Jak długo ładować akumulatorki i inne zasady użytkowania akumulatorków Ni-MH

Pamiętaj, że akumulatory Ni-MH nie lubią w szczególności:

• Skrajnie niskiego rozładowania - nawet kilkukrotne rozładowanie akumulatorów poniżej poziomu 1.0V i ich późniejsze przechowywanie w takim stanie prowadzi do ich szybkiego i trwałego zniszczenia - należy kontrolować stopień naładowania swoich akumulatorów i unikać przechowywania zupełnie rozładowanych.
• Bardzo powolnego rozładowania - używanie akumulatorów przez długi okres (wiele miesięcy), np. w pilotach do sprzętu RTV, prowadzi do zwiększenia ich rezystancji wewnętrznej – wraz ze wzrostem rezystancji maleje skuteczność oddawania energii przez akumulator, co w konsekwencji prowadzi do jego przedwczesnego zużycia. Zwróć uwagę na linię produktów dedykowanych do tego typu urządzeń, np. Eneloop dla urządzeń DECT, czy everActive Infinity Line

Co ma szczególnie negatywny wpływ na akumulatory Ni-MH?

• Użytkowanie i przechowywanie w skrajnie wysokich (powyżej 60 st. C) i niskich (poniżej -20 st. C) temperaturach. Prowadzi to do ich dużo szybszego zużycia.

Nawet jeżeli opisywana technologia związana z użytkowaniem akumulatorów niklowo-wodorkowych nie jest nam zupełnie obca, to jest duża szansa, że nie ustrzegliśmy się kilku podstawowych błędów, które doprowadziły do szybszego zużycia naszych ogniw. Podajemy przykłady stereotypów oraz sprawdzamy popularne tezy, które aktualnie znacznie straciły na swojej wartości:

• Czy im wolniej ładujemy akumulatorki Ni-MH tym korzystniej dla ich żywotności?
  To aktualnie w dużej mierze błędne stwierdzenie, gdyż większość nowoczesnych ładowarek do akumulatorów Ni-MH wręcz wymaga odpowiednio wysokiego prądu ładowania aby precyzyjnie określić moment pełnego naładowania. Minimalna wartość optymalnego natężenia ładowania dla popularnych paluszków AA oraz najpojemniejszych AAA wynosi ok. 400 mA. Prądy 200 mA w przypadku ładowarek automatycznych, sterowanych mikroprocesorem, są optymalne jedynie dla akumulatorków o niskiej pojemności <800 mAh.
• Czy każdorazowe, całkowite rozładowanie akumulatora przed ładowaniem sprawia, że akumulatory dłużej zachowują swoją pełną wydajność?
  Absolutnie nie - to porada, która była bardzo cenna kilkanaście lat temu, gdy powszechne w użyciu były jeszcze akumulatory Ni-Cd (niklowo-kadmowe), o bardzo widocznym efekcie pamięci. Tego typu działania z akumulatorem Ni-MH doprowadzą do znacznego skrócenia żywotności tych ogniw. Tą tematykę szerzej poruszymy w osobnym artykule.

To ile czasu w końcu ładować te akumulatorki?

Jeśli nie dysponujemy procesorową ładowarką akumulatorków, która dobierze optymalny czas ładowania oraz napięcie prądu za nas, musimy samodzielnie obliczyć niezbędny czas ładowania.
W przeciwieństwie do akumulatorów samochodowych, które ładuje się stałym napięciem, akumulatorki Ni-Cd i Ni-MH ładuje się stałym prądem (stałym natężeniem). Najprostszą metodą ładowania jest po prostu podłączenie ładowanego ogniwa do źródła prądu o natężeniu C/10 na ok. 14-16h. C oznacza tu pojemność akumulatorka (liczona w miliamperogodzinach - mAh) - przypomnijmy, że akumulatorek o pojemności 1000mAh (czyli jednej Ah - amperogodziny) to taki, który jest w stanie dostarczać prądu o natężeniu 1A przez godzinę (lub prądu o natężeniu 2A przez pół godziny, 500mA przez dwie godziny, itd.) A zatem całkowicie rozładowany akumulatorek o pojemności 2000mAh należałoby, zgodnie z tą metoda, ładować przez 15 godzin prądem o natężeniu 200mA.

Opisana metoda jest dosyć prosta i bezpieczna - prąd ładowania jest na tyle niewielki, że nie grozi drastycznymi skutkami ubocznymi w przypadku zbyt długiego przetrzymania akumulatorka w ładowarce (akumulatorek nie przegrzewa się nadmiernie). Prostota metody - jak również schematu pozwalającego zbudować wykorzystującą ją ładowarkę - sprawiła, że tak właśnie działa większość ładowarek sterowanych zegarem. Aplikują one po prostu stały prąd przez czas o określonej długości, po czym prąd odłączają (lub przełączają się w tryb ładowania podtrzymującego, bardzo niewielkim prądem, mającego na celu zapobieżenie samorozładowaniu się akumulatorka). Ponieważ czas i prąd ładowania są tutaj zazwyczaj ustalone "na sztywno", taka metoda oznacza, że w ładowarkach sterowanych zegarowo powinniśmy ładować akumulatorki o pojemnościach, do których owe ładowarki zostały przystosowane. Ta metoda ma niestety szereg wad - jest mało efektywna (zakłada znaczne straty energii podczas ładowania), a ponieważ nie mamy żadnej kontroli ile energii zostało faktycznie dostarczone do akumulatorka nie wiemy czy akumulator nie został np. znacznie przeładowany itp.

Kiedy odłączyć prąd?

Opisana powyżej metoda nieźle sprawdzała się w czasach, kiedy wszystkie akumulatorki miały mniej więcej taką samą, niewielką pojemność. Obecnie, wraz z rozwojem wszelkiego rodzaju sprzętu przenośnego, powstały również coraz bardziej pojemne akumulatorki (np. Panasonic 2500 mAh) - które, ładowane w sposób tradycyjny, po prostu nie wykorzystywałyby całej swojej pojemności. Aby zaradzić temu problemowi (oraz, jak zobaczymy, przy okazji przyspieszyć proces ładowania bez ujemnych skutków dla żywotności akumulatorków) wynalezione zostały ładowarki procesorowe.

Podstawowym pytaniem na które "odpowiedzieć" musi sobie ładowarka jest - "kiedy akumulatorek jest już w pełni naładowany?" Niestety, uzyskanie odpowiedzi wcale nie jest proste. Jak widzieliśmy, zastosować można tutaj metodę "na oko" - akumulatorek ma mniej więcej taką pojemność, jeżeli będziemy go ładować przez mniej więcej taki czas, nie powinien się za bardzo przeładować. Rozważmy inne możliwości - na początek, przyjrzyjmy się zmianom napięcia pojedynczego ładowanego ogniwa w trakcie procesu ładowania.

Napięcie na ładowanym akumulatorku wcale nie zależy liniowo od poziomu jego naładowania (na marginesie - sprawia to poważne problemy kiedy np. chcemy dowiedzieć się, jak bardzo rozładowany jest nasz akumulatorek - napięcie dla 10% pojemności jest niemal identyczne z tym dla 60%). Na szczęście jednak, pod koniec ładowania napięcie zaczyna dość gwałtownie wzrastać (wzrost ten jest jednak znacznie mniejszy w przypadku akumulatorków Ni-MH względem starszych Ni-Cd) - aby łagodnie opaść w momencie kiedy akumulatorek zostanie w pełni naładowany. A zatem, aby stwierdzić kiedy przestać ładować akumulatorek (albo lepiej - kiedy przełączyć się na ładowanie podtrzymujące) "wystarczy" monitorować napięcie na ładowanym ogniwie - i odłączyć prąd w momencie kiedy zacznie ono spadać. Rozwiązanie wydaje się idealne! Niestety, jest jeden problem - spadek napięcia nie jest zbyt duży (jest zależny proporcjonalnie od wartości prądu ładowania) - wynosi zwykle ok. 10mV dla ogniwa Ni-Cd, i ok. 2-3mV dla ogniwa Ni-MH. Zmierzenie tak niewielkiej różnicy napięć (dodatkowo o niepewnej wielkości - weźmy pod uwagę różne konstrukcje akumulatorków, ich historie eksploatacji, zakłócenia zewnętrzne) nie jest zadaniem łatwym - do tego potrzebny jest właśnie ów "procesor" w ładowarkach procesorowych!

Oczywiście, trudno wierzyć takiemu niepewnemu pomiarowi jako jedynemu źródłu wiedzy o tym, kiedy zakończyć ładowanie. Dlatego też producenci ładowarek przyjrzeli się również charakterystyce temperaturowej ogniwa w trakcie procesu ładowania.
Wraz z postępami ładowania, wzrasta również temperatura ładowanego ogniwa - a w dodatku, wykreślona charakterystyka jest już nieco bardziej liniowa niż ta z którą mieliśmy do czynienia w przypadku napięcia. Tą też właśnie charakterystyką wspomagają się w wyznaczaniu momentu zakończenia ładowania lepsze ładowarki procesorowe - odciąć prąd można zresztą zarówno na podstawie wzrostu wartości temperatury powyżej określonego progu, jak i w momencie przekroczenia przez pochodną temperatury (prędkość jej wzrostu, mierzona w stopniach Celsjusza na jednostkę czasu) określonej granicy. Nigdy nie należy zapominać również o starym dobrym mechanizmie zegarowym "na wszelki wypadek" - odłączającym prąd ładowania gdyby przeciągało się ono zbyt mocno w czasie.

Jak ładować akumulatorki szybciej?

Odpowiedź na to pytanie jest prosta - ładować większym prądem! Niestety, szybko przekonamy się, że nawet przy prądach rzędu C/2 i wyższych nasze ogniwa nagrzewają się bardzo szybko do wysokich temperatur - co w skrajnych przypadkach grozić może nawet zniszczeniem akumulatorka/jego rozszczelnieniem. Znów w sukurs przychodzą nam procesory umieszczane w ładowarkach - powierzyć im możemy kontrole prądu ładowania tak, aby trwało ono szybciej - nie niszcząc przy tym naszych akumulatorków. Poniżej przedstawiamy kilka scenariuszy przebiegów ładowania w różnych ładowarkach. Przed każdym ładowaniem dokonywaliśmy rozładowania akumulatorka - gwarantuje to, że ładowanie zawsze przebiegało w tych samych warunkach - od całkowicie rozładowanych ogniw. W trakcie normalnej eksploatacji nie ma potrzeby każdorazowego rozładowywania akumulatorka Ni-MH gdyż skraca to jego żywotność (rozładowanie jest równoznaczne przecież z normalnym użytkowaniem akumulatorka).
Pacjentem był akumulatorek everActive Silver Line AA o pojemności minimalnej1900 mAh.

• ładowanie prądem 1C
  
  Oznacza pełne naładowanie akumulatorka już w godzinę, jednakże ogniwo w takich warunkach bardzo szybko się nagrzewa - ta faza ładowania kończy się natychmiast kiedy prędkość wzrostu temperatury ogniwa przekroczy 1 stopień Celsjusza/minutę, lub w momencie wykrycia spadku napięcia na akumulatorku w końcowej fazie naładowania


• ładowanie prądem C/5
  
  Kończy się w momencie zanotowania spadku napięcia na akumulatorku (dodatkowymi kryteriami mogą być również wzrost temperatury jak również czas ładowania)


• ładowanie prądem C/10 i niższym
  
  W takich warunkach ładowania spadek napięcia w końcowej fazie ładowania jest zupełnie niewidoczny (napięcie cały czas powoli rośnie), dlatego większość ładowarek będzie miała problem z poprawnym automatycznym wykryciem pełnego naładowania akumulatorka - w takich warunkach należy kontrolować przede wszystkim czas ładowania. Jest to najmniej efektywny i najprostszy sposób ładowania stosowany w większości najtańszych ładowarek, często ładowanie kończy się dopiero w momencie wyjęcia akumulatorka z ładowarki. Ta metoda niesie też największe ryzyko regularnego przeładowywania akumulatorka, co może skutkować jego szybszym zużyciem


• ładowanie podtrzymujące prądem C/100 - kończące się dopiero w momencie wyjęcia akumulatorka z ładowarki - ma na celu utrzymanie go w stanie permanentnego pełnego naładowania (należy pamiętać, że np. pozostawione "na półce" akumulatorki Ni-MH potrafią tracić do 3% ładunku dziennie (za wyjątkiem akumulatorków nowej generacji, o niskim samorozładowaniu, np. Eneloop, które nieużywane bardzo wolno tracą pojemność) - oznacza to, że mogą się rozładować całkowicie w ciągu miesiąca!)

Polecamy ładowarki:
Przeczytaj także:
Jakie są różnice pomiędzy akumulatorkami a bateriami alkalicznymi?
Baterie, czy akumulatorki? Wybór zależy od urządzenia!

Autor: Michał Seredziński
Kopiowanie zawartości tekstu lub jego części bez zgody przedstawiciela firmy Baltrade sp. z o.o. jest zabronione.