멋진 국산 충전기네요...
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네이버 rkgmlwns님의 배터리에 관한 글입니다.
깔끔하게 정리를 하신 것 같습니다.
니켈 카드늄 건전지의 특징
속칭 말하는 카드니카, 닛카드라고 말하는 전지입니다. 카드니카는 산요전기의 상표명입니다
닛카드는 사용되고 있는 금속 니켈과 카드늄의 원소기호를 합하여 읽은 것 (Ni-Cd) 입니다.
니켈 카드늄 건전지에는 뛰어난 특징과 약간의 결점이 있습니다.
1. 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 일정한 타입이다.
2. 망간건전지와 비교해 내부 저항이 무척 낮다. 단시간이라면 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.(큰 전류를 낼 수 있다)
3. 충전 가능한 전지 중에서는 수명이 길다.
4. 방향을 생각 하지 않고 사용할 수 있다.
5. 단시간에 충전 할 수 있다.
6. 충전하지 않고는 사용할 수 없다.
7. 외부의 충격, 열에 약하다.
8. 방전 전압이 2 단계로 내리는 것이 있다.
9. 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고, 약품은 극약이다.
이런 정도 입니다. 1 부터 5 까지는 장점 6 부터 9 까지는 결점이겠지요. 미니카에 사용하는 것 이라면 1, 2, 5가 중요한 장점입니다.
1. 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 같은 타입이다.
원래 단3형과 AA형이라는 것은 망간 건전지(일반 건전지)의 크기였습니다.
현대의 니켈 카드늄 건전지는 망간건전지와 같은 크기로 제조 되고 있습니다.
외측의 치수가 망간 건전지와 기본적으로 같은 것은 망간 건전지의 홀더에 넣을 수 있도록 하기 위해서입니다.
일부에 예외는 있습니다. + 극이 평평한 것은 전기제품의 내부에 설치되는 특수용도의 전지이기 때문에 미니카에는 사용 되고 있지 않습니다.
평평한 + 극은 금속판을 스폿트 용접으로 달 때 유리합니다.
내부의 온도가 상승되면 수명이 끝나므로 조심 해야 하지만 스폿트 용접시는 급랭하므로 문제 되지 않습니다.
공칭 전압이라는 것은 전지에 부하 (보통은 모터나 전구)를 접속 했을 때 전지가 발생 할 수 있는 전압 입니다.
물론 부하에 의해 전압은 변화하기 때문에 신품의 전지로 정해진 부하에서 측정합니다
망간건전지는 이 전압이 1. 5V, 니켈 카드늄 건전지는 1. 2V 입니다. 니카드가 20%정도 낮습니다만 일반적으로 전지 기기는 전압이 60%로부터 70%가 될 때까지 움직이도록 설계 하는 것이 상식이기 때문에, 특별히 문제 되지 않습니다.
그것 보다도 망간건전지는 전압이 사용하고 있는 도중에 점점 떨어 지지만 신품의 니켈 카드늄 전지는 1. 2V정도의 전압으로 방전 종료시까지 거의 변화하지 않습니다. 이 때문에 전기기기에서 보다 안정된 성능을 내는 것이 있습니다.
전지의 용량은 보통 전지에 저항 부하를 접속해 메이커가 규정하는 전압이 될 때까지 방전하여 측정합니다.
이 시험에서 10시간에 방전이 종료 되도록 전류를 조정하고 그 때의 평균 전류의 10배가 전지의 용량이 됩니다. 또 전지의 수명은 같은 방법으로 용량을 측정해, 용량이 반이 되었을 때 까지를 수명으로 합니다. 이 때까지 300회에서 500회의 완전 충방전 사이클이 가능하다고 합니다.
2. 망간건전지와 비교해 내부 저항이 낮다. 단시간 이라면 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.
니켈 카드늄 건전지는 구조상 전극의 면적이 망간계 건전지에 비교해 크게 만들어 지고 있습니다.
보통 망간 건전지는 전지의 겉모양인 아연통의 안쪽 면적이 전극의 면적이 됩니다. 알칼리 망간건전지에서는 아연알이 전극에 붙어 있어 그 표면적이 전극 면적이 됩니다. 어느 쪽도 아연의 표면에 부동태라는 피막이 생기는 것을 막기 위해서 인디움등을 혼합하고 있습니다.
니켈 카드늄 건전지의 "권물구조"는 + 와 - 전극은 얇은 박판을 기초로해서 스펀지형상의 전극을 마주하게 하고 있습니다.
이것으로 표면적을 보다 크게 할 수 있습니다.
+ 와 - 전극을 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 separator라고 불리우는 얇은 특수종이 입니다. 이것은 망간, 알칼리 망간, 니켈카드늄건전지의 어떤 것에도 있지만 닛카드 건전지의 것이 특히 크게 됩니다.
전지의 크기는 같기 때문에 전극간의 거리는 니켈 카드늄이 가장 가깝게 됩니다.
이것 때문에 니켈 카드늄 건전지는 가장 큰 전류를 꺼낼 수 있는 것 입니다.
유의하지 않으면 안 되는 것은 한 번에 꺼낼 수 있는 전류는 니켈 카드늄 건전지가 가장 크지만 꺼낼 수 있는 총 에너지량 (전압×전류×시간)은 알칼리 망간건전지가 가장 큽니다.
방전시에 꺼낼 수 있는 에너지는 망간, 알칼리 망간, 니켈카드늄 어떤 전지도 짧은시간에 전류를 많이 사용하면 할수록 총 에너지는 줄어들게 됩니다.
조금씩 꺼내는 편이 보다 많은 에너지를 꺼낼 수 있습니다.
3. 충전가능한 전지 중에서는 수명이 길다.
어려운구조와 안정된 화학 변화를 기본으로 하고 있기 때문에 일반적인 다른 2차전지 (충전가능한 전지)와 비교해 수명이 깁니다.
그렇지만 사용을 잘못하면 수명이 짧게 됩니다.
온도의 상승은 수명을 줄이는 최대의 요인이라고 말할 수 있겠지요. 닉켈카드늄 건전지는 섭씨 40도이상에서의 사용 충전은 권유할 수 없습니다.
또 저온에서의 충전은 내부에 발생하는 가스를 처리할 수 없기 때문에 파열의 위험이 있습니다.섭씨 5도 이하에서의 충전은 피해 주세요.
4. 방향을 생각 하지 않고 사용할 수 있다.
건전지 형태이기 때문에 확실히 구분되어 특별히 방향을 생각 하는 것은 불 필요합니다. 대형의 전지(카밧테리등)는 구별이 어려워 역상으로 사용하는 수도 있습니다.
5. 단시간에 충전을 할 수 있다.
일반적으로 현대의 니켈 카드늄 건전지는 급속 충전이 가능합니다.
급속 충전을 하는 편이 좋다고 말할 수 있습니다. 뒤에서 자세하게 쓰지만 완속 충전하면 꺼낼 수 있는 전류의 최대치가 줄어 들어 버리는 경우도 있습니다.
6. 충전하지 않으면 사용할 수 없다.
니켈 카드늄 건전지는 망간건전지 알칼리 망간건전지와 달라 충전하지 않고는 사용할 수 없습니다. 충전해도 1개월 정도 방치하면 꽤 많은 용량을 잃게 됩니다.
이런 용량 손실을 자기 방전이라고 말합니다.
7. 외부에서의 충격 및 특히 열에 약하다.
건전지는 딱딱해서 튼튼해 보이지만 니켈 카드늄 건전지는 얇은 금속깡통에 권물이 들어 있는 구조이기 때문에 충격이 내부에 바로 전해지면 수명이 끝납니다. separator는 얇은특수종이이기 때문에 충격이 가해진다면 간단하게 열화(깨지거나 구멍나기) 하며 특수종이라고 말해도 화학 수지이므로(폴리아미드) 열에 약해 60도정도에서 열화해 버립니다. 세파레이타에 구멍이 나고 + - 전극끼리 접촉을 하게 되면 그 전지는 사용을 할 수 없게 되어 버립니다.
표면의 온도가 섭씨40도를 넘어가면 내부는 한계 온도에 오르고 있을 수 있으므로 주의 해 주세요.
레이스전에 전지를 몸에 가까운 주머니에 넣어 체온에 의해 온도를 섭씨 35도 부근으로 해 두는 것이 내부 저항을 내릴 수 있으므로 유리 합니다.
레이스등에서 전지의 온도가 내렸을 때는 같은 방법으로 전지를 보온하던지 보충 충전하는 것을 권유합니다.
8. 방전 전압이 2단계로 내리는 경우가 있다.
일반적으로 말하는 "메모리 효과"라는 것 입니다. 진정한 메모리 효과 라는 것은 통신위성에 탑재되어 있는 니켈 카드늄 전지 (항공 우주용)를 규칙있게 충전 방전했을 때 "추가 충전된 분의 에너지 밖에 꺼낼 수 없게 되는것" 입니다. (이것은 NASA가 발견한 것 입니다. )
니켈 카드늄 건전지는 어중간한 충전 방전을 반복하면 방전전압이 1. 2V로부터 1. 1V가 되고 그 다음부터는 바뀐 방전특성을 나타내게 됩니다. 1. 1V가 되어도 에너지는 꺼낼 수 있습니다.
그렇지만 힘은 떨어져 버립니다. (꺼낼 수 있는 에너지 총량은 그다지 저하 하지 않습니다만. ) 몇년전에 비디오 기기의 배터리(니켈 카드늄 건전지) 의 메모리 효과가 관심대상 이었습니다.
이것은 진짜 메모리 효과가 아니라 1. 1V가 되었을 때 기기를 사용 할 수 없게 되는(전지 전압이 내리는 것에 대응하고 있지 않았던 기기인 탓에 ..) 것이 문제가 되고 있었습니다.
기기를 1. 0V 전압으로 동작가능하게 해 두었다면 그런 문제를 해결할 수 있던 것입니다.
(메모리 효과에 대한 것을 몰라 그렇게 개발 했겠지요.)
이 현상은 전지 내부에서 2종류의 화학 변화가 있기 때문에 일어납니다. 본래 카드미움과 옥시 수산화 니켈이 충방전의 주역 입니다. 하지만 어중간한 사용을 하면 이 금속원소가 서로 합금이 되어 버리는 것 입니다. 그렇게 되면 방전시에 그 합금이 반응을 저해하고 따라서 방전 전압이 내려 버리는 것 입니다. 이것을 막기 위해서는 온도 관리를 제대로 하고 충전시에 조심하는 것이 좋습니다.
9. 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고 약품은 극약이다.
니카드전지의 전해용액으로 사용하고 있는 것은 "수산화 칼륨" 입니다. 학교의 실험등에서 사용하는 수산화 나트륨(양잿물)보다도 위험한 알칼리 용액으로 공업용에서도 특히 위험한 물질로 취급 합니다. 피부에 뭍으면 단백질을 녹이고(살을 녹임) 눈에 들어가면 실명의 위험이 있습니다. 농도가 높기 때문에 전해액이 샌 전지는 직접 손으로 접촉하지 않도록 조심하고 비닐봉투등에 넣어 판매점등의 건전지 회수상자에 넣어 주세요.
전극의 카드늄은 과거에 일본에서 처음 발견된 "이타이이타이 병"이라는공해병(※)의 원인이 된 물질로 체내에 축적되면 신경 조직에 큰 악영향을 미칩니다. 니켈도 천이금속이고 ion 상태에서는 강한독성을 가지고 있습니다.
절대로 분해 하지 말아 주세요. 소용 없게 된 전지는 회수업자에게 주던지 판매점의 회수상자로 보내 주세요.
(※) 공해병이란 일본에서 발생한 카드늄 중독으로 "이타이 이타이병(아프다 아프다)"이라는 이름으로 알려졌다. 특히 뼈의 칼슘에 치환하고 몸속에 누적된 카드미움은 제거가 곤란해 치료도 어렵다. 전신에 동통을 수반하고 최후에는 쇠약해져서 죽는 무서운 병이다. 수 ppm의 수용액으로도 위험하다.
니켈은 천이금속원소이고 가지각색의 ion 형태가 있기 때문에 다양한 독성을 나타낸다. 금속상태라면 대단히 안정적입니다만 조심 또 조심 하세요 !
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니켈 카드늄 건전지의 방전과 충전
1. 사용법의 개요
니켈 카드늄 건전지는 보편적으로 2개씩 쌍으로 사용합니다. 이방법이 효과적인 것 입니다.
니켈카드늄 건전지는 2본단위로 구입하고 2본을 같은 장소에 보관하고 2본을 동시에 충전하고 그 2본으로 사용합시다.
이런 사용방법은 전지의 수명을 늘릴 뿐 아니라 2본이 함께 에너지을 내므로 효율상승도 기대 할 수 있기 때문입니다. 실제로는 얇은 테이프를 감든지 도료등으로 번호를 써 넣어 두는 것이 편하고 알기 쉬운 방법입니다.
물론 보디 도장용의 페인트 마커등으로 분류하는 것도 좋은 방법입니다.
또한 전지를 평평한 곳에서 굴려 보면 항상 멈추는 지점이 있을 것입니다. 전지가 둥굴게 생겨 무게중심이 일정 하다고 생각이 되겠지만 보통 전지는 무게가 한쪽으로 편심 되어 있습니다. 그 지점을 표시하고 전지를 차에 넣을때 무게가 무거운 쪽을 밑으로 가도록 하면 차량 전체의 무게 중심이 아래로 쏠리게 되어 안정된 주행이 가능 하며 또한 일정한 무게 중심으로 테스트와 실레이스에서 동일한 조건이 되므로 유리 합니다.
2. 왜 2본씩 충방전하는 것 일까?
2본의 밸런스를 취하도록 하기 때문입니다.
예를 들어보면 한쪽이 1000mAh, 다른 한쪽이 700mAh의 조합으로 사용한다고 해봅시다. 양방이 완전히 충전되었다고 해도 사용하고 있는 도중에 700mAh쪽부터 먼저 방전이 되어 버립니다. 아직 1000mAh쪽에는 아직 에너지가 남아 있기 때문에 전류를 흘리려고 합니다.
이 때 전류의 방향을 보면 700mAh의 전지입장에서 보면 "충전할 때와 역방향 "입니다. 즉 전지가 직렬로 연결 되어 있어 700mAh전지의 + 전극쪽에 1000mAh전지의 -전압이 또 -전극에는 + 전압이 걸리게 되는 것 입니다.
이러한 역방향 전류에 니켈 카드늄 건전지는 무척 약하기 때문에 이런식의 역충전이 되어 버리면 전극의 니켈 ion과 카드늄 ion이 내부에서 합금을 만들기 시작합니다. 이와 같이 생성된 합금은 단단해서 원래로 대로 돌아오지 않습니다.
결국 그 만큼 용량이 저하 됩니다.
사용이 끝난 전지를 충전 한다고 합시다.
1000mAh쪽 입장은 일반적인 방전을 했으므로 일반적인 충전을 할 수 있습니다. 700mAh은 역충전의 탓으로 용량이 줄어 들었습니다. 그래서 700mAh의 전지는 완전하게 충전 할 수 없습니다.
이것을 계속 반복하게되면 700mAh 전지는 열화해 못쓰게 되어 버리고 맙입니다.
이런 현상을 막기 위해서는 동일 상태 동일 용량의 전지를 사용하는 것이 가장 간단합니다. 동상태(쌍으로 충전 방전)로 사용하면 열화하는 일이 없습니다.
3. 방전기의 죄
절대로 방전기가 나쁘다는 뜻이 아닙니다.
니켈카드늄 건전지는 방전시켜 보관하는 편이 안전합니다.
1.2V전지라도 방전전류가 크기때문에 금속 제품등에 쇼트하면 화재 발생의 위험이 있기 때문입니다.
방전기로 좋지 않은 것은 "복수의 전지를 직렬으로 방전시키는" 타입 입니다. 먼저 썼습니다만, 직렬로 사용하면 전지의 용량이 증대되는 경향이 있습니다.
이 때문에 직렬상태로 방전하는 것은 위험하다고 말할 수 있습니다.
방전기 중에는 4본직렬등으로 방전하는 것도 있으며 "제어된 방전으로 원기회복" 등으로 선전하고 있지만 그것은 잘못된 선전입니다. 아무리 제어를 한다고 해도 직렬방전은 전지의 고장원인을 증대시키는 결과가 됩니다.
방전시키는 경우 전압이 0V가 될 때까지 방전하면 과방전이라고 말씀하시는데 그래도 관계는 없습니다. 나쁜 것은 역방향으로 충전되는 것이며 전압이 0까지 방전해도 큰 문제는 없습니다.
방전은 니켈 카드늄 건전지를 1개씩으로 해 전압이 0. 5V정도까지 방전하는 것이 최적상태인 것 같습니다.
이 것은 어려운 것이 아니고 1본용의 전지 박스와 silicon diode (예: 10E1)와 두개의 전구를 준비 하여 silicon diode와 전구를 직렬로 잇고 전지 박스에 전지를 넣어 전구가 점등 할수 있도록 해 주세요. 다이오드에는 방향이 있으므로 역으로 넣으면 전구는 점등하지 않습니다.
이 방전기는 다이오드가 0. 5V정도의 전압 이하로는 통전 되지 않는 성질을 이용한 것으로 과방전을 방지 합니다.
다시 한번 쓰지만 니켈 카드늄 건전지의 방전은 직렬로는 하지 않는 편이 좋으며 개별방전을 권유 합니다.
4. 니켈 카드늄 건전지의 내부 반응
여기에는 고교생 정도의 화학 지식이 필요합니다. 특별히 화학적인 반응까지 알 필요가 없으면 읽지 않아도 관계 없습니다.
먼저 플러스극에 사용되고 있는 물질은 옥시 수산화 니켈로 NiOOH이라는 화학식으로 표현됩니다. 마이너스극은 금속 카드늄 Cd 입니다.
전해액은 수산화 칼륨KOH이 사용되고 있습니다. 전해액의 칼륨은 전지의 반응에 관여하지 않습니다. 그러면 수산화 나트륨도 사용할 수 있겠지만 수산화 칼륨쪽이 다소 효율이 좋기 때문입니다.
가격도 관계되고 소형 고용량의 요구가 있기 때문에 고성능의 것을 사용하는 것 입니다.
플러스극의 방전시의 반응을 봅시다.
옥시 수산화 니켈×2+ 물+ 전자×2->
수산화 니켈×2+ 수산기×2
(2NiOOH+ H2O+ 2e- ->
2Ni (OH) 2+ 2OH-)
옥시 수산화 니켈이 물과 반응해 전자2개를 빨아들이고 수산화니켈이 되며 동시에 수산기 ion을 방출합니다. 이 수산기 ion은 전해액을 통해 마이너스극으로 갑니다. 이 반응에서 2개의 전자를 빨아들이는 것이 전지의 에너지발생의 원동력입니다.
마이너스극의 방전의 반응은,
카드늄+ 수산기×2-> 수산화 카드늄+ 전자×2
(Cd+ 2OH- -> Cd (OH) 2+ 2e-)
이곳에서 2개의 전자가 방출됩니다. 이 남은 전자가 플러스극으로 넘어가 회로를 형성하게 되고 전류가 흐릅니다.
다음에는 충전될 때의 반응입니다 이것은 방전시의 반응과 반대의 반응이 일어나며 플러스극에서는 수산화 니켈이 옥시 수산화 니켈로 마이나스극에서는 수산화 카드늄이 카드늄으로 돌아오는 반응이 일어납니다.
충전이 완료되면 더 이상 금속으로 돌아오는 카드늄은 없기 때문에 다음에 물의 전기 분해가 시작됩니다. 플러스극에서는 산소가 마이너스극에서는 수소가 발생합니다. 이것도 일정한 한도까지라면 전지에 포함되어 있는 촉매가 움직여 물로 됩니다. 촉매의 한도가 넘으면 가스가 발생되어 전지의 내부 압력이 오르고 최후에는 안전대책이라 할 수 있는 전지의 파손으로 넘어 갑니다.
충전이 처음 진행 되고 있을 때에는 전지는 흡열반응이 지배되고 있기 때문에 전지의 온도는 다소 주위의 온도보다 내립니다. (몇도 안 되어 측정은 어렵습니다. )
촉매가 움직이기 시작하면 산소와 수소의 화합 반응이 있기 때문에 다량의 열을 발생 하며 충전 중에 전지의 온도가 상승되는 것은 충전이 완료된 표시인 것입니다.
5. 반응 속도와 결정
충전시간은 전지에서 영향이 없다고 생각하기 십상이지만 여기에서는 충전시 내부 반응물의 결정에 대해서 이야기 합니다.
결정은 별로고려하지 않습니다만 실제로는 중요한 이야기 입니다. 비슷한 예로 식염수를 들어 봅시다.
진한 식염수를 만들어 공기중에 방치하면 수분이 증발하게 되며 점점 결정이 성장됩니다. 최후에는 결정이 모여 식염분이 됩니다. 염전에서 바닷물로 소금을 생산 하는 것과 마찬가지 이겠지요.
동일 농도의 식염수를 준비해 가열하여도 식염의 결정을 만들 수 있습니다. 이렇게 만든 결정은 크지 않고 분말 같은 상태가 되며 수분이 완전히 없어지면 일종의 스펀지형장의 가루가 됩니다.
이와 같은 현상이 니켈 카드늄 건전지의 충전시에도 일어납니다.
장시간에 걸쳐 충전하면 마이너스극에는 카드늄의 결정이 크게 성장하게 됩니다.
반대로 단시간에 충전하면 결정은 크지 않고 고운상태로 충전이 종료됩니다. 이것은 대단히 큰 의미를 가지고 있습니다.
식염의 예에서 생각하면 큰 결정은 물에 녹이는데 시간이 많이 걸립니다.
분말쪽이 빠르게 녹을 것입니다. 전지는 빠르게 반응할 수 있는 것이 보다 큰 에너지를 얻을 수 있는 것입니다.
장시간에 걸쳐 표준 충전을 하면 충분한 힘을 꺼낼 수 없는 것은 이 때문 입니다.
또한 전지에서 나쁜 것은 금속 카드늄의 큰결정은 모퉁이가 날카로워 separator를 찢어 버리는 상황입니다.
그러면 전지 내부에서 쇼트가 일어나고, 그 전지는 수명이 끝나버립니다.
6. 니켈 카드늄 건전지의 충전
충전은 니켈 카드늄 건전지의 성능을 꺼내기 위한 중요한 요소입니다.
충전 방법이 잘못되면 방전시에 힘을 꺼낼 수 없을 뿐이 아니라 충분한 충전을 할 수 없거나 전지에 심각한 손상을 주거나 하여 전지의 수명을 단축 시킬 수 있습니다.
6. 1. 표준 충전
표준 충전이란 전지 메이커가 발표되고 있는 충전 방법 중에서 가장 기본이 되는 방법 입니다.
전지에 손해를 입히는 일 없이 안전하게 충전할 수 있다고 말할 수 있습니다.
충전의 방법은 전지를 방전한 뒤 전지의 용량의 1/10의 전류로 14 에서16시간정도 충전하는 것입니다. 온도는 섭씨20도에서 25도까지 하면서 충전 합니다.
이 방법의 장점은 다소 충전 시간이 길게 되더라도 촉매가 충분하게 움직이므로 전지에 주어지는 손해가 적다는 것에 있습니다. 전지의 온도가 섭씨40도를 넘어가는 경우도 많기 때문에 주의가 필요합니다. 이러한 높은온도에서는 separator (폴리아미드등)가 약해져 작은 충격에도 separator는 파손하는 경우가 있습니다.
그러나 장시간 충전이므로 카드늄결정이 크게 성장 할 수 있고 이 때문에 separator 파손의 원인이 됩니다.
6. 2. 급속충전1 (타이머식)
최근은 보이지 않게 되었습니다만 일정 시간 급속충전을 하는 것입니다. 충전의 종료 결정는 타이머로 합니다.
이 방식은 위험이 동반됩니다. 모르고 충전이 끝난 전지를 또 충전하면 발열 안전밸브 해방 및 결국에는 전지의 파열이 일어납니다.
아직 무선조종등의 세계에서 사용되고 있고 또한 전지를 팬등으로 강제 냉각하는등 수명 무시의 방법으로 행하여 지고 있는 것을 종종 볼수 있습니다.
이러한 충전 방법은 전지의 수명 및 안전성을 생각해보아도 일절 권할 수 없습니다.
6. 3. 급속충전2 (마이너스 델타V방식)
정확하게는 -ΔV라고 씁니다. 이 방식은 충전 종료의 측정 방식이 정말 교묘합니다. 충전중의 니켈카드늄 건전지의 양단 전압은 온도에 대해 반대의 특성을 가지고 있습니다.
온도가 오르면 전압이 내리는 것 입니다. 충전이 완료되고 온도가 상승 하면 전압이 내린다는 점을 검출해 충전을 멈추는 방법입니다.
또한 이것이 이 충전 방식의 큰 결점이 됩니다.
충전 전지가 1본이라면 이 방식은 뛰어난 편법입니다. 특수한 센사도 필요 없이 IC 검출 회로 하나 이기 때문에 비용도 싸게 할 수 있습니다.
2본 이상의 직렬충전을 하게 된다면 이야기는 다릅니다.
상태가 다른 A, B라고 하는 전지(사용을 하다보면 약간씩 상태가 바뀌어 옵니다.)를 직렬충전 한다고 할때 만일 A는 충전 완료되고 온도가 상승되어 전압이 내려가도 B가 아직 충전중에 있어 전압이 오르고 있는 중 이라면 전압의 강하를 검출하지 못 할 수도 있습니다.
타미야의 급속충전기가 이 방식과 같습니다. 뛰어난 편법입니다만 같은 쌍의 전지가 아니면 성능을 발휘할 수 없습니다.
이런 이유 때문에라도 전지는 쌍으로 사용하고 혼합하지 않는 것이 큰 의미를 가지고 있습니다.
6. 4. 급속충전3 (온도 검출 방식)
가장 간단하고 효과적인 방법입니다. 전지의 충전이 완료되어 촉매가 움직이기 시작하고 온도가 오르면 그것을 직접 검출하는 것입니다. 이 방식이라면 충전 종료를 확실하게 포착할 수 있으며 충전 종료 검출의 문제는 쉽게 해결 되는 것 입니다.
어려운 점이 있다면 /모든 전지에 온도센사를 부착할 필요가 있는 것/ 전지와 센사가 확실하게 밀착되어야 하는 것/ 온도 센사의 반응이 늦다는 것/ 이 3가지가 문제가 될 수 있습니다. 그것 마저 클리어한다면 가장 확실한 방법이라고 말 할 수 있습니다. 본인이 자작한 충전기는 기본적으로 이 방식입니다.
7. 충전 전류등에 대해
니켈 카드늄 건전지의 충전 전류는 어느 정도가 좋을까 따져보면
결론부터 말 한다면 전지 용량의 2배정도입니다 700mAh라면 1400mA입니다. 이 값은 경험치 이기 때문에 특별히 근거가 있는 것이 아닙니다.
전지 수명을 완전하게 사용하고 싶다면 이 값 정도가 아닐까라고 생각하고 있습니다.
물론 전지 용량의 5배정도까지 전류를 흘리면 충전 시간은 짧게 됩니다. 그렇지만 발열도 순간적으로 일어나기 때문에 전지를 고장낼 가능성은 커집니다. 그 이상의 충전 전류는 전지에 무리가 되므로 권유할 수 없습니다. 반대로 적은전류로의 충전은 결정이 성장되기 때문에 나는 2배정도가 좋다고 생각합니다.
충전을 할 때의 온도도 중요한 포인트입니다.
전지는 화학 반응으로 에너지를 방출하는 것이기 때문에 온도가 높을수록 큰 에너지를 발생할 수 있는 것 입니다. 또한 separator는 폴리아미드 의 얇은종이입니다. 높은 온도에서 견디지 못합니다. 고온에서 충격이 가해지면 전지고장의 원인이 되기 때문에 온도는 섭씨45도가 한계라고 생각합니다. 낮은 편의 한계는 섭씨5도라고 알려지고 있습니다. 이것은 메이커의 규격으로 내부의 동결을 막는다고 합니다. 그 외에도 충전시에 가스가 발생되고 내부 압력이 이상하게 상승해 버리는 경우가 있을 수 있습니다. 저온에서 니켈 카드늄 건전지 충전을 할 수 없기 때문에 추은 계절은 전지를 포켓에 넣는 등으로 온도를 유지 할 필요가 있습니다.
출처 http://www.robo3.com/yboard/read.php?table=photo&oid=146&r_page=14&category=&searchword=&rd=
[이 게시물은 로보맨님에 의해 2013-09-14 13:06:50 robo_갤러리에서 이동 됨]
[이 게시물은 로보맨님에 의해 2013-09-15 12:26:45 갤러리에서 이동 됨]
깔끔하게 정리를 하신 것 같습니다.
니켈 카드늄 건전지의 특징
속칭 말하는 카드니카, 닛카드라고 말하는 전지입니다. 카드니카는 산요전기의 상표명입니다
닛카드는 사용되고 있는 금속 니켈과 카드늄의 원소기호를 합하여 읽은 것 (Ni-Cd) 입니다.
니켈 카드늄 건전지에는 뛰어난 특징과 약간의 결점이 있습니다.
1. 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 일정한 타입이다.
2. 망간건전지와 비교해 내부 저항이 무척 낮다. 단시간이라면 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.(큰 전류를 낼 수 있다)
3. 충전 가능한 전지 중에서는 수명이 길다.
4. 방향을 생각 하지 않고 사용할 수 있다.
5. 단시간에 충전 할 수 있다.
6. 충전하지 않고는 사용할 수 없다.
7. 외부의 충격, 열에 약하다.
8. 방전 전압이 2 단계로 내리는 것이 있다.
9. 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고, 약품은 극약이다.
이런 정도 입니다. 1 부터 5 까지는 장점 6 부터 9 까지는 결점이겠지요. 미니카에 사용하는 것 이라면 1, 2, 5가 중요한 장점입니다.
1. 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 같은 타입이다.
원래 단3형과 AA형이라는 것은 망간 건전지(일반 건전지)의 크기였습니다.
현대의 니켈 카드늄 건전지는 망간건전지와 같은 크기로 제조 되고 있습니다.
외측의 치수가 망간 건전지와 기본적으로 같은 것은 망간 건전지의 홀더에 넣을 수 있도록 하기 위해서입니다.
일부에 예외는 있습니다. + 극이 평평한 것은 전기제품의 내부에 설치되는 특수용도의 전지이기 때문에 미니카에는 사용 되고 있지 않습니다.
평평한 + 극은 금속판을 스폿트 용접으로 달 때 유리합니다.
내부의 온도가 상승되면 수명이 끝나므로 조심 해야 하지만 스폿트 용접시는 급랭하므로 문제 되지 않습니다.
공칭 전압이라는 것은 전지에 부하 (보통은 모터나 전구)를 접속 했을 때 전지가 발생 할 수 있는 전압 입니다.
물론 부하에 의해 전압은 변화하기 때문에 신품의 전지로 정해진 부하에서 측정합니다
망간건전지는 이 전압이 1. 5V, 니켈 카드늄 건전지는 1. 2V 입니다. 니카드가 20%정도 낮습니다만 일반적으로 전지 기기는 전압이 60%로부터 70%가 될 때까지 움직이도록 설계 하는 것이 상식이기 때문에, 특별히 문제 되지 않습니다.
그것 보다도 망간건전지는 전압이 사용하고 있는 도중에 점점 떨어 지지만 신품의 니켈 카드늄 전지는 1. 2V정도의 전압으로 방전 종료시까지 거의 변화하지 않습니다. 이 때문에 전기기기에서 보다 안정된 성능을 내는 것이 있습니다.
전지의 용량은 보통 전지에 저항 부하를 접속해 메이커가 규정하는 전압이 될 때까지 방전하여 측정합니다.
이 시험에서 10시간에 방전이 종료 되도록 전류를 조정하고 그 때의 평균 전류의 10배가 전지의 용량이 됩니다. 또 전지의 수명은 같은 방법으로 용량을 측정해, 용량이 반이 되었을 때 까지를 수명으로 합니다. 이 때까지 300회에서 500회의 완전 충방전 사이클이 가능하다고 합니다.
2. 망간건전지와 비교해 내부 저항이 낮다. 단시간 이라면 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.
니켈 카드늄 건전지는 구조상 전극의 면적이 망간계 건전지에 비교해 크게 만들어 지고 있습니다.
보통 망간 건전지는 전지의 겉모양인 아연통의 안쪽 면적이 전극의 면적이 됩니다. 알칼리 망간건전지에서는 아연알이 전극에 붙어 있어 그 표면적이 전극 면적이 됩니다. 어느 쪽도 아연의 표면에 부동태라는 피막이 생기는 것을 막기 위해서 인디움등을 혼합하고 있습니다.
니켈 카드늄 건전지의 "권물구조"는 + 와 - 전극은 얇은 박판을 기초로해서 스펀지형상의 전극을 마주하게 하고 있습니다.
이것으로 표면적을 보다 크게 할 수 있습니다.
+ 와 - 전극을 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 separator라고 불리우는 얇은 특수종이 입니다. 이것은 망간, 알칼리 망간, 니켈카드늄건전지의 어떤 것에도 있지만 닛카드 건전지의 것이 특히 크게 됩니다.
전지의 크기는 같기 때문에 전극간의 거리는 니켈 카드늄이 가장 가깝게 됩니다.
이것 때문에 니켈 카드늄 건전지는 가장 큰 전류를 꺼낼 수 있는 것 입니다.
유의하지 않으면 안 되는 것은 한 번에 꺼낼 수 있는 전류는 니켈 카드늄 건전지가 가장 크지만 꺼낼 수 있는 총 에너지량 (전압×전류×시간)은 알칼리 망간건전지가 가장 큽니다.
방전시에 꺼낼 수 있는 에너지는 망간, 알칼리 망간, 니켈카드늄 어떤 전지도 짧은시간에 전류를 많이 사용하면 할수록 총 에너지는 줄어들게 됩니다.
조금씩 꺼내는 편이 보다 많은 에너지를 꺼낼 수 있습니다.
3. 충전가능한 전지 중에서는 수명이 길다.
어려운구조와 안정된 화학 변화를 기본으로 하고 있기 때문에 일반적인 다른 2차전지 (충전가능한 전지)와 비교해 수명이 깁니다.
그렇지만 사용을 잘못하면 수명이 짧게 됩니다.
온도의 상승은 수명을 줄이는 최대의 요인이라고 말할 수 있겠지요. 닉켈카드늄 건전지는 섭씨 40도이상에서의 사용 충전은 권유할 수 없습니다.
또 저온에서의 충전은 내부에 발생하는 가스를 처리할 수 없기 때문에 파열의 위험이 있습니다.섭씨 5도 이하에서의 충전은 피해 주세요.
4. 방향을 생각 하지 않고 사용할 수 있다.
건전지 형태이기 때문에 확실히 구분되어 특별히 방향을 생각 하는 것은 불 필요합니다. 대형의 전지(카밧테리등)는 구별이 어려워 역상으로 사용하는 수도 있습니다.
5. 단시간에 충전을 할 수 있다.
일반적으로 현대의 니켈 카드늄 건전지는 급속 충전이 가능합니다.
급속 충전을 하는 편이 좋다고 말할 수 있습니다. 뒤에서 자세하게 쓰지만 완속 충전하면 꺼낼 수 있는 전류의 최대치가 줄어 들어 버리는 경우도 있습니다.
6. 충전하지 않으면 사용할 수 없다.
니켈 카드늄 건전지는 망간건전지 알칼리 망간건전지와 달라 충전하지 않고는 사용할 수 없습니다. 충전해도 1개월 정도 방치하면 꽤 많은 용량을 잃게 됩니다.
이런 용량 손실을 자기 방전이라고 말합니다.
7. 외부에서의 충격 및 특히 열에 약하다.
건전지는 딱딱해서 튼튼해 보이지만 니켈 카드늄 건전지는 얇은 금속깡통에 권물이 들어 있는 구조이기 때문에 충격이 내부에 바로 전해지면 수명이 끝납니다. separator는 얇은특수종이이기 때문에 충격이 가해진다면 간단하게 열화(깨지거나 구멍나기) 하며 특수종이라고 말해도 화학 수지이므로(폴리아미드) 열에 약해 60도정도에서 열화해 버립니다. 세파레이타에 구멍이 나고 + - 전극끼리 접촉을 하게 되면 그 전지는 사용을 할 수 없게 되어 버립니다.
표면의 온도가 섭씨40도를 넘어가면 내부는 한계 온도에 오르고 있을 수 있으므로 주의 해 주세요.
레이스전에 전지를 몸에 가까운 주머니에 넣어 체온에 의해 온도를 섭씨 35도 부근으로 해 두는 것이 내부 저항을 내릴 수 있으므로 유리 합니다.
레이스등에서 전지의 온도가 내렸을 때는 같은 방법으로 전지를 보온하던지 보충 충전하는 것을 권유합니다.
8. 방전 전압이 2단계로 내리는 경우가 있다.
일반적으로 말하는 "메모리 효과"라는 것 입니다. 진정한 메모리 효과 라는 것은 통신위성에 탑재되어 있는 니켈 카드늄 전지 (항공 우주용)를 규칙있게 충전 방전했을 때 "추가 충전된 분의 에너지 밖에 꺼낼 수 없게 되는것" 입니다. (이것은 NASA가 발견한 것 입니다. )
니켈 카드늄 건전지는 어중간한 충전 방전을 반복하면 방전전압이 1. 2V로부터 1. 1V가 되고 그 다음부터는 바뀐 방전특성을 나타내게 됩니다. 1. 1V가 되어도 에너지는 꺼낼 수 있습니다.
그렇지만 힘은 떨어져 버립니다. (꺼낼 수 있는 에너지 총량은 그다지 저하 하지 않습니다만. ) 몇년전에 비디오 기기의 배터리(니켈 카드늄 건전지) 의 메모리 효과가 관심대상 이었습니다.
이것은 진짜 메모리 효과가 아니라 1. 1V가 되었을 때 기기를 사용 할 수 없게 되는(전지 전압이 내리는 것에 대응하고 있지 않았던 기기인 탓에 ..) 것이 문제가 되고 있었습니다.
기기를 1. 0V 전압으로 동작가능하게 해 두었다면 그런 문제를 해결할 수 있던 것입니다.
(메모리 효과에 대한 것을 몰라 그렇게 개발 했겠지요.)
이 현상은 전지 내부에서 2종류의 화학 변화가 있기 때문에 일어납니다. 본래 카드미움과 옥시 수산화 니켈이 충방전의 주역 입니다. 하지만 어중간한 사용을 하면 이 금속원소가 서로 합금이 되어 버리는 것 입니다. 그렇게 되면 방전시에 그 합금이 반응을 저해하고 따라서 방전 전압이 내려 버리는 것 입니다. 이것을 막기 위해서는 온도 관리를 제대로 하고 충전시에 조심하는 것이 좋습니다.
9. 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고 약품은 극약이다.
니카드전지의 전해용액으로 사용하고 있는 것은 "수산화 칼륨" 입니다. 학교의 실험등에서 사용하는 수산화 나트륨(양잿물)보다도 위험한 알칼리 용액으로 공업용에서도 특히 위험한 물질로 취급 합니다. 피부에 뭍으면 단백질을 녹이고(살을 녹임) 눈에 들어가면 실명의 위험이 있습니다. 농도가 높기 때문에 전해액이 샌 전지는 직접 손으로 접촉하지 않도록 조심하고 비닐봉투등에 넣어 판매점등의 건전지 회수상자에 넣어 주세요.
전극의 카드늄은 과거에 일본에서 처음 발견된 "이타이이타이 병"이라는공해병(※)의 원인이 된 물질로 체내에 축적되면 신경 조직에 큰 악영향을 미칩니다. 니켈도 천이금속이고 ion 상태에서는 강한독성을 가지고 있습니다.
절대로 분해 하지 말아 주세요. 소용 없게 된 전지는 회수업자에게 주던지 판매점의 회수상자로 보내 주세요.
(※) 공해병이란 일본에서 발생한 카드늄 중독으로 "이타이 이타이병(아프다 아프다)"이라는 이름으로 알려졌다. 특히 뼈의 칼슘에 치환하고 몸속에 누적된 카드미움은 제거가 곤란해 치료도 어렵다. 전신에 동통을 수반하고 최후에는 쇠약해져서 죽는 무서운 병이다. 수 ppm의 수용액으로도 위험하다.
니켈은 천이금속원소이고 가지각색의 ion 형태가 있기 때문에 다양한 독성을 나타낸다. 금속상태라면 대단히 안정적입니다만 조심 또 조심 하세요 !
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니켈 카드늄 건전지의 방전과 충전
1. 사용법의 개요
니켈 카드늄 건전지는 보편적으로 2개씩 쌍으로 사용합니다. 이방법이 효과적인 것 입니다.
니켈카드늄 건전지는 2본단위로 구입하고 2본을 같은 장소에 보관하고 2본을 동시에 충전하고 그 2본으로 사용합시다.
이런 사용방법은 전지의 수명을 늘릴 뿐 아니라 2본이 함께 에너지을 내므로 효율상승도 기대 할 수 있기 때문입니다. 실제로는 얇은 테이프를 감든지 도료등으로 번호를 써 넣어 두는 것이 편하고 알기 쉬운 방법입니다.
물론 보디 도장용의 페인트 마커등으로 분류하는 것도 좋은 방법입니다.
또한 전지를 평평한 곳에서 굴려 보면 항상 멈추는 지점이 있을 것입니다. 전지가 둥굴게 생겨 무게중심이 일정 하다고 생각이 되겠지만 보통 전지는 무게가 한쪽으로 편심 되어 있습니다. 그 지점을 표시하고 전지를 차에 넣을때 무게가 무거운 쪽을 밑으로 가도록 하면 차량 전체의 무게 중심이 아래로 쏠리게 되어 안정된 주행이 가능 하며 또한 일정한 무게 중심으로 테스트와 실레이스에서 동일한 조건이 되므로 유리 합니다.
2. 왜 2본씩 충방전하는 것 일까?
2본의 밸런스를 취하도록 하기 때문입니다.
예를 들어보면 한쪽이 1000mAh, 다른 한쪽이 700mAh의 조합으로 사용한다고 해봅시다. 양방이 완전히 충전되었다고 해도 사용하고 있는 도중에 700mAh쪽부터 먼저 방전이 되어 버립니다. 아직 1000mAh쪽에는 아직 에너지가 남아 있기 때문에 전류를 흘리려고 합니다.
이 때 전류의 방향을 보면 700mAh의 전지입장에서 보면 "충전할 때와 역방향 "입니다. 즉 전지가 직렬로 연결 되어 있어 700mAh전지의 + 전극쪽에 1000mAh전지의 -전압이 또 -전극에는 + 전압이 걸리게 되는 것 입니다.
이러한 역방향 전류에 니켈 카드늄 건전지는 무척 약하기 때문에 이런식의 역충전이 되어 버리면 전극의 니켈 ion과 카드늄 ion이 내부에서 합금을 만들기 시작합니다. 이와 같이 생성된 합금은 단단해서 원래로 대로 돌아오지 않습니다.
결국 그 만큼 용량이 저하 됩니다.
사용이 끝난 전지를 충전 한다고 합시다.
1000mAh쪽 입장은 일반적인 방전을 했으므로 일반적인 충전을 할 수 있습니다. 700mAh은 역충전의 탓으로 용량이 줄어 들었습니다. 그래서 700mAh의 전지는 완전하게 충전 할 수 없습니다.
이것을 계속 반복하게되면 700mAh 전지는 열화해 못쓰게 되어 버리고 맙입니다.
이런 현상을 막기 위해서는 동일 상태 동일 용량의 전지를 사용하는 것이 가장 간단합니다. 동상태(쌍으로 충전 방전)로 사용하면 열화하는 일이 없습니다.
3. 방전기의 죄
절대로 방전기가 나쁘다는 뜻이 아닙니다.
니켈카드늄 건전지는 방전시켜 보관하는 편이 안전합니다.
1.2V전지라도 방전전류가 크기때문에 금속 제품등에 쇼트하면 화재 발생의 위험이 있기 때문입니다.
방전기로 좋지 않은 것은 "복수의 전지를 직렬으로 방전시키는" 타입 입니다. 먼저 썼습니다만, 직렬로 사용하면 전지의 용량이 증대되는 경향이 있습니다.
이 때문에 직렬상태로 방전하는 것은 위험하다고 말할 수 있습니다.
방전기 중에는 4본직렬등으로 방전하는 것도 있으며 "제어된 방전으로 원기회복" 등으로 선전하고 있지만 그것은 잘못된 선전입니다. 아무리 제어를 한다고 해도 직렬방전은 전지의 고장원인을 증대시키는 결과가 됩니다.
방전시키는 경우 전압이 0V가 될 때까지 방전하면 과방전이라고 말씀하시는데 그래도 관계는 없습니다. 나쁜 것은 역방향으로 충전되는 것이며 전압이 0까지 방전해도 큰 문제는 없습니다.
방전은 니켈 카드늄 건전지를 1개씩으로 해 전압이 0. 5V정도까지 방전하는 것이 최적상태인 것 같습니다.
이 것은 어려운 것이 아니고 1본용의 전지 박스와 silicon diode (예: 10E1)와 두개의 전구를 준비 하여 silicon diode와 전구를 직렬로 잇고 전지 박스에 전지를 넣어 전구가 점등 할수 있도록 해 주세요. 다이오드에는 방향이 있으므로 역으로 넣으면 전구는 점등하지 않습니다.
이 방전기는 다이오드가 0. 5V정도의 전압 이하로는 통전 되지 않는 성질을 이용한 것으로 과방전을 방지 합니다.
다시 한번 쓰지만 니켈 카드늄 건전지의 방전은 직렬로는 하지 않는 편이 좋으며 개별방전을 권유 합니다.
4. 니켈 카드늄 건전지의 내부 반응
여기에는 고교생 정도의 화학 지식이 필요합니다. 특별히 화학적인 반응까지 알 필요가 없으면 읽지 않아도 관계 없습니다.
먼저 플러스극에 사용되고 있는 물질은 옥시 수산화 니켈로 NiOOH이라는 화학식으로 표현됩니다. 마이너스극은 금속 카드늄 Cd 입니다.
전해액은 수산화 칼륨KOH이 사용되고 있습니다. 전해액의 칼륨은 전지의 반응에 관여하지 않습니다. 그러면 수산화 나트륨도 사용할 수 있겠지만 수산화 칼륨쪽이 다소 효율이 좋기 때문입니다.
가격도 관계되고 소형 고용량의 요구가 있기 때문에 고성능의 것을 사용하는 것 입니다.
플러스극의 방전시의 반응을 봅시다.
옥시 수산화 니켈×2+ 물+ 전자×2->
수산화 니켈×2+ 수산기×2
(2NiOOH+ H2O+ 2e- ->
2Ni (OH) 2+ 2OH-)
옥시 수산화 니켈이 물과 반응해 전자2개를 빨아들이고 수산화니켈이 되며 동시에 수산기 ion을 방출합니다. 이 수산기 ion은 전해액을 통해 마이너스극으로 갑니다. 이 반응에서 2개의 전자를 빨아들이는 것이 전지의 에너지발생의 원동력입니다.
마이너스극의 방전의 반응은,
카드늄+ 수산기×2-> 수산화 카드늄+ 전자×2
(Cd+ 2OH- -> Cd (OH) 2+ 2e-)
이곳에서 2개의 전자가 방출됩니다. 이 남은 전자가 플러스극으로 넘어가 회로를 형성하게 되고 전류가 흐릅니다.
다음에는 충전될 때의 반응입니다 이것은 방전시의 반응과 반대의 반응이 일어나며 플러스극에서는 수산화 니켈이 옥시 수산화 니켈로 마이나스극에서는 수산화 카드늄이 카드늄으로 돌아오는 반응이 일어납니다.
충전이 완료되면 더 이상 금속으로 돌아오는 카드늄은 없기 때문에 다음에 물의 전기 분해가 시작됩니다. 플러스극에서는 산소가 마이너스극에서는 수소가 발생합니다. 이것도 일정한 한도까지라면 전지에 포함되어 있는 촉매가 움직여 물로 됩니다. 촉매의 한도가 넘으면 가스가 발생되어 전지의 내부 압력이 오르고 최후에는 안전대책이라 할 수 있는 전지의 파손으로 넘어 갑니다.
충전이 처음 진행 되고 있을 때에는 전지는 흡열반응이 지배되고 있기 때문에 전지의 온도는 다소 주위의 온도보다 내립니다. (몇도 안 되어 측정은 어렵습니다. )
촉매가 움직이기 시작하면 산소와 수소의 화합 반응이 있기 때문에 다량의 열을 발생 하며 충전 중에 전지의 온도가 상승되는 것은 충전이 완료된 표시인 것입니다.
5. 반응 속도와 결정
충전시간은 전지에서 영향이 없다고 생각하기 십상이지만 여기에서는 충전시 내부 반응물의 결정에 대해서 이야기 합니다.
결정은 별로고려하지 않습니다만 실제로는 중요한 이야기 입니다. 비슷한 예로 식염수를 들어 봅시다.
진한 식염수를 만들어 공기중에 방치하면 수분이 증발하게 되며 점점 결정이 성장됩니다. 최후에는 결정이 모여 식염분이 됩니다. 염전에서 바닷물로 소금을 생산 하는 것과 마찬가지 이겠지요.
동일 농도의 식염수를 준비해 가열하여도 식염의 결정을 만들 수 있습니다. 이렇게 만든 결정은 크지 않고 분말 같은 상태가 되며 수분이 완전히 없어지면 일종의 스펀지형장의 가루가 됩니다.
이와 같은 현상이 니켈 카드늄 건전지의 충전시에도 일어납니다.
장시간에 걸쳐 충전하면 마이너스극에는 카드늄의 결정이 크게 성장하게 됩니다.
반대로 단시간에 충전하면 결정은 크지 않고 고운상태로 충전이 종료됩니다. 이것은 대단히 큰 의미를 가지고 있습니다.
식염의 예에서 생각하면 큰 결정은 물에 녹이는데 시간이 많이 걸립니다.
분말쪽이 빠르게 녹을 것입니다. 전지는 빠르게 반응할 수 있는 것이 보다 큰 에너지를 얻을 수 있는 것입니다.
장시간에 걸쳐 표준 충전을 하면 충분한 힘을 꺼낼 수 없는 것은 이 때문 입니다.
또한 전지에서 나쁜 것은 금속 카드늄의 큰결정은 모퉁이가 날카로워 separator를 찢어 버리는 상황입니다.
그러면 전지 내부에서 쇼트가 일어나고, 그 전지는 수명이 끝나버립니다.
6. 니켈 카드늄 건전지의 충전
충전은 니켈 카드늄 건전지의 성능을 꺼내기 위한 중요한 요소입니다.
충전 방법이 잘못되면 방전시에 힘을 꺼낼 수 없을 뿐이 아니라 충분한 충전을 할 수 없거나 전지에 심각한 손상을 주거나 하여 전지의 수명을 단축 시킬 수 있습니다.
6. 1. 표준 충전
표준 충전이란 전지 메이커가 발표되고 있는 충전 방법 중에서 가장 기본이 되는 방법 입니다.
전지에 손해를 입히는 일 없이 안전하게 충전할 수 있다고 말할 수 있습니다.
충전의 방법은 전지를 방전한 뒤 전지의 용량의 1/10의 전류로 14 에서16시간정도 충전하는 것입니다. 온도는 섭씨20도에서 25도까지 하면서 충전 합니다.
이 방법의 장점은 다소 충전 시간이 길게 되더라도 촉매가 충분하게 움직이므로 전지에 주어지는 손해가 적다는 것에 있습니다. 전지의 온도가 섭씨40도를 넘어가는 경우도 많기 때문에 주의가 필요합니다. 이러한 높은온도에서는 separator (폴리아미드등)가 약해져 작은 충격에도 separator는 파손하는 경우가 있습니다.
그러나 장시간 충전이므로 카드늄결정이 크게 성장 할 수 있고 이 때문에 separator 파손의 원인이 됩니다.
6. 2. 급속충전1 (타이머식)
최근은 보이지 않게 되었습니다만 일정 시간 급속충전을 하는 것입니다. 충전의 종료 결정는 타이머로 합니다.
이 방식은 위험이 동반됩니다. 모르고 충전이 끝난 전지를 또 충전하면 발열 안전밸브 해방 및 결국에는 전지의 파열이 일어납니다.
아직 무선조종등의 세계에서 사용되고 있고 또한 전지를 팬등으로 강제 냉각하는등 수명 무시의 방법으로 행하여 지고 있는 것을 종종 볼수 있습니다.
이러한 충전 방법은 전지의 수명 및 안전성을 생각해보아도 일절 권할 수 없습니다.
6. 3. 급속충전2 (마이너스 델타V방식)
정확하게는 -ΔV라고 씁니다. 이 방식은 충전 종료의 측정 방식이 정말 교묘합니다. 충전중의 니켈카드늄 건전지의 양단 전압은 온도에 대해 반대의 특성을 가지고 있습니다.
온도가 오르면 전압이 내리는 것 입니다. 충전이 완료되고 온도가 상승 하면 전압이 내린다는 점을 검출해 충전을 멈추는 방법입니다.
또한 이것이 이 충전 방식의 큰 결점이 됩니다.
충전 전지가 1본이라면 이 방식은 뛰어난 편법입니다. 특수한 센사도 필요 없이 IC 검출 회로 하나 이기 때문에 비용도 싸게 할 수 있습니다.
2본 이상의 직렬충전을 하게 된다면 이야기는 다릅니다.
상태가 다른 A, B라고 하는 전지(사용을 하다보면 약간씩 상태가 바뀌어 옵니다.)를 직렬충전 한다고 할때 만일 A는 충전 완료되고 온도가 상승되어 전압이 내려가도 B가 아직 충전중에 있어 전압이 오르고 있는 중 이라면 전압의 강하를 검출하지 못 할 수도 있습니다.
타미야의 급속충전기가 이 방식과 같습니다. 뛰어난 편법입니다만 같은 쌍의 전지가 아니면 성능을 발휘할 수 없습니다.
이런 이유 때문에라도 전지는 쌍으로 사용하고 혼합하지 않는 것이 큰 의미를 가지고 있습니다.
6. 4. 급속충전3 (온도 검출 방식)
가장 간단하고 효과적인 방법입니다. 전지의 충전이 완료되어 촉매가 움직이기 시작하고 온도가 오르면 그것을 직접 검출하는 것입니다. 이 방식이라면 충전 종료를 확실하게 포착할 수 있으며 충전 종료 검출의 문제는 쉽게 해결 되는 것 입니다.
어려운 점이 있다면 /모든 전지에 온도센사를 부착할 필요가 있는 것/ 전지와 센사가 확실하게 밀착되어야 하는 것/ 온도 센사의 반응이 늦다는 것/ 이 3가지가 문제가 될 수 있습니다. 그것 마저 클리어한다면 가장 확실한 방법이라고 말 할 수 있습니다. 본인이 자작한 충전기는 기본적으로 이 방식입니다.
7. 충전 전류등에 대해
니켈 카드늄 건전지의 충전 전류는 어느 정도가 좋을까 따져보면
결론부터 말 한다면 전지 용량의 2배정도입니다 700mAh라면 1400mA입니다. 이 값은 경험치 이기 때문에 특별히 근거가 있는 것이 아닙니다.
전지 수명을 완전하게 사용하고 싶다면 이 값 정도가 아닐까라고 생각하고 있습니다.
물론 전지 용량의 5배정도까지 전류를 흘리면 충전 시간은 짧게 됩니다. 그렇지만 발열도 순간적으로 일어나기 때문에 전지를 고장낼 가능성은 커집니다. 그 이상의 충전 전류는 전지에 무리가 되므로 권유할 수 없습니다. 반대로 적은전류로의 충전은 결정이 성장되기 때문에 나는 2배정도가 좋다고 생각합니다.
충전을 할 때의 온도도 중요한 포인트입니다.
전지는 화학 반응으로 에너지를 방출하는 것이기 때문에 온도가 높을수록 큰 에너지를 발생할 수 있는 것 입니다. 또한 separator는 폴리아미드 의 얇은종이입니다. 높은 온도에서 견디지 못합니다. 고온에서 충격이 가해지면 전지고장의 원인이 되기 때문에 온도는 섭씨45도가 한계라고 생각합니다. 낮은 편의 한계는 섭씨5도라고 알려지고 있습니다. 이것은 메이커의 규격으로 내부의 동결을 막는다고 합니다. 그 외에도 충전시에 가스가 발생되고 내부 압력이 이상하게 상승해 버리는 경우가 있을 수 있습니다. 저온에서 니켈 카드늄 건전지 충전을 할 수 없기 때문에 추은 계절은 전지를 포켓에 넣는 등으로 온도를 유지 할 필요가 있습니다.
출처 http://www.robo3.com/yboard/read.php?table=photo&oid=146&r_page=14&category=&searchword=&rd=
[이 게시물은 로보맨님에 의해 2013-09-14 13:06:50 robo_갤러리에서 이동 됨]
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