Никель-кадмиевые аккумуляторы

Основное преимущество никель-кадмиевых элементов по сравнению со свинцово-кислотными (хотя первые дороже вторых) заключа­ется в том, что они почти не выделяют газа и отличаются простотой в обслуживании. При этом у них очень низкое внутреннее сопротив­ление и они способны отдавать большой ток в относительно короткие промежутки време­ни — практически так же, как и свинцово-кис­лотные. NiCd-аккумуляторы переносят даже короткие замыкания. Кроме того, эти устрой­ства могут выдерживать длительные нагруз­ки, причем их функциональные свойства мало изменяются при понижении температуры.

В настоящий момент NiCd-аккумуляторы, даже несмотря на то, что при той же массе и габаритах они уступают по емкости своим кон­курентам, по-прежнему остаются наиболее по­пулярными для питания целого ряда портатив­ных устройств, особенно таких, где требуется высокая отдача. Поэтому до сих пор около по­ловины выпускаемых аккумуляторов для пере­носного оборудования именно никель-кадми­евые. Появление новых технологий электрохи­мических аккумуляторов сначала привело к резкому уменьшению использования NiCd-аккумуляторов, однако позже, по мере выявле­ния недостатков новых типов, интерес к NiCd-аккумуляторам снова возрос. Так, в тех устройствах, где применяются электро­двигатели и потребляются доволь­но большие токи, NiCd-батареям трудно найти замену. Однако мак­симальная емкость потребительс­ких NiCd-аккумуляторов до сих пор не превышает 2400 мА-ч. Ти­повые разрядные токи, на которых используются подобные аккуму­ляторы, —20-40 А.

Впрочем, в 1999 году фирма Раnasonic представила несколько моделей NiМН-аккумуляторов в потребительских формфакторах емкостью 3000 мА·ч, которые мо­гут отдавать токи до 30 А, чего хватает для большинства прежних применений NiCd-аккумуляторов. Но если речь идет о токах до 70 А, то NiCd-батареи и сегодня вне конкуренции.

Из преимуществ NiCd-аккумуляторов над аккумуляторами других. типов можно назвать следующие:

работоспособность в широком интервале рабочих токов заря­да, разряда и температур окружающей среды (допустимый ток разряда составляет 0,2-2 Сн, диапазон рабочих тем­ператур — от -40° до +50 °С);

высокая нагрузочная способ­ность даже при низких темпе­ратурах (NiCd-аккумулятор при низких температурах можно даже перезаряжать); возможность быстрой и про­стой зарядки в любом режиме (NiCd-аккумуляторы нетребо­вательны к типу зарядного ус­тройства);

большое количество циклов заряда-разряда (при правиль­ном обслуживании NiCd-аккумулятор выдерживает свыше 1000 циклов);

возможность восстановления после понижения емкости или длительного хранения;

пожаро- и взрывобезопасность, устойчивость к механи­ческим нагрузкам;

низкая цена, длительный срок службы и широкая доступ­ность в любом ассортименте потребительских формфакторов.

Рис. 6-4

Для зарядки NiCd-аккумуляторов быстрый режим предпочтительнее медленного, а им­пульсный заряд — заряда постоянным током. К тому же для восстановления никель-кадми­евых аккумуляторов можно применять так на­зываемый реверсивный заряд, когда импуль­сы разряда чередуются с импульсами заряда. Реверсивный заряд даже ускоряет процесс, поскольку помогает рекомбинации газов, вы­деляющихся во время заряда: дополнитель­ные исследования показали, что реверсивный заряд добавляет около 15% к сроку службы NiCd-аккумулятора. С целью увеличения отда­чи этих аккумуляторов некоторые пользовате­ли исхитрились практиковать быструю заряд­ку с дозарядкой слабыми токами, что приво­дит к более полной зарядке батарей.

Однако наряду с положительными свой­ствами данные элементы имеют серьезные недостатки. До недавнего времени у NiCd-аккумуляторов наблюдался неприятный эф­фект, получивший название «эффект памя­ти». Объясняется он следующим образом: в процессе циклической эксплуатации источника меняется структура поверхности электро­дов, а в сепараторе аккумулятора образуют­ся химические соединения, мешающие его дальнейшей разрядке малыми токами. Источ­ник как бы «запоминает» свое состояние не­полного разряда. Чтобы избежать данного эффекта, необходимо после того, как NiCd-батарея отработала, обязательно ее разря­дить. Если этого не делать, то NiCd-аккумулятор постепенно теряет эффективность, то есть его емкость постепенно уменьшается — он очень быстро заряжается, но так же быс­тро разряжается, имея при этом пониженное напряжение на выходе. Вдобавок возможно и небольшое увеличение внутреннего сопро­тивления.

Хранить NiCd-батареи необходимо в разря­женном состоянии. Если ваше зарядное уст­ройство не имеет встроенного разрядника, то можно воспользоваться лампочкой накалива­ния с номинальным напряжением и с допус­тимым током 3-20 А. Лампу необходимо от­ключать только тогда, когда спираль будет еле-еле тлеть (кстати, глубокая разрядка не означает, что аккумулятор следует посадить «в ноль»). NiCd-батареи — это фактически единственный тип аккумуляторов, который лучше выполняет свои функции в случае, если периодически подвергается полному разряду. Все остальные разновидности элек­трохимических аккумуляторов предпочитают неглубокий разряд. Впрочем, если выполнять процедуру полного разряда слишком часто, то и NiCd-аккумуляторы неизбежно изнаши­ваются.

Очевидные недостатки NiCd-батарей — не­обходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), высокий само­разряд (до 10% в течение первых суток после зарядки) и большие габариты при той же ем­кости по сравнению с-аккумуляторами других типов. Хотя в некоторых новых типах NiCd-элементов удалось добиться высокой емкос­ти, близкой к емкости NiMH-батарей, но акку­муляторы высокой емкости не могут обеспе­чивать такой большой ток нагрузки, как стан­дартные NiCd-аккумуляторы, а следовательно, лишаются одного из своих главных преиму­ществ. Кроме того, они в этом случае имеют несколько меньшее количество циклов заря­да-разряда, но оно все равно больше, чем у NiМН-аккумуляторов.

Кроме того, следует особо отметить важ­ность правильной утилизации отработавших NiCd-элементов. Дело в том, что кадмий, со­держащийся в NiCd-аккумуляторах, по токсич­ности не уступает ртути. Поэтому во всех ци­вилизованных странах имеются пункты при­ема таких батарей, а стоимость переработки сразу включается в цену аккумуляторов. Более того, во многих странах запрещено использо­вать такие NiCd-элементы, которые не включены в общую программу утилизации, то есть на которых отсутствует специальная марки­ровка.

Дата добавления: 2014-01-07