Főoldal
Untitled Document  
A nikkel-kadmium akkuk töltése    

  Az újonnan vásárolt cellát használatba vétele előtt 24 órán át tartó lassú töltését javasolják az akkugyártók. Ez a lassú töltés segít a teleppé összekapcsolt cellákat azonos kapacitásszintre hozni, ugyanis az egyes cellák önkisülése a különböző töltöttségi szinteken eltérő. A hosszú raktározás alatt az elektrolit a cella alsó részében a gravitációs erő hatására sűrűbbé válik, így a fent említett formázó töltés segíti az elektrolit újrahomogenizálódását a felső, szárazabb rétegekben is.

  Néhány gyártó nem formázza meg teljesen termékét a kiszállítást megelőzően. Ezek az akkuk csak a felhasználás során, többszöri töltési-kisütési ciklus után vagy akku-kondícionáló készülékben érhetik el a teljes kapacitást. Sokszor 50-100 ciklusnak kell eltelnie a nikkel-bázisú cellák teljes formázottságának kialakulásához. A minőségi cellák pl. Sanyo, Panasonic már 5-7 ciklus után képesek teljesíteni a megadott specifikációkat. Enyhe kapacitásnövekedés figyelhető meg a használat során a 100-300 ciklus között.

  A legtöbb cellát biztonsági szeleppel látják el a helytelen töltés során kialakuló magas nyomás elvezetésére. Ez a biztonsági szelep Ni-Cd cella esetében 1035 és 1380 KPa nyomásértékek között nyit. (Összehasonlításképpen egy autó gumiabroncs átlagos nyomása 240 KPa). A többször nyitó-záró szelepnél nem okoz a nyitás különösebb kárt, ám az elektrolit egy része elvész, és a szelep a továbbiakban szivároghat. Ha ez bekövetkezik, egy idő után fehér porszerű anyag jelenik meg a szelepnyílás körül.

  A kereskedelemben kapható gyorstöltőket sokszor nem az akkucellák igényeinek megfelelően tervezik. Ez különösen azokra a Ni-Cd töltőkre jellemző, amelyek a töltöttségi állapotot kizárólag a hőmérséklet-érzékelés alapján határozzák meg. Egyszerű és olcsó megoldás, ám a homérséklet alapján történő kiértékelés nem pontos. A használt termisztorok általában széles tűréssel rendelkeznek, és a cellán való elhelyezésük nem mindig következetes. A környezeti hőmérséklet és pl. a napos helyen való töltés szintén befolyásolják a töltöttségi szint érzékelésének pontosságát. A töltőgyártók az 50 °C-os lekapcsolási hőmérséklethatárt javasolják, a töltési folyamat idő előtti megszakításának megelőzésére, valamint az optimális feltételek biztosítására a teljes feltöltéshez. A hosszantartó 45 °C fölötti hőmérséklet ártalmas az akkunak, azonban egy rövid hőmérsékletcsúcs ezen érték fölött gyakran elkerülhetetlen.

  A korszerűbb Ni-Cd töltők az abszolút hőmérséklet érzékelése helyett a töltési idő alatt bekövetkező hőmérsékletnövekedést mérik, meghatározva a dT/dt arányt, vagyis a töltés alatti hőmérsékletváltozás sebességét (dT/dt azaz hőmérsékletváltozás per idő). Ezen típusú töltők kedvezőbbek a cellákra nézve a fix hőmérsékletűeknél, bár a triggerjel érzékeléséhez a cellák hőfejlesztése szintén szükséges. A töltés befejezésének detektálása akkor helyes, ha a lekapcsolás 1 °C/min hőmérsékletemelkedésnél következik be, és az abszolút lekapcsolási határhőmérséklet 60 °C. A relatíve nagyobb tömegű celláknál a lassúbb hőátadás miatt, ez a módszer, amit egyébként hőmérsékletváltozás-figyelésnek neveznek, könnyen előidézheti a cellák rövid idejű túltöltését még a teljes feltöltöttség érzékelésének bekövetkezése előtt. A dT/dt módszer csak gyorstöltőknél működik helyesen.

  Káros túltöltést okoz, ha a teljesen feltöltött akkut ismételt utótöltésnek tesszük ki. A gépkocsi- és a bázisállomásokon üzemelő töltők, melyekre jellemző a rádiókészülék gyakori kivétele, különösen igénybe veszik az akkukat, mert a töltőberendezés minden visszahelyezéskor elindít egy gyorstöltési ciklust. A laptopokra szintén ez jellemző, ugyanis használat közben gyakran, kis időtartamra szét és összekapcsoljuk a hálózattal. Az ismételt csatlakozás az áramforráshoz erősen igénybe veszi az egyszerűbb Ni-Cd akkukat. Egy szimpla akkutelep nem tartalmaz a töltővel kommunikálni képes elektronikát, ellenben a Li-ion töltő képes érzékelni a cellafeszültség nagyságát és a többszöri rácsatlakozások sem zavarják meg a töltési folyamatot. Néhány precíz kivitelű nikkel-bázisú akkuknál használt töltésérzékelő rendszer egy, a töltőbe épített mikrokontroller által figyeli a feszültség értékét, és befejezi a töltést, ha az egy bizonyos feszültségidő karakterisztika szerint megváltozik. Egy enyhe feszültségesés utal ekkor a teljes töltöttségre. Ezt a módszert nevezik Negatív Delta Voltage-nak (NDV) azaz negatív feszültségváltozásnak.

  Az NDV a legjobban ajánlott töltésérzékelési módszer az univerzális felhasználású töltoknél. Gyors beavatkozási idot biztosít, és pontosan muködik részben, vagy teljesen feltöltött celláknál is. Ha egy teljesen feltöltött akkut helyezünk be, a töltési végfeszültség gyorsan emelkedni kezd, majd csökkeni kezd, készenléti üzembe billentve az elektronikát. Következésképpen a cellák hidegek maradnak és a töltés csupán néhány percig tart. A Ni-Cd töltok tipikusan 10-30 mV/cella feszültségesésre billennek át csepptöltési üzembe.

  A szükséges feszültségesés kialakulásához 0,5 C vagy ennél nagyobb töltőáram értékre van szükség. 0,5 C-nél kisebb áram, nagyon enyhe változást eredményez, amit nehéz mérni, különösen akkor, ha nem megfelelő a cellák párosítása. Egy ilyen, különböző állapotú akkucellákat tartalmazó telepben más-más időpontban érik el a cellák a teljes töltöttséget, eltorzítva ezzel a feszültség-idő grafikont. Hibás feszültségesés-érzékelésnél a gyorstöltés tovább folytatódik, ami igen nagy hőigénybevételt okoz a túltöltés miatt. Azoknál a töltőknél amelyek az NDV-elvet használják, szükség van egy további, másféle elven működő töltöttség-érzékelési rendszerre ahhoz, hogy működésük minden körülmények között megbízható legyen. A legtöbb töltő ezért a cella hőmérsékletét is figyeli.

  A töltés hatásfoka Ni-Cd celláknál gyorstöltés esetén jobb mint lassú töltésnél. 1C töltő-áramnál a tipikus hatásfok 91%, azaz a teljes feltöltéshez 1,1 órára van szükség. Lassú töltés estén 0,1 C töltőárammal 14 óra szükséges, vagyis a hatásfok 71% értékre csökken. 1 C töltőáramot használva egy Ni-Cd cella nem sokkal több mint 60 perc alatt (66 perc, azaz 1,1óra) töltődik fel. Az akku feltöltési ideje a részben kisütött, memóriaeffektus miatti kapacitáscsökkenést elszenvedett, vagy egyéb ok miatt meghibásodott cellánál számottevően csökkenhet.

  A töltési ciklus 70%-áig a töltési hatásfok Ni-Cd cellánál megközelíti a 100%-ot. Csaknem a teljes energiamennyiség kémiai energiává alakul és a cella hűvös marad. A gyorstöltésre alkalmas celláknál használható a kapacitás többszörösének megfelelő töltőáram is, anélkül hogy hőmegfutást okoznánk. Az ultragyors töltők kihasználják ezt az egyedülálló tulajdonságot és néhány perc alatt feltöltik az akkut 70% töltöttségi szintre. Ezután a töltés alacsonyabb töltőárammal folytatódik a teljes feltöltésig. 70%-os töltöttségi küszöbszintnél a cella kezdi elveszíteni a töltésbefogadó képességét. Megindul a gázképződés, a nyomás emelkedik, és a hőmérséklet is nő. A töltés befogadóképesség tovább csökken, miközben az akku 80-90% töltöttséget ér el. Amikor a cella teljesen feltöltődött és a töltés tovább folyik, túltöltési állapotba kerül. Némi többlet-kapacitáshoz juthatunk olyan töltő használatával, amely a túltöltési tartományban is képes mérni a feszültségváltozást. Az alábbi diagramm mutatja a cellafeszültség, a nyomás és a hőmérséklet töltés közbeni alakulását Ni-Cd celláknál.

Az ultranagy kapacitású cellák több hőt termelnek az átlagos társaiknál, különösen ha 1C vagy nagyobb töltőárammal töltjük őket. Ez részben az ilyen cellák nagyobb belső ellenállásának köszönhető. Az optimális töltési folyamat tehát magasabb árammal indul a kezdeti töltési fázisban, majd a csökkent töltésbefogadó képességnek megfelelő kisebb árammal fejeződik be. Ezzel a módszerrel elkerülhető a felesleges hőmérsékletemelkedés a teljesen feltöltött akkunál is.
A töltőimpulzusok közé beszúrt kisütő (negatív) impulzusok serkentik a nikkel-bázisú cellák töltésbefogadó képességét. Az angolul "Burp"-nak vagy "ellentétes terhelésnek" hívott töltési eljárás nagy kristályfelületet alakít ki az elektródákon, megnövelve a cellák hatékonyságát és élettartamát. Az ellentétes terhelés gyorstöltésnél is ajánlott, mert segít vissza-alakítani a töltés során képződő gázt. Az eredmény: hűvösebb cellák és nagyobb hatásfokú töltés a hagyományos DC töltőkhöz képest.

  Ez az eljárás minimalizálja a kristályképződés folyamatát is töltés közben. A US Army Electronics Command, Fort Monmouth New Jersey államban átfogó kutatást végzett ebben a témakörben, közzétéve az eredményeket. Németországi vizsgálatok is igazolták hogy ez a módszer 15%-kal növeli a nikkel-kadmium cellák élettartamát.

   A teljes feltöltés után a Ni-Cd akkut csepptöltésre kapcsoljuk az önkisülés kompenzálása céljából. A csepptöltés értéke 0,05 C és 0,1 C közé esik. A memóriaeffektus további csökkentése érdekében ez a töltőáram a jelenlegi fejlesztési trend szerint az alacsonyabb értékek irányába tolódik el.
VISSZA

Contact us