Podczas ładowania, dodatni materiał aktywny jest utleniany, wytwarzając elektrony, a materiał ujemny jest redukowany, zużywając elektrony. Te elektrony stanowią przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym. Elektrolit może służyć jako prosty bufor dla wewnętrznego przepływu jonów między elektrodami, jak w ogniwach litowo-jonowych i niklowo-kadmowych, lub może być aktywnym uczestnikiem reakcji elektrochemicznej, jak w ogniwach ołowiowo-kwasowych.
Energia używana do ładowania akumulatorów zwykle pochodzi z ładowarki wykorzystującej prąd zmienny, chociaż niektóre są wyposażone w gniazdo zasilania 12 V DC pojazdu. Napięcie źródła musi być wyższe niż napięcie akumulatora, aby zmusić prąd do przepływu do niego, ale nie za dużo wyższe lub akumulator może zostać uszkodzony.
Ładowarki zajmują od kilku minut do kilku godzin, aby naładować akumulator. Powolne „nieme” ładowarki bez możliwości pomiaru napięcia lub temperatury będą ładować z niską szybkością, zwykle potrzebując 14 lub więcej godzin na osiągnięcie pełnego naładowania. Szybkie ładowarki mogą naładować ogniwa w ciągu dwóch do pięciu godzin, w zależności od modelu, przy czym najszybsze z nich potrzebują zaledwie piętnastu minut. Szybkie ładowarki muszą mieć wiele sposobów wykrywania, kiedy ogniwo osiągnie pełne naładowanie (zmiana napięcia końcowego, temperatury, itp.), aby zatrzymać ładowanie przed szkodliwym przeładowaniem lub przegrzaniem. Najszybsze ładowarki często wyposażone są w wentylatory chłodzące, aby nie dopuścić do przegrzania ogniw. Pakiety baterii przeznaczone do szybkiego ładowania mogą zawierać czujnik temperatury, który ładowarka wykorzystuje do ochrony pakietu; czujnik będzie miał jeden lub więcej dodatkowych styków elektrycznych.
Różne składy chemiczne baterii wymagają różnych schematów ładowania. Na przykład, niektóre typy akumulatorów mogą być bezpiecznie ładowane ze źródła o stałym napięciu. Inne typy muszą być ładowane za pomocą regulowanego źródła prądu, którego natężenie zmniejsza się w miarę osiągania przez akumulator pełnego napięcia. Nieprawidłowe ładowanie baterii może spowodować jej uszkodzenie; w skrajnych przypadkach baterie mogą się przegrzać, zapalić lub wybuchowo wywietrzyć swoją zawartość.
Szybkość rozładowaniaEdit
Współczynniki ładowania i rozładowania baterii są często omawiane przez odniesienie do szybkości prądu „C”. Stawka C to taka, która teoretycznie w pełni naładowałaby lub rozładowała baterię w ciągu jednej godziny. Na przykład, ładowanie podtrzymujące może być wykonywane przy C/20 (lub „20-godzinnym” tempie), podczas gdy typowe ładowanie i rozładowanie może odbywać się przy C/2 (dwie godziny dla pełnej pojemności). Dostępna pojemność ogniw elektrochemicznych zmienia się w zależności od szybkości rozładowania. Część energii jest tracona na skutek wewnętrznego oporu elementów ogniwa (płyty, elektrolit, połączenia), a szybkość rozładowania jest ograniczona prędkością, z jaką chemikalia w ogniwie mogą się przemieszczać. W przypadku ogniw kwasowo-ołowiowych zależność pomiędzy czasem a szybkością rozładowywania opisuje prawo Peukerta; ogniwo kwasowo-ołowiowe, które nie jest już w stanie utrzymać użytecznego napięcia końcowego przy wysokim natężeniu prądu, może nadal mieć użyteczną pojemność, jeśli jest rozładowywane ze znacznie mniejszą szybkością. Karty katalogowe ogniw ładowalnych często podają zdolność rozładowywania na 8 godzin lub 20 godzin lub inny podany czas; ogniwa do systemów bezprzerwowego zasilania mogą być oceniane na 15 minut rozładowania.
Napięcie końcowe akumulatora nie jest stałe podczas ładowania i rozładowywania. Niektóre typy mają stosunkowo stałe napięcie podczas rozładowywania przez większą część swojej pojemności. Nieładowalne ogniwa alkaliczne i cynkowo-węglowe wytwarzają napięcie 1,5 V, gdy są nowe, ale napięcie to spada wraz z użytkowaniem. Większość ogniw NiMH AA i AAA ma napięcie znamionowe 1,2 V, ale mają bardziej płaską krzywą rozładowania niż alkaliczne i zazwyczaj mogą być używane w urządzeniach zaprojektowanych do używania baterii alkalicznych.
Notatki techniczne producentów baterii często odnoszą się do napięcia na ogniwo (VPC) dla poszczególnych ogniw tworzących baterię. Na przykład ładowanie akumulatora kwasowo-ołowiowego 12 V (zawierającego 6 ogniw po 2 V) przy 2,3 VPC wymaga napięcia 13,8 V na zaciskach akumulatora.
Uszkodzenia spowodowane odwróceniem biegu ogniwEdit
Poddanie rozładowanego ogniwa działaniu prądu w kierunku, który ma tendencję do dalszego rozładowywania go do punktu, w którym bieguny dodatni i ujemny zmieniają polaryzację, powoduje stan zwany odwróceniem biegu ogniw. Generalnie, przepuszczanie prądu przez rozładowane ogniwo w ten sposób powoduje wystąpienie niepożądanych i nieodwracalnych reakcji chemicznych, skutkujących trwałym uszkodzeniem ogniwa.Odwrócenie biegu ogniwa może wystąpić w wielu okolicznościach, z których dwie najczęstsze to:
- Kiedy bateria lub ogniwo jest podłączone do obwodu ładowania w niewłaściwy sposób.
- Gdy bateria składająca się z kilku ogniw połączonych szeregowo jest głęboko rozładowana.
W tym drugim przypadku problem występuje z powodu różnych ogniw w baterii o nieco innych pojemnościach. Gdy jedno ogniwo osiągnie poziom rozładowania przed resztą, pozostałe ogniwa wymuszą przepływ prądu przez rozładowane ogniwo.
Wiele urządzeń zasilanych z baterii ma odcięcie niskiego napięcia, które zapobiega głębokim rozładowaniom, które mogłyby spowodować odwrócenie ogniw. Inteligentna bateria ma wbudowany obwód monitorujący napięcie.
Odwrócenie ogniwa może nastąpić w słabo naładowanym ogniwie nawet przed jego całkowitym rozładowaniem. Jeśli prąd rozładowywania baterii jest wystarczająco wysoki, wewnętrzna rezystancja ogniwa może wytworzyć rezystancyjny spadek napięcia, który jest większy niż emf forward ogniwa. Powoduje to odwrócenie polaryzacji ogniwa podczas przepływu prądu. Im wyższy jest wymagany stopień rozładowania akumulatora, tym lepiej powinny być dobrane ogniwa, zarówno pod względem typu ogniwa, jak i stanu naładowania, w celu zmniejszenia szans na odwrócenie biegunowości ogniwa.
W niektórych sytuacjach, takich jak korygowanie akumulatorów NiCd, które zostały wcześniej przeładowane, pożądane może być całkowite rozładowanie akumulatora. Aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych efektem odwrócenia ogniw, konieczne jest uzyskanie dostępu do każdego ogniwa oddzielnie: każde ogniwo jest indywidualnie rozładowywane przez podłączenie zacisku obciążającego przez zaciski każdego ogniwa, unikając w ten sposób odwrócenia ogniw.
Uszkodzenia podczas przechowywania w stanie całkowicie rozładowanymEdit
Jeśli akumulator wielokomorowy zostanie całkowicie rozładowany, często ulegnie uszkodzeniu ze względu na wspomniany wyżej efekt odwrócenia ogniw.Możliwe jest jednak całkowite rozładowanie baterii bez powodowania efektu odwrócenia ogniw – albo poprzez rozładowanie każdego ogniwa osobno, albo poprzez pozwolenie, aby wewnętrzne wycieki każdego ogniwa rozproszyły jego ładunek w czasie.
Nawet jeśli ogniwo zostanie doprowadzone do stanu całkowitego rozładowania bez efektu odwrócenia, jednakże z czasem mogą wystąpić uszkodzenia spowodowane po prostu pozostawaniem w stanie rozładowania. Przykładem tego jest zasiarczenie, które występuje w akumulatorach kwasowo-ołowiowych pozostawionych na półce przez długi czas.Z tego powodu często zaleca się ładowanie akumulatora, który ma pozostać w magazynie, oraz utrzymywanie poziomu naładowania poprzez okresowe doładowywanie.Ponieważ uszkodzenie może również wystąpić, jeśli akumulator jest przeładowany, optymalny poziom naładowania podczas przechowywania wynosi zazwyczaj około 30% do 70%.
Głębokość rozładowaniaEdit
Głębokość rozładowania (DOD) jest zwykle podawana jako procent nominalnej pojemności w amperogodzinach; 0% DOD oznacza brak rozładowania. Ponieważ pojemność użytkowa systemu baterii zależy od szybkości rozładowania i dopuszczalnego napięcia na końcu rozładowania, głębokość rozładowania musi być określona w sposób wskazujący sposób jej pomiaru. Ze względu na zmiany podczas produkcji i starzenia się, DOD dla całkowitego rozładowania może zmieniać się w czasie lub liczbie cykli ładowania. Ogólnie rzecz biorąc, system akumulatorowy będzie tolerował więcej cykli ładowania/rozładowania, jeśli DOD jest niższy w każdym cyklu. Akumulatory litowe mogą rozładować się do około 80-90% swojej nominalnej pojemności. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mogą się rozładować do około 50-60%. Akumulatory przepływowe mogą rozładować się do 100%.
Żywotność i stabilność cykluEdit
Jeśli akumulatory są używane wielokrotnie, nawet bez złego traktowania, tracą pojemność wraz ze wzrostem liczby cykli ładowania, aż w końcu uznaje się, że osiągnęły koniec okresu użytkowania. Różne systemy akumulatorów mają różne mechanizmy zużywania się. Na przykład w akumulatorach kwasowo-ołowiowych nie cały aktywny materiał jest przywracany do płyt podczas każdego cyklu ładowania/rozładowania; w końcu traci się tyle materiału, że pojemność akumulatora ulega zmniejszeniu. W typach litowo-jonowych, szczególnie przy głębokim rozładowaniu, podczas ładowania może powstać pewna ilość reaktywnego metalu litowego, który nie jest już dostępny, aby uczestniczyć w następnym cyklu rozładowania. Szczelne akumulatory mogą tracić wilgoć z ciekłego elektrolitu, zwłaszcza jeśli są przeładowane lub pracują w wysokiej temperaturze. Skraca to żywotność cykliczną.
Czas ładowaniaEdit
Znajdź źródła: „Rechargeable battery” – wiadomości – gazety – książki – scholar – JSTOR (wrzesień 2017) (Learn how and when to remove this template message)
Czas ładowania jest ważnym parametrem dla użytkownika produktu zasilanego akumulatorkami. Nawet jeśli zasilacz ładujący zapewnia wystarczającą moc do pracy urządzenia, jak również do ładowania baterii, to w czasie ładowania urządzenie jest podłączone do zewnętrznego źródła zasilania. W przypadku pojazdów elektrycznych używanych w przemyśle dopuszczalne jest ładowanie podczas przerw w pracy. W przypadku pojazdów elektrycznych poruszających się po drogach szybkiego ruchu konieczne jest szybkie ładowanie w rozsądnym czasie.
Akumulator nie może być ładowany z dowolnie dużą szybkością. Opór wewnętrzny akumulatora powoduje wydzielanie ciepła, a nadmierny wzrost temperatury powoduje uszkodzenie lub zniszczenie akumulatora. W przypadku niektórych typów maksymalna szybkość ładowania jest ograniczona szybkością dyfuzji materiału aktywnego przez ciekły elektrolit. Wysokie szybkości ładowania mogą powodować nadmiar gazu w akumulatorze lub mogą prowadzić do szkodliwych reakcji ubocznych, które trwale obniżają pojemność akumulatora. W przybliżeniu, z wieloma wyjątkami i zastrzeżeniami, przywrócenie pełnej pojemności akumulatora w czasie jednej godziny lub krótszym jest uważane za szybkie ładowanie. System ładowania akumulatorów będzie zawierał bardziej złożone strategie kontroli obwodów i ładowania dla szybkiego ładowania, niż dla prostownika zaprojektowanego do wolniejszego ładowania.
.