Напряжение заряда щелочных аккумуляторов

Как заряжать щелочной аккумулятор

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

Характеристики щелочных аккумуляторных батарей

Аккумуляторы с щелочным электролитом имеют такие характеристики:

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

Процесс зарядки щелочного аккумулятора

Существует несколько вариантов восстановления заряда аккумулятора.

Стандартные режимы, рекомендованные производителями

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

Существует несколько способов контроля:

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

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

Компенсационный заряд

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

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

Нестационарные способы

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

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

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

Правила правильного хранения аккумулятора

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

При отправке на хранение ранее использовавшихся батарей соблюдают такие правила:

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

Как правильно заменить электролит в щелочном акб

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

Источник

Подробно о щелочных аккумуляторах

Щелочные аккумуляторы получили своё название по электролиту, который в них работает. В большинстве случаев это водный раствор КОН (едкий калий) или NaOH (едкий натрий). Этот вид аккумуляторов имеет ряд преимуществ перед кислотным типом батарей, но не лишён и недостатков. В некоторых областях народного хозяйства применение щелочных аккумуляторов более оправдано. Поэтому сегодня мы рассмотрим характеристики и устройство щелочных аккумуляторов, а также сферы их применения.

Устройство щелочных аккумуляторов

Самыми распространёнными видами щелочных батарей являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные (ещё их называют никель─железные). У обоих типов аккумуляторов в заряженном состоянии активная масса положительного электрода состоит из NiOOH (гидроокись никеля) с добавлением окиси бария и графита. Графит предназначен для увеличения электропроводности активной массы. Добавка окиси бария увеличивает срок эксплуатации щелочного аккумулятора.

Давайте рассмотрим конструкцию и устройство щелочного аккумулятора на примере моделей батарей, используемых в тепловозах и пассажирских вагонах. Там применяются как никель─металлогидридные (Ni─MH), так и никель─кадмиевые аккумуляторы (Ni─Cd). На предприятиях выпускаются никель─железные и никель─кадмиевые батареи, в которых электроды выполнены в виде рамок из стали, покрытой никелем. В пазы этих рамок запрессованы ламели.

Ламель представляет собой пакет, заполненный активной массой. Ламели выполнены из никелированной жести с большим количеством отверстий. Это делается для того, чтобы электролит мог поступать к активной массе.

На изображении ниже представлено устройство щелочного аккумулятора Ni-MH. На схеме можно видеть полублоки электродов и аккумулятор в сборе.

Полублоки и никель─железный аккумулятор в сборе. На примере тепловозного аккумулятора ТПНЖ

Полублоки и никель─кадмиевый аккумулятор в сборе. На примере аккумулятора НКН-100

В таких разновидностях аккумуляторных батарей, как ТПНЖК и ТПНЖ используются панцирные положительные пластины. Эти пластины помещаются в специальные чехлы или панцири. Электроды находятся в корпусе из никелированной жести. У корпуса имеется приваренная крышка с отверстиями под выводные штыри. Также предусмотрено отверстие для заправки электролитом и вывода газов. Чтобы придать корпусу механическую прочность, стенки делаются гофрированными. Сверху корпус закрыт резиновым чехлом, который обеспечивает изоляцию элементов от ящика, где установлена батарея. Теперь немного о том, за счёт чего обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Вернуться к содержанию

Принцип работы щелочных аккумуляторов

Когда происходит разряд батареи, на положительном электроде идёт реакция гидроокиси никеля (NiOOH) с ионами электролита. В результате образуется гидрат закиси никеля Ni(OH)₂. На отрицательном электроде кадмий и железо превращаются в гидрат окиси кадмия (Cd(OН)₂) и железа (Fe(ОН)₂). Протекание тока по внешней и внутренней сети обеспечивает разность потенциалов (примерно 1,45 вольта) щелочного аккумулятора. Таким образом, обеспечивается работа щелочного аккумулятора.
Когда происходит заряд щелочной АКБ, то под воздействие тока активная масса положительных пластин окисляется. Гидрат закиси никеля Ni(ОН)₂ переходит в гидроокись никеля (NiOOH). В активной массе отрицательных электродов при заряде идёт восстановление с образованием кадмия и железа.

Ниже представлены реакции, происходящие в процессе разряда-заряда, представлены следующими уравнениями:

Щелочная АКБ Ni─MH:

2Ni(OOH) + 2KOH + Fe ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂

Щелочная АКБ Ni─Cd:

2Ni(OOH) + 2KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂

Работа щелочного аккумулятора такова, что номинальное значение разрядного тока составляет 0,2*С. Величина «С» обозначает номинальную ёмкость аккумуляторной батареи. Максимальный разрядный ток, к примеру, при запуске дизельного двигателя, составляет до 4*С. Штатный ток заряда щелочных АКБ равен 0,25*С.

Стоит отметить, что вещества, которые образуются во время работы щелочного аккумулятора и протекания электрохимических реакций, почти не растворяются в электролите и не реагируют друг с другом. За счёт того, что электролит для щелочного аккумулятора с ними не взаимодействует, отсутствует его расход и плотность не меняется. В результате требуется меньший объём, чем в кислотной батарее.

Напряжение щелочного аккумулятора при полной зарядке составляет примерно 1,45 вольта. Из-за существенного внутреннего сопротивления этого типа батарей, напряжение щелочного аккумулятора существенного меньше номинала при разряде и существенно больше при заряде.

Когда выводам батареи подключается нагрузка и начинается разряд, то напряжение быстро снижается до 1,3 вольта, а затем медленно уменьшается до одного вольта. При достижении этой отметки разряд нужно останавливать. Среднее значение расчётного напряжения при разряде равно 1,25 вольта. Ниже напряжения 1 вольт разряжать щелочной элемент не рекомендуется. Это может приводить к потере ёмкости и уменьшению срока эксплуатации.

Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде

Кислотные и щелочные аккумуляторы схожи в том, что при зарядке у обоих типов батарей выделяется газ. Однако в случае герметичных щелочных аккумуляторов газовыделение не является признаком окончания зарядки. Но здесь также рекомендуется снижать ток, если выделение газов идёт слишком бурно.

Особенности эксплуатации и срок службы щелочных аккумуляторов

В принципе, уход при эксплуатации щелочных аккумуляторных батарей примерно такой же, как и в случае кислотных. Нужно периодически контролировать уровень электролита, а также проводить зарядку АКБ. Герметичные щелочные аккумуляторы должны регулярно подзаряжаться и находиться в чистоте.

Герметичные щелочные аккумуляторы могут при хранении находиться в полузаряженном или разряженном состоянии достаточно длительное время. Также стоит отметить, что аккумуляторы щелочного типа менее чувствительные к действию отрицательных температур. Кроме того, герметичные щелочные аккумуляторы способны работать при разряде большими токами (высокая перегрузочная способность).

Благодаря тому, что герметичный щелочной аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, сильный разряд и кратковременные короткие замыкания не вредят этим батареям. Щелочные АКБ устойчивы к воздействию вибрации, тряски, ударов благодаря высокой прочности. По сравнению с кислотными они имеют большую удельную энергию, больший срок эксплуатации и могут храниться дольше.

Саморазряд герметичных щелочных аккумуляторов при разомкнутой цепи составляет 20 процентов ёмкости за 9 месяцев. Это немного, если сравнивать с кислотными АКБ. У последних такой уровень саморазряда наблюдается за месяц. Немаловажно отметить, что при эксплуатации герметичных щелочных аккумуляторов нет вредных газовыделений и они достаточно надёжны.

Виды щелочных аккумуляторов и области их применения

Ламельные щелочные АКБ, конструкция которых была рассмотрена выше, широко используются в качестве тяговых щелочных аккумуляторов. Кроме того, они используются и в качестве стартерных. Ниже приведены области применения таких аккумуляторных батарей:

• локомотивы и пассажирские вагоны;
• сигнализации и системы аварийного энергоснабжения;
• рудничные электровозы;
• всевозможная напольная электротехника (различные погрузчики на складах и производствах. Например, щелочной аккумулятор ТНЖ);
• для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Аккумулятор для пассажирских вагонов

Аккумулятор для погрузчика

Маркировка щелочных аккумуляторов

Рассмотрим маркировку тяговых батарей российского производства. У нас в стране производством таких батарей занимается Великолукский завод щелочных аккумуляторов и Курский завод «Аккумулятор». При поставке продукции на внутренний рынок они маркируют свою продукцию следующим образом (буквы и цифры поясняются по мере их следования слева направо):

• Если в маркировке перед цифрами стоят буквы, то они показывают число элементов в батарее;
• Затем следуют буквы, показывающие область применения (Т – тяговый, ТП ─ тепловозный, В ─ вагонный);
• Далее идут буквы, обозначающие тип. Например, НЖ — никель─железная АКБ;
• Если присутствует буква К, то это значит, что конструкция блока электродов комбинированная (при этом положительный электрод ламельного типа, отрицательный ─ безламельного);
• Если в маркировке присутствует Ш, то это АКБ для шахтных электровозов;
• Если в маркировке после букв есть цифры, то это величина номинальной ёмкости батареи, выраженная в А-ч;
• После значения ёмкости могут присутствовать буквы: П (пластмассовый корпус), В (высокий вариант), М (модернизированный), У (исполнение для умеренного климата), Т (исполнение для тропического климата);
• Далее цифры обозначающие категорию размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69 (2 обозначает размещение над землей, 5 ─ под землей).

• цифры перед буквами показывают число элементов в батарее;
• Буква F говорит о том, что это никель─железный аккумулятор;
• Далее идут буквы, которые обозначают токи в режиме разряда (L ─ до 0,5*С, M ─ (0,5─3,5)*С, H ─ (3,5─7)*С, X ─ больше 7*С);
• Следующие цифры показывают ёмкость батареи в А-ч;
• Следующие буквы показывают материал корпуса (к примеру, Р ─ пластический материал). Затем идёт дефис и далее указываются различные особенности конструкции АКБ по системе обозначений производителя. Ещё через дефис могут указываться категория размещения и климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 16150-69.

Сдача и утилизация щелочных аккумуляторов

В последние годы повсюду появились пункты приёма свинцово─кислотных автомобильных аккумуляторов. Это стало очень выгодно, поскольку производители АКБ платят за них хорошие деньги и забирают аккумуляторы на утилизацию. В большинстве таких пунктов приёма можно сдать и щелочные батареи. Но ещё не везде. Дело в том, что у населения таких АКБ меньше и пунктам приёма приходится долго их накапливать, чтобы сдать на предприятие.

Помните, что нельзя просто так выкидывать щелочные АКБ на помойку. В их составе присутствуют опасные вещества. Это едкий калий и натрий, соединения щелочных металлов и другие вещества, которые необходимо грамотно обезвреживать. Просто складировать их дома или в гараже то же небезопасно.

Плюсы и минусы щелочных аккумуляторов

Плюсы

• Длительный срок службы при правильной эксплуатации;
• Возможность глубокого разряда;
• Работа при отрицательных температурах без потери свойств;
• Небольшой саморазряд;
• Небольшой удельный вес.

При снижении температуры с 25 градусов Цельсия ёмкость щелочного аккумулятора понижается с каждым градусом на 0,5 процента. Показатель лучше, чем у свинцово-кислотных практически в два раза. Но стоит отметить, что при низкой температуре возрастает и скорость уменьшения ёмкости.
Вернуться к содержанию

Источник