Как только количество комплектов пальчиковых NiCd- или NiMH-аккумуляторов, скажем, у профессионального фотографа, приблизится к десятку, оценка их состояния и обеспечение качественного, не сокращающего «жизнь» заряда зачастую выливается в отдельную серьезную проблему. Корректно решить ее можно благодаря правильной их эксплуатации, например, с помощью интеллектуальных разрядно-зарядных устройств, дополненных слаборазряжающим элемент-тестером, – таких как Ansmann Energy 8 Professional.

Параметров пальчиковых аккумуляторов с точки зрения пользователя немного. В первую очередь это типоразмер (AA, AAA и т. д., обычно задан габаритами батарейного отсека прибора), тип «химии» (NiCd, NiMH) и емкость. Если нужно интенсивно работать с подобными элементами питания, в особенности соединенными в батарею последовательно, со временем приходится задумываться и об остаточной емкости, внутреннем сопротивлении и скорости саморазряда, ведь именно совокупность этих параметров определяет долговечность службы АКБ и характеризует ее пригодность к выполнению своих функций.

Не секрет, что кроме качества самих элементов и особенностей потребления запитанных от них устройств важную роль в поддержании эксплуатационных параметров играют зарядные устройства. Поэтому, проанализировав работу множества не самых дешевых «зарядок» (практически каждая из них, судя по описанию, претендует на оригинальность и гарантирует «наиболее правильный заряд» элементов), прежде чем перейти к герою материала, сделаем небольшое отступление.

Особенности эксплуатации пальчиковых NiCd- и NiMH-элементов

Ansmann Energy 8 Professional

Зарядная часть

Химический тип элементов NiCd, NiMH

Количество независимых каналов 8 (6 слотов для элементов AA и ААА; 4 слота для элементов С и В; 2 для АКБ типа «Крона»)

Индикация
трехцветная светодиодная

Максимальный зарядный ток, мА 300 (AAA), 700 (AA), 1000 (С), 1000 (D), 70 (типа «Крона»)

Основной метод определения окончания заряда -ΔV

Тестер
Поддерживаемые формфакторы элементов питания:
пальчиковые первичные элементы
ААА/R03, AA/R6, C/R14, D/R20; батареи элементов «Крона» 23А; кнопочные 1,5 В (пуговичные, часовые); LR 43, LR 44, LR 45, LR 54, LR 55, LR 57, LR 59, LR 60, LR 66; воздушно-цинковые V675, V13, V312; дисковые литиевые CR 1025, CR 1216, CR 1220, CR 1616, CR 1620, CR 2016, CR 2025, CR 2032, CR 2320, CR 2430, CR 2450; литиевые «фотобатарейки» CR123A, CR2, CR-V3 (3 В) и CR-P2, 2CR5 (6 B);

Поддерживаемые формфакторы аккумуляторов 1,2 В NiCd/NiMH: AAA, AA, С, D

Время тестирования 2 с

Индикация ЖК-дисплей, отображение напряжения (В) и емкости (%) либо дефектного состояния (ошибки)

Общие параметры
Напряжение питания 100–240 В Масса 850 г
Габариты 248×199×72 мм
Ориентировочная цена 685 грн Предоставлен
ITKOM: тел. (044) 492-9151

Обеспечение полного цикла обслуживания и зарядки аккумуляторов для поддержания максимальной отдачи на протяжении всего срока их службы

Практически нет

Полный комплект необходимого оборудования в едином корпусе; уникальное соотношение цены и функциональных возможностей

Зарядное устройство – прибор более сложный, чем это кажется непосвященным. Во-первых, оно должно обеспечить необходимый ток для оптимальной зарядки. Слишком высокая температура и газы, выделяющиеся в процессе заряда батареи, могут привести к выходу аккумулятора из строя либо существенному сокращению количества оставшихся циклов разряда. Во-вторых, вовремя остановить основной процесс для предотвращения «перезаряда»: и для NiCd-, и для NiMH-аккумуляторов вредно даже кратковременное нахождение в ЗУ под полным зарядным током. В-третьих, зарядное устройство должно учитывать саморазряд после завершения цикла заряда и уметь задать нужный ток для подзарядки, чтобы избежать перегрева элементов. Так, для NiCd- и NiMH-батареи считается нормальным терять 10–15% заряда в течение последующих 24 ч.

Поскольку химический состав разных типов батарей неодинаков, очень важно, чтобы используемое ЗУ было специализированным для конкретного типа аккумуляторов либо умело «находить компромисс» или изменять алгоритм заряда при работе с обоими рассматриваемыми типами.

Представители наиболее давней технологии, аккумуляторы типа NiCd – «рабочая лошадка», которая интенсивно трудится и не доставляет серьезных хлопот. Но, как следует из названия, в них содержится кадмий, что требует специальной процедуры утилизации. В ряде стран по этой причине они уже запрещены к использованию (либо экологические санкции в отношении их производителей делают массовый выпуск этих устройств нецелесообразным). Собственно, последнее обстоятельство в совокупности со стремлением к улучшению соотношения размера/емкости элемента для обеспечения бoóльшей портативности устройств послужило толчком к широкому распространению NiMH-аккумуляторов.

Так как мы условились исходить из потребительских оценок зарядных устройств, то все их многообразие, представленное на отечественном рынке, предлагаем условно разделить на три категории согласно времени, необходимому для полного заряда: быстрые (1–2,5 ч), среднескоростные (5–8 ч) и медленные (до 15 ч). Как редко встречаемые за пределами классификации останутся агрессивные сверхбыстрые («получасовые») и сверхмедленные (с зарядными токами, лишь в несколько раз превышающими требуемую для компенсации саморазряда величину) устройства.

Для ЗУ первого типа, в названии которых, как правило, фигурируют слова «Quick» или «Rapid Charge», используются токи, численно равные значению от 50 до 100% номинальной емкости NiCd-элемента в режиме часового разряда (в сокращенной записи – от 0,5С до 1C, заряд меньшим током требует боóльшего времени).

Одним из критериев полного окончания заряда может служить оценка приращения напряжения на ламелях аккумулятора (метод «-ΔV»). Критерием для NiCd- и NiMH-батарей является уменьшение падения напряжения на ячейках, наблюдаемое после достижения некоторого максимального значения, характеризующего полный заряд элемента. В случае с металлогибридным элементом величина этого пика составляет всего десяток милливольт, что требует от цепей анализа высокой точности, учета температурных параметров и применения помехоустойчивых алгоритмов оценки спада.

Следует отметить, что в батарее из последовательно соединенных аккумуляторов с хотя бы одним «плохим» элементом в цепочке указанный критерий окончания заряда может не сработать и привести к ускоренному разрушению остальных элементов. Поэтому мы предлагаем при выборе «зарядки» с осторожностью относиться к устройствам, работающим одновременно только с парой либо четверкой элементов, если в них нет временнoóго или температурного «предохранителя» (функции самоотключения при превышении разумной продолжительности или нагрева) либо не заявлен способ градиентного заряда по температуре. Его суть заключается в постепенном увеличении зарядного тока до значения, обеспечивающего плавное повышение температуры элемента до разрешенных 45–50 °С, а в качестве критерия окончания цикла – существенное ускорение нагрева элемента при приближении полученного аккумулятором заряда к 100%. Анализируя работу современных микропроцессоров для зарядных устройств, мы надеемся, что в ближайшем будущем бытовые ЗУ них наконец прекратят излишне «спешить», пропуская через полностью разряженный элемент большие стартовые токи, фактически снижая тем самым срок службы АКБ.

Среднескоростные зарядные устройства могут использовать те же вышеописанные принципы и заряды – с тем отличием, что токи через элемент в них не превышают 0,5С, что подразумевает более щадящий режим обслуживания АКБ.

Наконец, до сих пор выпускается множество, по мнению автора, незаслуженно игнорируемых потребителями устройств, построенных на классических принципах, воплощающих универсальный способ работы с аккумуляторами: при необходимости разрядить их или батарею до напряжения 1 В на ячейку и заряжать далее в течение 10–12 ч током 0,1С. Недостаток у данного метода, в принципе, один – не всегда есть возможность ждать столь долго. Еще один свойственен наиболее дешевым устройствам этой группы – если нет таймера заряда, то после получения ими 110–120% энергии (после 10 ч при заряде элемента током, например, в 0,12С) оператор должен вынуть батареи из устройства.

В режиме тестирования элемента питания на дисплее отображаются напряжение на нем и его емкость с точностью до 10%

Среди известных недостатков NiCd- и в меньшей степени – NiMH-аккумуляторов – необходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения «эффекта памяти»), высокий саморазряд (порядка 10% в течение первых суток) и бoóльшие габариты по сравнению с другими типами. В то же время при использовании интеллектуальных зарядных устройств, способных обеспечить тренировочные циклы и восстановительные методы, наилучшие результаты показывают как раз NiCd-элементы. Обычно от 60 до 70% предварительно отбракованных аккумуляторов этого типа можно восстановить для дальнейшей полноценной эксплуатации.

Повышение эффективности процесса заряда и продление ресурса элементов NiCd (опять же, в меньшей мере – и NiMH) достигается чередованием более коротких или менее мощных импульсов разряда с импульсами заряда. Этот популярный метод, обычно называемый импульсным зарядом с частичным разрядом, или реверсивным, позволяет сохранить площадь активной поверхности электродов, увеличивая эффективность и срок эксплуатации аккумулятора. Он также улучшает «быстрый заряд», так как способствует рекомбинации газов, выделяющихся во время заряда. В результате аккумулятор меньше нагревается и лучше заряжается по сравнению со стандартным методом заряда постоянным током.

Классическая стандартная процедура восстановления предполагает контролируемый разряд до минимального напряжения (как правило, до 1,0 В токами не более 0,5–1С), что в том или ином виде реализовано во многих недорогих зарядных устройствах, и ниже (так называемый восстанавливающий разряд, до 0,4–0,6 В при значительно уменьшенном токе, предотвращающем повреждение аккумулятора). Некорректное проведение последней операции может принести элементу больше вреда, чем пользы.

Попутно отметим, что некоторые старые NiCd-аккумуляторы (в определенной степени это обнаружилось и у NiMH) после проведения обслуживания достаточно близко «возвращаются» к первоначальной емкости, но при этом демонстрируют нестабильность параметров в последующих циклах эксплуатации. Выявить их можно, оценив степень саморазряда, проведя тестирование через 4, 24 и 48 ч и проанализировав снижение емкости. Если через двое суток остаточная емкость составит менее 50% набранной, то лучше на этот элемент в дальнейшем не надеяться.

Современные NiMH-аккумуляторы характеризуются бoóльшей удельной емкостью (до полутора раз по сравнению с элементами стандартной емкости того же типоразмера) и меньшей, чем у NiCd, склонностью к «эффекту памяти». Однако «лечатся» они, как мы убедились на собственном опыте, значительно труднее: процент восстановления NiMH аккумуляторов – около 40%, причем в «запущенных случаях» (по разным источникам – это потеря более 25–35% номинальной емкости) попытки реставрации безуспешны. Наш совет: не имея возможности детально проконтролировать параметры и выбрать тип обслуживания АКБ (разрядить перед зарядом, провести более глубокий восстанавливающий разряд или просто дозарядить элемент), желательно установить интервал между тренировками в один месяц для NiCd и 2–3 месяца для NiMH. Если в работе используются «быстрые зарядки», то вполне вероятно, что придется прибегать к процедуре чаще – через 5–15 циклов работы.

Зарядное устройство-тестер Ansmann Energy 8 Professional

Переходя к герою тестирования, читателю станет понятна детальность предыдущего раздела: все то лучшее (или почти все, ведь речь идет о модели стоимостью менее $200), о чем писалось выше и что учитывалось нами при подборе обслуживающего аккумуляторы устройства для удовлетворения внутренних потребностей одного из наших подразделений, оказалось реализовано в Energy 8 Professional.

Собственно аппарат состоит из двух независимых частей – разрядно-зарядной и тестирующей.

Первая представлена восьмиканальной системой для работы в шести слотах с элементами А-формата (типа АА и ААА) и в двух – для АКБ типа «Крона». В каждом из них при установке батареи автоматически и независимо от других в течение первых 5 с производится оценка и световая индикация его емкости (ниже 25%, от 25 до 80, свыше 80%). После этого прибор переходит в режим диагностики состояния элемента. Как нам удалось «подсмотреть», в это время производится импульсный разряд элемента токами до 300 мА, в процессе которого, вероятно, оценивается соотношение напряжений и внутреннее сопротивление, а также более точно определяется остаточная емкость. В случае, когда последняя невелика, устройство приступает к разряду элемента. Если при выполнении алгоритма контроля далее принимается решение об устранимой «неадекватности» в поведении элемента, то он приступает к его дальнейшему восстанавливающему разряду. Затем, достигнув требуемого разряда, индивидуально для каждого слота начинается заряд, причем выяснилось, что начинается он с небольших токов, величина которых зависит от степени «изношенности» аккумулятора. Поэтому нельзя точно спрогнозировать, сколько времени займет полная процедура обслуживания-заряда: в нашем случае для двух неновых однотипных батарей, нуждающихся в разрядке, время пребывания в устройстве составило от 3,5 до почти 5,5 ч. Что же касается «здоровых» заряженных элементов, то их заряд начинался почти сразу и заканчивался в течение получаса. Выяснилось, что Energy 8 Professional способен после непродолжительного разряда (приблизительно на 15%) переводить устройство в режим заряда, продлевая тем самым на один цикл время его жизни. Основным методом определения окончания основного заряда является ранее описанный метод «-ΔV». Далее аппарат переходит в режим поддержания заряда малым током, в котором элемент может находиться неограниченно долго. Дело в том, что требуемый ток в так называемом режиме «trickle charge» подается на аккумулятор не все время, а только после оценки напряжения на нем. Если в поведении наблюдались более серьезные отклонения (нам не удалось, к сожалению, выяснить все используемые процессором критерии), то он переводился в режим повторного обслуживания.

Теперь пару слов о «всеядности» устройства – два крайних сдвоенных слота устроены так, что в каждый вместо двух элементов АА или ААА можно поместить по одному мощному – формфактора С или D.

Индикация во всех режимах предельно проста – мигание либо постоянное горение соответствующего слоту светодиода зеленым, желтым или красным. Нагрев аккумуляторов в процессе тестирования не превышал 40–45 °С и лишь в отдельных случаях доходил до 53 °С.

Переходя ко второй независимой части устройства – тестеру, следует заметить, что и здесь не обошлось без применения достаточно сложных алгоритмов, в данном случае – фирменной CAM-Technology, позволяющей с точностью около 10% оценить состояние подключенного источника питания (из 40 типов): одиночного аккумулятора, неперезаряжаемого первичного элемента или батареи из них. На встроенном ЖК-дисплее после двухсекундного расчета (практически не разряжающего элемент) будут отражены напряжение и расчетная емкость в процентах. Процедура подсоединения элемента заключается в выборе соответствующего типа контактной площадки и, для цилиндрических элементов, касания щупом его отрицательного полюса.

Возвращаясь к пальчиковым аккумуляторам, отметим, что данная функция становится востребованной при необходимости срочно и точно проверить элементы, входящие, например, в один комплект (составляющих батарею), в особенности при сомнении в стабильности их работы. В этом случае, когда через 4 ч после окончания заряда наблюдается саморазряд более 10%, можно заподозрить неладное. Чтобы окончательно убедиться в этом, нужно измерить параметры через сутки: если емкость опустилась более чем на 25–30% и составляет менее 65–70%, исходя из нашего опыта, дальнейшая эксплуатация такого элемента нецелесообразна.

В заключение еще несколько слов о «жизни» столь широко распространенных элементов питания. Прежде всего, если производителем не указано иное, для успешного ввода в эксплуатацию может потребоваться провести несколько вводных тренировочных циклов в медленной или среднескоростной «зарядке» (т. е. током 0,1С – 0,2С) и разрядить их на «умеренную» нагрузку. Кстати, попутно заметим, что ориентируясь на декларируемые производителем 1000 и более циклов, следует ознакомиться с условиями, при которых это достижимо: как правило, ограничиваются не только максимальные разрядные токи, но и подчеркивается необходимость «классического» заряда. Приблизиться к этому значению можно и с помощью Ansmann Energy 8 Professional, тем более что конкурентов ему в данной ценовой категории практически нет.