Нікель-кадмієві батареї

Олександр Торрес

Нікель-кадмієві батареї, зазвичай звані нікель-кадмієвих елементами, дещо відрізняються від більшості сухих елементів, наприклад марганець-цинкової батареї, що зазвичай використовуються для ліхтариках. Розряджаючись, батарея втрачає частину свого напруги. Цей ефект проявляється в яскравості світіння лампочки ліхтарика. З розрядом батареї світіння стає все більш тьмяним, поки зовсім не припиниться.

На відміну від цього нікель-кадмієві елементи досить стабільно тримають напругу протягом розряду. Це можна помітити по постійності світіння аж до глибокого заряду. Після того як елемент розрядиться, напруга на ньому швидко падає і світіння припиняється. На рис. 1 для порівняння наведена залежність напруги від ступеня розряду елементів двох згаданих типів.

Як можна бачити, для визначення залишкового терміну служби марганець-цинкового елемента необхідно просто виміряти напругу на ньому. Для нікель-кадмієвого елемента це не так просто зробити. Елемент, розрядів на 80%, видає таку ж напругу, як тільки що подзаряженний елемент. Таким чином, при заряджанні нікель-кадмієвого елемента виникає деяка складність. Поки елемент повністю не раз-виряджається, ми не можемо судити про його стан. Крім того, нікель-кадмієві елементи досить чутливі до перезаряд, який може вивести їх з ладу. Таким чином, частково розряджений елемент ставить дійсно складне питання: який заряд він може прийняти?

Підзарядка нікель-кадмієвих елементів

Щоб краще зрозуміти принцип роботи зарядного пристрою, необхідно перш за все ознайомитися з роботою самого нікель-кадмієвого елемента. Можна почати розгляд з повністю розрядженого елемента. Щоб його зарядити, необхідно через нього пропустити струм.

Завдяки своїй конструкції нікель-кадмієвий елемент має досить великий внутрішній опір, який назад пропорційно кількості заряду, накопиченого в елементі: чим менше заряд, тим вище опір.

Через наявність внутрішнього опору частина енергії зарядного струму перетворюється в тепло. Отже, необхідно починати з малого заряд струму, інакше енергія, розсіюють на внутрішньому опорі у вигляді тепла, призведе до виходу елемента з ладу.

У міру заряду внутрішній опір елемента зменшується. Чим менше опір, тим менше розсіюється тепло і тим ефективніше протікає заряд елемента. Крім того, тепер через елемент можна пропускати більший зарядний струм, що ще більше прискорить процес заряду. Практично можна закінчити цикл заряду при струмі, значно перевищує початковий струм.

Однак досить складно регулювати і підтримувати такий режим заряду. Для простоти фірми-виробники рекомендують максимально безпечну величину струму незалежно від стану батареї.

Для дискових нікель-кадмієвих елементів цей струм не перевищує величини 330 мА. Навіть повністю розряджений елемент, що має високу внутрішній опір, можна не побоюючись заряджати таким струмом. Однак до цих пір не отримано відповіді на питання: яка кількість заряду не принесе шкоди елементу?

Згаданий вище зарядний струм можна підтримувати тільки до тих пір, поки батарея повністю не зарядиться. Зазвичай на це потрібно 4 ч. Якщо продовжити підзарядку, виникає небезпека перезарядження елемента, яка може спричинити за собою зниження терміну служби батареї чи гірше – руйнування елемента. Таким чином, якщо батарея розряджена тільки наполовину, її можна легко перезарядити, навіть не знаючи про це.

Ось чому фірмою-виробником рекомендується повільна підзарядка. Для дискового елемента подзарядний струм не повинен перевищувати 100 мА. При повільній заряджанні можна, не побоюючись перезарядження, заряджати елемент протягом рекомендованих 14 год, необхідних для зарядки повністю розрядженого елемента. Фактично можна постійно злегка заряджати елемент, не побоюючись його руйнування: швидкість заряду достатньо низька і надлишкова енергія легко розсіюється елементом.