Жизнедеятельность современного человека трудно представить без так называемых «помощников» — технических устройств, питание которых происходит при помощи аккумуляторов или батареек.
Фотоаппарат, мышь от ноутбука, брелок от автосигнализации – все эти вещи не смогут функционировать без элементов питания и человеку, как минимум, раз в месяц, приходится озаботиться покупкой новой батарейки для того или иного бытового прибора.
Однако не всем известно, что некоторые батарейки могут служить аккумулятором, то есть способны выдержать многократное использование – для этого их стоит только подзарядить.
В этой статье мы разберем основные отличия обычного элемента питания от многоразового аккумулятора, внешне полностью идентичного стандартной батарейке. Также будет рассказано об основных критериях при подборе зарядного устройства для батареек и аккумуляторов.
Выбор элемента питания
Выбор пальчиковой батарейки, которую можно заряжать при помощи зарядного устройства, на первый взгляд, может составить некоторые трудности, ведь внешне такой элемент ничем не отличается от одноразового.
Однако при покупке не обязательно прибегать к помощи продавцов-консультантов, достаточно разобраться в надписях на товаре.
К примеру, значение напряжения у обычного элемента питания составит 1,6 В. У аккумулятора этот параметр ниже и составляет 1,2 В.
Небольшие познания в английском также не помешают в такой ситуации. Надпись rechargeable на элементе в переводе означает – «перезаряжаемый», что говорит само за себя.
И наоборот – словосочетание do not recharge подскажет потенциальному потребителю то, что батарейка не подлежит попеременной зарядке.
Еще одним отличием является нанесение производителем значения емкости аккумуляторной батарейки, которая выражается в mAh (миллиампер час). На обычном одноразовом элементе такого параметра вы не встретите.
Аккумуляторные батарейки пальчиковые, получающие «новую жизнь» от зарядного устройства, разделяются по типу материала, который является их основой.
Никель-кадмиевый элемент питания
Являются наиболее дешевыми по сравнению с остальными разновидностями. Несмотря на невысокую стоимость, такие аккумуляторные батарейки не лишены преимуществ, главное из которых – способность сохранять заряд при отрицательных температурах.
Недостатков несколько – неспособность воспринимать заряд до полной разрядки и его потеря даже без использования элемента в приборе.
Фонарики, цифровые плееры, диктофоны, электронные часы, игрушки, пульты дистанционного управления и портативная медицинская техника — работу всех этих и многих других устройств обеспечивают источники питания.
Устроены источники питания предельно просто: два электрода — отрицательный анод и положительный катод — погружены в емкость с электролитом и упакованы в металлический корпус.
При замыкании контактов начинается движение электронов от одного электрода к другому, возникает электрический ток. Со временем запас активного вещества на аноде истощается, электронов становится меньше. С другой стороны, снижается способность электролита проводить ток. Вот почему батарейка разряжается.
Элементы питания различаются по форме и по внутреннему составу, точнее, по типу химической реакции, которая приводит к образованию электрического тока.
Виды батареек по форме
Рабочее напряжение цилиндрических элементов питания — 1,6 Вольта. А «крона» обеспечивает напряжение целых 9 вольт.
По типу химической реакции
- Солевые. Отличаются малой мощностью, можно хранить от 1 года до 3 лет.
- Щелочные или «алкалиновые». Название происходит от импортной маркировки Alkaline. Они способны справиться с более мощной нагрузкой. Срок хранения — от 3 до 5 лет.
- Литиевые. Лучше всех справляются с высокой нагрузкой. Срок хранения — от 5 до 7 лет.
Какие батарейки можно заряжать в зарядном устройстве
Химические процессы, протекающие в обычном гальваническом элементе, необратимы. Исчерпав свой ресурс, он перестает вырабатывать электрический ток. Определить их просто: обычно на корпусе такого элемента питания присутствует надпись «do not recharge» — «перезарядке не подлежит». Продлить ему жизнь можно единственным способом — попытаться поместить в менее энергоемкое устройство.
Так, например, батарейки, которые не подходят для радиоуправляемой машинки, могут подойти для работы пульта от телевизора.
Единственный тип батареек, которые можно правильно перезаряжать большое число раз — это аккумуляторные. Их можно отличить по маркировке rechargeable battery. Рабочее напряжение аккумуляторных батареек ниже, чем у обычных — 1.2 Вольта. Аккумуляторные элементы питания дороже обычных: чем больше их мощность и количество циклов перезарядки, тем выше цена. Кроме того, вам потребуется специальное зарядное устройство, которое приобретается отдельно. Часто такие зарядные устройства снабжены индикатором, который покажет, насколько зарядился аккумулятор. Время зарядки аккумуляторных батареек составляет 8—12 часов.
Подзарядка в домашних условиях
Возникает вопрос: можно ли заряжать алкалиновые батарейки в зарядном устройстве? Существует сравнительно безопасный способ зарядить алкалиновый элемент питания, но эффективность его под вопросом. Для этой экстренной меры вам потребуется зарядное устройство на 4 аккумулятора. В первые три отсека слева направо вставляем разряженнные алкалиновые элементы, которые будут заряжаться. А в четвертый (тот что справа) — аккумулятор. Длительность «лечения» — от 5 до 10 минут. После этого алкалиновые элементы снова можно использовать, но не долго.
Энтузиастами придуманы многочисленные способы, как зарядить пальчиковую батарейку в домашних условиях. Конечно, это не полноценная подзарядка. Ведь сами химические реакции внутри такого источника питания необратимы. Например, если аккуратно помять элемент питания плоскогубцами или постучать им о любую твердую поверхность, это позволит слегка реанимировать электролит
и извлечь несколько дополнительных процентов мощности. Только не повредите корпус, иначе электролит вытечет, и источник питания не будет работать.
Нагревать разряженные гальванические элементы нельзя — высока опасность взрыва.
Если вы хотите, чтобы гальванические элементы прослужили дольше, не используйте их на морозе: они быстро теряют заряд. Обращайте внимание на дату выпуска: батарейки имеют свойство саморазряжаться. Не стоит использовать различные типы батареек одновременно, а также старые с более свежими. Это также уменьшает их срок службы.
Автономные источники питания – аккумуляторные батареи, видятся в современных технологиях неотъемлемым элементом практически любых проектов. Для автомобильной техники аккумулятор тоже конструктивная часть, без которой немыслима полноценная эксплуатация транспорта. Всеобщая полезность аккумуляторов очевидна. Но технологически эти приборы всё-таки до конца не совершенны. Например, явное несовершенство отмечается частым зарядом аккумуляторов. Конечно же, здесь актуален вопрос, каким напряжением заряжать аккумулятор, чтобы сократить частоту подзарядки и сохранить все его рабочие свойства на длительный срок эксплуатации?
Досконально вникнуть в тонкости процессов заряда / разряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (автомобильных ) помогут определения базовых параметров аккумуляторов:
- ёмкость,
- концентрация электролита,
- сила тока разряда,
- температура электролита,
- эффект саморазряда.
Под ёмкостью батареи аккумуляторов принимается электричество, отдаваемое каждой отдельной аккумуляторной банкой в процессе её разряда. Как правило, значение ёмкости выражается ампер-часами (А/ч).
На корпусе аккумуляторной батареи для автомобиля указывается не только номинальная ёмкость, но также стартерный ток при пуске автомобиля на холодную. Пример маркировки — аккумулятор производства Тюменского завода
Ёмкость разряда аккумулятора, обозначенная на технической бирке производителем, считается номинальным параметром. Помимо этой цифры, значимым для эксплуатации является также параметр ёмкости заряда. Необходимое значение заряда вычисляется формулой:
Сз = Iз * Тз
где: Iз – зарядный ток; Тз – время заряда.
Цифра, указывающая разрядную ёмкость батареи аккумуляторов, напрямую связана с другими технологическими и конструктивными параметрами и зависима от условий эксплуатации. Из конструктивно-технологичных свойств аккумулятора влияние на ёмкость разряда оказывают:
- активная масса,
- применяемый электролит,
- толщина электродов,
- геометрические размеры электродов.
Среди технологических параметров значимой для ёмкости батареи аккумуляторов также является степень пористости активных материалов и рецептура их приготовления.
Внутренняя структура свинцово-кислого автомобильного аккумулятора, куда входят так называемые активные материалы — пластины минусового и плюсового полей, а также иные компоненты
Не остаются в стороне и эксплуатационные факторы. Как показывает практика, сила разрядного тока в паре с электролита также способны оказывать влияние на параметр ёмкости аккумулятора.
Влияние концентрации электролита
Завышенный уровень концентрации электролита способствует сокращению срока службы аккумулятора. Условия работы батареи с высокой концентрацией электролита приводят к активизации реакции, результатом которой становится образование коррозии на плюсовом электроде аккумуляторной батареи.
Поэтому важно оптимизировать значение , учитывая те условия, в которых эксплуатируется аккумулятор и требования, предъявляемые производителем по отношению к таким условиям.
Оптимизация концентрации электролита аккумуляторной батареи видится одним из важных моментов эксплуатации прибора. Контроль уровня концентрации необходим обязательно
К примеру, для условий с умеренным климатом, рекомендованный уровень концентрации электролита для большей части автомобильных аккумуляторов доводят под плотность 1,25 – 1,28 г/см 2 .
А когда актуальна эксплуатация приборов применительно к жаркому климату, концентрация электролита должна соответствовать плотности 1,22 – 1,24 г/см 2 .
Аккумуляторы — сила тока разряда
Процесс разряда АКБ логично разделить условно на два режима:
- Длительный.
- Короткий.
Для первого события характерным видится разряд при малых токах на протяжении относительно длительного временного периода (от 5 до 24 часов).
Для второго события (короткий разряд, стартерный разряд), напротив, характерными являются большие токи в коротком промежутке времени (секунды, минуты).
Увеличение разрядного тока провоцирует снижение ёмкости батареи аккумуляторов.
Зарядное устройство Телетрон, которое успешно применяется для работы с кислотно-свинцовыми автомобильными батареями. Несложная электронная схема, но высокая эффективность действия
Пример:
Есть АКБ с ёмкостью 55 А/ч с рабочим током на клеммах 2,75А. При нормальных условиях окружающей среды (плюс 25-26ºС) ёмкость АКБ находится в пределах 55-60 А/ч.
Если разрядить батарею кратковременным током величиной 255 А, что эквивалентно увеличению номинальной ёмкости в 4,6 раза, номинальная ёмкость снизится до 22 А/ч. То есть, практически вдвое.
Температура электролита и саморазряд аккумулятора
Разрядная ёмкость аккумуляторных батарей естественным образом снижается, если падает температура электролита. Падение температуры электролита влечёт за собой увеличение степени вязкости жидкой составляющей. Как следствие, увеличивается электрическое сопротивление активного вещества.
Отключенная от потребителя, полностью бездействующая , имеет свойства терять ёмкость. Объясняется такое явление химическими реакциями внутри прибора, проходящими даже в условиях полного отключения от нагрузки.
Под влияние окислительно-восстановительных реакций попадают оба электрода – минусовой и плюсовой. Но в большей степени процессом саморазряда охвачен электрод отрицательной полярности.
Реакция сопровождается образованием водорода в газообразном виде. При увеличении концентрации в растворе электролита серной кислоты, отмечается увеличение плотности электролита от значения 1,27 г/см 3 до 1,32 г/см 3 .
Это соразмерно с 40%-ым увеличением скорости эффекта саморазряда на минусовом электроде. Прирост скорости саморазряда дают также и примеси металлов, входящие в структуру электрода отрицательной полярности.
Саморазряд автомобильного аккумулятора после продолжительного хранения. При полном бездействии, при отсутствии нагрузки батарея утратила значительную часть ёмкости
Нужно отметить: любые металлы, присутствующие в составе электролита и других компонентов аккумуляторов, способствуют усилению эффекта саморазряда.
Соприкасаясь с поверхностью отрицательного электрода, эти металлы вызывают реакцию, в результате которой начинается выделение водорода.
Некоторая часть существующих примесей исполняет роль переносчика зарядов от плюсового электрода к минусовому. При этом имеют место реакции восстановления и окисления ионов металлов (то есть опять же процесс саморазряда).
Бывают и такие случаи, когда АКБ утрачивает заряд от загрязнений на корпусе. За счёт загрязнений создаётся проводящий слой, замыкающий плюсовой и минусовой электроды
Помимо внутреннего саморазряда, не исключается внешний саморазряд аккумулятора автомобиля. Причиной такого явления может стать высокая степень загрязнённости поверхности корпуса АКБ.
Например, пролитый на корпус электролит, вода или иные технические жидкости. Но в этом случае эффект саморазряда легко устраняется. Достаточно лишь очистить корпус батареи и содержать его всегда в чистоте.
Заряд автомобильных аккумуляторов
Начнём от ситуации бездействия прибора (в отключенном состоянии). Каким напряжением или током заряжать аккумулятор автомобиля, когда прибор находится на хранении?
В условиях хранения АКБ основная цель зарядки направлена на компенсацию саморазряда. В этом случае зарядка обычно выполняется малыми токами.
Диапазон значений заряда, как правило, от 25 до 100 мА. При этом напряжение заряда необходимо поддерживать в границах 2,18 – 2,25 вольт по отношению к единичной аккумуляторной банке.
Выбор условий заряда аккумулятора
Зарядный ток аккумулятора обычно настраивается на определённую величину в зависимости от заданного времени подзаряда.
Подготовка автомобильной батареи аккумуляторов для подзарядки в режиме, который требуется определить с учётом технологических свойств и технических параметров при эксплуатации АКБ
Так, если предполагается заряжать аккумулятор в течение 20 часов, оптимальным параметром тока заряда считается величина, равная 0,05С (то есть 5% от номинальной ёмкости аккумулятора).
Соответственно, значения будут пропорционально увеличиваться, если менять один из параметров. К примеру, при 10-и часовой зарядке, сила тока уже составит 0,1С.
Заряд двухступенчатым циклом
При таком режиме изначально (первая ступень) осуществляется заряд током 1,5С до состояния, когда напряжение на отдельной банке достигнет значения 2,4 вольта.
После этого переводят зарядное устройство на режим по току заряда величиной 0,1С и продолжают заряжать до полного набора ёмкости 2 – 2,5 часа (вторая ступень).
Напряжение заряда в режиме второй ступени варьируется в пределах 2,5 – 2,7 вольта для одной банки.
Форсированный режим заряда
Принцип форсированного заряда предполагает установку значения зарядного тока на уровне 95% от номинальной ёмкости батареи – 0,95С.
Способ достаточно агрессивный, но позволяет всего за 2,5-3 часа зарядить аккумулятор практически полностью (на практике 90%). До 100% ёмкости зарядка форсированным режимом отнимет 4 – 5 часов времени.
Контрольно-тренировочный цикл
Практика эксплуатации автомобильных АКБ отмечает положительный результат, когда контрольно-тренировочный цикл применяется к новым аккумуляторным батареям, ещё не побывавшим в работе
Для этого варианта оптимальным является зарядка с параметрами, вычисленными простой формулой:
I = 0.1 * С20;
Заряжают до момента, когда напряжение на отдельно взятой банке составит 2,4 вольта, после чего уменьшают величину зарядного тока до значения:
I = 0.05 * C20;
При таких параметрах продолжают процесс до полного заряда.
Контрольно-тренировочный цикл охватывает также практику разряда, когда АКБ разряжается небольшим током 0,1С до уровня общего напряжения 10,4 вольта.
При этом степень плотности электролита поддерживается на уровне 1,24 г/см 3 . После разряда прибор заряжают по стандартной методике.
Общие принципы зарядки свинцово-кислотных АКБ
На практике применяют несколько способов, каждый из которых имеет свои сложности и сопровождается разным объёмом финансовых издержек.
Определиться, каким способом заряжать аккумуляторную батарею, несложно. Другой вопрос — какой результат будет получен от применения того или иного способа
Самым доступным и простым методом считается заряд постоянным током при напряжении 2,4 – 2,45 вольт/банка.
Процесс заряда продолжается до тех пор, когда величина тока будет оставаться постоянной в течение 2,5-3 часов. При таких условиях аккумулятор считается полностью заряженным.
Между тем большее признание среди автомобилистов получила методика комбинированного заряда. В этом варианте действует принцип ограничения начального тока (0,1С) до момента достижения заданного напряжения.
Затем процесс продолжается при постоянном напряжении (2,4В). Для этой схемы допустимо повышение первоначального тока заряда до 0,3С, но не более того.
Аккумуляторы, работающие в буферном режиме, рекомендуется заряжать при низких напряжениях. Оптимальные значения заряда: 2,23 – 2,27 вольта.
Глубокий разряд — устранение последствий
Прежде всего, следует подчеркнуть: восстановление АКБ до номинальной ёмкости возможно, но при условии, когда имели место не более 2-3 глубоких разрядов.
Заряд в таких случаях выполняется постоянным напряжением величиной равной 2,45 вольта на банку. Также допускается заряжать током (постоянным) величиной 0,05С.
Процесс восстановления АКБ может потребовать двух-трёх отдельных циклов заряда. Чаще всего для достижения полной ёмкости зарядку проводят именно в 2-3 цикла
Если заряд проводится напряжением 2,25 – 2,27 вольта, рекомендуется выполнить процесс дважды или трижды. Так как при малых напряжениях достичь номинала ёмкости в большинстве случаев не удаётся.
Конечно же, следует учитывать влияние окружающей температуры в процессе выполнения восстановления. Если температура окружающей среды находится в границах 5 – 35ºС, напряжения заряда изменять не требуется. В иных условиях потребуется корректировка заряда.
Видео по контрольно-тренировочному циклу АКБ
Метки:
Для нормальной работы любого аккумулятора нужно всегда помнить «Правило «Трёх П» :
- Не перегревать!
- Не перезаряжать!
- Не переразряжать!
Для вычисления времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора или батареи из нескольких элементов можно использовать следующую формулу:
Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)
Пример:
Мы имеем аккумулятор с ёмкостью 2000mAh. Ток заряда в нашем зарядном устройстве — 500mA. Делим ёмкость аккумулятора на ток заряда и получаем 2000/500=4. Это означает, что при токе в 500 миллиампер наш аккумулятор с ёмкостью 2000 миллиамперчасов будет заряжаться до полной ёмкости 4 часа!
А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:
- Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
- Никель-металлогидридные аккумуляторы более чувствительны к нагреву, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd), поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на токоотдаче аккумулятора (способности аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд). Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak » (прерывание заряда аккумулятора по достижению пика напряжения), то вы можете заряжать аккумуляторы практически без риска перезарядки и разрушения оных.
- Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы после покупки можно (но не обязательно!) подвергать «тренировке». 4-6 циклов заряда/разряда для аккумуляторов в качественном зарядном устройстве позволяет достичь придела ёмкости, которая была растеряна в процессе перевозки и хранения аккумуляторов в сомнительных условиях после выхода с конвейера завода-производителя. Количество подобных циклов может быть совершенно разным для аккумуляторов от разных производителей. Качественные аккумуляторы достигают предела ёмкости уже после 1-2 циклов, а аккумуляторы сомнительного качества с искусственно завышенной ёмкостью не могут достигнуть своего предела и после 50-100 циклов заряда/разряда.
- После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (~20 o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5 o C или выше 50 o C может значительно отразиться на сроке службы батареи.
- Если хотите разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его менее, чем до 0.9В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых аккумуляторов падает ниже 0.9В на элемент, большинство зарядных устройств, обладающих «минимальным интеллектом», не могут активировать режим заряда. Если Ваше зарядное устройство не может опознать глубоко разряженный элемент (разряженный менее 0.9В), то стоит прибегнуть к помощи более «тупого» зарядника или подключить аккумулятор на короткое время к источнику питания с током 100-150мА до достижения напряжения на аккумуляторе 0.9В.
- Если вы постоянно используете одну и ту же сборку из аккумуляторов в электронном устройстве в режиме дозаряда, то иногда стоит разряжать каждый аккумулятор из сборки до напряжения 0,9В и производить его полный заряд во внешнем зарядном устройстве. Подобную процедуру полного циклирования стоит производить один раз на 5-10 циклов дозаряда аккумуляторов.
Таблица заряда типовых Ni-MH аккумуляторов
| Емкость элементов | Типоразмер | Стандартный режим зарядки | Пиковый ток заряда | Максимальный ток разряда |
| 2000 мА/ч | AA | 200 мА ~ 10 часов | 2000 мА | 10.0А |
| 2100 мА/ч | AA | 200 мА ~ 10-11 часов | 2000 мА | 15.0А |
| 2500 мА/ч | AA | 250 мА ~ 10-11 часов | 2500 мА | 20.0А |
| 2750 мА/ч | AA | 250 мА ~ 10-12 часов | 2000 мА | 10.0А |
| 800 мА/ч | AAA | 100 мА ~ 8-9 часов | 800 мА | 5.0 A |
| 1000 мА/ч | AAA | 100 мА ~ 10-12 часов | 1000 мА | 5.0 A |
| 160 мА/ч | 1/3 AAA | 16 мА ~ 14-16 часов | 160 мА | 480 мА |
| 400 мА/ч | 2/3 AAA | 50 мА ~ 7-8 часов | 400 мА | 1200 мА |
| 250 мА/ч | 1/3 AA | 25 мА ~ 14-16 часов | 250 мА | 750 мА |
| 700 мА/ч | 2/3 AA | 100 мА ~ 7-8 часов | 500 мА | 1.0 A |
| 850 мА/ч | FLAT | 100 мА ~ 10-11 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1100 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 12-13 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1200 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 13-14 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1300 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 13-14 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1500 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 16-17 часов | 1.0 A | 30.0 A |
| 2150 мА/ч | 4/5 A | 150 мА ~ 14-16 часов | 1.5 A | 10.0 A |
| 2700 мА/ч | A | 100 мА ~ 26-27 часов | 1.5 A | 10.0 A |
| 4200 мА/ч | Sub C | 420 мА ~ 11-13 часов | 3.0 A | 35.0 A |
| 4500 мА/ч | Sub C | 450 мА ~ 11-13 часов | 3.0 A | 35.0 A |
| 4000 мА/ч | 4/3 A | 500 мА ~ 9-10 часов | 2.0 A | 10.0 A |
| 5000 мА/ч | C | 500 мА ~ 11-12 часов | 3.0 A | 20.0 A |
| 10000 мА/ч | D | 600 мА ~ 14-16 часов | 3.0 A | 20.0 A |
Данные в таблице актуальны для полностью разряженных аккумуляторов
