+Ηλεκτρικά Στοιχεία-Μπαταρίες-Φορτιστές+

[Tony]

Καλημέρα σε όλο το forum...

Καιρό τώρα είχα στο μυαλό μου να γράψω κάποια πράγματα για τις μπαταρίες,και όχι μόνο,αλλά όλο το αμελούσα.
Νομίζω πως είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζουμε τι είναι η λεγόμενη μπαταρία,και σε ποιες κατηγορίες χωρίζετε,εφόσον όλοι τις χρησιμοποιούμε καθημερινά.

Οι χιλιάδες μπαταρίες που κυκλοφορούν στο εμπόριο μας μπερδεύουν,μιας και υπάρχουν μπαταρίες για ότι μπορεί να φανταστεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος,πάμε λοιπόν να αρχίσουμε...

Ορισμοί

Ηλεκτρικό στοιχείο

Το ηλεκτρικό στοιχείο είναι αποθήκη χημικής ενέργειας που με την κατάλληλη συνδεσμολογία, προβλέπεται
να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Διακρίνουμε δύο είδη ηλεκτρικών στοιχείων: τα πρωτογενή και τα δευτερογενή στοιχεία.

Στο πρωτογενές στοιχείο λαμβάνει χώρα μία χημική αντίδραση που δεν αναστρέφεται.
Όταν εξαντληθεί η χημική του ενέργεια, δεν μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο.
Το δευτερογενές στοιχείο, όταν αποδώσει την χημική του ενέργεια μπορεί να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση.
Αυτό επιτυγχάνεται αντιστρέφοντας την "διαδικασία",
δηλαδή δίνοντάς του ηλεκτρική ενέργεια, που αποθηκεύεται σ' αυτό σαν χημική ενέργεια.
Αυτή η εργασία λέγεται φόρτιση (ή επαναφόρτιση).
Τα πρωτογενή στοιχεία τα λέμε επίσης ξηρά στοιχεία, ενώ τα δευτερογενή συσσωρευτές.

Με λίγα λόγια στην κατηγορία πρωτογενή ανήκουν όλες οι μπαταρίες μιας χρήσης(κανονικές-αλκαλικές)
Και στην κατηγορία δευτερογενή ανήκουν όλες οι (επαναφορτιζόμενες).

Η τάση

Κάθε στοιχείο έχει μία διαφορά δυναμικού, που συνήθως την λέμε τάση, και η οποία εξαρτάται από την
χημική σύνθεση των δύο ηλεκτροδίων. Η μονάδα έκφρασης της τάσης είναι τα Volts (V).
Η τάση που συνάγεται από την χημική του σύνθεση είναι κατ' αρχάς ονομαστική. Στην πράξη θα έχει μεν αυτή την τάση, αλλά όταν έχει όλη του την ενέργεια η τάση θα είναι λίγο μεγαλύτερη, ενώ όσο εξαντλείται η ενέργειά του η τάση θα είναι λίγο μικρότερη.
Σαν παράδειγμα, το στοιχείο Ni-Cd έχει ονομαστική τάση 1,2 V. Αμέσως μετά την φόρτιση η τάση του κυμαίνεται στα 1,35-1,4 V, ενώ αντίθετα όταν η τάση πέσει στα 1,1 V είναι ήδη "άδειο" για κάθε πρακτική εφαρμογή.
Η τάση που δείχνουν τα στοιχεία εν κενώ (όταν δεν παρέχουν ενέργεια) είναι πλασματική.
Έτσι ένα πρακτικά άδειο στοιχείο Ni-Cd μπορεί να δείχνει εν κενώ 1,2 V αλλά μόλις δεχθεί φορτίο να δείξει την πραγματική χαμηλή του τάση. Γι' αυτό, την τάση την μετράμε πάντα υπό φορτίο.

Η χωρητικότητα

Εξ ίσου σπουδαίο χαρακτηριστικό των ηλεκτρικών στοιχείων είναι η χωρητικότητά τους.
Η χωρητικότητα δείχνει την θεωρητική διάρκεια που μπορεί να ξεφορτίζεται ένα στοιχείο με κάποιο σταθερό ρεύμα.
Δηλαδή, η χωρητικότητα είναι το γινόμενο του χρόνου (σε ώρες "h" ή σε λεπτά "min") επί την ένταση του ρεύματος (σε αμπέρ "A" ή σε μιλιαμπερ "mA")οπότε και εκφράζεται αντίστοιχα σε:αμπερώρια (Ah) ή μιλιαμπερώρια (mAh), ή αμπερολεπτά (Amin)
ή μιλιαμπερολεπτά (mAmin).
Δηλαδή μία μπαταρία με χωρητικότητα 500 mAh μπορεί να δίνει ρεύμα 500 mA για 1 ώρα, ή 250 mA για 2 ώρες ή 50 mA για 10 ώρες κ.ο.κ.;
Αυτό είναι εντελώς θεωρητικό. Στην πράξη όσο μεγαλώνει το ρεύμα εκφόρτισης, τόσο μειώνεται ο θεωρητικός χρόνος και αντίστροφα όσο μικραίνει το ρεύμα τόσο μεγαλώνει ο χρόνος.
Τα ακριβή μεγέθη εξαρτώνται από τον τρόπο που ο κατασκευαστής έχει κλασσάρει (ονομάσει) το προϊόν του. Αν την έχει κλασσάρει σαν 500 mAh επειδή αντέχει 10 ώρες σε εκφόρτιση 50 mA, τότε κάθε χρήση με εκφόρτιση μεγαλύτερη από 50 mA θα διαρκέσει τέτοιο χρόνο που το γινόμενό τους θα δώσει χωρητικότητα μικρότερη από 500 mAh και κάθε χρήση με εκφόρτιση μικρότερη από 50 mA
θα δώσει χωρητικότητα μεγαλύτερη από 500 mAh.
Αντίθετα αν την έχει κλασσάρει σαν 500 mAh επειδή αντέχει 1 ώρα σε εκφόρτιση 500 mA τότε κάθε χρήση με εκφόρτιση μικρότερη από αυτή την ένταση θα δώσει χωρητικότητα μεγαλύτερη από 500 mAh και κάθε χρήση με εκφόρτιση μεγαλύτερη από 500 mA θα δώσει χωρητικότητα μικρότερη από 500 mAh.

Η ενέργεια

Η ενέργεια της μπαταρίας ισούται με το γινόμενο της τάσης επί την χωρητικότητά της, δηλαδή V x Ah.
Επειδή VxA =W, η σωστή μονάδα έκφρασης της ενέργειας είναι Wh δηλαδή βατ-ώρες, και κατ' επέκταση Wmin (βατολεπτά),
mWh (μιλιβατώρες), mWmin (μιλιβατολεπτά).

Τι ονομάζουμε "Μπαταρία";

Ο όρος μπαταρία σημαίνει ότι δύο ή περισσότερα ηλεκτρικά στοιχεία έχουν ενωθεί μεταξύ τους για να δώσουν μαζί την
ενέργειά τους. Από συνήθεια χρησιμοποιούμε τον όρο μπαταρία και για τα μεμονωμένα στοιχεία.
Τα στοιχεία μπορούν να ενωθούν σε σειρά, ή παράλληλα, ή σε συνδυασμό των δύο. Όταν ενώνονται ο θετικός πόλος του ενός με τον αρνητικό του δεύτερου, ο θετικός του δεύτερου με τον αρνητικό του τρίτου, κ.ο.κ., λέμε ότι είναι ενωμένα σε σειρά. Στην περίπτωση αυτή η μπαταρία έχει τάση όση το άθροισμα των τάσεων των επί μέρους στοιχείων, ενώ η χωρητικότητά της παραμένει όση η χωρητικότητα του ενός στοιχείου. π.χ. 4 στοιχεία των 1,2V/500mAh σε σειρά θα δώσουν μπαταρία 4,8V/500mAh.
Όταν ενώνονται όλοι οι θετικοί πόλοι μαζί και αντιστοίχως όλοι οι αρνητικοί μαζί, λέμε ότι είναι ενωμένα παράλληλα. Στην περίπτωση αυτή αθροίζονται οι χωρητικότητες όλων των στοιχείων, ενώ η τάση της παραμένει όση και η τάση ενός στοιχείου. π.χ. 4 στοιχεία των 1,2V/500mAh ενωμένα παράλληλα, δίνουν μπαταρία 1,2V/2000mAh.
Είναι αυτονόητο, ότι στην πράξη οι μπαταρίες φτιάχνονται από ομοειδή στοιχεία, με την ίδια χημική σύσταση, την ίδια τάση και την ίδια χωρητικότητα. Όπως θα δούμε σε άλλη παράγραφο, σημαντικό είναι επίσης να έχουν και άλλες ιδιότητές τους (ιδίως την εσωτερική τους αντίσταση), ισότιμες.
Μην επιχειρήσετε να ενώσετε στοιχεία με κολλητήρι απευθείας επάνω στους πόλους,
αν δεν έχεις τα κατάλληλα εργαλεία και εμπειρία σε αυτή την εργασία.

Snapshot από τον φορτιστή μου, με τις ποιο γνωστούς τύπους συσσωρευτών.
To Be Continued...>>>

[Tony]

>>>
Φορτιστές

Οι προϋποθέσεις για μία σωστή φόρτιση είναι:

● να ελέγχουμε το ρεύμα της φόρτισης
● να ελέγχουμε τον χρόνο της φόρτισης
● να ελέγχουμε άλλους παράγοντες για την ασφαλή διεκπεραίωση της φόρτισης.

Χωρίς μηχανικό ή ηλεκτρονικό έλεγχο η διαδικασία της φόρτισης,ιδίως η ανάγκη να διακοπεί όταν φθάσει στο τέλος της, επαφίεται στον ανθρώπινο παράγοντα. Επειδή αυτό είναι πολύ κουραστικό,και δεν εξασφαλίζει 100% ασφάλεια,στρεφόμαστε σε μηχανήματα που καλύπτουν αυτές τις προϋποθέσεις και που λέγονται φορτωτικά ή φορτιστές,αν και τις περισσότερες φορές αναφερόμαστε
σ΄αυτούς με τον λανθασμένο όρο "φορτωτές".
Αλλά ακόμα και με την βοήθεια ενός φορτιστή, ο ανθρώπινος παράγοντας είναι σημαντικός, για την παρακολούθηση
της πορείας της φόρτισης.

Παράμετροι στην επιλογή του φορτιστή

Για να επιλέξεις τον κατάλληλο φορτιστή για τον τύπο (ή τους τύπους) του συσσωρευτή που σε ενδιαφέρει, δεν αρκεί να γνωρίζεις μόνο με ποιόν από τους παραπάνω τρόπους λειτουργεί, αλλά πρέπει να συνεκτιμήσεις και τα εξής στοιχεία:

● Τις δυνατότητες τροφοδοσίας του φορτιστή από διάφορες πηγές ενέργειας
● Τους τύπους των συσσωρευτών που μπορεί να φορτίσει
● Τον αριθμό στοιχείων που μπορεί να φορτίσει για κάθε τύπο συσσωρευτή**
● Τον αριθμό των εξόδων/αριθμό μπαταριών που μπορεί να φορτίσει ταυτόχρονα.**
● Την μέγιστη ένταση που μπορεί να δώσει σε κάθε έξοδο ταυτόχρονα ή μεμονωμένα**
● Τους ελέγχους που διαθέτει για την ασφαλή διεκπεραίωση και τερματισμό της φόρτισης***
● Αν έχει ή δεν έχει ρυθμιζόμενη ένταση ρεύματος φόρτισης.***
● Αν έχει όργανα ένδειξης των παραμέτρων και της πορείας της φόρτισης.***
● Αν είναι computerized, και αν έχει θύρα για σύνδεση με PC.
● Αν μπορεί να κάνει και εκφόρτιση***
● Το μέγεθός του
● Τον τρόπο ψύξης του***

Τι πρέπει να γνωρίζεις ακόμα;

Δεν θα ήταν έκπληξη αν λέγαμε ότι υπάρχουν και φθηνοί φορτιστές.
Το πιο φθηνό κύκλωμα φόρτισης, που είδαμε σε Αμερικάνικο σύστημα τηλεκατεύθυνσης το έτος 1968, είχε μία αντίσταση για να ρίχνει την τάση από τα 110 Volts, και μία δίοδο για να φιλτράρει τους αρνητικούς παλμούς. Το κύκλωμα αυτό ήταν μέσα στον πομπό.
Για να λειτουργήσει έπρεπε να φορτίζουν ταυτόχρονα και οι δύο συσσωρευτές (πομπού και δέκτη) εν σειρά.
Αν προσθέσει κανείς και την ποιότητα των συσσωρευτών Ni-Cd της εποχής εκείνης, θα αντιληφθεί γιατί χάλασαν πολύ γρήγορα.

Αλλά και σήμερα υπάρχουν φθηνοί φορτιστές που περιλαμβάνουν τα ελάχιστα απαραίτητα: ένα μετασχηματιστή, ένα κύκλωμα ανόρθωσης και αντιστάσεις για μία ένταση περίπου από το C/10 έως το C/5, οι οποίοι δεν μπορούν να εξασφαλίσουν σταθερή ένταση σε όλη την διάρκεια της φόρτισης.

Φορτιστές για μπαταρίες συστημάτων με μεγαλύτερες δυνατότητες

Στην αγορά υπάρχει πλήθος καλών φορτιστών για μπαταρίες , με δύο ή περισσότερες εξόδους.
Συμφέρουν οι φορτιστές με ρυθμιζόμενη (-νες) ένταση (-σεις), και τουλάχιστον ένα ενσωματωμένο μιλιαμπερόμετρο.

Περιορισμοί και συνδυασμοί

Οι φορτιστές με περισσότερες των δύο εξόδων μπορούν να φορτίσουν ταυτόχρονα τον αντίστοιχο αριθμό μπαταριών,
αλλά έχουν περιορισμό στην μέγιστη (αθροιστικά) ένταση που δεν πρέπει να ξεπεράσεις.

Παράδειγμα :

Έστω ότι ένας φορτιστής έχει εξόδους για 30 mA, 50 mA, 50 mA, 100 mA, 200 mA, και 500 mA,και αθροιστικό όριο εντάσεων τα 500 mA.
Επιτρέπεται να λειτουργήσεις και τις πρώτες πέντε εξόδους ταυτόχρονα, αφού το άθροισμά τους 430 mA δεν ξεπερνάει το όριο των
500 mA, αλλά αν χρησιμοποιήσεις την έξοδο με τα 500 mA αυτή θα είναι και η μοναδική έξοδος που θα λειτουργεί.
Δεν κάνει να τον επιβαρύνεις ταυτόχρονα και με άλλα φορτία.

Παράδειγμα :

● Αν θέλεις να φορτίσεις με 150 mA θα επιλέξεις 100 mA και 50 mA
● Αν θέλεις να φορτίσεις με 80 mA θα επιλέξεις 50 mA και 30 mA
● Αν θέλεις να φορτίσεις με 180 mA θα επιλέξεις 100 mA και 50mA και 30mA
● Αν θέλεις να φορτίσεις δύο μπαταρίες με 100 mA την κάθε μία, θα επιλέξεις για την μία την αυτούσια έξοδο με τα 100mA, και για την άλλη τις δύο με 50 mA και 50 mA, κ.ο.κ.

Από πού τροφοδοτούνται οι φορτιστές; Υπάρχουν περιορισμοί;

Οι φορτιστές τροφοδοτούνται ή από πηγή συνεχούς ρεύματος 12 volts (μπαταρία αυτοκινήτου, ή τροφοδοτικό με σταθεροποιημένο ρεύμα), ή απ' ευθείας από το ρεύμα της πόλης (220 Volts AC, 50Hz), ή έχουν και τις δύο αυτές δυνατότητες.

Οι φορτιστές Αμερικάνικης προέλευσης που τροφοδοτούνται με ρεύμα της πόλης, απαιτούν τάση 110V.
Για να χρησιμοποιηθεί ένας τέτοιος φορτιστής στην Ελλάδα, θα πρέπει να παρεμβληθεί μετασχηματιστής 220V/110V μικρής σχετικά ισχύος. Αλλά αν έχουν χρονόμετρο (ρολόϊ), τότε αυτό θα είναι ρυθμισμένο για 60 Hz ενώ στην Ελλάδα το ρεύμα έχει 50 Hz.
Τέλος οι φορτιστές Αγγλικής προέλευσης που δέχονται 220-240 V, έχουν φις που δεν ταιριάζει στις Ελληνικές πρίζες.
Η θα βρεις το αντίστοιχο adaptor, ή θα το αντικαταστήσεις με ένα από τα "Ελληνικά" φις, χάνοντας την εγγύηση του φορτιστή.

Καυτές συμβουλές για τον έλεγχο της φόρτισης

Σε κάθε περίπτωση που ο φορτιστής δεν έχει δικό του μιλλιαμπερόμετρο, προτείνεται να παρεμβάλλεις εσύ ένα (αν είναι εφικτό διαφορετικά υπάρχει πρόβλημα), για να ελέγχεις την ένταση του ρεύματος σ' όλη την διάρκεια της φόρτισης.

Ο χρόνος της φόρτισης εξαρτάται από την αδιάκοπη παροχή του ρεύματος τροφοδοσίας του.
Αν λοιπόν ο φορτιστής τροφοδοτείται από το ρεύμα της πόλης, και το βράδυ που έχεις βάλει να φορτίσουν οι συσσωρευτές σου "κοπεί το ρεύμα", εσύ μεν θα έχεις ήσυχη την συνείδησή σου, αλλά οι συσσωρευτές δεν θα έχουν φορτιστεί τελείως,και αν ξανάρθει το ρεύμα με περισσότερα volt (αυξημένη τάση) που γίνεται σχεδόν πάντα στην Ελλάδα,υπάρχει κίνδυνος,εφόσον ο φορτιστής έχει παραμείνει στην πρίζα με αποτέλεσμα πιθανό βραχυκύκλωμα-φωτιά-έκρηξη-φωτιά και έκρηξη μαζί.
Άρα δεν συνιστάτε η φόρτιση την ώρα που εμείς έχουμε φύγει η κοιμόμαστε.

Πριν αποσυνδέσεις τους συσσωρευτές από τον φορτιστή, έλεγξε ακόμα τις ενδεικτικές λυχνίες ή το μιλιαμπερόμετρο για να διαπιστώσεις ότι δεν υπάρχει άνοιγμα στο κύκλωμα (κομμένο σύρμα, καμένη ασφάλεια, κακή επαφή). Στην περίπτωση που διαπιστώσεις κάτι τέτοιο, επειδή δεν μπορείς να ξέρεις πότε έγινε, να θεωρήσεις αυτούς τους συσσωρευτές αφόρτιστους.

Τι δεν επιτρέπεται

Δεν επιτρέπεται να συνδέσεις με ένα τυπικό φορτιστή :

● Μπαταρίες αποτελούμενες από διαφορετικούς τύπους στοιχείων(εξαιρούνται οι φορτιστές που έχουν το κατάλληλο πρόγραμμα και που παρέχει:ενδεικτικές λυχνίες - μιλιαμπερόμετρο - εσωτερικό θερμόμετρο - ψύξη - εξωτερικό σένσορα θερμοκρασίας
● Συνδυασμούς γηρασμένων και φρέσκων στοιχείων ή στοιχεία διαφορετικού κατασκευαστή
● Ξηρά στοιχεία (μη επαναφορτιζόμενα)
● Στοιχεία κατεστραμμένα ή με γνωστό ελάττωμα
● Μπαταρίες που είναι ήδη φορτισμένες ή ζεστές από την χρήση.
● Μπαταρίες που δεν αντέχουν γρήγορη ή υπερταχεία φόρτιση αν ο φορτωτής είναι σχεδιασμένος μόνο για αυτές της μεθόδους φόρτισης.

Τι να προσέξεις

Το σύμβολο CE δεν σημαίνει ότι επιτρέπει στον χρήστη να είναι απρόσεκτος και να παραβαίνει τις οδηγίες του κατασκευαστή.
● Όταν γίνεται ταχεία φόρτιση να την παρακολουθείς και προσωπικά.
● Να μην περιορίσεις τον σωστό αερισμό του φορτιστή/εκφορτιστή
● Να απομακρύνεις από τον φορτιστή/μπαταρία εύφλεκτα αντικείμενα
● Να μην αφήσεις τον φορτιστή στην βροχή.
● Να ακολουθείς πάντα τις οδηγίες του κατασκευαστή των στοιχείων για τον τρόπο φόρτισης.

To Be Continued...>>>

[Tony]

>>>

Πως φορτίζονται τα δευτερογενή στοιχεία;

Για να φορτίσεις ένα συσσωρευτή πρέπει να τον συνδέσεις με μία ηλεκτρική πηγή για κάποια χρονική περίοδο.
Ο θετικός πόλος της πηγής συνδέεται με τον θετικό πόλο της μπαταρίας και ο αρνητικός με τον αρνητικό, ώστε να περάσει ρεύμα αντίθετα απ' ότι στην φάση της εκφόρτισης - λειτουργίας.
Για να περάσει το ρεύμα πρέπει η τάση της πηγής να είναι λίγο μεγαλύτερη από την τάση της φορτιζόμενης μπαταρίας. Αλλιώς, είτε δεν θα ξεκινήσει η φόρτιση, είτε αυτή θα είναι ατελής. Δεδομένου ότι η τάση κάθε στοιχείου Ni-Cd-NiMH ανέρχεται στα 1,6 V στο τέλος της φόρτισης, χρειάζεται μία πηγή με τουλάχιστον 1,1 Volt περισσότερο από το σύνολο της τάσης που θα φθάσει η φορτιζόμενη μπαταρία.

Παράδειγμα:


Παραλλαγές του τρόπου φόρτισης

Κατ' αρχή το ρεύμα της φόρτισης πρέπει να είναι DC (συνεχές). Δεν γίνεται φόρτιση με ρεύμα AC (εναλλασσόμενο).

Υπάρχουν όμως πολλοί τρόποι για να φορτίσεις με συνεχές ρεύμα ένα συσσωρευτή.

● με σταθερή τάση - φθίνουσα ένταση
Είναι ο κλασσικός τρόπος για τους συσσωρευτές μολύβδου.
Η φόρτιση αρχίζει με μεγάλη ένταση και στο τέλος καταλήγει σε πολύ μικρό ρεύμα και διακόπτεται αυτόματα.

● με σταθερή ένταση
Είναι ο κλασσικός τρόπος για τους συσσωρευτές Ni-Cd και NiMH.
Η ένταση διατηρείται σταθερή σε όλη την διάρκεια της φόρτισης, ή σχεδόν σταθερή ανάλογα με την ποιότητα του φορτιστή.

● με σταθερή τάση και ελεγχόμενη ως προς το μέγιστο ένταση
Είναι μία παραλλαγή της πρώτης περίπτωσης, και υιοθετείται για τη φόρτιση μπαταριών Λιθίου.

● με μεταβαλλόμενη τάση - μεταβαλλόμενη ένταση
Είναι ένας αποδοτικός τρόπος για να φορτιστούν γρήγορα μπαταρίες Ni-Cd.
Στην αρχή που η μπαταρία είναι ξεφόρτιστη, η φόρτιση ξεκινάει με μεγάλη ένταση, και σταδιακά στο τέλος καταλήγει να την φορτίζει με μικρή ένταση.

● με σταθερή ένταση σε δόσεις
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για να συντηρούμε το φορτίο μιάς ήδη φορτισμένης μπαταρίας (trickle charging).

● με παλμούς
Είναι μία παραλλαγή της μεθόδου με σταθερή ένταση.
Σ΄αυτή το ρεύμα περνάει με παλμούς, δηλαδή σαν να ανοιγοκλείνει ένας διακόπτης on-off πολύ γρήγορα.

● με την μέθοδο "reflex"
Ο όρος "reflex" σημαίνει ότι ο φορτιστής παρέχει μία σειρά θετικών παλμών στους οποίους παρεμβάλλει, κάθε τόσο, και ένα αρνητικό παλμό. Το μάρκετινγκ λέει ότι ο συνδυασμός θετικών και αρνητικών παλμών, διαλύει τις φυσαλίδες που κάθονται στα ηλεκτρόδια. Αλλά φυσαλίδες δημιουργούνται μόνο σε στοιχεία με υγρό ηλεκτρολύτη. Τα στοιχεία Ni-Cd και Ni-MH που συναντάμε δεν έχουν υγρό ηλεκτρολύτη. Επομένως η μέθοδος reflex δεν προσφέρει κάτι, αλλά ούτε και βλάπτει αυτά τα στοιχεία.

Οι παράγοντες "ένταση" και "χρόνος"

Οι δύο βασικοί παράγοντες της φόρτισης είναι η ένταση του ρεύματος και ο χρόνος. Ένας συσσωρευτής μπορεί θεωρητικά να φορτιστεί αργά με μικρή ένταση, ή γρήγορα με μεγάλη ένταση. Στην συνέχεια θα δούμε τους τρεις γνωστούς συνδυασμούς:
την κλασσική φόρτιση, την γρήγορη φόρτιση και την ταχεία ή υπερταχεία φόρτιση.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Η γρήγορη και ταχεία/υπερταχεία φόρτιση δεν είναι κατάλληλες για όλους τους τύπους των συσσωρευτών, ή για κάθε μέγεθος μπαταρίας, ή για κάθε φορά που γίνεται σ' αυτά φόρτιση, ή με φορτιστή που δεν είναι κατάλληλος γι' αυτή την φόρτιση.

Η "κλασσική" φόρτιση (C/10 rate charge) (Όπου C= η ονομαστική τιμή χωρητικότητας του συσσωρευτή)

Γίνεται με ένταση ίση με το ένα δέκατο της ονομαστικής τιμής της χωρητικότητας "C". Δηλαδή την μπαταρία των 500 mAh την φορτίζουμε με ένταση 50 mA, την μπαταρία των 800 mAh με ένταση 80 mA κ.ο.κ.
Τις περισσότερες φορές το ρεύμα της κλασσικής φόρτισης θα το δείς γραμμένο ως C/10 ή 0,1C.
Όταν η μπαταρία είναι εντελώς αφόρτιστη, ο χρόνος για την κλασσική φόρτιση είναι 14-16 ώρες.
Επειδή συνήθως βάζουμε να φορτίσουν το βράδυ πριν πάμε για ύπνο, την κλασσική φόρτιση την λέμε και "ολονύκτια" φόρτιση (overnight charge) έχει καταργηθεί πολλά χρόνια τώρα λόγο μεγάλης επικινδυνότητας.
Αλλά γιατί θέλει 14-16 ώρες; Αφού την φορτίζουμε με C/10 κανονικά σε 10 ώρες θα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί η επανάκτηση της χωρητικότητας της (10Χ10=100). Από την ενέργεια που παρέχει ο φορτιστής μόνο το 60% μένει στον συσσωρευτή.
Το υπόλοιπο μετατρέπεται σε θερμότητα και χάνεται. Γι' αυτό είναι αναγκαία η επιμήκυνση του χρόνου φόρτισης κατά 40-60%.

Η "γρήγορη" φόρτιση (Quick charge)

Γρήγορη καλείται η φόρτιση με ρεύμα διπλάσιο (C/5) έως και πενταπλάσιο (C/2), του ρεύματος της κλασσικής φόρτισης.
Οι συσσωρευτές Ni-Cd και Ni-MH μπορούν να δεχθούν γρήγορη φόρτιση με την προϋπόθεση ότι θα τηρηθούν οι αναλογούντες χρόνοι. Δηλαδή ένα συσσωρευτή 500 mAh μπορούμε να τον φορτίσουμε με ρεύμα 100 - 250 mA αλλά πάντα μειώνοντας αναλογικά τον χρόνο.

Πρόβλημα: Αν για μία 500άρα η κλασσική φόρτιση γίνεται με 50 mA * 14 ώρες,
πόσος χρόνος χρειάζεται για να φορτιστεί με 100 mA (δηλαδή με C/5);
Λύση: 50mA * 14 ώρες / 100 mA = 7 ώρες (αν στην αρχή είναι τελείως αφόρτιστος)

Αντίστοιχα:

● για φόρτιση με ένταση 170 mA (δηλαδή με C/3) ο χρόνος θα είναι 4,7 ώρες (αν στην αρχή είναι τελείως αφόρτιστος),
● για φόρτιση με ένταση 250mA (δηλαδή με C/2) ο χρόνος θα είναι 2,8 ώρες (αν στην αρχή είναι τελείως αφόρτιστος)

Οι ανωτέρω χρόνοι πρέπει να μειωθούν αναλογικά, αν ο συσσωρευτής την στιγμή που αρχίζει "γρήγορη φόρτιση"
έχει ήδη ένα ποσοστό της ενέργειάς του (δεν είναι τελείως ξεφόρτιστος).
Οι χρόνοι της γρήγορης φόρτισης δεν πρέπει να παρατείνονται. Υπάρχει κίνδυνος ατυχήματος,
εκτός βέβαια από την ταχύτατη καταστροφή των στοιχείων.
Στην γρήγορη φόρτιση δεν υπάρχει άλλη μέθοδος για αυτόματη διακοπή της πλην της παρεμβολής χρονοδιακόπτη.
Δεν λειτουργούν τα peak detectors.

Η "ταχεία" ή "υπερταχεία" φόρτιση (Fast charge)

Ταχεία φόρτιση (λέγεται και υπερταχεία) είναι κάθε ρυθμός που φορτίζει την μπαταρία σε μία ώρα ή συντομότερα. Αυτό επιτυγχάνεται με εντάσεις από C έως 3C, δηλαδή από 10 έως 30 φορές μεγαλύτερες από ότι στην κλασσική φόρτιση.

● Για να αντέξει ένας συσσωρευτής την υπερταχεία φόρτιση πρέπει να είναι κατασκευασμένος ειδικά γι' αυτή την μεταχείριση,
και να φέρει την ανάλογη ένδειξη.
● Η υπερταχεία φόρτιση επιτρέπεται μόνο αν ο φορτιστής έχει την δυνατότητα να ανιχνεύσει το τέλος της και να την τερματίσει αυτόματα.

Ο κυριότερος τρόπος τερματισμού της φόρτισης είναι η ανίχνευση της μεταβολής της τάσης της μπαταρίας. Καθώς η μπαταρία φθάνει στο τέλος της φόρτισις της η τάση κάθε στοιχείου αυξάνει λίγο, και μετά από λίγο μειώνεται. Στο γράφημα παρακάτω φαίνεται σαν το επάνω μέρος του γράμματος "Δ" γι' αυτό και λέγεται "κορυφή Δ" (delta peak) Ο κατάλληλος φορτιστής έχει ανιχνευτή της "κορυφής Δ"
(delta peak detector) και την στιγμή που μειώνεται η τάση (μετά την προηγηθείσα άνοδο) διακόπτει την φόρτιση.

Ο δεύτερος επικουρικός τρόπος διακοπής της ταχείας φόρτισης είναι η ανίχνευση της ανόδου της θερμοκρασίας της μπαταρίας με ένα αισθητήρα που έρχεται σε επαφή με ένα στοιχείο (μπαίνει σε μιά τρύπα του μονωτικού περιβλήματος της μπαταρίας). Την στιγμή που φθάνει η τάση στην κορυφή Δ, η μπαταρία έχει ήδη φορτιστεί. Κάθε επί πλέον παροχή ενέργειας σ' αυτή θα μετατραπεί σε θερμότητα.
Η αύξηση της θερμοκρασίας αρχίζει από το κέντρο του στοιχείου, δηλαδή όταν θα γίνει αισθητή η αύξηση στο περίβλημά του, θα έχει ήδη περάσει κρίσιμος χρόνος, αλλά "κάλλιο αργά παρά ποτέ".

Ο τρίτος, επίσης επικουρικός, τρόπος διακοπής της φόρτισης (δεν αφορά μόνο την ταχεία φόρτιση) είναι ένας χρονοδιακόπτης, εξωτερικός ή σε κύκλωμα του φορτιστή. Αν ξέρεις πόσο χρόνο χρειάζεται για να φορτίσει η μπαταρία σου, ρυθμίζεις αντίστοιχα και τον χρονοδιακόπτη. Αυτό δεν είναι εφικτό αν η μπαταρία ξεκινάει την ταχεία φόρτιση με μέρος του φορτίου της, γιατί ποτέ δεν θα ξέρεις πόσο είναι αυτό για να προγραμματίσεις και τον χρονοδιακόπτη. Όμως ρύθμισε τον χρονοδιακόπτη με διάρκεια λίγα λεπτά περισσότερο από την αναμενόμενη λήξη της φόρτισης, ώστε αν οι άλλοι δύο ανιχνευτές αστοχήσουν η φόρτιση να σταματήσει τουλάχιστον με αυτόν τον τρόπο.

Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να συνεχιστεί η φόρτιση πέρα από τα ενδεικτικά σημεία, (μεταβολή της τάσης ή αύξηση θερμοκρασίας ή χρόνος όποιο από τα τρία επέλθει συντομότερα) γιατί υπάρχει κίνδυνος ατυχήματος.

Τι να προσέξεις:

● Πριν αρχίσει η ταχεία φόρτιση ο συσσωρευτής πρέπει να είναι ξεφόρτιστος, και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
● Στην διάρκεια της ταχείας φόρτισης ο συσσωρευτής πρέπει να αερίζεται στο περιβάλλον, και όχι κλεισμένος.
● Να επιτηρείς την πορεία της φόρτισης ακουμπώντας συχνά το χέρι σου στην μπαταρία για να αισθανθείς την αλλαγή της θερμοκρασίας της. Αν δεν μπορείς να πιστοποιήσεις κάποια αλλαγή της θερμοκρασία τους η φόρτιση δεν έχει τελειώσει. Όταν οι μπαταρίες είναι χλιαρές στην αφή η φόρτιση έχει τελειώσει. Αν είναι τόσο θερμές που να ενοχλεί την αφή, έχουν υπερφορτιστεί.

Στο σχήμα φαίνονται οι μεταβολές της τάσης, της θερμοκρασίας και της πίεσης σε ένα στοιχείο Ni-Cd συναρτήσει του χρόνου φόρτισης. Πρώτα αρχίζει να αυξάνει η πίεση, μετά η θερμοκρασία και πολύ μετά ολοκληρώνεται η αυξομείωση της τάσης ώστε να κόψει ο φορτιστής. Επαναλαμβάνουμε ότι η φόρτιση έχει ολοκληρωθεί πριν αρχίσει η μεταβολή Δ.

Πότε μπορεί να αστοχήσει ο ανιχνευτής της "κορυφής" και να μην σταματήσει την φόρτιση;

● Όταν η φόρτιση γίνεται με μικρότερη ένταση από C. Η μεταβολή της τάσης είναι τόσο μικρή που δεν γίνεται αισθητή από τον φορτιστή.

Καμπύλες φόρτισης ενός στοιχείου. Παρατηρείστε ότι όταν το στοιχείο φορτίζεται με 1C εμφανίζεται καμπύλη Δ. Όσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα φόρτισης, τόσο πιό μικρή είναι η μεταβολή της τάσης V και ο φορτιστής δεν μπορεί να την αναγνωρίσει. Το σχήμα επίσης δείχνει την διαφοροποίηση της τάσης αν η φόρτιση παραταθεί έως το διπλάσιο του απαιτούμενου αρχικά χρόνου.
● Όταν τα στοιχεία της μπαταρίας δεν είναι ισορροπημένα. Την στιγμή που στα πιό φορτισμένα στοιχεία η τάση θα μειώνεται στα άλλα η τάση θα αυξάνει, και το αλγεβρικό τους άθροισμα θα είναι μηδέν, ή πολύ μικρό για να γίνει αισθητό.
● Όταν στο κύκλωμα παρεμβάλλεται μία δίοδος.
Η αντίσταση αυξάνει και η τάση που διαβάζει ο ανιχνευτής είναι μικρότερη από την ευαισθησία του.
● Όταν οι μπαταρίες είναι Ni-MH και το πρόγραμμα της φόρτισης είναι για Ni-Cd. Οι Ni-MH δεν δίνουν κορυφή "Δ" στο τέλος της φόρτισής τους όπως οι Ni-Cd. Η μεταβολή της τάσης στο τέλος της φόρτισης είναι μικρότερη και χρειάζεται ένας σύνθετος αλγόριθμος για να αντιληφθεί ο φορτιστής την κορυφή του τέλους της φόρτισης. Αν φορτίσεις Ni-MH με φορτωτή για Ni-Cd το πιό πιθανό είναι να μην αντιληφθεί το τέλος της φόρτισης και να συνεχίσει υπερφορτίζοντας δραματικά τα στοιχεία και μειώνοντας την ζωή τους,
(αν και υπάρχουν εξαιρέσεις)

Πότε μπορεί να κόψει νωρίτερα ο ανιχνευτής της "κορυφής";

● Όταν οι μπαταρία έχει μεγάλη εσωτερική αντίσταση (εν γένει δεν είναι κατάλληλη για ταχυφόρτιση) ή είναι παλιά, ή έχει "μνήμη", δηλαδή έχει αυξηθεί η εσωτερική της αντίσταση με τον χρόνο.
Η φόρτιση ολοκληρώνεται νωρίτερα στα εξωτερικά σημεία των στοιχείων, ανεβαίνει η τάση και ο ανιχνευτής διαβάζει ότι "φόρτισε".
● Επίσης μπορεί να κόψει πρόωρα σε διάφορες μπαταρίες του τύπου Ni-MH, λόγω της ευαισθησίας στην αύξηση της τάσης τους, οπότε επιλέγεται πρόγραμμα με καθυστέρηση στην ενεργοποίηση του ανιχνευτή "κορυφής". Σ' αυτή την περίπτωση αν κατά λάθος βάλεις να φορτίσει μία ήδη φορτισμένη μπαταρία Ni-MH ή Ni-Cd, αυτή θα υπερφορτιστεί αφού ο ανιχνευτής θα αργήσει να ενεργοποιηθεί.

Πότε μπορεί να αστοχήσει ο ανιχνευτής θερμοκρασίας και να μην σταματήσει έγκαιρα την φόρτιση;

● Όταν τα στοιχεία μπαίνουν σε φόρτιση ενώ είναι ήδη φορτισμένα
● Όταν το περίβλημα της μπαταρίας ή των στοιχείων είναι παχύ και αργεί η διάχυση της θερμότητας προς τα έξω

Πότε μπορεί να κόψει νωρίτερα ο ανιχνευτής θερμοκρασίας;

● Όταν η μπαταρία με τον αισθητήρα είναι εκτεθειμένη απ' ευθείας στον ήλιο
● Όταν τα στοιχεία είναι ήδη ζεστά

Η διατήρηση του φορτίου (Trickle charge)

Πριν λίγα χρόνια οι "καλοί φορτιστές της εποχής" όταν ολοκλήρωναν την κανονική φόρτιση, άλλαζαν ρυθμό (αυτόματα ή χειροκίνητα), και συνέχιζαν να παρέχουν στην μπαταρία χαμηλό συνεχές ρεύμα C/100-C/50 (δηλαδή για μία μπαταρία 500 mAh ρεύμα 5-10 mA).

Στόχος αυτής της χαμηλής φόρτισης ήταν η αντιστάθμιση του ρυθμού αποφόρτισης κατά την αποθήκευση, ώστε οι μπαταρίες να βρίσκονται πάντα φορτισμένες, και όταν μας έρθει η διάθεση για να τις πάρουμε και χωρίς καθυστέρηση.
Αυτό δεν επιβαρύνει την ζωή της μπαταρίας αν γίνεται για μικρό διάστημα π.χ. για μερικές ημέρες μία φορά τον μήνα.
Όμως μακρόχρονη παραμονή στο ρεύμα συντήρησης, επιβαρύνει την ζωή της μπαταρίας.

Δηλαδή να μην αφήνω τις μπαταρίες στο trickle;

Ναι, μπορείς να τις αφήσεις στο trickle μόνο αν ξέρεις ότι θα τις βγάλεις σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Επίσης να θυμάσαι ότι μετά μία παραμονή των μπαταριών στο trickle, η πρακτική χωρητικότητά τους είναι μειωμένη.

Εναλλακτικές μέθοδοι διατήρησης του φορτίου

Υπάρχουν εναλλακτικά οι εξής μέθοδοι για να διατηρηθεί μία φορτισμένη μπαταρία με πλήρη χωρητικότητα στην αποθήκευση.

● Να της δίνουμε κανονικό ρεύμα C/10 "σε μικρές δόσεις". Για παράδειγμα η 500σάρα να δέχεται ρεύμα 50mA για 1 δευτερόλεπτο, να διακόπτεται για 9 δευτερόλεπτα, κ.ο.κ.
● Να αναπληρώνουμε την χαμένη ενέργεια μία φορά ημερησίως. Γι'αυτό αρκεί ο κανονικός φορτιστής, που θα ελέγχεται από ένα χρονοδιακόπτη ακριβείας, ώστε να ανοίγει για 15-30 λεπτά μία φορά κάθε ημέρα.

Επισημαίνουμε καμία από τις προαναφερθείσες μεθόδους συντήρησης δεν μπορεί να φορτίσει μία αφόρτιστη μπαταρία όσο χρόνο και αν επιμείνουμε. Η αποστολή τους είναι μόνο να διατηρήσουν το φορτίο μιάς ήδη φορτισμένης μπαταρίας.

Πως γίνεται η πρώτη φόρτιση στην ζωή της μπαταρίας;

Μία καινούργια (αμεταχείριστη) μπαταρία Ni-Cd ή Ni-MH θέλει "στρώσιμο". Την πρώτη φορά την φορτίζουμε για 20-24 ώρες με ρεύμα C/10, την οποία ακολουθεί μία ήπια εκφόρτιση. Συνιστάται να γίνει και δεύτερος ή και τρίτος κύκλος (με C/10 για 14-16 ώρες) για:

● να ζωντανέψει πλήρως η μπαταρία πριν χρησιμοποιηθεί
● να ελεγχθεί αν μπορεί να διατηρήσει την τάση της κάτω από τα φορτία της
● να ελεγχθεί για βλάβες, κάτι που δεν είναι παράδοξο να εμφανιστεί σε καινούργια μπαταρία

Αυτό ισχύει και για τα στοιχεία μικρής εσωτερικής αντίστασης που δέχονται ταχυφόρτιση.
Η πρώτη φόρτιση πρέπει να γίνει με C/10 επί 24 ώρες.

Μπορεί να γίνει φόρτιση με ρεύμα μικρότερο του C/10 σε μία Ni-Cd ή Ni-MH;

Θεωρητικά μπορεί. Στην πράξη όμως δεν είμαστε σίγουροι ότι θα έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα. Και όταν δεν είμαστε σίγουροι ότι μία μέθοδος θα αποδίδει πάντα το 100% δεν την εμπιστευόμαστε.

Αν η ένταση με την οποία φορτίζεται μία 500άρα είναι 45 mA αντί 50 mA,
μπορούμε να αυξήσουμε αναλογικά τον χρόνο σε 16-18 ώρες και να την φορτίσουμε πλήρως.
Αν όμως η ένταση με την οποία φορτίζεται μία 500ρα είναι 20 mA
όσο κι' αν αυξήσουμε την διάρκεια η μπαταρία δεν θα φορτιστεί επαρκώς.

Σε κάθε φόρτιση, το αρχικό 80% της χωρητικότητας ανακτάται σχετικά ευκολότερα από το τελευταίο 20%. Καθώς προχωρεί η φόρτιση, μεγαλώνει και η αντίσταση της μπαταρίας. Το πολύ χαμηλό ρεύμα δεν μπορεί να υπερνικήσει αυτή την αντίσταση και στους θεωρητικούς χρόνους θα έχει επανακτήσει μόνο μέρος του φορτίου της.
Όσο κι αν συνεχίσουμε την φόρτιση αυτή ο συσσωρευτής δεν θα φορτίζει άλλο, γι'αυτό σταματάμε στις 24 ώρες.

Για πρακτικούς λόγους μπορούμε να πούμε ότι η 500ρα που φορτίσαμε με 20 mA μπορεί να έχει πάρει το 80-90% του φορτίου της και να μας εξυπηρετήσει ανάλογα. Εντάσεις μικρότερες από το C/20 αφ'ενός είναι χρονοβόρες και αφ'ετέρου δεν φορτίζουν τελείως τον συσσωρευτή.

Πόσο χρόνο χρειάζεται να φορτίσει μία μπαταρία, αν δεν είναι τελείως ξεφόρτιστη;

Αν γνωρίζεις καλά την μπαταρία, και πόση ενέργεια έχει αναλωθεί, μπορείς να υπολογίσεις τις παραμέτρους του χρόνου και της έντασης για να επανακτηθεί η ενέργεια που λείπει. Με απλά λόγια αν η μπαταρία έχει εκφορτιστεί έως την μέση του φορτίου της,
θα χρειαστεί τον μισό χρόνο για να φορτίσει τελείως.

Αυξάνει η θερμοκρασία των στοιχείων κατά την φόρτιση;

Στην διάρκεια της φόρτισης των Ni-Cd η χημική αντίδραση είναι ενδόθερμη, άρα η θερμοκρασία πέφτει. Η θερμοκρασία θα αρχίσει να αυξάνει μόνο όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση και η προσφερόμενη ενέργεια μετατρέπεται όλη σε θερμότητα.

Επηρεάζει η θερμοκρασία την φόρτιση των Ni-Cd;

Αν φορτίζεις με C/10 (κλασσική φόρτιση) το εύρος της θερμοκρασίας περιβάλλοντος να είναι από 0o έως 45 κελσίου Αν φορτίζεις με C/3 (γρήγορη φόρτιση) να είναι από 10o έως 45ο Κελσίου Οι ιδανικές θερμοκρασίες για φόρτιση είναι μεταξύ 10 C και 30 C. Μη φορτίζεις κάτω από 0 C. Ένα κρύο στοιχείο δεν μπορεί να πάρει την ίδια φόρτιση όπως ένα ζεστό στοιχείο. Δεν εννοούμε να καίει από την προηγηθείσα χρήση, αλλά ότι τον χειμώνα τα στοιχεία θα φορτίζονται λιγότερο απ' ότι το καλοκαίρι.

To Be Continued...>>>