czyli 540 mA dla akumulatora 2700 mAh, 500 mA dla akumulatora 2500 mAh i tak dalej. Ponieważ jednak baterie o tym samym współczynniku kształtu w naszych testach mają dość podobne cechy, postanowiliśmy przetestować je przy stałych prądach, które nie zależą od pojemności tabliczki znamionowej konkretnego egzemplarza - to znacznie upraszcza prezentację i porównanie wyników .
A skoro już mowa o pojemności, to warto wspomnieć o pewnej fałszywości tak ogólnie przyjętej jednostki, jak amperogodzina. Faktem jest, że energia zmagazynowana w akumulatorze determinowana jest nie tylko tym, jak długo utrzymywała dany prąd, ale także napięciem na nim – jest więc dość oczywiste, że akumulator litowy o pojemności 3 A*h i napięcie 3 V jest w stanie zmagazynować dwa razy więcej energii niż akumulator o pojemności takich samych 3 A*h, ale przy napięciu 1,5 V. Dlatego bardziej poprawne jest wskazanie pojemności nie w amperogodzinach , ale w watogodzinach, przeprowadzając je przez całkę zależności napięcia na akumulatorze od czasu rozładowania przy stałym prądzie. Oprócz naturalnego uwzględnienia różnych napięć roboczych różnych elementów, technika ta pozwala nam również wziąć pod uwagę, jak dobrze dany element utrzymywał napięcie pod obciążeniem. Np. jeśli dwa akumulatory zostały rozładowane do 0,7 V w ciągu 60 minut, ale pierwszy przez większość tego czasu utrzymywał się przy 1,1 V, a drugi - przy 0,9 V, to dość oczywiste jest, że pierwszy ma dużą rzeczywistą pojemność - pomimo tego, że ostateczny czas rozładowania jest taki sam. Jest to szczególnie ważne w świetle faktu, że większość nowoczesnych urządzeń elektronicznych nie zużywa w sposób ciągły obecny i stały moc- a elementy o wysokim napięciu w nich będą działały w korzystniejszych trybach.
Bliżej praktyki: przykłady zużycia energii
Oczywiście oprócz abstrakcyjnych testów akumulatorów na kontrolowanym obciążeniu interesowało nas, jak realne urządzenia pobierają prąd. Aby wyjaśnić tę kwestię, rozejrzeliśmy się po otaczającej przestrzeni i losowo wybraliśmy zestaw przedmiotów zasilanych różnymi bateriami.
Tylko część tego zestawu
Jeżeli urządzenie pobierało mniej więcej stały prąd, pomiary wykonywano konwencjonalnym multimetrem cyfrowym Uni-Trend UT70D w trybie amperomierza. Jeśli pobór prądu bardzo się zmieniał, to mierzyliśmy go podłączając między urządzenie a zasilającymi je akumulatorami bocznik niskorezystancyjny, na którym spadek napięcia zarejestrował oscyloskop Velleman PCSU1000.
Wyniki przedstawia poniższa tabela:
Otóż wśród naszych urządzeń nie zabrakło też dość „żarłocznych” – lampy błyskowej, aparatu i latarki z żarówką. Jeśli ten ostatni pobierał przypisane do niego 700 mA w sposób ciągły i nieprzerwany, to w dwóch pierwszych charakter poboru prądu okazał się ciekawszy.
Wartość działki pionowej na oscylogramach poniżej wynosi 200 mA, zero odpowiada pierwszej działce od dołu.
Kamera
Wartość podziału przebiegu - 200 mA
W normalnym trybie Canon PowerShot A510, zasilany dwoma ogniwami AA, pobierał około 800 mA - dużo, ale też nie rekordowo. Jednak po włączeniu (pierwsza grupa wąskich szczytów na oscylogramie), ruchu soczewki (druga grupa szczytów) i ogniskowaniu (trzecia grupa) prąd mógł wzrosnąć ponad półtora raza, w górę do 1,2...1,4 A. Co ciekawe, zaraz po wciśnięciu "migawki" spadł pobór prądu przez aparat - podczas nagrywania nowo przechwyconej klatki na pendrive'a automatycznie wyłącza ekran. Jednak zaraz po zarejestrowaniu klatki zużycie wzrosło do 800 mA.
Lampa błyskowa
Wartość podziału przebiegu - 100 mA
Lampa błyskowa Pentax AF-500FTZ (cztery ogniwa formatu AA) pobierała prąd jeszcze ciekawiej: w okresach między pożarami był prawie zerowy, natychmiast po wystrzale wzrastał do 700 mA (taki moment jest uchwycony na powyższym oscylogramie), po czym przez 10...15 sekund płynnie opadał z powrotem do zera (porwana linia oscylogramu była spowodowana tym, że błysk pobiera prąd o częstotliwości około 6 kHz). Jednocześnie błysk wykazywał wyraźną zależność między czasem zaniku prądu a napięciem zasilających go elementów: ponieważ musiał każdorazowo akumulować określoną energię, im bardziej napięcie zasilania opadało pod obciążeniem, tym dłużej to trwało zgromadzić wymaganą rezerwę. Nawiasem mówiąc, dobrze obrazuje to jedną z ról rezystancji wewnętrznej akumulatorów - im mniej, tym mniejsze napięcie rozładowuje się, wszystkie inne rzeczy są równe i tym szybciej można zrobić kolejną klatkę z lampą błyskową.
W naszych kolejnych artykułach, w których rozważymy konkretne typy i przypadki baterii i akumulatorów, przybliżone wyobrażenie o potrzebach energetycznych różnych urządzeń pomoże nam określić, które baterie są dla nich odpowiednie.
Przez całe pięćdziesiąt lat przenośne urządzenia do autonomicznej pracy mogły opierać się wyłącznie na zasilaczach niklowo-kadmowych. Ale kadm jest bardzo toksycznym materiałem, aw latach 90. technologię niklowo-kadmową zastąpiono bardziej przyjazną dla środowiska technologią niklowo-wodorkową. W rzeczywistości technologie te są bardzo podobne, a większość cech akumulatorów niklowo-kadmowych jest dziedziczona po akumulatorach niklowo-metalowo-wodorkowych. Niemniej jednak w niektórych zastosowaniach akumulatory niklowo-kadmowe pozostają niezbędne i są używane do dziś.
1. Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd)
Wynaleziony przez Waldmara Jungnera w 1899 r. akumulator niklowo-kadmowy miał kilka zalet w porównaniu z akumulatorem kwasowo-ołowiowym, jedynym istniejącym wówczas akumulatorem, ale był droższy ze względu na koszt materiałów. Rozwój tej technologii był dość powolny, ale w 1932 roku dokonano znaczącego przełomu - jako elektrody zastosowano porowaty materiał z substancją aktywną w środku. Dalsze udoskonalenia zostały wprowadzone w 1947 roku i rozwiązały problem absorpcji gazu, co umożliwiło stworzenie nowoczesnej szczelnej, bezobsługowej baterii niklowo-kadmowej.
Przez lata akumulatory NiCd służyły jako zasilacze do radiotelefonów, sprzętu medycznego ratownictwa, profesjonalnych kamer wideo i elektronarzędzi. Pod koniec lat 80. opracowano akumulatory NiCd o ultrawysokiej pojemności, które zaszokowały świat o 60% większą pojemnością niż standardowe akumulatory. Udało się to osiągnąć poprzez umieszczenie w akumulatorze większej ilości substancji aktywnej, ale pojawiły się też wady – wzrosła rezystancja wewnętrzna i zmniejszyła się liczba cykli ładowania/rozładowania.
Standard NiCd pozostaje jednym z najbardziej niezawodnych i skromnych akumulatorów, a przemysł lotniczy pozostaje zaangażowany w ten system. Jednak żywotność tych baterii zależy od prawidłowej konserwacji. Akumulatory NiCd i częściowo NiMH podlegają efektowi „pamięci”, który prowadzi do utraty pojemności, jeśli okresowo nie wykonujesz pełnego rozładowania. W przypadku naruszenia zalecanego trybu ładowania akumulator zdaje się przypominać, że w poprzednich cyklach pracy jego pojemność nie była w pełni wykorzystana, a rozładowany oddaje prąd tylko do pewnego poziomu. ( Widzieć: Jak naprawić baterię niklową ). W tabeli 1 wymieniono zalety i wady standardowej baterii niklowo-kadmowej.
| Zalety | Wiarygodny; duża liczba cykli przy odpowiedniej konserwacji Jedyny akumulator zdolny do ultraszybkiego ładowania przy minimalnym obciążeniu Dobra charakterystyka ładowania, wybaczająca ich przesadę Długi okres trwałości; możliwość przechowywania w stanie rozładowanym Brak specjalnych wymagań dotyczących przechowywania i transportu Dobra wydajność w niskich temperaturach Najniższy koszt na cykl ze wszystkich baterii Dostępne w szerokiej gamie rozmiarów i wzorów |
| niedogodności | Stosunkowo niska gęstość energii w porównaniu z nowszymi systemami efekt pamięci; konieczność okresowej konserwacji, aby tego uniknąć Kadm jest toksyczny i wymaga specjalnej utylizacji Wysokie samorozładowanie; wymaga doładowania po przechowywaniu Niskie napięcie ogniw 1,2 V, wymaga systemów wieloogniwowych, aby zapewnić wysokie napięcie |
Tabela 1: Zalety i wady baterii niklowo-kadmowych.
2. Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH)
Badania nad technologią niklowo-wodorkową rozpoczęto już w 1967 roku. Jednak niestabilność wodorku metalu zahamowała rozwój, co z kolei doprowadziło do powstania układu niklowo-wodorowego (NiH). Nowe stopy wodorkowe odkryte w latach 80. rozwiązały problemy związane z bezpieczeństwem i pozwoliły na stworzenie akumulatora o 40% większej gęstości energii niż standardowy niklowo-kadmowy.
Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe nie są pozbawione wad. Na przykład ich proces ładowania jest bardziej skomplikowany niż w przypadku NiCd. Z samorozładowaniem 20% w pierwszym dniu i kolejnymi miesięcznymi stawkami 10%, NiMH zajmuje jedno z czołowych miejsc w swojej klasie. Modyfikując stop wodorkowy można osiągnąć zmniejszenie samorozładowania i korozji, ale doda to wadę w postaci spadku energochłonności właściwej. Jednak w przypadku zastosowania w pojazdach elektrycznych modyfikacje te są bardzo przydatne, ponieważ zwiększają niezawodność i wydłużają żywotność akumulatorów.
3. Użyj w segmencie konsumenckim
Akumulatory NiMH należą obecnie do najchętniej dostępnych. Giganci branżowi, tacy jak Panasonic, Energizer, Duracell i Rayovac, dostrzegli na rynku potrzebę niedrogiego, trwałego akumulatora i oferują zasilacze NiMH w różnych rozmiarach, w tym AA i AAA. Producenci wkładają wiele wysiłku w zdobywanie udziału w rynku baterii alkalicznych.
W tym segmencie rynku akumulatory NiMH stanowią alternatywę dla akumulatorów baterie alkaliczne, który pojawił się w 1990 roku, ale ze względu na ograniczony cykl życia i słabą charakterystykę obciążenia nie odniósł sukcesu.
W tabeli 2 porównano energochłonność właściwą, napięcie, samorozładowanie i czas pracy baterii i akumulatorów w segmencie konsumenckim. Dostępne w rozmiarach AA, AAA i innych, te zasilacze mogą być używane w urządzeniach przenośnych. Nawet jeśli mogą mieć nieco inne napięcia nominalne, stan rozładowania zwykle występuje przy tej samej rzeczywistej wartości napięcia 1 V dla wszystkich. Ten zakres napięcia jest akceptowalny, ponieważ urządzenia przenośne mają pewną elastyczność pod względem zakresu napięcia. Najważniejsze jest to, że konieczne jest jednoczesne używanie tylko tego samego typu elementów elektrycznych. Kwestie bezpieczeństwa i niezgodności napięcia utrudniały rozwój akumulatorów litowo-jonowych AA i AAA.
Tabela 2: Porównanie różnych baterii AA.
* Eneloop jest znakiem towarowym firmy Sanyo Corporation opartym na systemie NiMH.
Wysoki współczynnik samorozładowania NiMH jest powodem ciągłego zaniepokojenia konsumentów. Latarka lub urządzenie przenośne z akumulatorem NiMH wyczerpie się, jeśli nie będzie używane przez kilka tygodni. Propozycja ładowania urządzenia przed każdym użyciem raczej nie znajdzie zrozumienia, zwłaszcza w przypadku latarek, które są pozycjonowane jako źródła światła zapasowego. Przewaga baterii alkalicznej o trwałości 10 lat wydaje się tutaj niezaprzeczalna.
Akumulator niklowo-wodorkowy firm Panasonic i Sanyo pod marką Eneloop był w stanie znacznie zmniejszyć samorozładowanie. Eneloop można przechowywać na jednym ładowaniu do sześciu razy dłużej niż zwykły NiMH. Ale wadą tak ulepszonego akumulatora jest nieco niższa właściwa gęstość energii.
Tabela 3 podsumowuje zalety i wady elektrochemicznego układu niklowo-wodorkowego. Tabela nie zawiera charakterystyki Eneloop i innych marek konsumenckich.
| Zalety | 30-40 procent wyższa pojemność niż NiCd Mniej podatny na efekt „pamięci”, można go przywrócić Proste wymagania dotyczące przechowywania i transportu; brak regulacji tych procesów Przyjazny dla środowiska; zawierają tylko lekko toksyczne materiały Zawartość niklu sprawia, że recykling jest zrównoważony Szeroki zakres temperatur pracy |
| niedogodności | Ograniczona żywotność; głębokie wyładowania przyczyniają się do jej redukcji Zaawansowany algorytm ładowania; wrażliwy na przeładowanie Specjalne wymagania dotyczące trybu ładowania Generowanie ciepła podczas szybkiego ładowania i rozładowania dużej mocy Wysokie samorozładowanie Sprawność kulombowska na poziomie 65% (dla porównania litowo-jonowy - 99%) |
Tabela 3: Zalety i wady akumulatorów NiMH.
4. Akumulatory niklowo-żelazne (NiFe)
Po wynalezieniu baterii niklowo-kadmowej w 1899 szwedzki inżynier Waldmar Jungner kontynuował badania i próbował zastąpić drogi kadm tańszym żelazem. Jednak niska wydajność ładowania i nadmierne gazowanie wodoru zmusiły go do rezygnacji z dalszego rozwoju akumulatorów NiFe. Nawet nie zawracał sobie głowy patentowaniem tej technologii.
Akumulator niklowo-żelazny (NiFe) wykorzystuje wodorotlenek niklu jako katodę, żelazo jako anodę oraz wodny roztwór wodorotlenku potasu jako elektrolit. Ogniwo takiego akumulatora generuje napięcie 1,2 V. NiFe jest odporny na przeładowanie i głębokie rozładowanie; może być używany jako zapasowe źródło zasilania przez ponad 20 lat. Odporność na wibracje i wysokie temperatury sprawiają, że jest to najczęściej używana bateria w przemyśle wydobywczym w Europie; służy również do zasilania systemów sygnalizacji kolejowej, a także jest używany jako bateria trakcyjna do wózków widłowych. Można zauważyć, że w czasie II wojny światowej to właśnie baterie żelazowo-niklowe były używane w niemieckiej rakiecie V-2.
NiFe ma niską gęstość mocy około 50 W/kg. Wady obejmują również słabą wydajność w niskich temperaturach i wysoki współczynnik samorozładowania (20-40 procent miesięcznie). To, w połączeniu z wysokimi kosztami produkcji, skłania producentów do pozostania lojalnymi wobec akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Ale elektrochemiczny system żelazowo-niklowy aktywnie się rozwija iw niedalekiej przyszłości może stać się alternatywą dla kwasowo-ołowiowych w niektórych gałęziach przemysłu. Obiecująco wygląda eksperymentalny model konstrukcji lamelowej, udało się zredukować samorozładowanie akumulatora, stał się on praktycznie odporny na szkodliwe skutki przeładowania i niedoładowania, a jego żywotność szacowana jest na 50 lat, co jest porównywalna z 12-letnią żywotnością akumulatora kwasowo-ołowiowego w pracy z głębokimi wyładowaniami cyklicznymi. Oczekiwana cena takiego akumulatora NiFe będzie porównywalna z akumulatorem litowo-jonowym i tylko czterokrotnie wyższa od ceny akumulatora kwasowo-ołowiowego.
baterie NiFe, a także NiCd oraz NiMH, wymagają specjalnych zasad ładowania - krzywa napięcia jest sinusoidalna. W związku z tym użyj ładowarki, aby kwas ołowiowy lub litowo-jonowa bateria nie wyjdzie, może nawet zaszkodzić. Jak wszystkie akumulatory niklowe, NiFe boi się przeładowania – rozkłada wodę w elektrolicie i prowadzi do jej utraty.
Zmniejszoną w wyniku niewłaściwego użytkowania pojemność takiego akumulatora można przywrócić stosując wysokie prądy rozładowania (adekwatne do pojemności akumulatora). Procedurę tę należy przeprowadzić maksymalnie trzy razy z 30-minutowym okresem rozładowania. Należy również monitorować temperaturę elektrolitu – nie powinna przekraczać 46°C.
5. Baterie niklowo-cynkowe (NiZn)
Akumulator niklowo-cynkowy jest podobny do akumulatora niklowo-kadmowego, ponieważ wykorzystuje elektrolit alkaliczny i elektrodę niklową, ale różni się napięciem - NiZn zapewnia 1,65 V na ogniwo, podczas gdy NiCd i NiMH mają 1,20 V na ogniwo. Niezbędne jest ładowanie akumulatora NiZn stałym prądem o wartości napięcia 1,9 V na ogniwo, warto też pamiętać, że tego typu akumulator nie jest przystosowany do pracy w trybie ładowania. Jednostkowe zużycie energii wynosi 100 W/kg, a liczba możliwych cykli to 200-300 razy. NiZn nie zawiera materiałów toksycznych i można go łatwo zutylizować. Dostępne w różnych standardowych rozmiarach, w tym AA.
W 1901 Thomas Edison otrzymał patent USA na akumulator niklowo-cynkowy. Później jego rozwój został ulepszony przez irlandzkiego chemika Jamesa Drumma, który zainstalował te baterie w wagonach, które kursują na trasie Dublin-Bray w latach 1932-1948. NiZn nie był dobrze rozwinięty ze względu na silne samorozładowanie i krótki cykl życia spowodowany tworzeniem się dendrytów, co również często prowadziło do zwarć. Jednak ulepszenia w formułowaniu elektrolitów złagodziły ten problem, co spowodowało ponowne rozważenie zastosowania NiZn do zastosowań komercyjnych. Niski koszt, wysoka moc wyjściowa i szeroki zakres temperatur pracy sprawiają, że ten system elektrochemiczny jest niezwykle atrakcyjny.
6. Akumulatory niklowo-wodorowe (NiH)
Kiedy w 1967 r. rozpoczęto opracowywanie akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych, naukowcy stanęli w obliczu niestabilności metalohydrytów, co spowodowało przesunięcie w kierunku opracowania akumulatora niklowo-wodorowego (NiH). Ogniwo takiego akumulatora zawiera elektrolit zamknięty w naczyniu, nikiel i wodór (wodór zamknięty w stalowym cylindrze pod ciśnieniem 8207 barów) elektrody.