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Das Laden oder Wiederaufladen einer wiederaufladbaren Batterie erfordert Sorgfalt. Wiederaufladbare Batterien und Zellen müssen richtig aufgeladen werden, da sie sonst beschädigt werden können.

Wenn NiCd-Batterien richtig aufgeladen werden, halten sie viel länger, da sie eine volle Ladung annehmen und beibehalten.

Falsches Aufladen von NiCd-Batterien kann zu einer verkürzten Lebensdauer führen oder in einigen Fällen, in denen das Aufladen besonders unsachgemäß ist, kann es zu einem Brand oder sogar einer Explosion führen.

Glücklicherweise sind Nickel-Cadmium- bzw. NiCd-Ladetechniken relativ unkompliziert und es gibt viele geeignete Ladegeräte für diese Batterien und Zellen auf dem Markt.

NiCd-Batterien vorladen

Die Hersteller von NiCd-Batterien formatieren ihre Batterien vor dem Versand nicht vollständig, damit sie sich bei der Lagerung nicht so stark abbauen. Daher ist es am besten, neue Batterien vor dem Gebrauch langsam zu laden. Dies dauert in der Regel zwischen 15 und 24 Stunden. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Zelle den gleichen Ladezustand hat, da sie sich während des Transports unterschiedlich schnell selbst entladen haben.

Außerdem hat sich gezeigt, dass die Leistung neuer Zellen erst nach einer Reihe von Lade-/Entladezyklen das Optimum erreicht. In der Regel sollten die Zellen nach fünf bis zehn Lade-/Entladezyklen ihr spezifiziertes Leistungsniveau erreichen.

Darüber hinaus kann die Spitzenkapazität nach etwa 100 oder mehr Lade-/Entladezyklen erreicht werden; danach beginnt die Leistung zu sinken.

Dies setzt voraus, dass die NiCd-Batterien in der erforderlichen Weise geladen und entladen werden und dass sie nicht missbraucht werden.

Grundlagen des Ladens von NiCd-Batterien

Im Gegensatz zu Blei-Säure-Zellen werden NiCads mit einer Konstantstromquelle geladen. Ihr Innenwiderstand ist so groß, dass sie bei Verwendung einer konstanten Spannung zu große Ströme ziehen würden, die die Zellen beschädigen würden.

Normalerweise werden Zellen mit einer Rate von etwa C/10 geladen. Mit anderen Worten, wenn ihre Kapazität 1 Amperestunde beträgt, werden sie mit einer Rate von 100 mA geladen. Die Ladezeit ist in der Regel länger als zehn Stunden, da nicht die gesamte in die Zelle eintretende Energie in gespeicherte elektrische Energie umgewandelt wird.

Es hat sich gezeigt, dass der Ladevorgang in der ersten Phase des Ladevorgangs, bis etwa 70 % der Vollladung, nahezu 100 % effizient ist. Danach fällt er ab.

Schnelle NiCd-Ladung

Manchmal erfordern Geräte, die Nickel-Cadmium-Zellen verwenden, den Einsatz von Schnellladetechniken.

Typischerweise erfolgt die Ladung mit Raten von etwa C. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die NiCd-Ladung korrekt durchgeführt und der Ladevorgang sofort nach Abschluss der Ladung beendet wird.

Da der Ladewirkungsgrad bis zu etwa 70 % der vollen Ladung nahezu 100 % beträgt, wird bis zu diesem Punkt die volle Ladegeschwindigkeit beibehalten, woraufhin die Ladegeschwindigkeit mit steigender Temperatur verringert wird, da der Ladewirkungsgrad abnimmt.

Es hat sich gezeigt, dass eine Schnellladung für NiCd-Zellen ebenfalls den Ladewirkungsgrad verbessert. Bei einem Ladestrom von 1C liegt der Gesamtladewirkungsgrad einer Standard-NiCd-Zelle bei etwa 90 %, und die Ladezeit beträgt etwas mehr als eine Stunde.

Ladeschlusserkennung für NiCd-Zellen

Ganz gleich, ob langsam oder schnell geladen wird, muss sichergestellt werden, dass NiCd-Zellen nicht überladen werden. Daher ist es notwendig, das Ende der Ladung erkennen zu können. Es gibt eine Reihe von Methoden, um dies zu erreichen.

• Einfaches Ladegerät: Einige der einfachsten NiCd-Ladegeräte, die es zu kaufen gibt, laden einfach mit etwa C/10 auf. Sie verfügen nicht über einen Timer und gehen davon aus, dass der Benutzer die Ladung beendet, wenn die Zelle geladen ist. Dieser Modus ist überhaupt nicht zufriedenstellend, da die Zellen überladen werden, wenn der Benutzer dies vergisst, und dadurch Schaden nehmen. Außerdem gibt es keine Möglichkeit, den genauen Ladezustand vor Beginn des Ladevorgangs zu ermitteln.
• Verstrichene Zeit / Timer: Einige der einfachsten Ladegeräte gehen davon aus, dass die Zellen eine volle Ladung benötigen, und wenn man ihre Kapazität kennt, kann man sie für eine bestimmte Zeit aufladen. Dies ist eine einfache und unkomplizierte Methode zum Laden von NiCd-Zellen und -Batterien. Einer der Hauptnachteile dieser Form der Beendigung des Ladevorgangs besteht darin, dass sie davon ausgeht, dass die Batterien vollständig entladen sind, bevor sie wieder aufgeladen werden. Um sicherzustellen, dass die Batterien angemessen entladen sind, kann das Ladegerät sie einem Entladezyklus unterziehen.
  Dies ist keine besonders genaue Methode zum Aufladen von Batterien und Zellen, da sich die Ladungsmenge, die sie aufnehmen können, im Laufe ihrer Lebensdauer ändert. Es ist jedoch besser als keine Form des Ladungsabschlusses.
• Spannungssignatur: NiCd-Ladegeräte verwenden die Spannungssignatur der Nickel-Cadmium-Zelle, um festzustellen, wo sie sich in ihrem Ladezyklus befindet.
  Wenn eine NiCd-Batterie vollständig geladen ist, fällt die Klemmenspannung leicht ab. Mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte sind in der Lage, die Spannung zu überwachen und den Punkt der Vollladung zu erkennen, an dem sie den Ladevorgang beenden.
  Diese Form der Beendigung des NiCd-Ladevorgangs wird oft als negative Delta-Spannung (NDV) bezeichnet. Sie bietet die beste Leistung beim Schnellladen, da der Punkt der negativen Deltaspannung beim Schnellladen deutlicher zu erkennen ist.
• Temperaturanstieg: Die Technik, die verwendet wird, um zu erkennen, wann die Schnellladung beendet werden sollte, ist die Temperaturmessung. Das Problem dabei ist, dass dies ungenau ist, weil der Kern der Zelle eine viel höhere Temperatur hat als die Peripherie. Bei normalen Laderaten kann die Temperaturanstiegsrate für eine genaue Erkennung unzureichend sein.
  Typischerweise wird eine Temperatur von 50°C als Abschalttemperatur verwendet. Obwohl eine kurze Zeitspanne über einer Temperatur von 45°C akzeptabel sein kann, wenn die Temperatur schnell sinken kann, führt jede längere Zeitspanne bei oder über dieser Temperatur zu einer Verschlechterung der Zelle.
  Für Schnellladegeräte sind umfassendere Ladegeräte mit fortschrittlicheren Techniken verfügbar. Sie basieren auf Mikroprozessortechnologie und sind in der Lage, die Änderungsrate der Temperatur zu erkennen. In der Regel wird der Ladevorgang beendet, wenn eine Temperaturanstiegsrate von 1°C pro Minute oder eine vorher festgelegte Endtemperatur (oft zwischen 50°C und 60°C) erreicht wird.
  Die Erkennung der Temperaturanstiegsrate ist wichtig, da sie bestimmt, wann die Zelle vollständig geladen ist und die in die Zelle eintretende Energie nicht in gespeicherte Energie umgewandelt wird, sondern als Wärme verloren geht.
  Einer der Nachteile dieser Methode besteht darin, dass NiCd-Zellen oder -Batterien, die in ein temperaturmessendes Ladegerät, bei dem es sich wahrscheinlich um ein Schnellladegerät handelt, wieder eingelegt werden, eine schädliche Überladung erfahren können, wenn die Batterie wieder eingelegt wird, ohne vollständig entladen zu sein, wie im Fall von jemandem, der sich vergewissern möchte, dass die Batterie geladen wurde.

NiCd-Erhaltungsladung

Oft ist es notwendig, NiCd-Zellen und -Batterien auf voller Ladung zu halten und eine eventuelle Selbstentladung der Zelle im Laufe der Zeit zu überwinden, die sie nicht sofort verwendbar machen würde.

Nach der vollständigen Aufladung ist es möglich, die NiCd-Batterie durch eine Erhaltungsladung auf ihrem vollen Ladezustand zu halten. Diese Erhaltungsladung kann sicher erreicht werden, indem ein kleiner Strom auf die Zelle(n) mit einem Wert zwischen etwa 0,05 C und 0,1 C angewandt wird. Dies muss mit einer Stromquelle erreicht werden, da die tatsächliche Spannung der Zellen je nach Temperatur variieren kann.

Oft kann eine viel höhere Erhaltungsladung auf eine Zelle(n) angewandt werden, was zu Überhitzung und einigen Schäden führen kann.

Auch wenn es oft erforderlich ist, Zellen oder Batterien mit Erhaltungsladung zu betreiben, um sicherzustellen, dass sie betriebsbereit sind, ist es nicht ideal, NiCd-Zellen länger als ein paar Tage mit Erhaltungsladung zu betreiben, wenn die Lebensdauer der Batterie eine Rolle spielt. Es ist viel besser, sie vor dem Gebrauch zu entfernen und wieder aufzuladen.

Wenn NiCd-Nickel-Cadmium-Batterien sorgfältig geladen werden, dann werden sie lange Zeit gut funktionieren. Einige NiCd-Zellen sind dafür bekannt, dass sie viele Jahre lang in Gebrauch sind. Obwohl die Kapazität mit dem Gebrauch abnimmt, können sie lange Zeit gute Dienste leisten.

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