A töltés során a pozitív aktív anyag oxidálódik, elektronokat termelve, a negatív anyag pedig redukálódik, elektronokat fogyasztva. Ezek az elektronok alkotják az áramáramot a külső áramkörben. Az elektrolit szolgálhat egyszerű pufferként az elektródák közötti belső ionáramláshoz, mint a lítium-ion és nikkel-kadmium cellákban, vagy lehet aktív résztvevője az elektrokémiai reakciónak, mint az ólom-sav cellákban.
Az újratölthető akkumulátorok töltéséhez használt energia általában egy hálózati váltóáramot használó akkumulátortöltőből származik, bár egyesek úgy vannak felszerelve, hogy a jármű 12 voltos egyenáramú konnektorát használják. A forrás feszültségének magasabbnak kell lennie, mint az akkumulátoré, hogy áramot kényszerítsen az akkumulátorba, de ne legyen túl magas, különben az akkumulátor megsérülhet.
A töltők néhány perctől több óráig tartanak egy akkumulátor feltöltéséhez. A lassú, “buta” töltők, amelyek nem rendelkeznek feszültség- vagy hőmérséklet-érzékelő képességgel, alacsony sebességgel töltenek, és általában 14 óra vagy annál több időbe telik a teljes töltés elérése. A gyorstöltők modelltől függően jellemzően két-öt óra alatt töltik fel a cellákat, a leggyorsabbak akár tizenöt perc alatt. A gyorstöltőknek többféle módon kell érzékelniük, ha egy cella eléri a teljes töltöttséget (a kapocsfeszültség változása, hőmérséklet stb.), hogy leállítsák a töltést, mielőtt káros túltöltés vagy túlmelegedés következne be. A leggyorsabb töltők gyakran tartalmaznak hűtőventilátorokat, hogy megakadályozzák a cellák túlmelegedését. A gyorstöltésre szánt akkumulátorcsomagok tartalmazhatnak egy hőmérséklet-érzékelőt, amelyet a töltő a csomag védelmére használ; az érzékelő egy vagy több további elektromos érintkezővel rendelkezik.
A különböző akkumulátorkémiai összetételű akkumulátorok különböző töltési sémákat igényelnek. Egyes akkumulátortípusok például biztonságosan tölthetők állandó feszültségű forrásból. Más típusokat szabályozott áramforrással kell tölteni, amely csökken, ahogy az akkumulátor eléri a teljesen feltöltött feszültséget. Az akkumulátor helytelen töltése károsíthatja az akkumulátort; szélsőséges esetben az akkumulátorok túlmelegedhetnek, kigyulladhatnak, vagy robbanásszerűen kiengedhetik tartalmukat.
Kisülési sebességSzerkesztés
Az akkumulátorok töltési és kisütési sebességét gyakran a “C” áramerősségre való hivatkozással tárgyalják. A C áramerősség az, amely elméletileg egy óra alatt teljesen feltöltené vagy kisütné az akkumulátort. Például a csepptöltés C/20 (vagy “20 órás” sebességgel), míg a tipikus töltés és kisütés C/2 (két óra a teljes kapacitás eléréséhez) sebességgel történhet. Az elektrokémiai cellák rendelkezésre álló kapacitása a kisütési sebességtől függően változik. A cellakomponensek (lemezek, elektrolit, összeköttetések) belső ellenállásában némi energia veszik el, és a kisütési sebességet a cellában lévő vegyi anyagok mozgási sebessége korlátozza. Az ólom-sav cellák esetében az idő és a kisütési sebesség közötti kapcsolatot a Peukert-törvény írja le; egy ólom-sav cella, amely nagy áram mellett már nem képes fenntartani a használható kapocsfeszültséget, még mindig rendelkezhet használható kapacitással, ha sokkal kisebb sebességgel kisütik. Az újratölthető cellák adatlapjain a kisütési kapacitás gyakran 8 órás vagy 20 órás vagy más megadott időre van megadva; a szünetmentes áramellátó rendszerek cellái 15 perces kisütési időre lehetnek méretezve.
Az akkumulátor kapocsfeszültsége nem állandó a töltés és a kisütés során. Egyes típusoknál a kapacitás nagy részén viszonylag állandó a feszültség kisütés közben. A nem újratölthető alkáli- és cink-szén elemek újonnan 1,5 V feszültséget adnak ki, de ez a feszültség a használat során csökken. A legtöbb NiMH AA és AAA elem 1,2 V-os, de a kisülési görbéjük laposabb, mint az alkáli elemeké, és általában használhatóak olyan berendezésekben, amelyeket alkáli elemek használatára terveztek.
Az akkumulátorgyártók műszaki megjegyzései gyakran hivatkoznak a cellánkénti feszültségre (VPC) az akkumulátort alkotó egyes cellákra. Például egy 12 V-os ólom-sav akkumulátor (amely 6 darab, egyenként 2 V-os cellát tartalmaz) 2,3 VPC-vel történő töltéséhez 13,8 V feszültség szükséges az akkumulátor kapcsain.
A cella megfordításából eredő károkSzerkesztés
A lemerült cellát olyan irányú áramnak kitéve, amely a további lemerülés irányába hajlik, és a pozitív és negatív kapocs polaritása felcserélődik, a cella megfordításának nevezett állapotot okoz. Általában az áram ilyen módon történő átvezetése egy lemerült cellán nemkívánatos és visszafordíthatatlan kémiai reakciókat idéz elő, amelyek a cella maradandó károsodását eredményezik.A cella megfordítása számos körülmények között előfordulhat, a két leggyakoribb:
- Amikor egy akkumulátort vagy cellát rossz irányban csatlakoztatnak egy töltőáramkörhöz.
- Ha egy több sorba kapcsolt cellából álló akkumulátor mélyen lemerül.
Az utóbbi esetben a probléma azért lép fel, mert az akkumulátor különböző cellái kissé eltérő kapacitásúak. Ha az egyik cella a többit megelőzve éri el a kisülési szintet, a többi cella a kisült cellán keresztül kényszeríti az áramot.
Néhány akkumulátorral működő készülék rendelkezik alacsony feszültségű lekapcsolással, amely megakadályozza a mélykisüléseket, amelyek a cellák felcserélődését okozhatják. Az intelligens akkumulátorokba feszültségfigyelő áramkör van beépítve.
A gyenge töltésű cellában még a teljes lemerülés előtt bekövetkezhet a cella megfordulása. Ha az akkumulátor lemerülési árama elég nagy, a cella belső ellenállása olyan ellenállási feszültségesést hozhat létre, amely nagyobb, mint a cella előremenő emf-je. Ez a cella polaritásának megfordulását eredményezi, miközben az áram folyik. Minél nagyobb az akkumulátor szükséges kisütési sebessége, annál jobban össze kell hangolni a cellákat, mind a cella típusát, mind a töltési állapotot tekintve, hogy csökkenjen a cella megfordulásának esélye.
Bizonyos helyzetekben, például korábban túltöltött NiCd akkumulátorok javításakor, kívánatos lehet az akkumulátor teljes kisütése. A cellafelcserélő hatásból eredő károk elkerülése érdekében minden egyes cellához külön-külön kell hozzáférni: minden egyes cellát külön-külön kell kisütni úgy, hogy egy terhelési kapcsot csatlakoztatunk az egyes cellák kapcsaihoz, így elkerülhető a cellafelcserélés.
Károsodás a teljesen lemerült állapotban történő tárolás soránSzerkesztés
Ha egy többcellás akkumulátor teljesen lemerül, gyakran károsodik a fent említett cellafelcserélődési hatás miatt.Lehetséges azonban teljesen kisütni egy akkumulátort anélkül, hogy a cellák megfordulását okoznánk – vagy úgy, hogy minden egyes cellát külön-külön kisütünk, vagy úgy, hogy hagyjuk, hogy az egyes cellák belső szivárgása idővel elvezesse a töltést.
Még ha egy cellát megfordulás nélkül teljesen kisütött állapotba hozunk is, idővel azonban pusztán a kisütött állapotban maradás miatt is bekövetkezhet károsodás. Erre példa a hosszú ideig a polcon hagyott ólom-sav akkumulátorokban bekövetkező szulfátosodás.Ezért gyakran ajánlott a tárolásra szánt akkumulátort feltölteni, és időszakos újratöltéssel fenntartani a töltöttségi szintjét.Mivel az akkumulátor túltöltése is károsodást okozhat, a tárolás során az optimális töltöttségi szint általában 30% és 70% között van.
A kisülés mélységeSzerkesztés
A kisülési mélység (DOD) általában a névleges amperórás kapacitás százalékában van megadva; a 0%-os DOD azt jelenti, hogy nincs kisülés. Mivel egy akkumulátorrendszer felhasználható kapacitása a kisütés sebességétől és a kisütés végén megengedhető feszültségtől függ, a kisütési mélységet minősíteni kell, hogy megmutassa, milyen módon kell mérni. A gyártás és az öregedés során bekövetkező eltérések miatt a teljes kisüléshez tartozó DOD az idő múlásával vagy a töltési ciklusok számával változhat. Általában egy újratölthető akkumulátorrendszer több töltési/kisütési ciklust tolerál, ha a DOD minden egyes ciklusban alacsonyabb. A lítium akkumulátorok a névleges kapacitásuk 80-90%-áig képesek lemerülni. Az ólom-sav akkumulátorok körülbelül 50-60%-ra tudnak kisülni. Az áramlásos akkumulátorok 100%-ban lemerülhetnek.
Élettartam és ciklusstabilitásSzerkesztés
Ha az akkumulátorokat rossz bánásmód nélkül is többször használják, a töltési ciklusok számának növekedésével veszítenek a kapacitásukból, míg végül úgy tekintik, hogy elérték hasznos élettartamuk végét. A különböző akkumulátorrendszereknek eltérő elhasználódási mechanizmusai vannak. Például az ólom-sav akkumulátoroknál nem minden töltési/kisütési ciklus során kerül vissza a lemezekre az összes aktív anyag; végül annyi anyag vész el, hogy az akkumulátor kapacitása csökken. A lítium-ion típusoknál, különösen mélykisüléskor, a töltés során képződhet némi reaktív lítiumfém, amely a következő kisülési ciklusban már nem tud részt venni. A zárt akkumulátorok nedvességet veszíthetnek a folyékony elektrolitjukból, különösen ha túltöltik vagy magas hőmérsékleten üzemeltetik őket. Ez csökkenti a ciklikus élettartamot.
Újratöltési időSzerkesztés
Forráskeresés: “Rechargeable battery” – news – newspapers – books – scholar – JSTOR (September 2017) (Learn how and when to remove this template message)
A feltöltési idő fontos paraméter az újratölthető akkumulátorokkal működő termékek felhasználói számára. Még akkor is, ha a töltő tápegység elegendő energiát biztosít a készülék működtetéséhez és az akkumulátor feltöltéséhez is, a készüléket a töltési idő alatt külső tápegységhez csatlakoztatják. Az iparban használt elektromos járművek esetében elfogadható lehet a műszakon kívüli töltés. Autópályán közlekedő elektromos járművek esetében a gyors töltés szükséges az ésszerű időn belüli töltéshez.
Az újratölthető akkumulátor nem tölthető tetszőlegesen nagy sebességgel. Az akkumulátor belső ellenállása hőt termel, és a túlzott hőmérséklet-emelkedés károsítja vagy tönkreteszi az akkumulátort. Egyes típusoknál a maximális töltési sebességet korlátozza az a sebesség, amellyel az aktív anyag a folyékony elektroliton keresztül tud diffundálni. A nagy töltési sebesség túlzott gázképződéshez vezethet az akkumulátorban, vagy olyan káros mellékreakciókat eredményezhet, amelyek tartósan csökkentik az akkumulátor kapacitását. Nagyon durván, sok kivétellel és fenntartással, az akkumulátor teljes kapacitásának egy óra vagy annál rövidebb idő alatt történő helyreállítása gyors töltésnek minősül. Egy akkumulátortöltő rendszer a gyorstöltéshez bonyolultabb vezérlőáramköri és töltési stratégiákat tartalmaz, mint egy lassabb feltöltésre tervezett töltő esetében.