Термін служби свинцевих акумуляторів

Для найпоширеніших свинцевих акумуляторів час служби становить від 3 до 5 років. Однак, існують типи, котрі можуть працювати навіть понад 10 років. Їх передусім використовують в телекомунікації, в аварійних сигналізаціях і джерелах резервної живлення. Кращим способом вимірювання часу роботи є подання кількості циклів, які проводяться з даним акумулятором, до моменту, коли його ємність не зменшиться до 60 % від початкового значення. На це підсумовування суттєво впливає спосіб експлуатації, тобто яка частина ємності використана при кожному розрядженні (глибина розрядження). Стандартним значенням є 500 циклів, коли під час кожного розрядження ємність зменшується на 50 %.

Висновки, що стосуються свинцевих акумуляторів.

Велика вага є великим мінусом конструкції свинцевого акумулятора. Час служби відрізняється залежно від конструктивного виконання і способу експлуатації, але може вважатись як довгий по відношенню до інших типів акумуляторів. Ємність часто порівнюється з вагою, що не свідчить їм на користь. Однак виробництво свинцевих акумуляторів з більшими ємностями є відносно простим і дешевим. Процес заряджання є їх виразною перевагою, оскільки є дуже легким і не вимагає складних контрольно-управлінських засобів. На жаль, свинцевий акумулятор, навіть при найкращих побажаннях, не може описуватись як корисний для довкілля, оскільки містить значні кількості небезпечного для довкілля свинцю. Параметри акумулятора не є в особливий спосіб залежні від температури при розрядженні (хоча й низькі температури зменшують ємність акумулятора), натомість заряджання повинно проходити при кімнатній температурі, в протилежному випадку значення напруги заряджання повинне бути збільшене для досягнення повного зарядження.

1.7.3.2. Нікель-кадмієві акумулятори. Перший нікель-залізний Ni-Fe лужний акумулятор був сконструйований в 1899 році шведом Jungner. Тільки в 1932 році в лужному акумуляторі були виготовлені електроди з нікелю та кадмію, а в 60-х роках ці акумулятори почали виготовляти в промисловому масштабі. Сьогодні нікель-кадмієві Ni-Cd акумулятори є досить популярними, особливо в електронних пристроях широкого вжитку.

Успіх багатьох бездротових пристроїв пов'язаний з використанням нікелево-кадмієвих акумуляторів і їх динамічним розвитком в останні роки.

Ці акумулятори характеризуються великою густиною нагромадженої енергії (кількість енергії по відношенню до ваги), можливістю споживання великих струмів, довгим часом життя і великою кількість циклів зарядження і розрядження. Зазвичай використовують Ni-Cd акумулятори з ємністю від кількох мА·год до 10 А·год. Раніше виготовлялись акумулятори в єдиному конструктивному виконанні, яке повинно було задовільнити усі можливі галузі використання, але сьогодні є багато типів конструктивних виконань з метою отримання найкращих параметрів для певного застосування. Деякі повинні мати максимально можливу ємність, інші необхідно якомога швидше заряджати, а ще інші повинні працювати при високих температурах довкілля.

Акумулятор складається з від’ємного електроду з кадмію і додатного з нікелю. Електролітом є водний розчин гідроксид калію. З метою запобігання замиканню, електроди розділені пористим розділювачем, найчастіше виготовлюваним зі штучного матеріалу. В циліндричних акумуляторах, з метою отримання можливо більшої поверхні електродів (висока електрична ємність), навивають їх спірально, з якомога тоншим розділювачем (низьке значення внутрішнього опору, а тому велике значення розрядного струму). Електрохімічні процеси в акумуляторі так підібрані, щоб гази, що виділяються під час заряджання (кисень виділяється під час електролізу води), були поглинені. Зазвичай, усі акумулятори мають клапан безпеки, який запобігає створенню надлишкового тиску при сильному перезарядженні.

Заряджання нікель-кадмієвих акумуляторів

Нікелево-кадмієві акумулятори заряджаються постійним струмом. Електроди з нікелю і кадмію, а також електроліт з гідроксиду калію дають напругу акумулятора приблизно 1,2 В. В часі заряджання необхідно подати більше енергії, ніж отримується під час розрядження. Прийнято, що подана енергія становить 140 % енергії згодом отриманої. Нормальний струм заряджання акумулятора Ni-Cd становить 0,1 від номінального значення ємності за час 14-16 год. Заряджання можна описати залежністю

I=1,4·C/t, (1.6)

де І - струм заряджання в А; С - ємність і А·год; 1,4 - коефіцієнт заряджання; t - час заряджання в годинах.

Напруга акумулятора в тракті заряджання ступенево зростає, доходячи до 1,45-1,50 В на кінцевому етапі. Для значень струмів заряджання нижчих від 0,2 С (С - номінальне значення ємності) немає потреби у спостереженні за процесором заряджання. Заряджання повинно відбуватись при кімнатній температурі. Потрібно докладно перевірити полярність при підключенні. Ni-Cd батарея підлягає знищенню при неправильній полярності підключення зарядного пристрою.

Швидке заряджання (0,5-1,5 С) нікель-кадмієвих акумуляторів

Ni -Cd акумулятори мають дуже корисну властивість, що полягає у можливості прийняти великий заряд за короткий час. Чим коротший час заряджання, тим точнішим повинен бути контроль заряджання. Напруга акумулятора Ni-Cd в часі заряджання монотонно зростає, але на кінцевому етапі трохи зменшується, коли акумулятор є повністю зарядженим. В цей час температура акумулятора сильно зростає.

Сучасні зарядні пристрої для швидкого заряджання використовують метод –ΔV (мінус дельта V), тобто, що вони виявляють момент зменшення приростів напруги і переривають заряджання. Потрібно уникнути надмірного зростання температури акумуляторів, оскільки вона зменшує час їх служби. Тому рекомендується використання як додаткового захисту, біметалевих (самоповертальних) перемикачів. Температура акумулятора після швидкого заряджання становить біля +45 ⁰С. Біметалевий вимикач повинен бути послідовно увімкнений в коло заряду і розміщений на корпусі зароджуваного акумулятора. Якщо значення температури перевищить +45 ⁰С, заряджання переривається. Швидке заряджання струмом не більшим від 1 С також можна здійснювати при використанні реле часу при використанні залежності (1.2), але і у цьому випадку, з метою уникнення перегрівання, потрібно використовувати біметалевий вимикач (рис. 1.16). Криві рис. 1.14 показують напругу і температуру акумулятора при швидкому його заряджанні струмом 1,0 С за час приблизно 90 хв. Криві показують, що акумулятор після 70 хв є повністю зарядженим і його температура сягає приблизно 45 °С.

Підтримувальне (буферне) заряджання

Найчастіше ця методика використовується для високо-температурних і таблеткових елементів. Це означає, що акумулятор є постійно підзаряджуваним, так щоби бути постійно готовим до використання у випадку зникнення напруги живлення, наприклад, як резервний блок живлення комп’ютерів. Циліндричні Ni-Cd елементи повинні завжди заряджувані струмом 0,03-0,05 С, у той час як таблеткові елементи - струмом 0,01 С. Зарядний підтримувальний струм циліндричного Ni-Cd елемента ємністю 800 мА-год повинен становити 24-40 мА.

Розряджання

Ni-Cd елемент добре переносить відбір великих значень струму. Його можна дуже короткочасно навантажувати струмом аж до 100 С. При тривалому розрядженні максимальне значення розрядного струму не повинно перевищувати 8-10 С на протязі часу 4-5 хв. Ni-Cd елемент також характеризується сталою напругою 1,2 В на протязі усього проміжку розрядження (рис. 1. 17). Як кінцеве значення напруги у випадку розрядження

Рис. 1.16 – Процес швидкого заряджання Ni-Cd акумулятора

елементу приймають значення 1,0 В. Недоліком Ni-Cd акумуляторів є достатньо велике значення струму саморозрядження, біля 1% на добу. Це пов’язано з низькою здатністю під час підтримувального заряджання.

Термін служби

Найчастіше подаваним параметром Ni-Cd акумуляторів є кількість циклів заряджання-розряджання, яка зазвичай становить 1000 циклів. Однак ця кількість у значній мірі залежить від виду їх експлуатації. Коли настає перезарядження елементу, як зазначено вище, суттєво зростає його внутрішня температура, яка пришвидшує деградаційні процеси складових матеріалів. Подібні процеси є при сильному розрядженні. Коли акумулятор, що складається з ряду елементів, є розрядженим, існуючі різниці ємності можуть спричинити різну глибину розряджання. Це спричиняє те, що частина елементів буде не повністю заряджена, а частина перезаряджена, що у результаті скорочує термін служби усього акумулятора. При сильному розряджанні, коли значення напруги елементу спадає аж до 0,2 В, ймовірно, може статися зміна полярності. Оптимальним значенням напруги розряду Ni-Cd акумуляторів є 1,0 В перед повторним заряджанням. У цей спосіб можна уникнути впливу різниць ємностей і забезпечити найкращі умови функціонування акумулятора.

Підсумовування відомостей про нікель-кадмієві акумулятори

Вага є їх дуже великою перевагою, особливо якщо віднести її до ємності. Термін служби, а передусім здатність до циклічної роботи, в цих акумуляторах є дуже добрим параметром. Заряджання вимагає пильного спостереження за перебігом процесу, тому що швидке заряджання здійснюється великим струмом без зменшення часу життя акумулятора. Ці умови є дуже трудоємні. Параметри нікель-кадмієвих акумуляторів залежні від температури. Можлива їх робота при високій температурі довкілля, якщо використовувати спеціальні типи акумуляторів призначених для цих цілей. Використовують їх, наприклад, в пристроях аварійного освітлення.

Нікель-кадмієві акумулятори дуже шкідливі через наявність кадмію, концентрацію якого в природі слід обмежувати. На сьогодні немає цілковитої заміни для цього типу акумуляторів. Потрібно, однак, уважно пильнувати аби усі акумулятори, в яких закінчився термін служби були передані на перероблення.

Поиск по сайту: