artykuły

Akumulatory – przegląd technik

Sposoby na akumulatory

53 26 stycznia 2012, 04:00 Marcin Karbowniczek

Ładowanie akumulatorów

Jak należy ładować akumulatory? Wszystko zależy od ogniw, które zostały użyte. Najlepiej robić to za pomocą przeznaczonej do nich ładowarki i trzymać się zaleceń typowych dla danego typu. Dbać o pełne rozładowywanie i ładowanie akumulatorów niklowo-kadmowych i nie rozładowywać zbytnio niklowo-wodorkowych. Ogniw litowo-jonowych nie należy zostawiać zbyt długo nienaładowanych po ich prawie pełnym wyczerpaniu. W przypadku tych ostatnich zbytniemu rozładowaniu zapobiegnie wbudowany układ sterujący, ale nie ma on już wpływu na przebieg wewnętrznych procesów, które i tak zachodzą w ogniwach. Taki prawie rozładowany akumulator, jeśli przez długi czas nie zostanie podłączony do ładowarki, będzie stopniowo dalej się samoczynnie rozładowywał, aż w końcu przekroczy krytyczną granicę napięcia, po której... zupełnie przestanie działać. Autor artykułu sam doświadczył tego problemu, po tym gdy wciąż bardzo dobrze działający, choć już trzyletni akumulator litowo-jonowy został prawie zupełnie rozładowany, a następnie odstawiony na półkę wraz z komputerem na czas około miesięcznego wyjazdu. Po powrocie komputer już się nie włączył, a akumulatora nie dało się ponownie naładować. Co więcej, okazało się, że nowy zamiennik ma efektywnie mniejszą pojemność niż stary akumulator na miesiąc przed awarią.

 

Nowoczesna, procesorowa ładowarka akumulatorowa (źródło: TechnoLine)

Ogniw kwasowo-ołowiowych również nie należy zbyt długo trzymać nienaładowanych, gdyż wtedy na ich elektrodach wytwarzają się szkodliwe dla sprawności akumulatora kryształki siarczanu ołowiu. W przypadku mało popularnych ogniw manganowo-cynkowych czas życia zmniejsza się kilkukrotnie, gdy są doprowadzane do całkowitego rozładowania.

Zbytnie rozładowanie może mieć też katastrofalne skutki, gdy zajdzie w jednym z ogniw połączonych w szereg z innymi. Wtedy może dojść w nim do przebiegunowania, które spowoduje wzrost prądu przepływającego przez cały akumulator lub szereg akumulatorów, a w konsekwencji nawet jego przegrzanie i zniszczenie.

Bardzo szkodliwe jest też przeładowanie, gdyż powoduje hydrolizę elektrolitu, w której wyniku powstaje wodór i tlen. Zwiększają one ciśnienie i temperaturę w ogniwach zamkniętych, a w przypadku akumulatorów otwartych oraz wyposażonych w duże wentyle – wysychanie.

Aby uniknąć przeładowania, trzeba określić moment, w którym akumulator jest już naładowany. Niestety, jeśli nie zna się dokładnie ilości ładunku, jaki pozostał do załadowania, niekiedy wykrycie momentu przeładowania jest bardzo trudne. Wynika to z charakterystyki napięciowej w funkcji ładunku zgromadzonego w ogniwie. Największy problem dotyczy akumulatorów Ni-MH, w których napięcie końcowe ładowania bywa delikatnie niższe, niż gdy do pełnego naładowania brakuje tylko ułamka pojemności. Dlatego zamiast monitorować napięcie akumulatora, często bada się jego temperaturę, która szybko rośnie, gdy nadmierna ilość dostarczanego ładunku powoduje hydrolizę elektrolitu.

Akumulatory Ni-MH są też problematyczne ze względu na prąd, jakim powinny być ładowane. Zazwyczaj zaleca się bowiem, by ładować je impulsami, gdyż prąd stały może je uszkodzić. Nadmierny prąd uszkadza też praktycznie wszystkie inne akumulatory, dlatego producenci podają zalecane prądy ładowania lub całe procedury, które pozwalają zapewnić najdłuższą żywotność ogniw.

By poprawnie naładować akumulatorki Ni-Cd, trzeba zmierzyć temperaturę lub zmienić napięcie na ogniwie. Stosowana jest w tym celu tzw. metoda delta V. Gdy akumulator jest całkowicie naładowany, pojawia się spadek napięcia, który jest wykrywany przez ładowarkę, i proces ładowania jest wstrzymywany. Trzeba jednak pamiętać, że ogniwa Ni-Cd cechują się dużą podatnością na temperaturę. Gdy akumulator się nagrzewa, jego rezystancja wewnętrzna spada, co może spowodować zniszczenie go ze względu na zbyt mocno rosnący wraz ze wzrostem temperatury prąd ładowania.

Ogniwa Li-Ion i podobne zaleca się ładować najpierw stałym prądem, a następnie stałym napięciem. Oczywiście, dzieje się to automatycznie. W praktyce podczas wymuszania przepływu wybranego prądu ładującego napięcie stopniowo (samoczynnie) rośnie do około 3,6 V. Po przekroczeniu ustalonego prądu napięcia ładowarka zaczyna wymuszać konkretne napięcie na akumulatorze, w czego efekcie, zgodnie z prawami fizyki, pobierany z niej prąd zmienia się samoczynnie (maleje), dostosowując się do zmieniającej się rezystancji ogniw. Ładowanie kończy się albo wtedy, gdy prąd zmaleje poniżej pewnego progu, albo wtedy, gdy wbudowany licznik zliczy przez całkowanie numeryczne prądu po czasie ilość ładunku zapakowanego do akumulatora i zdecyduje, że akumulator jest już pełny. Ładowanie może też zostać przerwane ze względu na nadmierny wzrost temperatury albo – jeszcze prościej – przez odmierzanie czasu. Tego drugiego rozwiązania już się praktycznie nie stosuje, gdyż bardziej zaawansowane metody są wystarczająco tanie, by ich powszechnie używać.

Praktycznie w przypadku każdego akumulatora im mniejszy prąd ładowania, tym lepiej dla ogniw. Ma to znaczenie szczególnie w ogniwach Ni-MH i Ni-Cd, w których prąd ten często ustawiamy samodzielnie (choćby kupując konkretny model ładowarki). Trzeba pamiętać, że akumulatory ładowane szybciej będą wcześniej traciły na pojemności i w efekcie szybciej ulegały samorozładowywaniu.

10