Nickel-Cadmium-Batterien. Schema, Beschreibung

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Nickel-Cadmium-Batterien. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen

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Nickel-Cadmium-Batterien, allgemein als Nickel-Cadmium-Zellen bezeichnet, unterscheiden sich etwas von den meisten Trockenzellen, wie beispielsweise der Mangan-Zink-Batterie, die üblicherweise in Taschenlampen verwendet wird. Wenn sich die Batterie entlädt, verliert sie einen Teil ihrer Spannung. Dieser Effekt zeigt sich in der Helligkeit der Taschenlampenbirne. Wenn die Batterie leer wird, wird das Leuchten immer schwächer, bis es ganz aufhört.

Im Gegensatz dazu halten Nickel-Cadmium-Zellen die Spannung während der Entladung recht stabil. Dies lässt sich an der Konstanz des Leuchtens bis hin zur Tiefenladung erkennen. Nachdem das Element entladen ist, fällt die Spannung schnell ab und das Leuchten hört auf. Auf Abb. In Abb. 1 zeigt zum Vergleich die Abhängigkeit der Spannung vom Entladungsgrad der Elemente der beiden genannten Typen.

Nickel-Cadmium-Batterien

Wie Sie sehen, müssen Sie zur Bestimmung der verbleibenden Lebensdauer einer Mangan-Zink-Zelle lediglich die an ihr anliegende Spannung messen. Bei einem Nickel-Cadmium-Element ist dies nicht so einfach. Eine zu 80 % entladene Zelle erzeugt die gleiche Spannung wie eine frisch geladene Zelle. Daher treten beim Aufladen einer Nickel-Cadmium-Zelle einige Schwierigkeiten auf. Solange das Element nicht vollständig entladen ist, können wir seinen Zustand nicht beurteilen. Darüber hinaus reagieren Nickel-Cadmium-Zellen sehr empfindlich auf Überladung, was zu Schäden führen kann. Eine teilweise entladene Zelle wirft also eine wirklich knifflige Frage auf: Wie viel Ladung kann sie aufnehmen?

Aufladen von Nickel-Cadmium-Zellen

Um das Funktionsprinzip des Ladegeräts besser zu verstehen, müssen Sie sich zunächst mit der Funktionsweise der Nickel-Cadmium-Zelle selbst vertraut machen. Sie können die Betrachtung mit einem vollständig entladenen Element beginnen. Um es aufzuladen, müssen Sie Strom durch es leiten.

Konstruktionsbedingt weist die Nickel-Cadmium-Zelle einen relativ hohen Innenwiderstand auf, der umgekehrt proportional zur in der Zelle gespeicherten Ladungsmenge ist: Je geringer die Ladung, desto höher der Widerstand.

Durch den vorhandenen Innenwiderstand wird ein Teil der Energie des Ladestroms in Wärme umgewandelt. Daher ist es notwendig, den Ladevorgang mit einem kleinen Strom zu starten, da sonst die im Innenwiderstand in Form von Wärme abgegebene Energie zum Ausfall des Elements führt.

Mit zunehmender Ladung nimmt der Innenwiderstand der Zelle ab. Je geringer der Widerstand, desto weniger Wärme wird abgeführt und desto effizienter fließt die Ladung der Zelle. Zudem kann nun mehr Ladestrom durch die Zelle geleitet werden, was den Ladevorgang weiter beschleunigt. In der Praxis ist es möglich, den Ladezyklus bei einem Strom abzuschließen, der deutlich über dem Anfangsstrom liegt.

Es ist jedoch sehr schwierig, einen solchen Lademodus zu regulieren und aufrechtzuerhalten. Der Einfachheit halber empfehlen die Hersteller unabhängig vom Batteriezustand den maximalen sicheren Strom.

Bei Scheiben-Nickel-Cadmium-Zellen überschreitet dieser Strom 330 mA nicht. Selbst eine vollständig entladene Zelle mit hohem Innenwiderstand kann bedenkenlos mit einem solchen Strom aufgeladen werden. Die Antwort auf die Frage ist jedoch noch nicht eingegangen: Welche Ladungsmenge schadet dem Element nicht?

Der oben genannte Ladestrom kann nur so lange aufrechterhalten werden, bis der Akku vollständig geladen ist. Dies dauert in der Regel 4 Stunden. Wenn Sie weiter aufladen, besteht die Gefahr einer Überladung der Zelle, was zu einer Verkürzung der Batterielebensdauer oder, schlimmer noch, zur Zerstörung der Zelle führen kann. Wenn der Akku also nur zur Hälfte entladen ist, kann er problemlos wieder aufgeladen werden, ohne es zu merken.

Aus diesem Grund empfiehlt der Hersteller ein langsames Aufladen. Bei einem Scheibenelement sollte der Ladestrom 100 mA nicht überschreiten. Beim langsamen Laden können Sie die Zelle ohne Angst vor Überladung für die empfohlenen 14 Stunden aufladen, die zum Laden einer vollständig entladenen Zelle erforderlich sind. Tatsächlich ist es möglich, das Element ständig leicht aufzuladen, ohne eine Zerstörung befürchten zu müssen: Die Laderate ist recht niedrig und überschüssige Energie wird vom Element leicht abgeleitet.

Autor: Alexander Torres; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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