Как зарядить щелочные аккумуляторы

При эксплуатации щелочных аккумуляторов, равно как и других типов, возникает необходимость решения нескольких задач. Одна из таких задач – это обеспечение правильной зарядки аккумуляторной батареи. От этого во многом будет зависеть состояние и срок эксплуатации АКБ. На срок службы также оказывают влияние условий хранения и разряда, проведения профилактических мероприятий, но в этой статье будет рассматриваться зарядка щелочных аккумуляторов. Мы рассмотрим условия зарядки Ni─Cd и Ni─MH батарей, рекомендуемые их производителями. Кроме того, рассмотрим нестандартные режимы заряда.

Какие есть способы зарядки аккумуляторов в общем случае?

Различные методы зарядки определяются устройством аккумуляторов и природой процессов, в них протекающих. В общем случае можно назвать следующие методики зарядки аккумуляторов:

• при постоянном токе заряда;
• при понижении тока заряда;
• при ступенчатом изменении тока;
• при постоянном напряжении;
• комбинированные варианты.

Требования к зарядному устройству для щелочных аккумуляторов

Прежде чем говорить о конкретных режимах зарядки щелочных аккумулятор, стоит сказать пару слов о зарядных устройствах (ЗУ) для них. В продаже можно встретить в основном универсальные зарядные устройства, которыми можно вести заряд нескольких типов щелочных аккумуляторов. Есть также большая группа ЗУ, которые являются универсальными комбайнами. К примеру, iMAX B6. На таких устройствах вы просто выбираете тип батареи, выставляете ток, напряжение, время и запускаете процесс.

Если вы используете ЗУ для какого-то конкретного типа батарей, то здесь следует отметить такой момент. Зарядные устройства, предназначенные для Ni─MH щелочных аккумуляторов, подойдут для Ni─Cd. Но, не наоборот.

Общие требования к зарядному устройству для щелочных аккумуляторов:

• Универсальное ЗУ должно иметь возможность выбора тока зарядки для различных типов батарей. В дешёвых устройствах подобная возможность отсутствует. В них ток устанавливается в зависимости от установленного в них типоразмера (АА, ААА);
• В универсальном зарядном устройстве должны быть разные посадочные места под разный типоразмер батарей. Если этого нет, то должен быть переключатель между разными форм-факторами;
• Важно наличие в зарядном устройстве как можно большего числа методов контроля окончания зарядки. Особенно это актуально для Ni-MH аккумуляторов. В идеале контроль должен вестись по дельте напряжения, температуре и скорости её изменения, а также по общему времени процесса, необходимому для полной зарядки (рассчитывается из тока зарядки и номинальной ёмкости щелочной батареи);
• ЗУ должно иметь функцию определения наличия аккумулятора;
• Хорошо, если зарядное устройство для щелочных аккумуляторов будет иметь возможность определения первичных источников тока форм-фактора АА и ААА. Это убережёт от проблем, если вы спутаете аккумуляторы с обычными батарейками.

Как зарядить щелочной аккумулятор?

Стандартные режимы зарядки, рекомендованные производителями аккумуляторов

Заряд Ni─Cd аккумуляторов в стандартном варианте ведётся током 0,1*С в течение 14─16 часов. В этом случае «С» — это номинальная ёмкость батареи. Заряжать аккумуляторы можно при температурах в интервале 0─50 градусов Цельсия. Рекомендуемый интервал температур 10─40 С, когда заряд протекает особенно эффективно. Чем температура окружающей среды ниже, тем при более высоком напряжении проходит процесс в конце зарядки (ориентировочно около 1,7 вольта). Если температура ОС ниже 0 градусов аккумуляторные батареи должны заряжаться токами примерно 0,02 С.

Существуют серии щелочных аккумуляторов, которые разработаны для быстрой зарядки. Для них могут устанавливаться большие токи заряда. При этом они разогреваются на первоначальном этапе, улучшая условия заряда. Режим ускоренного заряда, называемый гальваностатическим, стал использоваться после некоторых модификаций аккумуляторных батарей.

В результате доработок появились аккумуляторы с плотными рулонными электродами небольшой толщины. Кроме того, были разработаны методы контроля процесса при ведении зарядки на большой скорости. На базе этого были разработаны и выпущены всевозможные электронные зарядные устройства, позволяющие вести процесс ускоренной зарядки под полным контролем.

Так, что сейчас львиная доля щелочных аккумуляторов, продаваемых на рынке, позволяет вести ускоренный зарядку. В большинстве случаев ток составляет 0,3 С. Контроль ведётся, в том числе, по времени (до 4 часов). При ускоренной зарядке контроль окончания процесса и снижение перезаряда выходят на первый план.

Это обусловлено тем, что быстрый заряд приводит к быстрому увеличению давления в батарее при окончании процесса. Это обусловлено тем, что при постоянном поглощении кислорода на отрицательном электроде, скорость его образования на положительном возрастает. Что касается разрядной ёмкости батарей при быстрой зарядке, то она остаётся аналогичной при заряде током 0,1*С. Подробнее о зарядке Ni─Cd аккумуляторов можно прочитать в статье по указанной ссылке.

В принципе, современные щелочные аккумуляторы с рулонным типом электродом могут быть заряжены за один час. Но при этом в зарядном устройстве должны быть предусмотрены различные методы контроля. Ускоренная зарядка разрешена при температуре 5─50 С, а рекомендованные значения 10─40 С.

Следует сказать, что большинство современных щелочных аккумуляторов могут выдержать перезаряд стандартным током без выхода из строя (ток не более 0,1*С). Так, что их можно ставить на зарядку даже если в них есть остаточная ёмкость. Однако такая зарядка в постоянном режиме сокращают их срок эксплуатации.

Так, что если вы не уверены в полной разрядке щелочного аккумулятора, то перед установкой его на заряд, нужно провести разрядку до напряжения 1 вольт (речь идёт об одном элементе). Процесс несколько удлиняется, но такая методика способствует сохранению аккумуляторных батарей. Подробнее о том, как заряжать Ni-MH аккумуляторы, читайте в материале по ссылке.

У некоторых аккумуляторных батарей имеется индикатор, показывающий данные о степени заряда. Эти данные основываются на напряжении либо на балансе разрядной и зарядной ёмкости. Точность вычислений в этих случаях небольшая и индикатор редко показывает реальную степень заряженности. Об индикаторе заряда аккумулятора для автомобиля можно прочитать по ссылке. Он имеет другой принцип действия, нежели у щелочных АКБ.

Точность степени заряда по напряжению щелочных аккумуляторов определить достаточно сложно до того момента, пока они не выберут 80─90 процентов ёмкости. А до этого момент напряжение меняется мало. Кроме того, на уровень напряжения может оказывать воздействие температурные условия, меняющиеся в процессе циклирования батареи.
При контроле степени заряда по балансу ёмкостей следует понимать, что их оценка довольно проста, но значение коэффициента отдачи может меняться в широких пределах. Коэффициент зависит от температуры ОС, нагрузочного тока, от возраста аккумулятора.

Есть и другой подход к зарядке щелочных аккумуляторов. Когда неизвестна остаточная ёмкость, то аккумуляторной батарее отдают энергии ровно столько, сколько потребуется для полной зарядки аккумулятора. При этом не берётся в расчёт степень деградации аккумулятора. Здесь проблема в том, что как точно оценить состояние аккумулятора, и сколько ему нужно сообщить энергии для полной зарядки.

При заряде герметичных щелочных аккумуляторов должны контролироваться следующие параметры:

• напряжение;
• температура;
• внутреннее давление.

На графиках ниже можно видеть изменения всех этих параметров в процессе зарядки герметичной никель─кадмиевой аккумуляторной батареи.

Изменение напряжения при заряде щелочного аккумулятора

Даже при эксплуатации в нормальных условиях автомобильная батарея может утрачивать заряд. В таком случае возникает вопрос, как зарядить щелочной аккумулятор в домашних условиях. Для этого существуют специальные устройства, подающие ток на выводы АКБ. При зарядке соблюдают ряд правил, делающих процесс эффективным и безопасным.

Характеристики щелочных аккумуляторных батарей

Щелочной аккумулятор можно зарядить самостоятельно.

Рассматриваемые источники питания отличаются следующими характеристиками:

1. Компактные размеры. Это позволяет уменьшить массу изделия.
2. Средний срок службы. При правильном использовании АКБ выходит из строя через 3 года. Эксплуатация в экстремальных условиях снижает этот показатель до полутора-двух лет.
3. Чувствительность к низким температурам. Если этот показатель составляет -15°С и ниже, емкость АКБ начинает уменьшаться на 0,4% на каждый градус.
4. Низкий КПД. Чаще всего этот параметр составляет 50-55%.
5. Возможность приема разных напряжений при зарядке. Подача 1-1,75 Вольт позволяет восстановить номинальную мощность без перегрева корпуса.

Процесс зарядки щелочного аккумулятора

Щелочные элементы питания с напряжением 12В заряжают как стандартными, так и альтернативными методами.

Стандартные режимы, рекомендованные производителями

Процесс в таком случае занимает не менее 12 часов. Аккумулятор заряжают в сухом отапливаемом помещении. Клеммы зарядного устройства подключают к токовыводам, после чего регулируют силу тока и напряжение. Допустимые параметры указываются на корпусе АКБ. Некоторые модели батарей поддерживают режимы ускоренной зарядки.

На первом этапе подают ток мощностью до 5 *С (С-номинальная емкость источника питания). Электролит прогревается, из-за чего процесс набора заряда ускоряется.

При быстрой зарядке нужно непрерывно отслеживать состояние аккумулятора. Ток высокой силы может перезарядить изделие и вывести его из строя.

Контроль осуществляют такими способами:

1. С помощью светодиодов.
   На корпусах некоторых аккумуляторов расположены индикаторы, меняющие цвет в зависимости от уровня заряда. Второй светодиод отражает уровень напряжения. Такой способ контроля не является точным, т. к. индикаторы не всегда правильно реагируют на изменение параметров АКБ.
2. Измерение напряжения.
   Этот параметр оценивают при наборе 80% заряда. До этого напряжение увеличивается медленно. Результат измерений может меняться в зависимости от температуры воздуха.
3. Измерение баланса емкости.
   Вычислить показатель несложно. Трудности возникают при оценке коэффициента отдачи, который меняется в зависимости от силы выдаваемого ЗУ тока, состояния батареи и условий окружающей среды.

Назначение и условия эксплуатации аккумуляторных батарей.

Замерить первоначальный уровень заряда получается не всегда. В таком случае время зарядки рассчитывают, беря за точку отсчета нулевой показатель.

Срок службы источника питания не учитывают. Если аккумулятор необслуживаемый, при зарядке измеряют давление электролита, напряжение на клеммах и температуру корпуса. Эти показатели во многом зависят от уровня заряда.

Компенсационный заряд

Существует 2 варианта компенсационной зарядки:

1. Подача тока малой силы.
   На первом этапе выполняется стандартная зарядка. Через 10 часов силу снижают до 0,05 *С. Так батарея медленно заряжается, что препятствует саморазряду. Способ используется при отправке изделия на кратковременное хранение. Не рекомендуется пребывание элемента питания в таком состоянии более недели. Это негативно отражается на емкости АКБ. Правило не относится к никель-кадмиевым элементам.
2. Резкое снижение силы тока.
   В течение первых 10 минут пускают 1 *С. По истечении этого времени параметр снижают в 10 раз. Зарядку продолжают в течение часа. Это помогает очистить пластины от сульфатного налета, насытить электролит кислородом и предотвратить миграцию кадмия. Не рекомендуется заряжать батарею этим методом в домашних условиях.

Нестационарные способы

В эту категорию входят методы, подразумевающие использование электроэнергии, параметры которой отличаются от заявленных в инструкции к АКБ. Подача переменного тока препятствует сульфатации пластин. В перерывах между импульсами наблюдается интенсивная выработка кислорода, ускоряющая процесс зарядки.

Характеристики электрической энергии остаются постоянными или меняются по мере набора заряда. Недостатком способа является невозможность применения для зарядки некоторых аккумуляторов, например AGM или гелевых.

Правила правильного хранения аккумулятора

При длительном хранении некоторые аккумуляторы утрачивают часть емкости, что отрицательно сказывается на рабочих характеристиках. Отправляя новое изделие на хранение, учитывают рекомендации, указанные в руководстве пользователя.

При прекращении применения уже установленной в автомобиль батареи выполняют такие рекомендации:

1. Перед отправкой на хранение корпус освобождают от электролита, ввинчивают пробки. Внешние поверхности очищают от загрязнений, обезжиривают, лакируют. Устройство предварительно разряжают до 1 В. На кратковременное хранение отправляют АКБ, утратившие половину заряда.
2. Аккумуляторы разных типов не размещают слишком близко друг от друга. Это может способствовать снижению емкости изделий.
3. Учитывают рекомендованные сроки хранения. Для никелевых батарей этот показатель составляет 5 лет. Если АКБ хранится не в помещении, значение уменьшается в 10 раз.
4. Исключают влияние низких температур и солнечных лучей. Корпус осматривают не реже раза в месяц. Появляющиеся загрязнения устраняют.

Как правильно заменить электролит в щелочном АКБ

После каждого сотого цикла разряда-заряда рекомендуется заменять щелочной наполнитель. Перед началом работы нужно разрядить элемент питания до 1 В.

Жидкое содержимое удаляют, переворачивая корпус. Емкости промывают щелочным раствором или очищенной водой.

Электролит для щелочного аккумулятора.

Заправленную новым электролитом батарею устанавливают в автомобиль не сразу. После трехчасовой пропитки нужно проверить уровень и плотность электролита. Лишенный наполнителя аккумулятор нельзя хранить со снятыми пробками.

Чтобы узнать, как зарядить щелочной аккумулятор в домашних условиях, нужно изучить особенности таких устройств. Элемент питания содержит электролит — водный раствор гидроксида натрия или калия. Процесс заряда сопровождается рядом химических реакций.

Характеристики щелочных аккумуляторных батарей

Аккумуляторы с щелочным электролитом имеют такие характеристики:

1. Длительный срок работы. При правильном обслуживании батарея нормально функционирует в течение двух-трех лет.
2. Небольшие размеры и вес.
3. Возможность работы при отрицательных температурах. В морозную погоду емкость аккумулятора начинает снижаться на 0,5%. Свинцово-кислотные АКБ отличаются меньшим показателем.
4. Малый коэффициент полезного действия. В большинстве случаев этот параметр не превышает 55%. Кислотные элементы питания имеют КПД 80%.
5. Широкий диапазон напряжения зарядных элементов — 1-1,75 Вольт. Для поддержания работы батареи 12В требуется использование дополнительных устройств. Подзарядка стабилизирует рабочие показатели.

Процесс зарядки щелочного аккумулятора

Существует несколько вариантов восстановления заряда аккумулятора.

Стандартные режимы, рекомендованные производителями

Стандартная зарядка длится 12-16 часов. Заряжать аккумуляторы рекомендуется при положительной температуре воздуха. Существуют батареи, поддерживающие возможность быстрой зарядки. Начинают процесс с подачи тока высокой мощности. АКБ разогревается, что ускоряет восстановление заряда. В таком случае требуется постоянный контроль. Использование ускоренного режима повышает вероятность перезаряда.

Существует несколько способов контроля:

1. Наблюдение за индикаторами. Некоторые изделия снабжаются световыми элементами, отражающими степень заряда. Работа индикаторов основывается на измерении напряжения. Точность информации невысокая, поэтому световой элемент редко отражает фактическую степень заряда.
2. По напряжению. Проводить измерения можно только после набора 80-90% емкости. До этого напряжение изменяется незначительно. На точность показаний могут влиять условия окружающей среды.
3. По балансу емкостей. Оценка параметра проста, однако коэффициент отдачи может лежать в широком диапазоне. Показатель зависит от температуры воздуха, подаваемого тока и срока эксплуатации аккумулятора.

Если замерить остаточную емкость невозможно, батарее отдают количество энергии, требуемое для полной зарядки. Степень деградации аккумулятора не учитывают. Проблема заключается в оценке состояния АКБ и нужного времени заряда.

Компенсационный заряд

После ускоренной зарядки переходят к подаче тока 0,03-0,05 *С, где С — емкость батареи. Так происходит безопасная дозарядка, компенсирующая саморазряд. Подобное требуется, если АКБ отправляется на хранение. Специалисты не рекомендуют долго держать аккумуляторы в таком состоянии. Это снижает срок службы изделия. Никель-кадмиевые источники питания могут находиться в режиме длительной дозарядки.

Иногда используется другой вариант применения компенсационного заряда. Для этого в течение 5-6 минут подают ток силой 1 *С. На протяжении часа пропускают 0,1 *С. Такая методика помогает увеличить дендриты, снизить насыщенность кислородом и предотвратить перемещение кадмия. В домашних условиях реализовать этот метод сложно.

Нестационарные способы

Для восстановления функций щелочных источников питания применяются методы, отличающиеся от рекомендованных производителями. К ним можно отнести использование импульсного способа. Переменный ток влияет на образование осадка и некоторые другие процессы.

Интервалы между импульсами снижают выработку кислорода. Это позволяет увеличить силу заряда и уменьшить длительность процедуры. Частоту и амплитуду импульсов делают постоянной или меняют по мере повышения степени заряда.

Метод имеет и недостатки. Нестационарным способом можно заряжать не все элементы питания. Эффективность процедуры определяется типом протекающих химических реакций и строением аккумуляторов. Необслуживаемые АКБ с рулонными электродами подвергать импульсной зарядке не рекомендуется.

Правила правильного хранения аккумулятора

Существуют изделия, предназначенные для длительного или кратковременного хранения. При приобретении элемента питания проверяют плотность прилегания заглушек и состояние вентильной резины.

При отправке на хранение ранее использовавшихся батарей соблюдают такие правила:

1. Устройство разряжают до 1 В. После этого полностью удаляют электролит, завинчивают фиксаторы и очищают корпус. Если лаковое покрытие отсутствует, его наносят самостоятельно. При необходимости кратковременного хранения АКБ разряжают наполовину.
2. Аккумулятор регулярно осматривают. Появляющиеся на корпусе следы электролита удаляют.
3. Щелочные изделия не хранят вместе с кислотными. Это приводит к ухудшению рабочих параметров батарей.
4. Никелевые АКБ хранят до пяти лет. Устройство должно быть освобождено от электролита. Хранить элемент питания на улице можно не более полугода. Нужно исключить воздействие осадков и ультрафиолетового излучения.

Как правильно заменить электролит в щелочном акб

Электролит рекомендуется заменять после 100-150 циклов зарядки. Для этого аккумулятор разряжают до 1 В. Старый электролит сливают, периодически встряхивая корпус. После этого банки тщательно промывают раствором щелочи или дистиллированной водой. После очищения заправляют новый электролит. Батарею выдерживают в спокойном состоянии. После двухчасовой пропитки проверяют уровень наполнителя. Во избежание коррозии аккумулятор не оставляют сухим.