Przede wszystkim należy odpowiedzieć sobie na dwa pytania: jaki sprzęt ma być zasilany kupowanymi akumulatorkami, oraz jak bardzo zależy nam na szybkości ich ładowania...

O ile rozpiętość cenowa w zakresie akumulatorków nie jest aż tak duża (a zatem i najważniejszy często przy wyborze czynnik kosztów nie gra tu aż takiej roli), o tyle ładowarki potrafią różnić się od siebie cenowo o rząd wielkości. Którą wybrać? Przede wszystkim pamiętajmy o tym, żeby była ona w stanie naładować zakupione przez nas akumulatorki! A zatem: w przypadku akumulatorków Ni-Cd musimy upewnić się, że producent przewidział możliwość ładowania w niej tego typu (uważanych ogólnie za przestarzałe) akumulatorków (przy czym należy zauważyć, że mimo tej ogólnie uznanej "przestarzałości", akumulatorki Ni-Cd wcale nie różnią się aż tak bardzo na niekorzyść w stosunku do swoich następców - Ni-MH - a przy tym, często można je zakupić w bardzo korzystnej cenie - co odnosi się również do szybkich ładowarek potrafiących je ładować) # w przypadku akumulatorków Ni-MH pamiętać musimy o tym, żeby nie kupić ładowarki przestarzałej, sterowanej zegarowo, przystosowanej do ładowania starszych typów akumulatorków Ni-Cd - która po prostu nie naładuje bardzo pojemnych akumulatorków Ni-MH w pełni Kolejnym czynnikiem wpływającym na cenę ładowarki (a zatem i jej wybór), jest wykorzystany w niej mechanizm sterujący ładowaniem. Zasadniczo na rynku spotykane są w tej chwili dwa rodzaje ładowarek:

• ładowarki sterowane zegarowo - do niedawna praktycznie jedyny dostępny rodzaj ładowarek; po określonym czasie ładowania (przewidzianym przez producenta) po prostu odłączają prąd lub przełączają się w tryb ładowania podtrzymującego; taki cykl ładowania nie gwarantuje wykorzystania pełnej pojemności najnowszych typów akumulatorków (np. Panasonic 2000mAh)


• ładowarki "procesorowe" - przebiegiem ładowania steruje tutaj procesor, odpowiednio dostosowujący prąd ładowania tak, aby ani nie przeładować, ani nie naładować tylko częściowo umieszczonych w ładowarce akumulatorków; procesor procesorowi nierówny, tak więc i poprawność wyników jego działania różni się znacznie w zależności od modelu ładowarki.

Jak działają ładowarki ?

Ładowarka jest wyposażona w trzy kluczowe funkcje:

• wprowadzanie energii do baterii (ładowanie)
• optymalizacja tempa ładowania (stabilizacja)
• zatrzymywanie ładowania kiedy jest to koniecznie (zakończenie)

Cały schemat ładowania jest połączeniem metod wprowadzania energii oraz zatrzymania tego procesu.

Zakończenie ładowania

Podstawowym pytaniem na które "odpowiedzieć" musi sobie ładowarka jest - "kiedy akumulatorek jest już w pełni naładowany?" Niestety, uzyskanie odpowiedzi wcale nie jest proste. Jak widzieliśmy, zastosować można tutaj metodę "na oko" - akumulatorek ma mniej więcej taką pojemność, jeżeli będziemy go ładować przez mniej więcej taki czas, nie powinien się za bardzo przeładować. O problemach tej metody już pisałem. Rozważmy inne możliwości - na początek, przyjrzyjmy się zmianom napięcia pojedynczego ładowanego ogniwa w trakcie procesu ładowania (wykres poniżej).

Widzimy, że napięcie na ładowanym akumulatorku wcale nie zależy liniowo od poziomu jego naładowania (na marginesie - sprawia to poważne problemy kiedy np. chcemy dowiedzieć się, jak bardzo rozładowany jest nasz akumulatorek - napięcie dla 10% pojemności jest omalże identyczne z tym dla 60%). Na szczęście jednak, pod koniec ładowania napięcie zaczyna dość gwałtownie wzrastać (wzrost ten jest jednak znacznie mniejszy w przypadku akumulatorków Ni-MH) - aby łagodnie opaść w momencie kiedy akumulatorek zostanie w pełni naładowany. A zatem, aby stwierdzić kiedy przestać ładować akumulatorek (albo lepiej - kiedy przełączyć się na ładowanie potrzymujące) "wystarczy" monitorować napięcie na ładowanym ogniwie - i odłączyć prąd w momencie kiedy zacznie ono spadać. Rozwiązanie wydaje się idealne! Niestety, jest jedna problem - spadek napięcia nie jest zbyt duży - wynosi tylko ok. 10mV dla ogniwa Ni-Cd, i ok. 2mV dla ogniwa Ni-MH. Zmierzenie tak niewielkiej różnicy napięć (dodatkowo o niepewnej wielkości - weźmy pod uwagę różne konstrukcje akumulatorków, ich historię eksploatacji, zakłócenia zewnętrzne) nie jest zadaniem łatwym - do tego potrzebny jest właśnie ów "procesor" w ładowarkach procesorowych!

Oczywiście, trudno wierzyć takiemu niepewnemu pomiarowi jako jedynemu źródłu wiedzy o tym, kiedy zakończyć ładowanie. Dlatego też producenci ładowarek przyjrzeli się również charakterystyce temperaturowej ogniwa w trakcie procesu ładowania (patrz wykres poniżej).

Widzimy, że wraz z postępami ładowania, wzrasta również temperatura ładowanego ogniwa - a w dodatku, wykreślona charakterystyka jest już nieco bardziej liniowa niż ta z którą mieliśmy do czynienia w przypadku napięcia. Tą też właśnie charakterystyką wspomagają się w wyznaczaniu momentu zakończenia ładowania lepsze ładowarki procesorowe - odcinać prąd można zresztą zarówno na podstawie wzrostu wartości temperatury powyżej określonego progu, jak i w momencie przekroczenia przez pochodną temperatury (prędkość jej wzrostu, mierzoną w stopniach Celsjusza na jednostkę czasu) określonej granicy. I oczywiście, nigdy nie należy zapominać również o starym dobrym mechaniźmie zegarowym "na wszelki wypadek" - odłączającym prąd ładowania gdyby przeciągało się ono zbyt mocno w czasie.

Bezpieczne ładowanie

Jeżeli z jakiegoś powodu istnieje ryzyko przeładowania baterii, bądź błędów ustaleniu napięcia końcowego zwykle towarzyszy temu wzrost temperatury. Wewnętrzne uszkodzenia baterii bądź zbyt duża temperatura otoczenia również mogą spowodować znaczne podniesienie się temperatury baterii. Praca baterii w podwyższonej temperaturze może przyśpieszyć jej zużycie oraz wpłynąć na spotęgowanie skutków działania procesu samo-rozładowania. Monitorowanie temperatury baterii jest dobrym sposobem na wykrycie oznak problemów z baterią mogących wynikać z różnych przyczyn. Zastosowanie w ładowarce sygnalizacji wysokiej temperatury lub bezpiecznika wyłączającego może w porę wykryć przegrzanie i zapobiec dalszemu uszkadzaniu ogniwa. Są to proste dodatkowe środki ostrożności, które w wypadku dużych baterii są szczególnie ważne bowiem ich a awaria może być zarówno niebezpieczna jak i bardzo kosztowna.

Czasy ładowania

• szybkie rozładowanie akumulatorka - gwarantuje to, że ładowanie zawsze zaczynamy w tych samych warunkach - od całkowicie rozładowanych ogniw; ma to niestety taką wadę, że skraca nieco żywotność akumulatorków (rozładowanie jest równoznaczne przecież z normalnym użytkowaniem akumulatorka) jeżeli mamy zwyczaj umieszczać je w ładowarce kiedy nie są jeszcze w pełni rozładowane; dodatkowo uniemożliwia to "doładowywanie" nie w pełni rozładowanych akumulatorków
• ładowanie prądem 1C - oczywiście akumulatorek ładowany jest 10-krotnie szybciej niż standardowo, jednakże bardzo szybko się nagrzewa - ta faza ładowania kończy się natychmiast kiedy prędkość wzrostu temperatury ogniwa przekroczy 1 stopień Celsjusza/minutę
• ładowanie prądem C/10 - kończy się w momencie zanotowania spadku napięcia na akumulatorku (dodatkowymi kryteriami mogą być również wzrost temperatury, i - z pewnością - czas ładowania)
• ładowanie podtrzymujące prądem C/300 - kończące się dopiero w momencie wyjęcia akumulatorka z ładowarki - ma na celu utrzymanie go w stanie permanentnego pełnego naładowania (należy pamiętać, że np. pozostawione "na półce" akumulatorki Ni-MH potrafią tracić do 3% ładunku dziennie - oznacza to, że rozładowują się całkowicie w ciągu miesiąca!)

Podczas szybkiego ładowania możliwe jest na tyle szybkie „pompowanie” energii elektrycznej, że reakcje chemiczne w baterii mogą nie zdążyć przetworzyć energii co negatywnie wpływa na żywotność baterii. Jest to szczególnie zauważalne w wypadku baterii o dużych pojemnościach które zawierają duża ilość elektrolitu.

Przebieg reakcji chemicznych

Na schemacie powyżej przedstawiono trzy właściwie najistotniejsze aspekty procesu konwersji chemicznej zachodzącego wewnątrz baterii.

Jednym z nich jest „przeniesienie ładunków”, które przebiega na styku elektrody z elektrolitem i przebiega stosunkowo szybko.

Drugi to  proces „masowego przepływu” lub „dyfuzji”, w którym materiały przetransformowane w procesie przenoszenia ładunków i przemieszczające się z powierzchni elektrody robią w ten sposób miejsce następnym ładunkom, które dążą do wzięcia udziału w procesie przekształcenia. Jest to stosunkowo powolny proces, który trwa do czasu przetworzenia wszystkich ładunków.

Czas ładowania może być także uzależniony od innych znaczących czynników, których czas trwania również należy wziąć pod uwagę takich jak proces „interkalacji/lokowania” podczas którego jony litu są przyłączane/lokowane do sieci krystalicznej elektrody.