Эксплуатационные характеристики Ni-Cd аккумуляторов

Режимы разряда
Разрядные характеристики аккумуляторов при разных плотностях тока определяются особенностями аккумуляторов, влияющими на величину их внутреннего сопротивления. К таким особенностям принадлежат прежде всего толщина электродов и их структурные характеристики, плотность сборки пакета электродов, толщина и структура сепаратора, количество электролита и отдельные параметры конструкции аккумулятора.

Для дисковых аккумуляторов с толстыми прессованными электродами, предназначенных для работы при продолжительном режиме разряда, характерна разрядная кривая с изменением напряжения с постоянно малой скоростью до напряжения 1,1В. Разрядная емкость, снимаемая при дальнейшем разряде до 1В, составляет 5-10 % Сн.

У этих аккумуляторов отмечается заметное снижение среднего разрядного напряжения и отдаваемой емкости с увеличением плотности тока до 0,2С. Это определяется невозможностью равномерного быстрого разряда активной массы по всей толщине электрода.

Снижение толщины электродов (при увеличении их числа с 2 до 4) позволило для дисковых аккумуляторов, предназначенных для использования при среднем режиме разряда, увеличить границу токов разряда до 0,6 С.

Короткоразрядные аккумуляторы с металлокерамичеекими электродами благодаря малому внутреннему сопротивлению обладают более высокими энергетическими показателями. При номинальных токах разряда разрядная кривая аккумуляторов имеет меньший градиент спада напряжения. Обычно, напряжение аккумуляторов выше 1,2В сохраняется вплоть до исчерпания 0,9 Сн. При разряде от 1,1 до 1,0В снимается не более 3% Сн. Такие аккумуляторы могут быть использованы при разряде токами до 3-5 С.

Современные цилиндрические Ni-Cd аккумуляторы с рулонными электродами допускают еще более высокие разрядные токи: для некоторых типов аккумуляторов максимальный долговременный ток составляет 7-10С.

Влияние режима разряда на величину разрядной емкости изображено на рисунках 2 и 3. Из рисунка видно, насколько существенным фактором внешнего влияния на электрические характеристики аккумуляторов является температура окружающей среды. Емкость, которая может быть получена от аккумулятора при 20 °С, наибольшая. Она почти не уменьшается и при разряде при более высокой температуре. Но при температуре ниже 0 °С разрядная емкость уменьшается, и тем больше, чем больше разрядный ток.

Снижение емкости при низкой температуре связано со снижением разрядного напряжения аккумулятора из-за существенного роста как омического, так и поляризационного сопротивления. Рост сопротивления определяется малым количеством электролита в герметичном аккумуляторе. Именно поэтому так существенно сказываются на характеристиках аккумулятора концентрация и состав электролита, которые определяют температуру образования в электролите той или иной твердой фазы: льда, кристаллогидратов, солей и др. Замерзание электролита вообще исключает вероятность разряда. Поэтому нижняя температурная граница работоспособности герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов редко бывает ниже -20 °С. Но при коррекции состава и концентрации электролита в отдельных типах аккумуляторов при -40 °С удается получить - 0,5Сн при токе разряда 0,2С и 0,2Сн при токе 1С.

Режимы заряда Ni-Cd аккумуляторов
При заряде герметичного аккумулятора кроме проблемы восстановления истраченной энергии, важным является ограничение его перезаряда, поскольку процесс заряда сопровождается повышением давления внутри аккумулятора. По мере заряда оксидно-никелевого электрода начинается побочный процесс выделения кислорода, и коэффициент использования тока к окончанию заряда заметно падает. На рисунке 5 показаны типичные кривые, отображающие зависимость разрядной емкости цилиндрического аккумулятора от емкости, сообщенной при разных скоростях заряда. Из этих кривых видно, что для полного заряда аккумулятора ему достаточно сообщать не более 160 % номинальной емкости.

Рис.5. Эффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости заряда

Аккумуляторы могут быть заряжены при температуре от 0 до +40 °С, наиболее эффективно в интервале температур от +10 до +30 °С. При низкой температуре поглощение кислорода на отрицательном электроде сильно замедляется и при перезаряде быстрое повышение давления может привести к открытию аварийного клапана. При высокой температуре понижается потенциал, при котором на положительном электроде начинает выделяться кислород, что приводит к более раннему началу этого процесса.

При одной и той же температуре повышение тока для ускорения процесса заряда приводит к увеличению скорости выделения кислорода. Скорость газо-поглощения кислорода при этом практически не изменяется. Она в большей степени зависит от особенностей аккумулятора, которые определяют перенос кислорода от положительного электрода к отрицательному, а именно: от плотности компоновки пакета электродов, толщины и структурных параметров электродов и сепарационного материала, количества электролита.

Заряд тем эффективнее, чем тоньше электроды аккумулятора и плотнее сборка их пакета. Именно поэтому цилиндрические аккумуляторы с электродами рулонного типа больше приспособлены к заряду с большой скоростью. Из кривых на рисунке 5 видно, что для таких аккумуляторов эффективность заряда в интервале токов заряда 0,1-1С практически не изменяется. А уменьшение тока заряда приводит к заметному уменьшению емкости, которую можно получить от аккумулятора при последующем разряде.

Номинальным (стандартным) режимом заряда является режим, при котором аккумулятор, разряженный до 1В, заряжается током 0,1С в течение 16 ч. Для отдельных аккумуляторов продолжительность заряда в номинальном режиме составляет 14 ч. Это ограничение оговаривает предприятие-изготовитель, оно определяется особенностями конструкции аккумулятора или повышенной закладкой активных масс с целью увеличения емкости.

Кроме гальваностатического заряда (заряда при постоянном токе) для герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов могут быть применены другие стратегии заряда, при которых в конце зарядного процесса ток снижается плавно или ступенчато до величин, позволяющих вести процесс практически бесконечно без повреждения аккумулятора. В этом случае на начальной ступени заряда ток может быть значительно выше стандартного тока 0,1 С.

В настоящее время во многих случаях появляется настоятельная необходимость в ускорении процесса заряда. Эта проблема решается при применении аккумуляторов, способных к эффективному заряду током повышенной плотности, постоянным по величине в процессе всего заряда, и систем контроля, не допускающих чрезмерного перезаряда аккумуляторов.

Большая часть цилиндрических аккумуляторов может быть заряжена постоянным током 0,2 С за 6-7 ч либо током 0,3 С за 3-4 ч (при контроле лишь времени заряда). При ускоренном относительно стандартного заряде рекомендуется перезаряд не более чем до 120-140 %. При этом обеспечивается разрядная емкость не менее номинальной. Аккумуляторы серий, разработанных для циклирования в ускоренных режимах, могут быть заряжены еще быстрее: в течение около 1 ч. Но в этом случае они требуют специфического контроля напряжения и/или температуры во избежание деградации аккумуляторов из-за быстрого увеличения давления.

Пауза между зарядом и разрядом
После прекращения заряда повышение давления в аккумуляторе некоторое время продолжается, так как на оксидно-никелевом электроде идет процесс окисления гидроксильных ионов. По мере снижения потенциала оксидно-никелевого электрода за счет саморазряда скорость процесса газовыделения понижается и становится соизмеримой со скоростью поглощения кислорода на отрицательном электроде. В результате давление в аккумуляторе начинает понижаться. Понятно, что при одинаковом уровне перезаряда чем больше была скорость заряда, тем больше растет давление в аккумуляторе после прекращения заряда.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: