Зарядка ni mh аккумуляторов – как заряжать, зарядное устройство и параметры

Содержание

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАРЯДКЕ/РАЗРЯДКЕ NI-MH АККУМУЛЯТОРОВ — Все об аккумуляторах — Каталог файлов

  1. Не перегревать!
  2. Не перезаряжать!
  3. 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!

емкость 2100 mAh — ток 200 миллиампер =10,5 часов

А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:

  1. Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
  2. 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.
  3. 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.
  4. После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (~20o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5oC или выше 50oC может значительно отразиться на сроке службы батареи.
  5. 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.
  6. 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 элементовТипоразмерСтандартный режим зарядкиПиковый ток зарядаМаксимальный ток разряда
2000 мА/чAA200 мА ~ 10 часов2000 мА10.0А
2100 мА/чAA200 мА ~ 10-11 часов2000 мА15.0А
2500 мА/чAA250 мА ~ 10-11 часов2500 мА20.0А
2750 мА/чAA250 мА ~ 10-12 часов2000 мА10.0А
800 мА/чAAA100 мА ~ 8-9 часов800 мА5.0 A
1000 мА/чAAA100 мА ~ 10-12 часов1000 мА5.0 A
160 мА/ч1/3 AAA16 мА ~ 14-16 часов160 мА480 мА
400 мА/ч2/3 AAA50 мА ~ 7-8 часов400 мА1200 мА
250 мА/ч1/3 AA25 мА ~ 14-16 часов250 мА750 мА
700 мА/ч2/3 AA100 мА ~ 7-8 часов500 мА1.0 A
850 мА/чFLAT100 мА ~ 10-11 часов500 мА3.0 A
1100 мА/ч2/3 A100 мА ~ 12-13 часов500 мА3.0 A
1200 мА/ч2/3 A100 мА ~ 13-14 часов500 мА3.0 A
1300 мА/ч2/3 A100 мА ~ 13-14 часов500 мА3.0 A
1500 мА/ч2/3 A100 мА ~ 16-17 часов1.0 A30.0 A
2150 мА/ч4/5 A150 мА ~ 14-16 часов1.5 A10.0 A
2700 мА/чA100 мА ~ 26-27 часов1.5 A10.0 A
4200 мА/чSub C420 мА ~ 11-13 часов3.0 A35.0 A
4500 мА/чSub C450 мА ~ 11-13 часов3.0 A35.0 A
4000 мА/ч4/3 A500 мА ~ 9-10 часов2.0 A10.0 A
5000 мА/чC500 мА ~ 11-12 часов3.0 A20.0 A
10000 мА/чD600 мА ~ 14-16 часов3.0 A20.0 A

 

Данные в таблице актуальны для полностью разряженных аккумуляторов

www.xn--80affsqimkl5h.xn--p1ai

Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Портативный мир В настоящее время для питания портативной аппаратуры используется несколько видов аккумуляторов: никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li+), литий-полимерные (Li-Polymer). В последнее время все большее распространение получают Li+ аккумуляторы. Причин этому несколько: они имеют большую удельную емкость, низкий саморазряд, способны отдавать большие токи при разряде. Li-Polymer аккумуляторы обладают еще одним преимуществом: технологически их можно изготовить любой формы, аккумулятор может быть сверхплоским, толщиной всего несколько миллиметров, и даже иметь сложную форму, заполняя собой все свободное пространство внутри устройства. К сожалению, Li+ аккумуляторы, производимые разными фирмами (и даже одной фирмой, но для разных моделей устройства) имеют разные размеры и несовместимы между собой. Теряется такое важное качество, как взаимозаменяемость. С одной стороны, это позволяет создавать более компактные устройства , разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая. Но в то же время это вызывает ряд неудобств. Если, например, требуется второй аккумулятор для того или иного устройства, возникают определенные проблемы: нужно найти точно такой же аккумулятор той же фирмы, причем стоимость его будет довольно высокой, поскольку нет предложений от конкурентов. То же касается и зарядных устройств: для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое «фирменное» зарядное устройство. Потребители хотят иметь выбор и часто голосуют кошельком против такого подхода, покупая устройства, работающие на стандартных аккумуляторах размера AA или AAA. Такие аккумуляторы намного дешевле, широко представлены на рынке, а в экстренных случаях могут быть заменены щелочными батарейками, которые имеют такой же форм-фактор. Как недостаток можно назвать их несколько меньшую удельную емкость и несколько меньшую компактность устройств, использующих такие аккумуляторы. Но есть и важное преимущество: если во всех устройствах используются аккумуляторы форм-фактора AA или AAA, достаточно одного зарядного устройства.

Стандартные аккумуляторы

Если вести речь об аккумуляторах форм-фактора AA или AAA, то есть смысл говорить только о NiMH аккумуляторах. Применявшиеся ранее NiCd аккумуляторы встречаются все реже, тем более, зарядное устройство, спроектированное для работы с NiMH аккумуляторами, будет нормально работать и с NiCd аккумуляторами (но обратное не верно). По сравнению с NiCd аккумуляторами NiMH аккумуляторы имеют на 30…40% большую удельную емкость, меньше страдают эффектом «памяти », не содержат опасного для окружающей среды кадмия. Однако у NiMH аккумуляторов есть и недостатки: они дороже (хотя разница в стоимости постепенно стирается), имеют меньшее количество циклов заряд- разряда (характеристики начинают ухудшаться уже после 200…300 циклов), имеют более высокое внутреннее сопротивление, больший примерно в полтора раза саморазряд. Даже несмотря на то, что при разряде они могут отдавать значительные токи, разряд током сверх допустимого ведет к уменьшению количества циклов, поэтому желательно при разряде не превышать ток 0.5C. Там, где требуются большие разрядные токи, до сих пор используются NiCd акумуляторы. Однако технология NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется и уже сегодня ведущие производители этих аккумуляторов заявляют, что современные модели NiMH аккумуляторов полностью свободны от эффекта «памяти» и допускают 500…1000 циклов заряд-разряда.

 

Способы зарядки аккумулятора

В процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования. Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования, другая часть превращается в тепло. Можно ввести понятие «КПД процесса зарядки аккумулятора». Это та часть энергии, поступающей от зарядного устройства, которая запасается в аккумуляторе. Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше, при других – ниже. Тем не менее, КПД может быть довольно высоким, что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора. Химические реакции, которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке , являются экзотермическими, в отличие от NiCd аккумуляторов, где они эндотермические. Это означает, что КПД зарядки NiMH аккумуляторов ниже, и они более горячие в процессе зарядки. Это требует более тщательного контроля процесса зарядки.

Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядки обычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора. Это не совсем корректно с точки зрения размерностей физических величин, но принято считать, что ток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА/ч равен 2500 мА. По скорости различают несколько видов зарядки : капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет, они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки. Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки: капельная и быстрая. К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током , большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то, что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс, пользуясь какими-то критериями. При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать, а аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго.

Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению, капельная зарядка не способствует долгой жизни аккумуляторов. Дело в том, что при капельной зарядке зарядный ток не отключают даже после того, как аккумулятор полностью зарядился. Именно поэтому ток выбирается малым. Считается, что даже если вся энергия, сообщаемая аккумулятору, будет превращаться в тепло, при столь малом токе он не сможет существенно нагреться. Для NiMH аккумуляторов, которые значительно хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd, ток капельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкости значение тока капельной зарядки больше. Это означает, что в зарядном устройстве, предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости, аккумуляторы малой емкости будут сильно нагреваться, что сокращает срок их службы. Снижение тока капельной зарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного. Аккумулятор большой емкости, установленный в зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, может вообще никогда не достичь своего полного заряда, так как с процессом заряда будет конкурировать саморазряд. Долго находясь в таких условиях, аккумуляторы начинают деградировать, теряя емкость.

При всем желании, надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно. На низких зарядных токах профиль напряжения плоский , практически нет характерного максимума в конце зарядки. Температура также растет плавно. Единственным методом является ограничение процесса зарядки по времени. Однако при этом нужно знать не только точную емкость аккумулятора (которая зависит от возраста и состояния аккумулятора ), но и величину его начального заряда. Исключить влияние начального заряда можно только одним способом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой. А это еще больше удлиняет процесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора, которая определяется количеством циклов заряд-разряда. Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядки является низкий КПД этого процесса. Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, более того, КПД зависит от многих факторов, в том числе от температуры и состояния аккумулятора. Единственным преимуществом капельной зарядки является простота реализации (без контроля конца зарядки). В то же время производители NiMH аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой. И только в самое последнее время производители аккумуляторов специально отмечают, что современные NiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки.

 Быстрая зарядка

Большинство производителей NiMH аккумуляторов приводят характеристики своих аккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретить рекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открывания вентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышенной температуры окружающей среды. «Умное» зарядное устройство должно оценить условия и принять решение о допустимости быстрого заряда. Считается, что быстрый заряд можно использовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе 0.8…1.8 В. КПД процесса быстрой зарядки очень высок (порядка 90%), поэтому аккумулятор нагревается слабо. Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать его повреждение. И хотя для современных аккумуляторов взрыва, скорее всего, не последует, просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора будет безвозвратно утрачена. Это точно не пойдет на пользу аккумулятору, не говоря уже об изменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры. Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить. К счастью, в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии, по которым зарядное устройство может это сделать.

Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз:

1. Определение наличия аккумулятора.

2.  Квалификация аккумулятора (qualification).

3. Пред-зарядка (pre-charge).

4. Переход к быстрой зарядке (ramp).

5. Быстрая зарядка (fast charge).

6. Дозарядка (top-off charge).

7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).

Фаза определения наличия аккумулятора

В этой фазе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1C. Если при этом напряжение оказывается выше 1.8 В, это значит, что аккумулятор отсутствует или поврежден. В любом случае зарядка начинаться не должна. Как только будет обнаружено меньшее напряжение, делается вывод, что аккумулятор подключен и можно начинать зарядку.

Во всех других фазах зарядки на фоне основных действий должна производится проверка наличия аккумулятора. Эта необходимость связана с тем , что аккумулятор в любой момент может быть вынут из зарядного устройства. При этом из любой фазы зарядное устройство должно перейти на первую фазу – определение наличия аккумулятора.

Фаза квалификации аккумулятора

Зарядка начинается с фазы квалификации аккумулятора. Эта фаза нужна для грубой оценки начального заряда аккумулятора. Если напряжение на аккумуляторе меньше 0.8 В, то быструю зарядку производить нельзя. В этом случае требуется дополнительная фаза предзарядки. Если же напряжение больше этой величины, то фаза пред-зарядки пропускается. На практике аккумуляторы никогда не разряжают ниже 1.0 В. Поэтому фаза пред-зарядки реально никогда не используется, разве что при зарядке глубоко разряженных или долго не бывших в употреблении аккумуляторов.

 Фаза предзарядки

Эта фаза предназначена для начальной зарядки глубоко разряженных аккумуляторов. Значение тока пред -зарядки выбирается в пределах 0.1…0.3C. Фаза пред-зарядки должна быть ограничена во времени (например, 30 мин). Более длительная пред -зарядка смысла не имеет, так как у исправного аккумулятора напряжение должно довольно быстро достигнуть порогового значения 0.8 В. Если же напряжение не растет, значит аккумулятор поврежден и процесс зарядки нужно прервать с индикацией ошибки.

Во всех длительных фазах зарядки необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Для NiMH аккумуляторов максимально допустимой во время зарядки считают температуру 50°C. Как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза перехода к быстрой зарядке

Если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В, то можно начинать быструю зарядку. Сразу включать большой зарядный ток не рекомендуется. Ток нужно плавно повышать в течение 2…4 мин, пока он не достигнет заданного тока быстрой зарядки.

В этой фазе необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза быстрой зарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.5…1.0C. Основной проблемой при быстрой зарядке является точное определение момента окончания зарядки. Если фазу быстрой зарядки вовремя не прекратить, аккумулятор будет разрушен. Поэтому весьма желательно, чтобы для определения окончания быстрой зарядки использовалось сразу несколько независимых критериев.

Для NiCd аккумуляторов обычно применялся так называемый –dV метод. В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе растет, но в самом конце зарядки оно начинает падать. Для NiCd аккумуляторов критерием окончания зарядки являлось снижение напряжения примерно на 30 мВ (на каждый аккумулятор). –dV – это самый быстрый метод, он хорошо работает даже с частично заряженными аккумуляторами. Если, например, установить на зарядку полностью заряженный аккумулятор, то напряжение на нем начнет быстро расти, затем довольно резко падать. Это вызовет окончание зарядки.

Для NiMH аккумуляторов этот метод работает не столь хорошо, потому что падение напряжения для них менее выражено. При токах зарядки менее 0.5C максимум напряжения вообще может отсутствовать, поэтому зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, не всегда может определить конец зарядки аккумуляторов большой емкости. При повышенных температурах максимум напряжения также несколько смазывается. Слабое падение напряжения в конце зарядки вынуждает повышать чувствительность, что может привести к досрочному завершению быстрой зарядки из-за помех. Помехи генерируются как самим зарядным устройством, так и проникают из питающей сети. По этой причине не рекомендуется заряжать аккумуляторы в автомобиле, так как бортовая сеть обычно имеет очень высокий уровень помех. Сам аккумулятор тоже является источником шумов. Поэтому при измерении напряжения нужно применять фильтрацию. Надежность метода –dV уменьшается при зарядке батарей последовательно соединенных аккумуляторов, если отдельные аккумуляторы в батарее различаются по степени заряда. При этом пик напряжения для разных аккумуляторов батареи наступает в разные моменты времени, и профиль напряжения смазывается.

 Иногда для NiMH аккумуляторов вместо метода –dV используют метод dV=0, когда вместо падения напряжения детектируют плато на профиле напряжения. Критерием конца зарядки в этом случае служит постоянство напряжения на аккумуляторе в течение, например, 10 минут. Метод dV=0 можно рассматривать как вариант метода –dV с установленным нулевым порогом изменения напряжения.

Несмотря на все трудности определения конца зарядки методом –dV, именно этот метод большинством производителей NiMH аккумуляторов называется как основной при быстрой зарядке. Типичным значением для изменения напряжения в конце зарядки током 1C является –2.5…–12 мВ на один аккумулятор.

Сразу после включения большого зарядного тока напряжение на аккумуляторе может испытывать флуктуации, которые могут быть неверно восприняты как падение напряжения в конце зарядки. Для предотвращения ложного прекращения быстрой зарядки первые 3…10 мин (hold off time) после включения зарядного тока контроль –dV должен быть выключен.

Одновременно с падением напряжения в конце зарядки начинает расти температура и давление внутри аккумулятора. Поэтому конец зарядки можно определить по возрастанию температуры. Устанавливать абсолютный порог температуры для определения момента окончания зарядки не рекомендуется, так как сильное влияние на точность будет оказывать температура окружающей среды. Поэтому чаще используют не саму температуру, а скорость ее изменения dT/dt. Считается, что при зарядном токе 1C процесс зарядки нужно завершать, когда скорость роста температуры dT/dt достигнет 1°C/мин. Нужно отметить, что при токах зарядки менее 0.5C скорость роста температуры почти не меняется и этот критерий использовать нельзя. Ввиду тепловой инерции метод dT/dt склонен вызывать некоторый перезаряд аккумулятора.

Как метод dT/dt, так и метод –dV вызывают некоторый перезаряд аккумулятора, что ведет к снижению срок его службы. Для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора, завершение заряда лучше проводить малым током при низкой температуре аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов заметно падает. Поэтому фазу быстрой зарядки желательно завершать чуть раньше. Существует так называемый inflexion метод определения окончания быстрой зарядки [3]. Суть этого метода заключается в том, что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе, а максимум производной напряжения по времени. Т.е. быстрая зарядка прекратится в тот момент, когда скорость роста напряжения будет максимальной. Это позволяет завершить фазу быстрой зарядке раньше, когда температура аккумулятора еще не успела значительно подняться. Однако этот метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений (вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения).

Некоторые зарядные устройства используют не постоянный зарядный ток, а импульсный [4]. Импульсы тока имеют длительность порядка 1 сек, промежуток между импульсами – порядка 20…30 мс. Как преимущество такого метода называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему, меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации. Точных данных по эффективности такого метода нет, во всяком случае, вреда он не приносит. С другой стороны, такой способ имеет другие преимущества. В процессе детектирования окончания быстрого заряда необходимо точно измерять напряжение на аккумуляторе. Если измерение проводить под током, то дополнительную погрешность будет вносить сопротивление контактов , которое может быть нестабильным. Поэтому на время измерения зарядный ток желательно отключать. После выключения зарядного тока необходимо сделать паузу 5…10 мс, пока напряжение на аккумуляторе установится. Затем можно производить измерение. Для эффективной фильтрации помех сетевой частоты можно произвести ряд последовательных выборок на интервале 20 мс (один период сетевой частоты) с последующей цифровой фильтрацией.

 Идея заряда импульсным током получила дальнейшее развитие. Был разработан метод, который называют FLEX negative pulse charging или Reflex Charging. Этот метод отличается от простого импульсного заряда наличием в промежутках между импульсами тока зарядки импульсов разрядного тока. При длительности импульсов тока зарядки порядка 1 сек длительность импульсов разрядного тока выбирается порядка 5 мс. Величина разрядного тока больше тока зарядки в 1.0…2.5 раз. Как преимущество такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах (вызывающих эффект «памяти »). Но есть результаты независимой проверки это метода фирмой General Electric, которые говорят о том, что пользы такой метод не приносит, как, впрочем, и вреда.

Поскольку правильное определения окончания быстрого заряда является очень важным, хорошее зарядное устройство должно использовать несколько методов определения сразу. Кроме того, должны проверяться некоторые дополнительные условия для аварийного прекращения быстрой зарядки. Так, в фазе быстрой зарядки необходимо контролировать температуру аккумулятора и прекращать быструю зарядку в случае достижения критического значения. Для быстрой зарядки ограничение по температуре более жесткое, чем для зарядки вообще. Поэтому при достижении температуры +45°C необходимо аварийно прекратить быструю зарядку и перейти на фазу дозарядки меньшим током . Очень желательно пред продолжением зарядки дождаться остывания аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов падает.

Еще одним дополнительным условием является ограничение времени быстрой зарядки. Зная ток зарядки, емкость аккумулятора и КПД процесса зарядки можно вычислить время, необходимое для полной зарядки. Таймер быстрой зарядки должен быть установлен на время, больше расчетного на 5…10%. Если это время истекло, а ни один из способов детектирования окончания быстрой зарядки не сработал, она аварийно прекращается. Такая ситуация, скорее всего, говорит о неисправности каналов измерения напряжения и температуры.

Кроме того, как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза дозарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.1…0.3C. При токе дозарядки 0.1C производители рекомендуют длительность дозарядки 30 мин. Более длительная дозарядка приводит к перезаряду, что увеличивает емкость аккумулятора на 5…6%, но сокращает количество циклов заряд-разряда на 10…20%. Еще одним положительным эффектом дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов в батарее. Те аккумуляторы, которые полностью заряжены, будут рассеивать подводимую энергию в виде тепла, в то время как другие будут заряжаться . Если фаза дозарядки идет непосредственно после фазы быстрой зарядки, полезно в течение нескольких минут остудить аккумуляторы. С повышением температуры способность аккумулятора принимать заряд существенно падает. Например, при температуре 45°C аккумулятор способен принять только 75% заряда. Поэтому дозарядка, проведенная при комнатной температуре, позволяет получить более полный заряд аккумулятора.

Фаза поддерживающей зарядки

Зарядные устройства, предназначенные для зарядки NiCd аккумуляторов по окончанию процесса зарядки обычно переходят в режим капельного заряда, чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии. Это приводит к тому, что температура аккумулятора всегда остается повышенной , что уменьшает срок службы аккумулятора. Для NiMH аккумуляторов долго находится в состоянии капельной зарядки нежелательно, так как эти аккумуляторы плохо переносят перезаряд. По крайней мере, ток поддерживающей зарядки должен быть очень низким, чтобы только компенсировать саморазряд. Для NiMH аккумуляторов саморазряд составляет до 15% емкости в первые 24 часа, затем саморазряд снижается и составляет 10…15% в месяц. Для того, чтобы скомпенсировать саморазряд, достаточен средний ток менее 0.005C. Некоторые зарядные устройства включают ток поддерживающей зарядки раз в несколько часов, остальное время аккумулятор отключен. Величина саморазряда сильно зависит от температуры, поэтому еще лучше сделать поддерживающий заряд адаптивным: небольшой ток зарядки включается лишь тогда, когда обнаруживается заданное уменьшение напряжения на аккумуляторе.

 В принципе, от фазы поддерживающей зарядки можно вообще отказаться, но если между зарядкой и использованием аккумуляторов проходит время, то непосредственно перед использованием аккумуляторы нужно подзарядить для компенсации саморазряда. Хотя более удобно, если зарядное устройство постоянно поддерживает аккумуляторы в состоянии полной зарядки.

Сверхбыстрый заряд

При заряде до 70% своей емкости КПД зарядки близок к 100%. Это является хорошей предпосылкой для создания сверхбыстрого зарядного устройства. Конечно, увеличивать зарядный ток до бесконечности нельзя. Есть предел, обусловленный скоростью протекания химических реакций. На практике возможно использовать токи до 10C. Для того, чтобы аккумулятор не перегрелся, после достижения 70% заряда ток нужно снизить до уровня обычной быстрой зарядки и контролировать окончание зарядки обычным образом. Задача состоит в том, чтобы надежно контролировать достижение 70% отметки. Надежных методов для этого нет, повышение температуры инерционно, а перегрев укоротит жизнь аккумулятора. Особенно проблематично определение степени заряда в батарее, где могут быть аккумуляторы по-разному разряженные. Еще одной проблемой является подвод к аккумуляторам зарядного тока. При столь высоких токах плохой контакт может вызвать дополнительный нагрев и даже разрушение аккумулятора. И вообще, это весьма рискованное мероприятие, так как при ошибках зарядного устройства возможен взрыв. Нужно ли так спешить?

Универсальное зарядное устройство

Аккумуляторы даже одного форм-фактора могут иметь разную емкость. Например, для NiMH аккумуляторов размера AA в настоящее время характерными являются емкости 1000…2500 ма/ч, а для аккумуляторов размера AAA – 500…800 ма/ч. Значения же токов зарядки пропорционально емкости аккумулятора. Если заряжать менее емкий аккумулятор большим током, будет происходить нагрев. Если заряжать аккумулятор меньшим током – возникают неудобства, связанные с увеличением времени зарядки. К тому же, в таких условиях может не работать один из методов определения окончания быстрой зарядки. В идеале универсальное зарядное устройство должно иметь возможность выбора зарядного тока в зависимости от используемых аккумуляторов. Однако на практике чаще всего токи устанавливают для типовых аккумуляторов. В настоящее время для аккумуляторов размера AA можно считать средней емкость примерно 1800 ма/ч, а для аккумуляторов AAA – примерно 650 ма/ч.

Нужно отметить, что для аккумуляторов одного форм-фактора с ростом емкости внутреннее сопротивление уменьшается незначительно, как и связанные с ним потери. Поэтому , если ток зарядки устанавливать равным 1С, температура аккумуляторов большей емкости будет выше. Как указывалось ранее, повышенная температура является причиной неполной зарядки. Поэтому для аккумуляторов размера AA можно рекомендовать не превышать ток зарядки 1.3…1.5 А независимо от их емкости. Иначе нужно применять принудительное охлаждение аккумуляторов во время быстрой зарядки с помощью вентилятора.

Поскольку для аккумуляторов разных размеров используются разные посадочные места с раздельными контактами, для изменения зарядного тока между AA и AAA аккумуляторами никаких дополнительных переключателей обычно не требуется.

Проблема выключения питания зарядного устройства

Если во время зарядки питание зарядного устройства было выключено, при включении должен происходить переход на фазу определения наличия аккумулятора. При этом процесс зарядки начнется сначала, но в силу того, что для определения момента окончания быстрой зарядки используются независимые от общего времени зарядки критерии, быстрый заряд продлится необходимое для полной зарядки время. А вот дозарядка будет повторена полностью, несмотря на то, что она, возможно, уже была частично выполнена. Но это практически не создает проблем, так как аккумуляторы, находящиеся в стадии дозарядки, считаются готовыми к использованию, и их можно вынуть в любой момент. Единственным минусом является перезаряд, который испытывают аккумуляторы при многократной дозарядке. Даже если периодически запоминать в энергонезависимой памяти текущее состояние процесса зарядки, это не решит проблем. Невозможно учесть саморазряд, так как неизвестна продолжительность пребывания зарядного устройства в обесточенном состоянии. К тому же, в обесточенном состоянии аккумуляторы могли быть вынуты или заменены. Полностью эта проблема решена в «умных» Li+ аккумуляторных сборках, которые внутри содержат контроллер, измеряющий величину заряда, сообщаемого аккумулятору или полученного от него. Это позволяет в любой момент точно определять степень заряда аккумулятора.

Тем не менее, одним из требований, предъявляемых к зарядному устройству, является низкий разряд установленных аккумуляторов при отсутствии питания устройства. Ток разряда через цепи обесточенного зарядного устройства не должен превышать примерно 1 мА.

Определение первичных источников тока

Кроме аккумуляторов, в форм-факторе AA и AAA выпускаются первичные источники тока (их называют батарейки, хотя это и не совсем правильно). Основное распространение получили первичные источники двух типов: щелочные (alkaline) и марганцево-цинковые. Щелочные источники имеют емкость в 5-7 раз выше, но они и более дорогие.

При установке первичных источников тока в зарядное устройство с режимом быстрой зарядки возможен взрыв, так как вентиляционные отверстия конструкцией первичных источников тока обычно не предусмотрены. Для устранения такой опасности весьма желательно, чтобы зарядное устройство могло отличать первичные источники тока от аккумуляторов и не включать режим быстрой зарядки в случае установки первых.

Отличий между аккумуляторами и первичными источниками тока относительно немного. Напряжение тех и других может быть одинаковым, в процессе разряда оно находится примерно в одном и том же диапазоне. Единственным отличием является более высокое внутреннее сопротивление у первичных источников тока. Именно по этому признаку отличают первичные источники тока от аккумуляторов контроллеры DS2711/12 фирма «MAXIM» [1, 2]. Полностью заряженные NiMH аккумуляторы размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 25…50 мОм, размера AAA – 50…100 мОм. В то же время полностью заряженные щелочные батарейки размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 150…250 мОм, размера AAA – 200…300 мОм. Как видно , отличить аккумуляторы от первичных источников тока можно установив предельное значение внутреннего сопротивления порядка 150 мОм. Однако это справедливо только для полностью заряженных аккумуляторов и батареек. При разрядке у тех и других внутреннее сопротивление растет и различия в общем случае исчезают.

Для определения первичных источников тока контроллеры DS2711/12 в процессе быстрой зарядки каждые 31 сек выключают зарядный ток и измеряют напряжение на аккумуляторе без тока. По этому и другому значению, измеренному уже с зарядным током, вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора. Если оно оказывается больше установленного предела, то процесс зарядки прерывается с индикацией ошибки. Из-за того, что у разряженных батареек и аккумуляторов внутреннее сопротивление может быть одинаковым, алгоритм не всегда будет работать. Однако есть несколько эффектов, которые делают работу зарядного устройства с таким алгоритмом вполне приемлемым. Если пытаться заряжать батарейку, разряженную до напряжения ниже 0.8 В, то зарядное устройство не включит режим быстрой зарядки, пока в режиме пред-зарядки не будет достигнуто напряжение 0.8 В. Поскольку пред-зарядка ведется относительно малым током, такой режим не может привести к существенному нагреву и разрушению батарейки. Когда напряжение достигнет 0.8 В, то включится режим быстрой зарядки. Если ток быстрой зарядки 1 А и более, то высока вероятность того, что из-за высокого внутреннего сопротивления батарейки напряжение поднимется выше 1.8 В и зарядка сразу будет прервана. Если же этого не произойдет, то зарядку прервет первое измерение внутреннего сопротивления. В режиме быстрой зарядки (током 1 А и более) для разряженного аккумулятора времени 31 сек окажется достаточно для того, чтобы его внутреннее сопротивление уменьшилось и проверка ошибки не показала. Если же внутреннее сопротивление окажется выше нормы, процесс зарядки прервется. Поэтому для глубоко разряженного аккумулятора может потребоваться несколько попыток старта процесса зарядки, после чего внутреннее сопротивление аккумулятора станет меньше установленного порога и процесс зарядки пройдет нормально. Таким образом, введение в алгоритм зарядки процедуры определения первичных источников тока может вызвать некоторые побочные эффекты, такие как необходимость перезапуска процесса зарядки глубоко разряженного аккумулятора. Можно, конечно, усовершенствовать алгоритм определения первичных источников тока. Например, сделать порог внутреннего сопротивления зависимым от напряжения на аккумуляторе. Но никто не может гарантировать полной достоверности определения. К тому же, новые разработки первичных источников тока имеют все более близкие параметры к параметрам аккумуляторов. Включать определение первичных источников тока в алгоритм работы зарядного устройства или оставить это на совести пользователя – решать нужно в каждом конкретном случае.

Эффект памяти и восстановление аккумуляторов

Эффект памяти сильнее всего проявляется в NiCd аккумуляторах как снижение емкости аккумулятора при повторяющихся циклах неполной разрядки-зарядки. Суть эффекта состоит в том, что на электродах образуются крупные кристаллические образования, в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться. Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка аккумулятора (до напряжения 0.8…1.0 В) с последующей зарядкой. В особо тяжелых случаях может потребоваться несколько таких циклов. NiMH аккумуляторы практически свободны от эффекта памяти . По заявлением производителей, максимальная потеря емкости, связанная с этим эффектом, не превышает 5%, что заметить крайне сложно. Тем не менее, примерно раз в месяц рекомендуется перед зарядкой NiMH аккумуляторов их полностью разрядить.

Желательно, чтобы зарядное устройство имело возможность разрядки аккумулятора с контролем минимального напряжения, по достижению которого разрядка прекращается. Режим разрядки аккумулятора в зарядном устройстве полезен не только с точки зрения восстановления аккумуляторов. Он оказывается очень кстати, когда возникает необходимость зарядить аккумуляторы с разной или неизвестной степенью начального заряда . Перед зарядкой степень заряда всех аккумуляторов желательно выровнять, что проще всего сделать их полной разрядкой. Особенно актуально это для зарядных устройств, заряжающих батарею последовательно соединенных аккумуляторов. Зарядное устройство с функцией разряда может обладать возможностью измерения емкости аккумуляторов, что также очень полезно на практике.

Взаимодействие аккумуляторов в батарее

Отдельные аккумуляторы в батарее могут иметь несколько отличающиеся характеристики . Причиной этого является разброс параметров при производстве аккумуляторов, неравномерное распредление температуры внутри батареи при эксплуатации и разные темпы старения отдельных аккумуляторов. В итоге при зарядке батареи аккумуляторы с меньшей емкостью будут подвергаться перезарядке. Это вызывает дальнейшую деградацию таких акумуляторов и выход их из строя . С другой стороны, если один из аккумуляторв в батарее имеет высокий саморазряд или вовсе закорочен, то при попытке полной зарядки такой батареи перезаряд будут испытывать исправные аккумуляторы.

Аккумуляторы с меньшей емкостью будут разрушаться и в процессе разрядки батареи. Эти аккумуляторы окажутся разряженными раньше, дальнейшая разрядка батареи может вызвать очень глубокий разряд таких аккумуляторов и даже их переполюсовку. При этом температура и давление внутри аккумуляторов будет повышаться, что может привести к   их разрушению.

В     результате даже небольшое начальное различие емкости акумуляторов в батарее будет возрастать в процессе эксплуатации, и это может закончиться разрушением одного из аккумуляторов. Поэтому нужно стремится к тому, чтобы степень зарядки отдельных аккумуляторов была по возможности одинаковой. В идеальном случае каждый аккумулятор батареи должен заряжаться отдельно. Однако готовые батареи аккумуляторов часто имеют всего два вывода, поэтому заряжать можно только всю батарею сразу. В таком случае может оказаться полезным выравнивание (balancing) степени зарядки аккумуляторов. Выравнивание обязательно нужно производить для новой или глубоко разряженной батареи. Перед началом выравнивания контролируют напряжение на батарее. Если напряжение батареи менее 0.8 В/акк. (т.е. в пересчете на каждый аккумулятор), то производят зарядку до 0.8 В/акк. током примерно 0.1С. Затем нужно произвести выравнивание, для чего следует полностью зарядить батарею током 0.3С, ограничив процесс заряда временем 4.0…4.5 часов. Если батарея аккумуляторов долго не находилась в эксплуатации, то рекомендуется дополнительно произвести несколько циклов заряд-разряда стандартными методами.

Ридико Леонид Иванович

[email protected]

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Кривая зарядки Ni-MH аккумулятора

Для снятия кривой зарядки Ni-MH аккумулятора были взяты 2 одинаковых разряженных аккумулятора GP 1600 мАч формата АА и возрастом несколько лет. Я вставил их в обычный китайский зарядник (на котором написано «зарядный ток 240-280 мА, время заряда 12 часов») с отсечкой заряда по истечению 12 часов, и стал смотреть, как меняются напряжение аккумулятора и ток, текущий через него.

Начальное состояние аккумулятора: напряжение 1.213В, при замыкании его на амперметр с внутренним сопротивлением ~0.1 Ом тот показывал ток 1.5А, который за 1-2 с упал до 0.5А и продолжал быстро падать дальше (замыкать выводы Ni-MH аккумулятора вообще-то не очень хорошо, но я делаю так иногда для быстрой оценки состояния аккумулятора). Т.е. изначально аккумулятор был довольно сильно разряжен. Второй аккумулятор был примерно в таком же состоянии.

Небольшое пояснение. На 300-ых минутах было поймано уменьшение напряжения на 1мВ и некоторое выполаживание кривой напряжения в окрестностях этой точки. Так же в момент 300 минут стала расти температура аккумулятора, которую я пытался
охарактеризовать тактильно (из-за отсутствия подходящего
термометра). Считается, что этот сравнительно резко начинающийся нагрев и приводит к некоторому уменьшению напряжения. Думаю, что в точке 300 минут аккумулятор был заряжен на 100% своей емкости в данный момент. Т.е. емкость аккумулятора в настоящий момент не превышает 5ч*0.24А=1200мАч. Дальнейшая зарядка не принесла ничего, можно было вынимать аккумуляторы из зарядного устройства. Жаль, что зарядник не умеет отключаться при падении напряжения на аккумуляторе. До этой точки аккумулятор был холодным, после этого стал теплым, что косвенно подтверждает окончание заряда (дальнейшая накачка его энергией приводила к нагреву, а не к внутренним химическим преобразованиям).

По истечению 12 часов зарядник переключился в режим зарядки током 35 мА.

Добавлю, что в заряднике было два идентичных аккумулятора, а напряжение снималось лишь с одного из них. Думаю, что второй аккумулятор не сильно исказил кривую, несколько влияя лишь на протекаемый ток. Аккумуляторы эксплуатировались всегда в паре и имеют всегда напряжение, которое после нескольких лет совместной эксплуатации не расходится более чем на 5 мВ.

timmsagd.blogspot.com

Умная зарядка NiMh AA аккумуляторов. CAVR.ru


Рассказать в:

Плюсы и минус.
1. Простоя и дешевая схема. 
2. Определение окончания заряда по спаду/прекращению роста напряжения на аккумуляторе. 
3. Зарядное устройство заряжает аккумулятор NiMh 2300mAh примерно за 3-4 часа. 
4. Зарядное устройство позволить Вам увидеть на компьютере графики напряжения и температуры аккумулятора и оценить достоверность определения окончания заряда. Также позволяет посмотреть приблизительное внутреннее сопротивление аккумулятора, на мой взгляд, статистика этого параметра дает самое лучшее представление о состоянии аккумулятора. (Но это не означает, что для зарядки нужен компьютер, это дополнительная возможность.) 
5. И наконец, главный <эксплуатационный> минус — зарядка заряжает один аккумулятор, поглядев на схему, Вы поймете почему. 
Немного рассуждений. Тема живая, почти каждый сейчас имеет цифровой фотоаппарат и сталкивался с тем, что покупная зарядка или перезаряжает, сильно разогревая аккумулятор или наоборот не дозаряжает. В первом случае жизненный цикл аккумулятора сильно сокращается, во втором, аккумулятор не оправдывает своих потребительских характеристик. 
Было решено сделать <народную> зарядку, по очень простой схеме содержащей дешевые детали и обладающей характеристиками <навороченной зарядки> основной уклон на правильное определение окончания заряда. Тем более что имеется богатый опыт в этом вопросе. 
Основой зарядного устройства служит импульсная зарядка от сотового. Я взял самую дешевую, на выходе без нагрузки 7-8 вольт, ток 600мА. Примененный <блок питания> внес ограничение 1 зарядка на 1 аккумулятор. Тех, кто любит заряжать несколько аккумуляторов последовательно, отправлю почитать статью <Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов> c Ридико Леонид Иванович http://www.caxapa.ru/faq/charge_nimh.pdf, а затем подумать, как можно правильно зарядить несколько последовательно включенных аккумуляторов. В такой связке будут проблемы описанные выше, один аккумулятор перезарядится другой не дозарядится. Конечно можно сначала разрядить аккумуляторы до 1 вольта, а потом заряжать током 0.1С 16 часов, но это слишком долго. Еще один плюс этой зарядки в том, что можно предварительно не разряжать аккумулятор. Но постоянно так делать не рекомендую, хотя бы через 5 зарядок аккумулятор нужно разряжать до 1 вольта. Ниже приведены графики напряжений и температур разных аккумуляторов.

Не удивляйтесь тому, что графики имеют такие отличия в уровне напряжений. Я специально их так подобрал, что бы показать, что уровень напряжения на аккумуляторе сильно зависит от его внутреннего сопротивления (в этом зарядном устройстве напряжение на аккумуляторе измеряется при разрядном импульсе). Как определить конец заряда? Человеку он сразу виден, а вот как принять решение в программе? Например, брать такой алгоритм — останавливать заряд, если в течение 15 минут напряжение равно или меньше предыдущему. К сожалению, такой алгоритм сработает только в половине случаев, а после анализа графиков ясно, что это уже сильный перезаряд. При токе 500-700мА для хороших (новых) аккумуляторов, емкостью выше 2000mAh, отрицательное приращение явление редкое. К тому же, его приходится долго ждать и когда оно наступит (вернее если), то согласно выше приведенной статье это уже фаза перезаряда. Так же нельзя, например, что бы пропустить середину заряда, где напряжение растет медленно, начинать ждать прекращения роста напряжения после какого либо абсолютного напряжения на аккумуляторе. Это напряжение для всех аккумуляторов разное, если посмотреть на нижний график, то видно, что для одного аккумулятора конец заряда, для другого только начало. В середине заряда, при таких токах, напряжение может не расти в течение 12 минут. А вот в конце заряда ждать 15 минут, что бы наверняка, это много, цитата из выше приведенной статьи «в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать его повреждение». Это для зарядного тока 1С, но и при 600мА наблюдается быстрый рост температуры, а значит и всего перечисленного. Ровной полки на профиле напряжения скорей всего не будет, алгоритм ожидания может не сработать. 
Признаюсь, это не первое мое зарядное устройство. Поэтому очень многое я использовал от старого, в частности алгоритм определения окончания заряда. Софт для компьютера я также использовал от старой зарядки. Сначала была набрана статистика, затем была написана программа для проверки алгоритма на компьютере.

В файлах к статье я приложил эту программу с двадцатью двумя файлами статистики. Я намерено подобрал файлы, в которых затрудненно определение конца заряда, например, когда заряжается не разряженный аккумулятор и т. д. такие аккумуляторы были специально перезаряжены, что бы показать достоверность принятия решения об окончании заряда. Попытаюсь в двух словах рассказать об алгоритме. Для того, что бы избавиться от влияния помех и не очень стабильного питания, напряжение на аккумуляторе измеряется в конце разрядного импульса, перед измерением ожидается два подряд одинаковых значения АЦП, затем делается подряд восемь измерений и они же усредняется на восемь. В свою очередь эти измерения усредняются за минуту (512 значений), в итоге имеем хорошие стабильные данные. Раз в минуту считается приращение за прошедшие восемь минут и если максимальное приращение больше текущего на 2, то останавливаем заряд. Такой алгоритм полностью отвязан от абсолютных значений АЦП. Приблизительное внутренние сопротивление аккумулятора считается так, измеряется напряжение аккумулятора без нагрузки, затем измеряется напряжение под нагрузкой, на основании разницы напряжений считается внутренние сопротивление. Так как сопротивление разрядного резистора довольно маленькое 1 Ом и токи соответственно большие, большую погрешность вносит падение напряжения на контактах <держалки> аккумулятора (автор знает о правильных способах (http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2005_03_230.pdf) измерения внутреннего сопротивления, но в рамках этой схемы они не реализуемы). Кстати, судить о внутреннем сопротивлении аккумулятора можно по графикам, чем ниже напряжение на аккумуляторе, тем выше у него внутреннее сопротивление. 
Схема:

Как видите, схема довольно проста.
Микроконтроллер AtMega8 был выбран только из-за того, что он был в наличие и по привычке :). Транзисторы VT3 и VT4 должны быть MOSFET серии Logic-level gate drive (IRL), это ограничение схемы. При включении зарядного импульса или что тоже самое подаче высокого уровня напряжения на затвор VT3 напряжение на разъеме Х1 падает примерно до 2-3В. При этом стабилизатор 78L05 питается за счет емкости C1, и если вместо VT3 поставить биполярный транзистор, то базовой ток сразу же разрядит С1. Кстати, микроконтроллер почти всегда находится в режиме IDLE и ток потребляет маленький, конденсатор разряжает сама 7805 (в реальной схеме именно 7805, L у меня не было). Вместо VT4 можно было бы применить биполярный транзистор, но до его полного открытия нужен большой базовый ток, что не позволит С1 заряжаться во время разрядного импульса. Вместо VT4 IRLML2502 можно применить любой MOSFET серии IRL с максимальным током стока более 2А, VT3 можно ставить любой из серии IRL. Составной транзистор тоже желательно заменить на P-канальный MOSFET серии IRL. 
Ниже приведены графики зарядного и разрядного импульса.

Длительность зарядного импульса 100мс. Длительность разрядного импульса 6.5мс, пауза между зарядными импульсами 20мс. Пауза необходима для зарядки конденсатора С1. 
Как говорилось раньше, что бы ни делать двойную работу я использовал софт для компьютера от старой зарядки. Для данной зарядки второй канал не используются. В странице настроек, следует указать только сопротивление разрядного резистора (Rd), по умолчанию равно номиналу в схеме. Программа принимает данные с ком порта со скоростью 4800 бод. Данные от зарядки отсылаются раз в минуту, и они же используются в алгоритме определения конца заряда. Скриншот программы приводить не буду, там и так все понятно, нажимаете кнопку старт включается прием данных с выбранного ком порта и начинается построение графиков. Для передачи данных на компьютер я использовал переходник usb-com. Если у кого-то возникнет желание пользоваться преобразователем уровней MAX232, то надо убедиться, что помехи от MAX232 не проникают в схему зарядки. Эта микросхема довольно сильно фонит по питанию. 

Руководство пользователя:)
При включении, зарядка начинает цикл проверки наличия аккумулятора. Напряжение на аккумуляторе измеряется при разрядном импульсе. Если напряжение ниже 1 вольта, зарядка пытается растолкать аккумулятор до 1 вольта и только затем переходит к выполнению программы заряда. Если напряжение аккумулятора более 1 вольта и замкнут переключатель <предварительный разряд>, то аккумулятор будет разряжен до 1 вольта перед зарядом (у меня переключатель заменен на кнопку, мне так показалось удобней). После детектирования окончания заряда, зарядка переходит в режим капельной подзарядки. Зарядный импульс подаётся на 5мс через 1 секунду. 
Переключателями SA1-SA3 в двоичном коде задается максимальное время заряда. Не замкнутое состояние соответствует логической единице, все разомкнуты — 7 часов. Переключатели опрашиваются, только при старте заряда. 
Датчик DS18B20 устанавливается по желанию, нужен для того, что бы видеть температуру на компьютере. Сначала думал активно его использовать, но как оказалось, при таких токах, информация больше наглядна, чем полезна. Да и капризная это вещь, включили настольную лампу или закрыли балкон и этим вызвали ложное детектирование окончания заряда (метод dT/dt скорость изменения температуры в минуту). 

Индикация.
Предусмотрена одним светодиодом. При включении заряда светодиод загорается на одну секунду. 
Светодиод горит — конец заряда/капельная подзарядка. 
Светодиод мигает с периодом 1 сек.- конец заряда по времени (ошибка по времени). 
Часто мигает — идет заряд аккумулятора. Данные на компьютер посылаются раз в минуту. 
Выключен — режим ожидания, подзаряд до одного вольта или разряд до одного вольта. В режиме подзаряда данные на компьютер посылаются раз в 30 секунд. В режиме разряда данные на компьютер посылаются раз в минуту. 

Микроконтроллер тактируется от внутреннего RC генератора частота 1 мегагерц. Следует запрограммировать fuse бит BODEN, значения остальных fuse бит оставлены по умолчанию. 
Мои подопытные:)

Как просто и быстро сделать держалку аккумулятора. Я разобрал старый пускатель, взял контакты, они кстати посеребренные, согнул их и припаял на текстолит. Получилось довольно хорошо, контакт с аккумулятором получился намного лучше, чем с пружинными версиями. 
А сначала было так:

Здесь тоже использованы контактные площадки от пускателя. 
Спасибо, что прочитали статью:) Радиокоту и всем, хорошего настроения.

Файлы:
Прошивка МК.
Софт для ПК.

 



Раздел:
[Зарядные устройства (для батареек)]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:



www.cavr.ru

Как правильно использовать ni mh аккумуляторы


Как заряжать Ni-MH аккумуляторы

В этой статья я предлагаю поговорить о том, как заряжать Ni-MH аккумуляторы. Этот тип аккумуляторных батарей казалось бы ушёл в прошлое, но на самом деле это не так, и Ni-MH аккумуляторы продолжают и сегодня активно использоваться во многих портативных устройствах.

Как заряжать Ni-MH аккумуляторы?

Ni-MH аккумуляторы сегодня активно используются в качестве замены пальчиковых и мезинчиковый батареек, в многих моделях радиотелефонов, в различной бытовой портативной технике, аппаратуре для заботы о здоровье и красоте, и так далее. Они имеют серьёзное преимущество над Литиевыми аккумуляторами, которое заключается в том, что Ni-MH аккумуляторы практически «не боятся» холода, то есть они значительно медленнее разряжаются на холоде, нежели Li-ion АКБ. Но Ni-MH АКБ имеют серьёзный недостаток, который называют «эффект памяти». Он означает, что аккумуляторы «запоминают» тот заряд, который в них остался перед очередной зарядкой и после неё не разряжаются ниже того заряда, который был в них до очередного процесса заряда. Это означает, что Ni-MH аккумуляторы необходимо всегда полностью разряжать и полностью заряжать. Конечно, иногда допустим вариант не полного разряда и/или заряда, но только в крайних случаях, поскольку каждое такое действие негативно отразится на рабочей ёмкости Ni-MH аккумулятора в будущем, уменьшив её!

Особенно актуально правильно зарядить новый Ni-MH аккумулятор. три раза полностью его разрядив, причём сделать это необходимо в максимально короткий промежуток времени и сразу же полностью заряжать, причём на зарядке первые три раза АКБ держать не менее 8 часов, а лучше 12 часов и более! В дальнейшем же Ni-MH аккумулятор не стоит долго держать на зарядке, лучше снимать сразу после полного заряда, о чём сигнализирует специальный индикатор в устройстве использования такого аккумулятора.

Ещё раз хочу выделить то, что нельзя заряжать Ni-MH до того момента, пока они полностью не разрядились! Не забывайте про «эффект памяти»!

Буду рад Вашим вопросам и комментариям! Не оставайтесь в стороне, черкните хоть пару слов!

Также на эту тему Вы можете почитать:



Как правильно пользоваться аккумуляторами

09 октября 2015


Роль аккумуляторов в современной жизни трудно переоценить. Они используются в средствах мобильной связи, электронных устройствах различного назначения, транспортных средствах и т.д.
Срок службы аккумуляторных батарей зависит от правильной эксплуатации.
Акуумуляторы имеют несколько параметров — плотность энергии, циклы разряд/заряд, размеры. Взависимости от этих качеств и типов аккумуляторов можно определить как и сколько они будут работать в том или ином устройстве.

1. Ni-Cd — никель кадмиевые аккумуляторы
Ni-Cd аккумуляторы используются для профильных электроинструментов, аппаратуры скорой помощи и других устройств. Они рассчитаны на большие токи нагрузки и могут работать при очень низких температурах.
Новую аккумуляторную батарею нужно полностью зарядить и использовать в устройстве (для которого она приобреталась) до полного разряда. Так сделать 2-3 цикла чтобы аккумулятор набрал заявленную ёмкость.
Для Ni-Cd-ых аккумуляторов желетелен полный разряд всегда. Но если вы, всё же, иногда дозаряжаете батареи только наполовину разряженными, делайте раз в 2-3 месяца полный разряд/заряд. Если этого не делать, то на пластинах элементов формируются крупные кристаллы снижающие ёмкость батареи.
При правильной эксплуатации количество разряд/зарядов может достигать до 700 циклов.
Из недостатков можно сказать что у Ni-Cd-ых батарей низкая энергетическая плотность и высокий уровень саморазряда.

2. Ni-MH — никель металлгидридные аккумуляторы
Эксплуатация Ni-MH-ых аккумуляторов схожа с правилами Ni-Cd-ых. Но при сравнении этих аккумуляторов узнаем следующее. Ni-MH-ые батареи имеют ёмкость на 40% больше чем у Ni-Cd-ых. Меньше подвержены кристаллиации, снижающие ёмкость («эффект памяти»), но саморазряд больше.
Хранить Ni-MH батареи нужно в прохладном месте заряженными на 40%.
Батареи можно использовать до 100-200 циклов разряд/зарядов.
Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторные батареи в основном выпускаются в цилиндрических корпусах. Но иногда это может быть аккумуляторы призматические (например, для cd плееров) и таблеточные (для беспроводных телефонов, медецинских приборов и промышленных инструментов). Недостатком таблеточных аккумуляторов является раздувание при быстром заряде из-за отсутствия в них системы отвода газов. Время заряда составляет 10-16 часов.

3. SLA — герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы
SLA батареи используются в источниках бесперибойного питания, электрических игрушках, электро мопедов и других устройствах. Свинцово-кислотные аккумуляторы очень надёжные и не требующие высоких эксплуатационных затрат химические источники тока. У них отсутствует «эффект памяти» и они отлично сохраняют заряд.
Взависимости от ёмкости батареи нужно заряжать от 7 до 20 часов. В отличии от Ni-Cd и Ni-MH-ых аккумуляторов свинцово-кислотным не нужны циклы разряд/зарядов. Полный разряд может стать сульфатацией пластин. Батарею можно подарядить даже если вы использовали только 30% её ёмкостти. Помните, чем меньше глубоких разрядов тем больше прослужит батарея.
Хранятся SLA аккумуляторы в заряженном состоянии. Если хранить батарею разряженной произойдёт сульфатация пластин — причина потери ёмкости и впоследствии её не удастся зарядить вообще.

4. Li-ion — литий-ионные аккумуляторные батареи
Используются в мобильных телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, видеокамерах.
Li-ion-ые батареи обладают высокой ёмкостью и хорошими нагрузочными характеристиками. У них нет эффекта памяти и очень низкий саморазряд.
В литиевых аккумуляторах применяется специальная схема защиты (электроника) для безопасности.
Заряд аккумуляторов обычно происходит внутри устройств в которых они работают или в комплектации прилагается специальное зарядное устройство. Если аккумулятор не заряжается в устройстве а ЗУ к нему утеряна, лучше обратиться к специалистам, которые посоветуют как безопасно зарядить батарею.
«Про запас» Li-ion-ые батареи покупать нельзя, так как им свойственно старение. Уже через 2-3 года в веществах входящих в аккумуляторы происходят необратимые химические процессы приводящие к потери ёмкости.
Аккумуляторы используют до 300 циклов разряд/зарядов.

5. Li-pol — литий-полимерные аккумуляторные батареи
Полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных видом используемого электролита.
Они тоньше но у них плохая проводимость не позволяющая обеспечивать токи необходимые для работы в современных устройствах.

Товар недели

Товары недели



Эксплуатация NiMH аккумуляторов

NiMH аккумуляторы (далее АКБ) несколько лет назад пришли на замену NiCd и изначально были попыткой преодоления недостатков никель-кадмиевых АКБ, среди которых: так называемый «эффект памяти», быстрый заряд, медленный разряд — свойства затрудняющие использование их в модельных целях.

Несмотря на активное освоение модельного рынка АКБ литий-полимерными и литий-феррофосфатными батареями, NiMH всё ещё популярны, в основном благодаря сочетанию неплохих характеристик и доступной цены.


NiMH аккумуляторы: типоразмера АА, бортовой аккумулятор для моделей с ДВС, силовой аккумулятор

Начнём с того, что NiMH АКБ можно разделить на две основные группы: обычные (те, что используются повсеместно во многих электроприборах) и силовые (специально предназначенные для применения в качестве источника питания для моделей). Способы их обслуживания отличаются.

Наработка (число разрядно-зарядных циклов) и срок службы Ni-MH аккумулятора в значительной мере определяются условиями эксплуатации. Наработка зависит от глубины и скорости разряда, скорости заряда и способа контроля его окончания. В зависимости от режима работы и условий эксплуатации, они обеспечивают от 500 до 1000 разрядно-зарядных циклов при глубине разряда 80% и имеют срок службы от 3 до 5 лет, правда, для модельных АКБ это время заметно меньше.

NiMH аккумуляторы в меньшей степени, чем NiCd, но всё же обладают «эффектом памяти». Практический смысл его в том, что аккумулятор «привыкает» отдавать в процессе разряда ту емкость, которую он получил при последних зарядах. Если заряжать полуразряженный аккумулятор, просто «добивая» его до максимума, то со временем он начинает отдавать только эту половину, теряя емкость. Для продления жизни никелевых аккумуляторов их следует для предотвращения появления этого эффекта циклировать (достаточно хотя бы один раз в месяц). Процесс циклирования заключается в полном разряде аккумулятора с последующим его зарядом. Если аккумулятор уже старый и уже имеет уменьшенную емкость из-за эффекта памяти, то его характеристики можно реанимировать в пределах 10-20%. Для такой процедуры достаточно сделать 3 цикла, все последующие обычно уже не дают положительного результата.

При разряде есть два основных параметра: ток разряда и напряжение, до которого следует разряжать аккумулятор. С током всё просто — чем меньше ток разряда, тем полнее разряд и эффективнее процесс — ток 0.1А будет правильным выбором.

С напряжением, до которого разряжать аккумулятор, дело обстоит немного сложнее. Смысл в том, чтобы не допустить полного разряда хотя бы одной банки в батарее. Например, имеем последовательную батарею, состоящую из 4 банок, причем одна из банок имеет несколько меньшую емкость (что встречается очень часто). При разряде эта банка первая разрядится, и напряжение на ней начнет падать вплоть до нуля, в то время как на остальных банках напряжение будет номинальным. Если в этот момент не остановить процесс разряда батареи, то по банке, на которой напряжение равно нулю, будет всё также протекать ток разряда остальных банок, перезаряжая ее в обратной полярности. Такой процесс является губительным для «самого слабого звена» батареи.

Перед хранением NiMH батареи, разрядите ее, как это было описано выше, а затем зарядите. Если вы планируете не использовать ее более недели, зарядите ее примерно на 30-50% перед хранением. Если вы планируете не использовать ее более месяца, тогда зарядите полностью. Когда вы берете NiMH батарею после хранения, сначала полностью разрядите ее, а затем зарядите для использования. Отдохнувший NiMH элемент может быть описан, как немного «не в форме», он требует некоторой тренировки перед тем, как будет обеспечивать полную емкость и отдачу. Если вы разрядите остаточный заряд в батареях, перед тем как зарядите их, это поможет им лучше работать при первом запуске после хранения. Разрядите батарею, дайте ей отдохнуть около часа и затем зарядите ее.

Многие опытные автомоделисты считают, что NiMH батареи работают лучше при их использовании более одного раза в день, поэтому не бойтесь использовать батарею 2-3 раза, просто убедитесь, что дали ей остыть перед следующим зарядом.

Процесс зарядки для «обычных» и «силовых» NiMH АКБ отличается:

Важно, что для достижения наилучших результатов вы должны использовать только зарядные устройства, специально предназначенные для заряда NiMH батарей. Дельта-пик (если вы можете его регулировать) должен быть установлен в 3-5 mV на элемент, если вы не можете установить его настолько точно, тогда 25 mV на 6 элементов и 30 mV на 7 элементов).


Зарядные устройства: простейшее (ночное), специальное ЗУ для NIMH, многофункциональное ЗУ

NiMH аккумуляторы очень плохо относятся к перезаряду! По этой причине их нельзя подпитывать слабым током по окончании заряда (режим «trickle charge»). Дешевые зарядники переходят в этот режим автоматически, когда быстрая зарядка закончилась — долго держать батареи в таких зарядных устройствах нельзя: сразу после окончания зарядки аккумуляторы необходимо вынуть, но лучше использовать более серьезные зарядные устройства, где такая ситуация исключена.

Обычные аккумуляторы (к обычным стоит относить и аккумуляторы бортового питания моделей с ДВС) в большинстве случаев рекомендуется заряжать током 0.1С (где С – ёмкость в А*ч). Более высокие токи заряда, чем указано выше, могут дать только временное улучшение характеристик, и будут сокращать срок службы батарей!

Зарядка модельных силовых NiMH АКБ обычно проводится током от 3 до 5 ампер. Как правило, 5 амперами можно заряжать любые подобные элементы, если нет особых замечаний производителя. Проводить зарядку NiMH следует в обычном «линейном» режиме, когда ток заряда остается постоянным на протяжении всего процесса. «Линейный» режим установлен по умолчанию во многих дорогих зарядниках, и является единственным во всех дешевых.

Верхняя граница зарядного тока определяется не только типоисполнением, но и условиями охлаждения конкретного аккумулятора. Как известно, в процессе заряда NiMh аккумуляторы разогреваются тем сильнее, чем больше зарядный ток. Максимальная допустимая температура при заряде для большинства аккумуляторов равна 55-60 градусам, при этом батареям скверного качества свойственно нагреваться сильнее.

Силовые NiMH батареи можно «добивать» в заряднике повторно, непосредственно за несколько минут до использования. Это позволит максимально полно использовать энергию аккумулятора, но не стоит впадать в крайности — NiMH аккумуляторы очень не любят перезаряда! Помните, что добивку стоит проводить только на хороших зарядниках.

Из всего вышесказанного можно сделать несколько простых выводов для тех, кто хочет максимально продлить срок службы NiMH АКБ и сохранить их характеристики:

1. Используйте качественные зарядные устройства для NiMH АКБ с разрядником!

2. Регулярно полностью разряжайте АКБ.

3. Следите за температурой батареи в процессе зарядки и давайте ей остыть перед повторным использованием.

4. Храните аккумуляторы заряженными.


Источники: http://nowbest.ru/best-choice-now/pomoshh-pokupatelyu/kak-zaryazhat-ni-mh-akkumulyatory, http://ener-gy.com.ua/articles/kak_pravilno_polzovatsya_akkumulyatorami/, http://www.rcmotors.ru/pages/nimh/




Комментариев пока нет!

kak-delat-pravilno.ru

Сайт:: Паятель — Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов

В настоящее время для питания портативной аппаратуры используется несколько видов аккумуляторов: никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li+), литий-полимерные (Li-Polymer). В последнее время все большее распространение получают Li+ аккумуляторы. Причин этому несколько: они имеют большую удельную емкость, низкий саморазряд, способны отдавать большие токи при разряде. Li-Polymer аккумуляторы обладают еще одним преимуществом: технологически их можно изготовить любой формы, аккумулятор может быть сверхплоским, толщиной всего несколько миллиметров, и даже иметь сложную форму, заполняя собой все свободное пространство внутри устройства. К сожалению, Li+ аккумуляторы, производимые разными фирмами (и даже одной фирмой, но для разных моделей устройства) имеют разные размеры и несовместимы между собой. Теряется такое важное качество, как взаимозаменяемость. С одной стороны, это позволяет создавать более компактные устройства, разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая. Но в то же время это вызывает ряд неудобств. Если, например, требуется второй аккумулятор для того или иного устройства, возникают определенные проблемы: нужно найти точно такой же аккумулятор той же фирмы, причем стоимость его будет довольно высокой, поскольку нет предложений от конкурентов. То же касается и зарядных устройств: для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое «фирменное» зарядное устройство. Потребители хотят иметь выбор и часто голосуют кошельком против такого подхода, покупая устройства, работающие на стандартных аккумуляторах размера AA или AAA. Такие аккумуляторы намного дешевле, широко представлены на рынке, а в экстренных случаях могут быть заменены щелочными батарейками, которые имеют такой же форм-фактор. Как недостаток можно назвать их несколько меньшую удельную емкость и несколько меньшую компактность устройств, использующих такие аккумуляторы. Но есть и важное преимущество: если во всех устройствах используются аккумуляторы форм-фактора AA или AAA, достаточно одного зарядного устройства.

Стандартные аккумуляторы

Если вести речь об аккумуляторах форм-фактора AA или AAA, то есть смысл говорить только о NiMH аккумуляторах. Применявшиеся ранее NiCd аккумуляторы встречаются все реже, тем более, зарядное устройство, спроектированное для работы с NiMH аккумуляторами, будет нормально работать и с NiCd аккумуляторами (но обратное не верно). По сравнению с NiCd аккумуляторами NiMH аккумуляторы имеют на 30…40% большую удельную емкость, меньше страдают эффектом «памяти», не содержат опасного для окружающей среды кадмия. Однако у NiMH аккумуляторов есть и недостатки: они дороже (хотя разница в стоимости постепенно стирается), имеют меньшее количество циклов заряд-разряда (характеристики начинают ухудшаться уже после 200…300 циклов), имеют более высокое внутреннее сопротивление, больший примерно в полтора раза саморазряд. Даже несмотря на то, что при разряде они могут отдавать значительные токи, разряд током сверх допустимого ведет к уменьшению количества циклов, поэтому желательно при разряде не превышать ток 0.5C. Там, где требуются большие разрядные токи, до сих пор используются NiCd акумуляторы. Однако технология NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется и уже сегодня ведущие производители этих аккумуляторов заявляют, что современные модели NiMH аккумуляторов полностью свободны от эффекта «памяти» и допускают 500…1000 циклов заряд-разряда.

Способы зарядки аккумулятора

В процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования. Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования, другая часть превращается в тепло. Можно ввести понятие «КПД процесса зарядки аккумулятора». Это та часть энергии, поступающей от зарядного устройства, которая запасается в аккумуляторе. Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше, при других – ниже. Тем не менее, КПД может быть довольно высоким, что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора. Химические реакции, которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке, являются экзотермическими, в отличие от NiCd аккумуляторов, где они эндотермические. Это означает, что КПД зарядки NiMH аккумуляторов ниже, и они более горячие в процессе зарядки. Это требует более тщательного контроля процесса зарядки.
Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока. Ток зарядки обычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора. Это не совсем корректно с точки зрения размерностей физических величин, но принято считать, что ток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА/ч равен 2500 мА. По скорости различают несколько видов зарядки: капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет, они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки. Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки: капельная и быстрая. К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током, большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то, что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс, пользуясь какими-то критериями. При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать, а аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго.

Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению, капельная зарядка не способствует долгой жизни аккумуляторов. Дело в том, что при капельной зарядке зарядный ток не отключают даже после того, как аккумулятор полностью зарядился. Именно поэтому ток выбирается малым. Считается, что даже если вся энергия, сообщаемая аккумулятору, будет превращаться в тепло, при столь малом токе он не сможет существенно нагреться. Для NiMH аккумуляторов, которые значительно хуже реагируют на перезарядку, чем NiCd, ток капельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкости значение тока капельной зарядки больше. Это означает, что в зарядном устройстве, предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости, аккумуляторы малой емкости будут сильно нагреваться, что сокращает срок их службы. Снижение тока капельной зарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного. Аккумулятор большой емкости, установленный в зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, может вообще никогда не достичь своего полного заряда, так как с процессом заряда будет конкурировать саморазряд. Долго находясь в таких условиях, аккумуляторы начинают деградировать, теряя емкость.
При всем желании, надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно. На низких зарядных токах профиль напряжения плоский, практически нет характерного максимума в конце зарядки. Температура также растет плавно. Единственным методом является ограничение процесса зарядки по времени. Однако при этом нужно знать не только точную емкость аккумулятора (которая зависит от возраста и состояния аккумулятора), но и величину его начального заряда. Исключить влияние начального заряда можно только одним способом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой. А это еще больше удлиняет процесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора, которая определяется количеством
циклов заряд-разряда. Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядки является низкий КПД этого процесса. Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, более того, КПД зависит от многих факторов, в том числе от температуры и состояния аккумулятора. Единственным преимуществом капельной зарядки является простота реализации (без контроля конца зарядки). В то же время производители NiMH аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой. И только в самое последнее время производители аккумуляторов специально отмечают, что современные NiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки.

Быстрая зарядка

Большинство производителей NiMH аккумуляторов приводят характеристики своих аккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретить рекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открывания вентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышенной температуры окружающей среды. «Умное» зарядное устройство должно оценить условия и принять решение о допустимости быстрого заряда. Считается, что быстрый заряд можно использовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе 0.8…1.8 В. КПД процесса быстрой зарядки очень высок (порядка 90%), поэтому аккумулятор нагревается слабо. Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло. Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора, что может вызвать его повреждение. И хотя для современных аккумуляторов взрыва, скорее всего, не последует, просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора будет безвозвратно утрачена. Это точно не пойдет на пользу аккумулятору, не говоря уже об изменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры. Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить. К счастью, в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии, по которым зарядное устройство может это сделать.

Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз:

1. Определение наличия аккумулятора.

2. Квалификация аккумулятора (qualification).

3. Пред-зарядка (pre-charge).

4. Переход к быстрой зарядке (ramp).

5. Быстрая зарядка (fast charge).

6. Дозарядка (top-off charge).

7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).

Фаза определения наличия аккумулятора

В этой фазе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1C. Если при этом напряжение оказывается выше 1.8 В, это значит, что аккумулятор отсутствует или поврежден. В любом случае зарядка начинаться не должна. Как только будет обнаружено меньшее напряжение, делается вывод, что аккумулятор подключен и можно начинать зарядку.
Во всех других фазах зарядки на фоне основных действий должна производится проверка наличия аккумулятора. Эта необходимость связана с тем, что аккумулятор в любой момент может быть вынут из зарядного устройства. При этом из любой фазы зарядное устройство должно перейти на первую фазу – определение наличия аккумулятора.

Фаза квалификации аккумулятора

Зарядка начинается с фазы квалификации аккумулятора. Эта фаза нужна для грубой оценки начального заряда аккумулятора. Если напряжение на аккумуляторе меньше 0.8 В, то быструю зарядку производить нельзя. В этом случае требуется дополнительная фаза пред-
зарядки. Если же напряжение больше этой величины, то фаза пред-зарядки пропускается. На практике аккумуляторы никогда не разряжают ниже 1.0 В. Поэтому фаза пред-зарядки реально никогда не используется, разве что при зарядке глубоко разряженных или долго не бывших в употреблении аккумуляторов.

Фаза пред-зарядки

Эта фаза предназначена для начальной зарядки глубоко разряженных аккумуляторов. Значение тока пред-зарядки выбирается в пределах 0.1…0.3C. Фаза пред-зарядки должна быть ограничена во времени (например, 30 мин). Более длительная пред-зарядка смысла не имеет, так как у исправного аккумулятора напряжение должно довольно быстро достигнуть порогового значения 0.8 В. Если же напряжение не растет, значит аккумулятор поврежден и процесс зарядки нужно прервать с индикацией ошибки.
Во всех длительных фазах зарядки необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Для NiMH аккумуляторов максимально допустимой во время зарядки считают температуру 50°C. Как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза перехода к быстрой зарядке

Если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В, то можно начинать быструю зарядку. Сразу включать большой зарядный ток не рекомендуется. Ток нужно плавно повышать в течение 2…4 мин, пока он не достигнет заданного тока быстрой зарядки.
В этой фазе необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения. Как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза быстрой зарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.5…1.0C. Основной проблемой при быстрой зарядке является точное определение момента окончания зарядки. Если фазу быстрой зарядки вовремя не прекратить, аккумулятор будет разрушен. Поэтому весьма желательно, чтобы для определения окончания быстрой зарядки использовалось сразу несколько независимых критериев.
Для NiCd аккумуляторов обычно применялся так называемый –dV метод. В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе растет, но в самом конце зарядки оно начинает падать. Для NiCd аккумуляторов критерием окончания зарядки являлось снижение напряжения примерно на 30 мВ (на каждый аккумулятор). –dV – это самый быстрый метод, он хорошо работает даже с частично заряженными аккумуляторами. Если, например, установить на зарядку полностью заряженный аккумулятор, то напряжение на нем начнет быстро расти, затем довольно резко падать. Это вызовет окончание зарядки.
Для NiMH аккумуляторов этот метод работает не столь хорошо, потому что падение напряжения для них менее выражено. При токах зарядки менее 0.5C максимум напряжения вообще может отсутствовать, поэтому зарядное устройство, предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости, не всегда может определить конец зарядки аккумуляторов большой емкости. При повышенных температурах максимум напряжения также несколько смазывается. Слабое падение напряжения в конце зарядки вынуждает повышать чувствительность, что может привести к досрочному завершению быстрой зарядки из-за помех. Помехи генерируются как самим зарядным устройством, так и проникают из питающей сети. По этой причине не рекомендуется заряжать аккумуляторы в автомобиле, так как бортовая сеть обычно имеет очень высокий уровень помех. Сам аккумулятор тоже является источником шумов. Поэтому при измерении напряжения нужно применять фильтрацию. Надежность метода –dV уменьшается при зарядке батарей последовательно соединенных аккумуляторов, если отдельные аккумуляторы в батарее различаются по
степени заряда. При этом пик напряжения для разных аккумуляторов батареи наступает в разные моменты времени, и профиль напряжения смазывается.
Иногда для NiMH аккумуляторов вместо метода –dV используют метод dV=0, когда вместо падения напряжения детектируют плато на профиле напряжения. Критерием конца зарядки в этом случае служит постоянство напряжения на аккумуляторе в течение, например, 10 минут. Метод dV=0 можно рассматривать как вариант метода –dV с установленным нулевым порогом изменения напряжения.
Несмотря на все трудности определения конца зарядки методом –dV, именно этот метод большинством производителей NiMH аккумуляторов называется как основной при быстрой зарядке. Типичным значением для изменения напряжения в конце зарядки током 1C является –2.5…–12 мВ на один аккумулятор.
Сразу после включения большого зарядного тока напряжение на аккумуляторе может испытывать флуктуации, которые могут быть неверно восприняты как падение напряжения в конце зарядки. Для предотвращения ложного прекращения быстрой зарядки первые 3…10 мин (hold off time) после включения зарядного тока контроль –dV должен быть выключен.
Одновременно с падением напряжения в конце зарядки начинает расти температура и давление внутри аккумулятора. Поэтому конец зарядки можно определить по возрастанию температуры. Устанавливать абсолютный порог температуры для определения момента окончания зарядки не рекомендуется, так как сильное влияние на точность будет оказывать температура окружающей среды. Поэтому чаще используют не саму температуру, а скорость ее изменения dT/dt. Считается, что при зарядном токе 1C процесс зарядки нужно завершать, когда скорость роста температуры dT/dt достигнет 1°C/мин. Нужно отметить, что при токах зарядки менее 0.5C скорость роста температуры почти не меняется и этот критерий использовать нельзя. Ввиду тепловой инерции метод dT/dt склонен вызывать некоторый перезаряд аккумулятора.
Как метод dT/dt, так и метод –dV вызывают некоторый перезаряд аккумулятора, что ведет к снижению срок его службы. Для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора, завершение заряда лучше проводить малым током при низкой температуре аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов заметно падает. Поэтому фазу быстрой зарядки желательно завершать чуть раньше. Существует так называемый inflexion метод определения окончания быстрой зарядки [3]. Суть этого метода заключается в том, что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе, а максимум производной напряжения по времени. Т.е. быстрая зарядка прекратится в тот момент, когда скорость роста напряжения будет максимальной. Это позволяет завершить фазу быстрой зарядке раньше, когда температура аккумулятора еще не успела значительно подняться. Однако этот метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений (вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения).
Некоторые зарядные устройства используют не постоянный зарядный ток, а импульсный [4]. Импульсы тока имеют длительность порядка 1 сек, промежуток между импульсами – порядка 20…30 мс. Как преимущество такого метода называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему, меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации. Точных данных по эффективности такого метода нет, во всяком случае, вреда он не приносит. С другой стороны, такой способ имеет другие преимущества. В процессе детектирования окончания быстрого заряда необходимо точно измерять напряжение на аккумуляторе. Если измерение проводить под током, то дополнительную погрешность будет вносить сопротивление контактов, которое может быть нестабильным. Поэтому на время измерения зарядный ток желательно отключать. После выключения зарядного тока необходимо сделать паузу 5…10 мс, пока напряжение на аккумуляторе установится. Затем можно производить измерение. Для эффективной фильтрации помех сетевой частоты можно произвести ряд
последовательных выборок на интервале 20 мс (один период сетевой частоты) с последующей цифровой фильтрацией.
Идея заряда импульсным током получила дальнейшее развитие. Был разработан метод, который называют FLEX negative pulse charging или Reflex Charging. Этот метод отличается от простого импульсного заряда наличием в промежутках между импульсами тока зарядки импульсов разрядного тока. При длительности импульсов тока зарядки порядка 1 сек длительность импульсов разрядного тока выбирается порядка 5 мс. Величина разрядного тока больше тока зарядки в 1.0…2.5 раз. Как преимущество такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах (вызывающих эффект «памяти»). Но есть результаты независимой проверки это метода фирмой General Electric, которые говорят о том, что пользы такой метод не приносит, как, впрочем, и вреда.
Поскольку правильное определения окончания быстрого заряда является очень важным, хорошее зарядное устройство должно использовать несколько методов определения сразу. Кроме того, должны проверяться некоторые дополнительные условия для аварийного прекращения быстрой зарядки. Так, в фазе быстрой зарядки необходимо контролировать температуру аккумулятора и прекращать быструю зарядку в случае достижения критического значения. Для быстрой зарядки ограничение по температуре более жесткое, чем для зарядки вообще. Поэтому при достижении температуры +45°C необходимо аварийно прекратить быструю зарядку и перейти на фазу дозарядки меньшим током. Очень желательно пред продолжением зарядки дождаться остывания аккумулятора, так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов падает.
Еще одним дополнительным условием является ограничение времени быстрой зарядки. Зная ток зарядки, емкость аккумулятора и КПД процесса зарядки можно вычислить время, необходимое для полной зарядки. Таймер быстрой зарядки должен быть установлен на время, больше расчетного на 5…10%. Если это время истекло, а ни один из способов детектирования окончания быстрой зарядки не сработал, она аварийно прекращается. Такая ситуация, скорее всего, говорит о неисправности каналов измерения напряжения и температуры.
Кроме того, как и во всех других фазах, необходимо контролировать наличие аккумулятора.

Фаза дозарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.1…0.3C. При токе дозарядки 0.1C производители рекомендуют длительность дозарядки 30 мин. Более длительная дозарядка приводит к перезаряду, что увеличивает емкость аккумулятора на 5…6%, но сокращает количество циклов заряд-разряда на 10…20%. Еще одним положительным эффектом дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов в батарее. Те аккумуляторы, которые полностью заряжены, будут рассеивать подводимую энергию в виде тепла, в то время как другие будут заряжаться. Если фаза дозарядки идет непосредственно после фазы быстрой зарядки, полезно в течение нескольких минут остудить аккумуляторы. С повышением температуры способность аккумулятора принимать заряд существенно падает. Например, при температуре 45°C аккумулятор способен принять только 75% заряда. Поэтому дозарядка, проведенная при комнатной температуре, позволяет получить более полный заряд аккумулятора.

Фаза поддерживающей зарядки

Зарядные устройства, предназначенные для зарядки NiCd аккумуляторов по окончанию процесса зарядки обычно переходят в режим капельного заряда, чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии. Это приводит к тому, что температура аккумулятора всегда остается повышенной, что уменьшает срок службы аккумулятора. Для NiMH аккумуляторов долго находится в состоянии капельной зарядки
нежелательно, так как эти аккумуляторы плохо переносят перезаряд. По крайней мере, ток поддерживающей зарядки должен быть очень низким, чтобы только компенсировать саморазряд. Для NiMH аккумуляторов саморазряд составляет до 15% емкости в первые 24 часа, затем саморазряд снижается и составляет 10…15% в месяц. Для того, чтобы скомпенсировать саморазряд, достаточен средний ток менее 0.005C. Некоторые зарядные устройства включают ток поддерживающей зарядки раз в несколько часов, остальное время аккумулятор отключен. Величина саморазряда сильно зависит от температуры, поэтому еще лучше сделать поддерживающий заряд адаптивным: небольшой ток зарядки включается лишь тогда, когда обнаруживается заданное уменьшение напряжения на аккумуляторе.
В принципе, от фазы поддерживающей зарядки можно вообще отказаться, но если между зарядкой и использованием аккумуляторов проходит время, то непосредственно перед использованием аккумуляторы нужно подзарядить для компенсации саморазряда. Хотя более удобно, если зарядное устройство постоянно поддерживает аккумуляторы в состоянии полной зарядки.

Сверхбыстрый заряд

При заряде до 70% своей емкости КПД зарядки близок к 100%. Это является хорошей предпосылкой для создания сверхбыстрого зарядного устройства. Конечно, увеличивать зарядный ток до бесконечности нельзя. Есть предел, обусловленный скоростью протекания химических реакций. На практике возможно использовать токи до 10C. Для того, чтобы аккумулятор не перегрелся, после достижения 70% заряда ток нужно снизить до уровня обычной быстрой зарядки и контролировать окончание зарядки обычным образом. Задача состоит в том, чтобы надежно контролировать достижение 70% отметки. Надежных методов для этого нет, повышение температуры инерционно, а перегрев укоротит жизнь аккумулятора. Особенно проблематично определение степени заряда в батарее, где могут быть аккумуляторы по-разному разряженные. Еще одной проблемой является подвод к аккумуляторам зарядного тока. При столь высоких токах плохой контакт может вызвать дополнительный нагрев и даже разрушение аккумулятора. И вообще, это весьма рискованное мероприятие, так как при ошибках зарядного устройства возможен взрыв. Нужно ли так спешить?

Универсальное зарядное устройство

Аккумуляторы даже одного форм-фактора могут иметь разную емкость. Например, для NiMH аккумуляторов размера AA в настоящее время характерными являются емкости 1000…2500 ма/ч, а для аккумуляторов размера AAA – 500…800 ма/ч. Значения же токов зарядки пропорционально емкости аккумулятора. Если заряжать менее емкий аккумулятор большим током, будет происходить нагрев. Если заряжать аккумулятор меньшим током – возникают неудобства, связанные с увеличением времени зарядки. К тому же, в таких условиях может не работать один из методов определения окончания быстрой зарядки. В идеале универсальное зарядное устройство должно иметь возможность выбора зарядного тока в зависимости от используемых аккумуляторов. Однако на практике чаще всего токи устанавливают для типовых аккумуляторов. В настоящее время для аккумуляторов размера AA можно считать средней емкость примерно 1800 ма/ч, а для аккумуляторов AAA – примерно 650 ма/ч.
Нужно отметить, что для аккумуляторов одного форм-фактора с ростом емкости внутреннее сопротивление уменьшается незначительно, как и связанные с ним потери. Поэтому, если ток зарядки устанавливать равным 1С, температура аккумуляторов большей емкости будет выше. Как указывалось ранее, повышенная температура является причиной неполной зарядки. Поэтому для аккумуляторов размера AA можно рекомендовать не превышать ток зарядки 1.3…1.5 А независимо от их емкости. Иначе нужно применять принудительное охлаждение аккумуляторов во время быстрой зарядки с помощью вентилятора.
Поскольку для аккумуляторов разных размеров используются разные посадочные места с раздельными контактами, для изменения зарядного тока между AA и AAA аккумуляторами никаких дополнительных переключателей обычно не требуется.

Проблема выключения питания зарядного устройства

Если во время зарядки питание зарядного устройства было выключено, при включении должен происходить переход на фазу определения наличия аккумулятора. При этом процесс зарядки начнется сначала, но в силу того, что для определения момента окончания быстрой зарядки используются независимые от общего времени зарядки критерии, быстрый заряд продлится необходимое для полной зарядки время. А вот дозарядка будет повторена полностью, несмотря на то, что она, возможно, уже была частично выполнена. Но это практически не создает проблем, так как аккумуляторы, находящиеся в стадии дозарядки, считаются готовыми к использованию, и их можно вынуть в любой момент. Единственным минусом является перезаряд, который испытывают аккумуляторы при многократной дозарядке. Даже если периодически запоминать в энергонезависимой памяти текущее состояние процесса зарядки, это не решит проблем. Невозможно учесть саморазряд, так как неизвестна продолжительность пребывания зарядного устройства в обесточенном состоянии. К тому же, в обесточенном состоянии аккумуляторы могли быть вынуты или заменены. Полностью эта проблема решена в «умных» Li+ аккумуляторных сборках, которые внутри содержат контроллер, измеряющий величину заряда, сообщаемого аккумулятору или полученного от него. Это позволяет в любой момент точно определять степень заряда аккумулятора.
Тем не менее, одним из требований, предъявляемых к зарядному устройству, является низкий разряд установленных аккумуляторов при отсутствии питания устройства. Ток разряда через цепи обесточенного зарядного устройства не должен превышать примерно 1 мА.

Определение первичных источников тока

Кроме аккумуляторов, в форм-факторе AA и AAA выпускаются первичные источники тока (их называют батарейки, хотя это и не совсем правильно). Основное распространение получили первичные источники двух типов: щелочные (alkaline) и марганцево-цинковые. Щелочные источники имеют емкость в 5-7 раз выше, но они и более дорогие.
При установке первичных источников тока в зарядное устройство с режимом быстрой зарядки возможен взрыв, так как вентиляционные отверстия конструкцией первичных источников тока обычно не предусмотрены. Для устранения такой опасности весьма желательно, чтобы зарядное устройство могло отличать первичные источники тока от аккумуляторов и не включать режим быстрой зарядки в случае установки первых.
Отличий между аккумуляторами и первичными источниками тока относительно немного. Напряжение тех и других может быть одинаковым, в процессе разряда оно находится примерно в одном и том же диапазоне. Единственным отличием является более высокое внутреннее сопротивление у первичных источников тока. Именно по этому признаку отличают первичные источники тока от аккумуляторов контроллеры DS2711/12 фирма «MAXIM» [1, 2]. Полностью заряженные NiMH аккумуляторы размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 25…50 мОм, размера AAA – 50…100 мОм. В то же время полностью заряженные щелочные батарейки размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 150…250 мОм, размера AAA – 200…300 мОм. Как видно, отличить аккумуляторы от первичных источников тока можно установив предельное значение внутреннего сопротивления порядка 150 мОм. Однако это справедливо только для полностью заряженных аккумуляторов и батареек. При разрядке у тех и других внутреннее сопротивление растет и различия в общем случае исчезают.
Для определения первичных источников тока контроллеры DS2711/12 в процессе быстрой зарядки каждые 31 сек выключают зарядный ток и измеряют напряжение на аккумуляторе без тока. По этому и другому значению, измеренному уже с зарядным током, вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора. Если оно оказывается больше установленного предела, то процесс зарядки прерывается с индикацией ошибки. Из-за того, что у разряженных батареек и аккумуляторов внутреннее сопротивление может быть одинаковым, алгоритм не всегда будет работать. Однако есть несколько эффектов, которые делают работу зарядного устройства с таким алгоритмом вполне приемлемым. Если пытаться заряжать батарейку, разряженную до напряжения ниже 0.8 В, то зарядное устройство не включит режим быстрой зарядки, пока в режиме пред-зарядки не будет достигнуто напряжение 0.8 В. Поскольку пред-зарядка ведется относительно малым током, такой режим не может привести к существенному нагреву и разрушению батарейки. Когда напряжение достигнет 0.8 В, то включится режим быстрой зарядки. Если ток быстрой зарядки 1 А и более, то высока вероятность того, что из-за высокого внутреннего сопротивления батарейки напряжение поднимется выше 1.8 В и зарядка сразу будет прервана. Если же этого не произойдет, то зарядку прервет первое измерение внутреннего сопротивления. В режиме быстрой зарядки (током 1 А и более) для разряженного аккумулятора времени 31 сек окажется достаточно для того, чтобы его внутреннее сопротивление уменьшилось и проверка ошибки не показала. Если же внутреннее сопротивление окажется выше нормы, процесс зарядки прервется. Поэтому для глубоко разряженного аккумулятора может потребоваться несколько попыток старта процесса зарядки, после чего внутреннее сопротивление аккумулятора станет меньше установленного порога и процесс зарядки пройдет нормально. Таким образом, введение в алгоритм зарядки процедуры определения первичных источников тока может вызвать некоторые побочные эффекты, такие как необходимость перезапуска процесса зарядки глубоко разряженного аккумулятора. Можно, конечно, усовершенствовать алгоритм определения первичных источников тока. Например, сделать порог внутреннего сопротивления зависимым от напряжения на аккумуляторе. Но никто не может гарантировать полной достоверности определения. К тому же, новые разработки первичных источников тока имеют все более близкие параметры к параметрам аккумуляторов. Включать определение первичных источников тока в алгоритм работы зарядного устройства или оставить это на совести пользователя – решать нужно в каждом конкретном случае.

Эффект памяти и восстановление аккумуляторов

Эффект памяти сильнее всего проявляется в NiCd аккумуляторах как снижение емкости аккумулятора при повторяющихся циклах неполной разрядки-зарядки. Суть эффекта состоит в том, что на электродах образуются крупные кристаллические образования, в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться. Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка аккумулятора (до напряжения 0.8…1.0 В) с последующей зарядкой. В особо тяжелых случаях может потребоваться несколько таких циклов. NiMH аккумуляторы практически свободны от эффекта памяти. По заявлением производителей, максимальная потеря емкости, связанная с этим эффектом, не превышает 5%, что заметить крайне сложно. Тем не менее, примерно раз в месяц рекомендуется перед зарядкой NiMH аккумуляторов их полностью разрядить.
Желательно, чтобы зарядное устройство имело возможность разрядки аккумулятора с контролем минимального напряжения, по достижению которого разрядка прекращается. Режим разрядки аккумулятора в зарядном устройстве полезен не только с точки зрения восстановления аккумуляторов. Он оказывается очень кстати, когда возникает необходимость зарядить аккумуляторы с разной или неизвестной степенью начального заряда. Перед зарядкой степень заряда всех аккумуляторов желательно выровнять, что проще всего сделать их полной разрядкой. Особенно актуально это для зарядных устройств, заряжающих батарею последовательно соединенных аккумуляторов. Зарядное устройство с
функцией разряда может обладать возможностью измерения емкости аккумуляторов, что также очень полезно на практике.

Взаимодействие аккумуляторов в батарее

Отдельные аккумуляторы в батарее могут иметь несколько отличающиеся характеристики. Причиной этого является разброс параметров при производстве аккумуляторов, неравномерное распредление температуры внутри батареи при эксплуатации и разные темпы старения отдельных аккумуляторов. В итоге при зарядке батареи аккумуляторы с меньшей емкостью будут подвергаться перезарядке. Это вызывает дальнейшую деградацию таких акумуляторов и выход их из строя. С другой стороны, если один из аккумуляторв в батарее имеет высокий саморазряд или вовсе закорочен, то при попытке полной зарядки такой батареи перезаряд будут испытывать исправные аккумуляторы.
Аккумуляторы с меньшей емкостью будут разрушаться и в процессе разрядки батареи. Эти аккумуляторы окажутся разряженными раньше, дальнейшая разрядка батареи может вызвать очень глубокий разряд таких аккумуляторов и даже их переполюсовку. При этом температура и давление внутри аккумуляторов будет повышаться, что может привести к их разрушению.
В результате даже небольшое начальное различие емкости акумуляторов в батарее будет возрастать в процессе эксплуатации, и это может закончиться разрушением одного из аккумуляторов. Поэтому нужно стремится к тому, чтобы степень зарядки отдельных аккумуляторов была по возможности одинаковой. В идеальном случае каждый аккумулятор батареи должен заряжаться отдельно. Однако готовые батареи аккумуляторов часто имеют всего два вывода, поэтому заряжать можно только всю батарею сразу. В таком случае может оказаться полезным выравнивание (balancing) степени зарядки аккумуляторов. Выравнивание обязательно нужно производить для новой или глубоко разряженной батареи. Перед началом выравнивания контролируют напряжение на батарее. Если напряжение батареи менее 0.8 В/акк. (т.е. в пересчете на каждый

payalo.at.ua