Акумуляторна батарея ni mh. Ni mh акумулятори: пристрій, підзарядка, вибір моделей. Увага! у процесі експлуатації не допускати

Ni-MH акумулятори (нікель-металогідридні) входять до групи лужних. Є джерелами струму хімічного типу, де як катод виступає оксид нікелю, анода - водневий металгідридний електрод. Луг є електролітом. Вони схожі на нікель-водневі акумулятори, але перевершують їх за енергоємністю.

Виробництво Ni-MH акумуляторів почалося в середині ХХ століття. Розроблялися вони з урахуванням недоліків застарілих нікель-кадмієвих батарей. У NiNH можуть використовуватись різні комбінації металів. Для їх виробництва були розроблені спеціальні сплави та метал, що працюють при кімнатній температурі та низькому водневому тиску.

Промислове виробництво розпочалося у вісімдесятих роках. Виготовляються та удосконалюються сплави та метал для Ni-MH та сьогодні. Сучасні пристрої такого типу можуть забезпечувати до 2 тисяч циклів заряд-розряд. Подібний результат можна досягти через застосування нікелевих сплавів з рідкісноземельними металами.

Як використовуються ці пристрої

Нікель-металогідридні апарати широко використовуються для живлення різного видуелектроніки, що функціонує в автономному режимі. Зазвичай вони робляться як ААА чи АА батарей. Є й інші виконання. Наприклад, промислові батареї. Сфера використання Ni-MH акумуляторів трохи ширша, ніж у нікель-кадмієвих, тому що в їхньому складі немає токсичних матеріалів.

У Наразінікель-металогідридні батареї по ємності, що реалізуються на вітчизняному ринку, діляться на 2 групи - 1500-3000 мАч і 300-1000 мАч:

1. Першазастосовується у пристроях, що мають підвищене енергоспоживання за короткий час. Це різні плеєри, моделі з радіокеруванням, фотоапарати, відеокамери. Загалом прилади, що швидко витрачають енергію.
2. Другавикористовується при витраті енергії, яка починається після певного інтервалу часу. Це іграшки, ліхтарі, рації. На акумуляторі працюють прилади, що помірно вживають електроенергію, що знаходяться в автономному режимі тривалий час.

Заряджання Ni-MH пристроїв

Зарядка буває крапельною та швидкою. Виробники не рекомендують першу, тому що при ній з'являються складнощі з точним визначенням припинення подачі струму на пристрій. Через це може виникнути потужний перезаряд, що призведе до деградації акумулятора. за допомогою швидкого варіанта. Коефіцієнт корисної діїТут трохи вище, ніж у краплинного виду зарядки. Струм виставляється - 0,5-1°С.

Як заряджається гідридний акумулятор:

• визначається наявність батареї;
• кваліфікація пристрою;
• попередня зарядка;
• швидка зарядка;
• дозарядження;
• підтримуюча зарядка.

При швидкій зарядці потрібно мати гарне ЗП. Воно має контролювати закінчення процесу за різними, незалежними один від одного критеріями. Наприклад, у Ni-Cd апаратів достатньо контролю за дельтою напруги. А у NiMH потрібно, щоб акумулятор стежив за температурою та дельтою як мінімум.

Для правильної роботи Ni-MH слід пам'ятати «Правило трьох П»: « Не перегрівати», «Не перезаряджати», «Не перезаряджати».

Щоб запобігти перезарядженню батарей, використовуються такі методи контролю:

1. Припинення заряду за швидкістю зміни температури . Під час заряджання температура батареї знаходиться під постійним контролем. Коли показники піднімаються швидше ніж потрібно, зарядка припиняється.
2. Метод припинення заряду за максимальним його часом .
3. Припинення заряду за абсолютною температурою . Тут температура акумуляторної батареї контролюється у процесі заряду. При досягненні максимального значенняшвидкий заряд припиняється.
4. Метод припинення негативної дельти напруги . Перед завершенням заряджання батареї під час здійснення кисневого циклу підвищується температура NiMH пристрою, що призводить до зниження напруги.
5. Максимальна напруга . Метод використовується для відключення заряду пристроїв із підвищеним внутрішнім опором. Останнє з'являється наприкінці терміну служби батареї через брак електроліту.
6. Максимальний тиск . Метод застосовується для призматичних акумуляторів великої ємності. Рівень дозволеного тиску в такому пристрої залежить від його розміру та конструкції та знаходиться в інтервалі 0,05-0,8 МПа.

Для уточнення часу зарядки Ni-MH акумулятора з урахуванням усіх характеристик можна застосувати формулу: час зарядки (год) = ємність (мАч) / сила струму зарядного пристрою (мА). Наприклад, є акумулятор з ємністю 2000 міліампергодин. Струм заряду в ЗУ – 500 мА. Місткість ділиться на струм і виходить 4. Тобто батарея буде заряджатися 4 години.

Обов'язкові правила, яких потрібно дотримуватись для правильного функціонування нікель-металогідридного пристрою:

1. Ці акумулятори набагато чутливіші до нагрівання, ніж нікель-кадмієві, перевантажувати їх не можна . Перевантаження негативно позначиться струмовіддачі (здатності тримати і видавати накопичений заряд).
2. Металогідридні акумулятори після придбання можна «потренувати» . Зробити 3-5 циклів зарядки/розрядки, що дозволить досягти межі ємності, втраченої при перевезенні та зберіганні пристрою після виходу з конвеєра.
3. Зберігати акумулятори з невеликою кількістю заряду приблизно 20-40% від номінальної ємності.
4. Після розрядки або зарядки слід дати пристрою охолонути .
5. Якщо в електронний пристрійвикористовується однакове складання акумуляторів у режимі дозаряду , то іноді потрібно розряджати кожен із новачків до напруги 0,98, та був повністю заряджати. Цю процедуру циклування рекомендується виконувати один раз на 7-8 циклів дозаряджання акумуляторів.
6. Якщо потрібно розрядити NiMH, слід дотримуватися мінімального показника 0,98 . Якщо напруга впаде нижче 0,98, він може перестати заряджатися.

Відновлення Ni-MH акумуляторів

Через «ефект пам'яті» дані пристрої іноді втрачають деякі характеристики і більшу частину ємності. Це відбувається при багаторазових циклах неповної розрядки та наступної зарядки. В результаті такої роботи пристрій запам'ятовує меншу межу розрядки, з цієї причини знижується його ємність.

Щоб позбутися цієї проблеми, потрібно постійно виконувати тренування та відновлення. Лампочкою або зарядним пристроєм розряджається до 0,801 вольта, далі батарея повністю заряджається. Якщо тривалий час акумулятор не проходив процес відновлення, то бажано провести 2-3 подібні цикли. Тренувати його бажано раз на 20-30 днів.

Виробники акумуляторів Ni-MH стверджують, що ефект пам'яті забирає приблизно 5% ємності. Відновити її можна за допомогою тренувань. Важливим моментомпри відновленні Ni-MH є наявність ЗУ функції розрядки з контролем мінімальної напруги. Що потрібно для недопущення сильного розряду пристрою під час відновлення. Це незамінно, коли невідома початкова міра заряду, і припустити орієнтовний час розряду неможливо.

Якщо невідома міра зарядженості батареї, розряджати її слід під повним контролем напруги, інакше подібне відновлення призведе до глибокої розрядки. При відновленні цілої батареї спочатку рекомендується провести повну зарядку, щоб вирівняти рівень заряду.

Якщо акумулятор відпрацював кілька років, відновлення зарядом і розрядом може бути марним. Корисно воно для профілактики у процесі роботи пристрою. При експлуатації NiMH разом з появою "ефекту пам'яті" відбувається зміни обсягу та складу електроліту. Варто пам'ятати, що розумніше відновлювати елементи акумулятора окремо, ніж всю батарею. Термін придатності акумуляторів - від одного до п'яти (залежить від конкретної моделі).

Гідності й недоліки

Значне підвищення енергетичних параметрів нікель-металогідридних акумуляторів не є єдиною гідністю їх перед кадмієвими. Відмовившись від використання кадмію, виробники почали використовувати екологічніший метал. Набагато легше вирішуються питання.

Завдяки цим перевагам і тому, що у виготовленні використовується метал – нікель, виробництво Ni-MH пристроїв різко зросло, якщо порівнювати з нікель-кадмієвими акумуляторами. Зручні вони й тим, що зменшення розрядного напруги при тривалих перезарядках проводити повну розрядку (до 1 вольта) треба щодня 20-30 днів.

Трохи про недоліки:

1. Виробники обмежили Ni-MH батареї десятьма елементами. , тому що зі збільшенням циклів заряд-розряд і термін служби з'являється небезпека перегріву і переполюсовки.
2. Ці акумулятори працюють у вужчому температурному діапазоні, ніж нікель-кадмієві. . Вже при -10 і +40 ° С вони втрачають свою працездатність.
3. При зарядці Ni-MH акумулятора виділяють багато тепла , Тому потребують запобіжників або температурних реле.
4. Підвищений самозаряд , Наявність якого обумовлено реакцією оксидно-нікелевого електрода з воднем з електроліту.

Деградація Ni-MH батарей визначається зниженням сорбуючої здатності негативного електрода при циклюванні. У циклі розрядки-зарядки відбувається зміна об'єму кристалічних ґрат, що сприяє утворенню іржі, тріщин під час реакції з електролітом. Поява корозії відбувається при поглинанні батареєю водню та кисню. Це призводить до зменшення кількості електроліту та підвищення внутрішнього опору.

Необхідно враховувати, що властивості батарей залежать від технології обробки металу негативного електрода, його структури і складу. Метал для сплавів також має значення. Все це змушує виробників дуже уважно вибирати постачальників сплавів, а споживачів – завод-виробник.

Акумуляторні батареї стали основним джерелом живлення сучасних пристроїв, що працюють на електронній основі. Найбільш популярними вважаються Ni-MH акумулятори, так як вони практичні, довговічні і можуть мати підвищену ємність. Але для безпеки технічних характеристикпід час всього терміну експлуатації слід дізнатися про деякі особливості роботи накопичувачів даного класу, а також правильні умовизаряджання.

Стандартні акумулятори Ni-MH

Як правильно заряджати Ni-MH акумулятори

При початку зарядки будь-якого автономного накопичувача, чи це батарейка простого смартфона або високоємнісної АКБ вантажівки, в ньому починається ряд хімічних процесів, через які відбувається накопичення електричної енергії. Електроенергія, що отримується накопичувачем, не зникає, частина її йде на заряд, а певний відсоток - на тепло.

Параметр, яким визначається ефективність зарядки батареї, називається коефіцієнтом корисної дії автономного накопичувача. ККД дозволяє визначити, як співвідношення корисної роботи та непотрібних її втрат, що йдуть на нагрівання. І в даному параметрі, Акумулятори та батареї нікель-металогідридні сильно поступаються Ni-Cd накопичувачам, так як занадто велика частина енергії, що витрачається на їх заряд, паралельно йде і на нагрівання.

Нікель-металогідридний накопичувач можна відновити самостійно

Щоб швидко та коректно зарядити нікель-металогідридну батарею, необхідно встановити правильну величину струму. Ця величина визначається, виходячи з такого параметра як ємність автономного джерела живлення. Можна збільшити силу струму, але робити це слід у певні етапи заряджання.

Спеціально для нікель-металогідридних акумуляторів визначено 3 різновиди зарядки:

• Крапельна. Протікає на шкоду довговічності батареї, не припиняється навіть після досягнення 100% заряду. Але при краплинній зарядці виділяється мінімальна кількість тепла.
• Швидка. Дотримуючись назви, можна сказати, що даний вид зарядки протікає трохи швидше, обумовлено цю вхідну напругу в межах 0.8 Вольта. При цьому рівень ККД підвищується до 90%, що вважається дуже добрим показником.
• Режим дозаряду. Необхідний для заряду накопичувача до його повної ємності. Цей режим проводиться з використанням малого струму протягом 30-40 хвилин.

На цьому особливості заряду закінчуються, тепер слід розглянути кожен режим докладніше.

Особливості краплинної зарядки

Основною особливістю крапельної зарядки NiZn, а також Ni-MH акумуляторів є зниження її нагріву під час протікання всього процесу, який може тривати до відновлення повної ємності накопичувача.

Стандартний зарядний пристрій для батарей Ni-MH

Чим примітний цей різновид зарядки:

• Маленький струм, відповідно – відсутність чітких рамок різниці потенціалів. Напруга заряду може досягати свого максимуму без будь-якої негативної дії на термін служби накопичувача.
• Коефіцієнт корисної дії не більше 70%. Звичайно, цей показник нижчий від інших, і час, необхідний для повного відновлення ємності, збільшується. Але при цьому знижується нагрівання батареї.

Перераховані вище показники можна віднести до категорії позитивних. Тепер слід звернути увагу на негативні властивості крапельної зарядки.

• Краплинний процес відновлення не припиняється навіть після відновлення ємності. Постійна дія навіть маленького струму, при повному заряді батареї, швидко приводить її в непридатність.
• Необхідно розраховувати час заряду, виходячи з таких факторів як сила струму, напруга та . Не дуже зручно, і деякі користувачі можуть зайняти занадто багато часу.

Сучасні нікель-металогідридні джерела живлення не так негативно сприймають крапельний заряд, як старіші моделі. Але виробники зарядних пристроївпоступово відмовляються від застосування такого відновлення ємності акумулятора.

Швидкий режим заряду Ni-MH батарей

Номінальними показниками заряду нікель-металогідридних батарей є:

• Сила струму не більше 1 А.
• Напруга від 0.8 Ст.

Наведені дані, від яких слід відштовхуватися. Для швидкого режиму заряду найкраще встановлювати силу струму рівну 0,75 А. Цього цілком достатньо, щоб за короткий проміжок часу відновити накопичувач і при цьому не знизити його експлуатаційний термін. Якщо підняти струм більше 1 А, наслідком може бути аварійне скидання тиску, при якому відкривається спусковий клапан.

ЗП з точними показаннями сили струму

Для того, щоб режим швидкого заряджання не завдав шкоди батареї, необхідно стежити за закінченням самого процесу. ККД швидкого відновлення ємності становить близько 90%, що вважається дуже добрим показником. Але наприкінці процесу зарядки ККД різко падає, і наслідком такого падіння стає виділення великої кількості тепла, а й різке збільшення тиску. Звичайно, такі показники негативно впливають на довговічність накопичувача.

Процес швидкого заряду складається з кількох етапів, які слід розглянути докладніше.

Підтвердження наявності показників заряду

Послідовність процесу:

1. На полюси накопичувача подається попередній струм, що становить трохи більше 0.1 А.
2. Напруга заряду в межах 1.8 В. При вищому показники швидке заряджання батареї не почнеться.

Нікель-металогідридний елемент середньої ємності

Логічна схема в зарядних пристроях запрограмована відсутність батареї. Це означає, що якщо вихідна напруга складатиме більше 1.8 В, то зарядний пристрій сприйме такий показник як відсутність джерела живлення. Висока різниця потенціалів також виникає у разі пошкодження акумуляторної батареї.

Діагностика ємності джерела живлення

Перед початком відновлення ємності ЗУ має визначити рівень зарядженості джерела живлення, так швидкий процес відновлення не може початися, якщо він повністю розряджений і різниця потенціалів становить менше 0.8 В.

Для відновлення часткової ємності нікель-металогідридного накопичувача передбачено додатковий режим – попередній заряд. Це щадний режим, який дозволяє акумулятору прокинутися. Використовується не тільки після повного відновлення ємності, але і при тривалому зберіганні батареї.

Слід пам'ятати, що для збереження експлуатаційного терміну нікель-металогідридних джерел живлення їх не можна повністю розряджати. Або якщо іншого виходу немає, то робити це якомога рідше.

Що таке перед-заряджання? Особливості процесу

Щоб знати, як правильно заряджати акумулятор, необхідно розібратися з процесом заряджання.

Головною особливістю режиму попереднього відновлення ємності є те, що на нього приділяється певний проміжок часу, не більше 30 хвилин. Сила струму встановлюється в межах від 0.1 до 0.3 А. При таких параметрах відсутнє небажане нагрівання, і акумулятор може спокійно «прокинутися». При перевищенні різниці потенціалів більше 0.8 У передзаряд автоматично відключається і починається наступний ступінь відновлення ємності.

Різноманітність нікель-металогідридної продукції

Якщо через 30 хвилин напруга джерела живлення не досягла позначки 0.8 В, цей режим припиняється, оскільки зарядний пристрій визначає джерело живлення як несправний.

Швидкий заряд батареї

Даний етап і є тією самою, швидкою зарядкою джерела живлення. Він протікає з обов'язковим дотриманням кількох основних параметрів:

• Контроль за силою струму, яка повинна бути в межах 0.5-1 А.
• Контроль за часовими показниками.
• Постійне порівняння різниці потенціалів. Вимкнення процесу відновлення, якщо цей показник впаде на 30 мВ.

Дуже важливо стежити за зміною параметрів напруги, оскільки після закінчення швидкої зарядки акумулятор починає швидко нагріватися. Тому ЗУ включають окремі вузли, що відповідають за контроль напруги джерела живлення Для цього спеціально використовується метод контролю за дельтою напруги. Але деякі виробники ЗУ застосовують сучасні розробки, які відключають пристрій за тривалої відсутності будь-яких змін різниці потенціалів.

Більше дорогим варіантомє установка контролера за зміною температури. Наприклад, при підвищенні температури Ni-MH накопичувача швидкий режим відновлення ємності автоматично вимикається. Для цього необхідно дорогі температурні датчикиабо радіоелектронні схеми, відповідно, підвищується ціна і на зарядний пристрій.

Дозарядка

Цей етап дуже схожий на попереднє заряджання акумуляторної батареї, при якому струм встановлюється в межах 0.1-0.3 А, а весь процес займає не більше 30 хвилин. Дозарядка необхідна, оскільки саме вона дозволяє вирівняти електронні заряди в джерелі живлення та збільшити його експлуатаційний термін. Але при тривалішому відновленні, навпаки, відбувається прискорене руйнування акумулятора.

Особливості надшвидкої зарядки

Існує ще одне поняття відновлення ємності Ni-MH батарей - надшвидка зарядка. Яка як швидко відновлює джерело живлення, а й продовжує його експлуатаційний термін. Пов'язано це з однією цікавою особливістю Ni-MH акумулятори.

Металогідридні джерела живлення можна заряджати підвищеними струмами, але тільки по досягненню 70% ємності. Якщо пропустити цей момент, то завищений параметр сили струму призведе до швидкого руйнування акумулятора. На жаль, виробники ЗУ вважають установку подібних контролюючих вузлів на свої вироби надто затратною, і використовують простішу швидку зарядку.

Зручні пальчикові джерела живлення

Проводити надшвидку зарядку слід лише на нових батареях. Підвищені струми призводять до швидкого нагріву, наступною стадією якого стає відкриття запірного клапана тиску. Після відкриття запірного клапана нікелевий акумулятор не підлягає відновленню.

Вибираємо зарядний пристрій для Ni-MH батарей

Деякі виробники ЗУ роблять ухил у бік виробів, виготовлених спеціально для заряду батарей Ni-MH. І це зрозуміло, оскільки даних джерел живлення найбільше в багатьох електронних пристроях.

Слід детальніше розглянути функціонал зарядних пристроїв, створених спеціально для відновлення ємності нікель-металогідридних акумуляторів.

• Обов'язкова наявність кількох захисних функцій, сформованих певним поєднанням деяких радіоелементів.
• Наявність ручного або автоматичного режиму налаштування сили струму. Тільки в такий спосіб можна буде встановлювати різні етапи заряджання. Різниця потенціалів зазвичай береться незмінною.
• Автоматична підзарядка акумуляторної батареї, навіть після досягнення стовідсоткової ємності. Це дозволяє постійно підтримувати основні параметри джерела живлення, не на шкоду експлуатаційному терміну.
• Розпізнавання джерел струму, які працюють інакше принципу. Дуже важливий параметр, тому що деякі різновиди акумуляторів, при надто великому струмі заряду, можуть вибухнути.

Остання функція відноситься до розряду особливих і вимагає монтажу спеціального алгоритму. Тому багато виробників вважають за краще відмовитися від неї.

Ni-MH джерела живлення користуються широкою популярністю через свою довговічність, простоту експлуатації, а також доступної ціни. Багато користувачів встигли оцінити позитивні якостіданих виробів.

Дослідження в галузі нікель-металгідридних батарей почалися в 1970-х роках як удосконалення нікель-водневих батарей, оскільки вага та обсяг нікель-водневих батарей не задовольняв виробників (водень у цих батареях знаходився під високим тиском, що вимагало міцного та важкого сталевого корпусу). Використання водню у вигляді гідридів металів дозволило знизити вагу та об'єм батарей, також знизилася і небезпека вибуху батареї під час перегріву.

Починаючи з 1980-х була суттєво покращена технологія виробництва NiMH батарей та почалося комерційне використання у різних галузях. Успіху NiNH батарей сприяла збільшена ємність (на 40% порівняно з NiCd), використання матеріалів, придатних до вторинної переробки («дружність» природного середовища), а також досить тривалий термін служби, що часто перевищує показники NiCd акумуляторів.

Переваги та недоліки NiMH акумуляторів

Переваги

・ Велика ємність - на 40% і більше, ніж звичайні NiCd батареї
・ набагато менша вираженість ефекту «пам'яті» в порівнянні з нікель-кадмієвими акумуляторами - цикли обслуговування батареї можна проводити в 2-3 рази рідше
・ проста можливість транспортування - авіакомпанії перевозять без будь-яких попередніх умов
・ екологічно безпечні - можлива переробка

Недоліки

・ обмежений час життя батареї - зазвичай близько 500-700 циклів повного заряду/розряду (хоча залежно від режимів роботи та внутрішнього пристрою можуть бути відмінності в рази).
・ ефект пам'яті - NiMH батареї вимагають періодичного тренування (циклу повного розряду/заряду акумулятора)
・ Відносно малий термін зберігання батарей - зазвичай не більше 3х років при зберіганні в розрядженому стані, після чого втрачаються основні характеристики. Зберігання в прохолодних умовах при частковому заряді 40-60% уповільнюють процес старіння батарей.
・ Високий саморозряд батарей
・ Обмежена потужнісна ємність - при перевищенні допустимих навантаженьзменшується час життя батарей.
・ Потрібен спеціальний зарядний пристрій зі стадійним алгоритмом заряду, оскільки при заряді виділяється велика кількість тепла і нікель-металгідридні батареї прохо переносять перезаряд.
・ Погана переносимість високих температур(понад 25-30 за Цельсієм)

Конструкція NiMH акумуляторів та АКБ

Сучасні нікель-металгідридні акумулятори мають внутрішню конструкцію, схожу на конструкцію нікель-кадмієвих акумуляторів. Позитивний оксидно-нікелевий електрод, лужний електроліт та розрахунковий тиск водню збігаються в обох акумуляторних системах. Різні лише негативні електроди: у нікель-кадмієвих акумуляторів – кадмієвий електрод, у нікель-металгідридних – електрод на основі металу поглинаючих водень металів.

У сучасних нікель-металгідридних акумуляторах використовується склад водневого адсорбуючого сплаву виду AB2 і AB5. Інші сплави виду AB або A2B не набули широкого поширення. Що ж позначають загадкові літери A та B у складі сплаву? – Під символом A ховається метал (або суміш металів), при утворенні гідридів яких виділяється тепло. Відповідно, символ B означає метал, який реагує з воднем ендотермічно.

Для негативних електродів типу AB5 використовується суміш рідкісноземельних елементів групи лантану (компонент А) і нікель з домішками інших металів (кобальт, алюміній, марганець) – компонент B. Для електродів типу AB2 використовуються титан і нікель з домішками цирконію, ванадія, заліза, марганцю хрому.

Нікель-металгідридні акумулятори з електродами типу AB5 мають більшого поширення через кращі показники циклованості, незважаючи на те, що акумулятори з електродами типу AB2 дешевші, мають більшу ємність і кращі потужнісні показники.

У процесі циклування відбувається коливання обсягу негативного електрода до 15-25% від вихідного з допомогою поглинання/виділення водню. В результаті коливань обсягу виникає велика кількість мікротріщин у матеріалі електрода. Це пояснює, чому для нового нікель-металгідридного акумулятора необхідно провести кілька «тренувальних» циклів заряду/розряду для приведення значень потужності та ємності акумулятора до номінальних. Також у утворення мікротріщин є і негативна сторона- Збільшується площа поверхні електрода, яка піддається корозії з витратою електроліту, що призводить до поступового збільшення внутрішнього опору елемента та зниження ємності. Для зменшення швидкості корозійних процесів рекомендується зберігати нікель-металгідридні акумулятори у зарядженому стані.

Негативний електрод має надмірну ємність по відношенню до позитивного як перезаряду, так і перерозряду для забезпечення прийнятного рівня виділення водню. Через корозію сплаву поступово зменшується ємність перезаряду негативного електрода. Як тільки надлишкова ємність по перезаряду вичерпається, на негативному електроді в кінці заряду почне виділятися велика кількість водню, що призведе до стравлювання надлишкової кількості водню через клапани елемента, викидання електроліту і виходу акумулятора з ладу. Тому для заряду нікель-металгідридних акумуляторів необхідний спеціальний зарядний пристрій, що враховує специфіку поведінки акумулятора для уникнення небезпеки саморуйнування акумуляторного елемента. При зборі батареї акумуляторів необхідно передбачити хорошу вентиляцію елементів і не палити поруч із нікель-металгідридною батареєю, що заряджається, великої ємності.

Згодом в результаті циклування зростає і саморозряд акумулятора за рахунок появи великих пор у матеріалі сепаратора та утворенні електричного з'єднання між пластинами електродів. Ця проблема може бути тимчасово вирішена шляхом кількох циклів глибокого розряду акумулятора з наступним повним зарядом.

При заряді нікель-металгідридних акумуляторів виділяється досить велика кількість тепла, особливо наприкінці заряду, що є однією з ознак необхідності завершення заряду. При збиранні декількох акумуляторних елементів в батарею необхідна система контролю параметрів батареї (BMS), а також наявність струмопровідних з'єднувальних перемичок, що терморозмикаються, між частиною акумуляторних елементів. Також бажано з'єднувати акумулятори в батареї шляхом точкового зварювання перемичок, а не паяння.

Розряд нікель-металгідридних акумуляторів при низьких температурах лімітується тим фактом, що ця ендотермічна реакція і на негативному електроді утворюється вода, що розбавляє електроліт, що призводить до високої ймовірності замерзання електроліту. Тому, чим менша температура довкілля, тим менше потужність, що віддається, і ємність акумулятора. Навпаки, при підвищеній температурі у процесі розряду розрядна ємність нікель-металгідридного акумулятора буде максимальною.

Знання конструкції та принципів роботи дозволить з великим розумінням поставитися до процесу експлуатації нікель-металгідридних акумуляторів. Сподіваюся, інформація, почерпнута у статті, дозволить продовжити життя вашої акумуляторної батареї та уникнути можливих небезпечних наслідківчерез нерозуміння принципів безпечного використання нікель-металгідридних акумуляторів.

Розрядні характеристики NiMH-акумуляторів при різних
струми розряду при температурі навколишнього середовища 20 °С

зображення взято з www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781

Нікель-металгідридна батарейка Duracell

зображення взято з www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm

P.P.S.
Схема перспективного спрямування створення біполярних акумуляторних батарей

схема взяти з Біполярні свинцево-кислотні батареї

Порівняльна таблиця параметрів різних типівакумуляторів

З досвіду експлуатації

NiMH елементи широко рекламуються, як елементи з високою енергоємністю, що не бояться холоду та не мають пам'яті. Купивши цифрову фотокамеру Canon PowerShot A 610, я природно забезпечив її ємною пам'яттю на 500 знімків вищої якості, а для збільшення тривалості зйомок купив 4 NiMH елементи ємністю 2500 ма* годину фірми Duracell.

Порівняємо характеристики елементів, що випускаються промисловістю:

Таблиця 1.

З таблиці бачимо NiMH елементи мають високу енергетичну ємність, що робить їх кращими при виборі.

Для їх заряджання було куплено інтелектуальний зарядний пристрій DESAY Full-Power Harger, що забезпечує зарядку NiMH елементів з їх тренуванням. Елементи воно заряджалося якісно, ​​але... Однак на шостій зарядці воно наказало довго жити. Вигоріла електроніка.

Після заміни зарядного пристрою та кількох циклів заряд-розряд, акумулятори стали сідати на другому – третьому десятку знімків.

Виявилося, що незважаючи на запевнення, NiMH елементи теж мають пам'ять.

А більшість сучасних портативних пристроїв, що їх використовують, мають вбудований захист, що відключає живлення при досягненні деякої мінімальної напруги. Це не дозволяє виконувати повну розрядку акумулятора. Тут і починає грати роль пам'ять елементів. Не повністю розряджені елементи одержують неповний заряд і їхня ємність падає з кожною перезарядкою.

Якісні зарядні пристрої дозволяють виконувати заряджання без втрати ємності. Але щось я не зміг знайти у продажу такого для елементів ємністю 2500маh. Залишається періодично проводити їхнє тренування.

Тренування елементів NiMH

Все написане нижче не відноситься до елементів акумуляторної батареї, що мають сильний саморозряд. . Їх можна лише викинути, досвід показує, тренування вони не піддаються.

Тренування елементів NiMH полягає в декількох (1-3) циклах розрядки - зарядки.

Розряджання виконується до зниження напруги на акумуляторному елементі до 1В. Бажано розряджати елементи індивідуально. Причина в тому, що здатність приймати заряд може бути різною. І вона посилюється під час зарядки без тренування. Тому відбувається до передчасного спрацьовування захисту за напругою вашого пристрою (плеєра, фотоапарата, ...) та подальшої зарядки нерозрядженого елемента. Результат цього наростаюча втрата ємності.

Розрядку необхідно виконувати у спеціальному пристрої (Рис.3), що дозволяє виконувати її індивідуально кожному за елемента. Якщо немає контролю напруги, розрядка виконувалася до помітного зниження яскравості лампочки.

А якщо Ви засічете час горіння лампочки, ви зможете визначити ємність акумулятора, вона обчислюється за формулою:

Місткість = Струм розрядки х Час розрядки = I х t (А * год)

Акумулятор ємністю 2500 ма годину здатний віддавати в навантаження струм 0,75 А протягом 3,3 години, якщо отриманий в результаті розрядки час менше, відповідно і менше залишкова ємність. І при зменшенні ємності Вам необхідно продовжити тренування акумулятора.

Зараз для розрядки елементів акумуляторів я застосовую пристрій, виготовлений за схемою показаною на рис.3.

Він виготовлений зі старого зарядного пристрою і виглядає так:

Тільки тепер лампочок 4 штуки, як у рис.3. Про лампочки треба сказати окремо. Якщо лампочка має струм розрядки рівний номінальному для даного акумулятораабо трохи менший її можна використовувати як навантаження та індикатор, інакше лампочка лише індикатор. Тоді резистор повинен мати таку величину, щоб сумарний опір El 1-4 і паралельного їй резистора R 1-4 було близько 1,6 Ом. Заміна лампочки на світлодіод неприпустима.

Приклад лампочки яка може бути використана як навантаження - це криптонова лампочка для кишенькового ліхтаря на 2,4 В.

Особливий випадок.

Увага! Виробники не гарантують нормальну роботу акумуляторів при зарядних струмах, що перевищують струм прискореної зарядки I зар повинен бути менше ємності акумулятора. Так для акумуляторів ємністю 2500ма * год він повинен бути нижче 2,5А.

Буває, що NiMH елементи після розрядки мають напругу менше 1,1 В. У цьому випадку необхідно застосувати прийом, описаний у наведеній вище статті в журналі СВІТ ПК. Елемент чи послідовна група елементів підключається до джерела живлення через автомобільну лампочку 21 Вт.

Ще раз звертаю Вашу увагу! Такі елементи обов'язково треба перевірити саморозряд! Найчастіше саме елементи зі зниженою напругою мають підвищений саморозряд. Ці елементи легше викинути.

Заряджання переважно індивідуальне для кожного елемента.

Для двох елементів напругою 1,2 В зарядна напруга не повинна перевищувати 5-6В. При форсованій зарядці лампочка одночасно є індикатором. При зниженні яскравості лампочки можна перевірити напругу на елементі NiMH. Воно буде більше 1,1 В. Зазвичай, ця початкова форсована зарядка займає від 1 до 10 хвилин.

Якщо NiMH елемент, що при форсованій зарядці протягом декількох хвилин не збільшує напругу, гріється - це привід зняти його з зарядки і відбракувати.

Рекомендую використовувати зарядні пристрої лише з можливістю тренування (регенерації) елементів під час перезаряджання. Якщо таких немає, то через 5-6 робочих циклів в апаратурі, не чекаючи повної втрати ємності, проводити їх тренування і відбраковувати елементи, що мають сильний саморозряд.

І вони Вас не підведуть.

В одному з форумів прокоментували цю статтюнаписано тупо, але більше нічого немаєТак це не "тупо", а просто і доступно для виконання на кухні кожному хто потребує допомоги. Тобто максимально просто. Просунуті можуть поставити контролер, підключити комп'ютер, ......, але це вже інша історія.

Щоб не здавалося тупо

Існують "розумні" зарядники для елементів NiMH.

Такий зарядник працює з кожним акумулятором окремо.

Він вміє:

1. індивідуально працювати з кожним акумулятором різних режимах,
2. заряджати акумулятори в швидкому та повільному режимі,
3. індивідуальний РК-дисплей для каздого акумуляторного відсіку,
4. незалежно заряджати кожен із акумуляторів,
5. заряджати від одного до чотирьох акумуляторів різної ємності та типорозміру (АА або ААА),
6. захищати акумулятор від перегріву,
7. захищати кожен акумулятор від перезаряджання,
8. визначення закінчення зарядки з падіння напруги,
9. визначати несправні акумулятори,
10. попередньо розряджати акумулятор до залишкової напруги,
11. відновлювати старі акумулятори (тренування заряд-розряд),
12. перевіряти ємність акумуляторів,
13. відображати на РК дисплеї: - Струм заряду, напруга, відображати поточну ємність.

Найголовніше, підкреслюю, даного типу пристрою дозволяють працювати індивідуально з кожним акумулятором.

За відгуками користувачів, такий зарядний пристрій дозволяє відновити більшість запущених акумуляторів, а справні експлуатувати весь гарантований термін експлуатації.

На жаль, я таким зарядником не користувався, оскільки в провінції його купити просто неможливо, але у форумах Ви можете знайти багато відгуків.

Головне не заряджайте на великих струмах, не дивлячись на заявлений режим зі струмами 0,7 - 1А, це все ж таки малогабаритний пристрій і може розсіяти потужність 2-5 Вт.

Висновок

Будь-яке відновлення NiMh акумуляторів суворо індивідуальна (з кожним окремим елементом) робота. З постійним контролем та відбраковуванням елементів, що не приймають зарядку.

І найкраще займатися їх відновленням за допомогою інтелектуальних зарядних пристроїв, які дозволяють індивідуально виконувати відбраковування та цикл заряду – розряд з кожним елементом. А оскільки таких пристроїв, що автоматично працюють з акумуляторами будь-якої ємності, не існує, то вони призначені для елементів строго певної ємності або повинні мати керовані струми зарядки, розрядки!

Нікель-металгідридні акумуляториприйшли на зміну нікель-кадмієвим та нікель-водневим батареям. У Ni-MHакумуляторах позитивний електрод, як і в нікель-кадмієвому акумуляторі, виготовляється з оксидно-нікелевого сплаву, а негативний - зі сплаву нікелю з рідкісноземельними металами, що поглинає водень. Головним матеріалом, що визначає характеристики Ni-MH акумулятора, є саме водень-абсорбуючий сплав, який може поглинати обсяг водню, що у 1000 разів перевищує свій власний обсяг.

Ці сплави складаються з двох або декількох металів, один з яких абсорбує водень, а інший каталізатором, що сприяє дифузії атомів водню в грати металу. Кількість можливих комбінацій металів, що застосовуються, практично не обмежена, що дає можливість оптимізувати властивості сплаву. Застосування цих матеріалів для виготовлення негативного електрода дозволило підвищити в 1,3-2 рази закладку активних мас позитивного електрода, який визначає ємність акумулятора.

Тому нікель-металгідридні акумуляторні батареївідрізняє висока енергетична щільністьпроти попередниками. Тому що при їх виробництві використовуються нетоксичні матеріали, То легше вирішується і проблема утилізації відпрацьованих акумуляторів. У Ni-MH акумуляторів, на відміну від Ni-Cd, немає “ефекту пам'яті”.

Напрацювання (число розрядно-зарядних циклів) та термін служби значною мірою визначаються умовами експлуатації. Напрацювання знижується зі збільшенням глибини та швидкості розряду та залежить від швидкості заряду. Прискорений (за 4 – 5 годин) та швидкий (за 1 годину) заряди можливі для Ni-MH акумуляторів, що мають високоактивні електроди. Залежно від типу, режиму роботи та умов експлуатації акумулятори забезпечують від 500 до 1000 розрядно-зарядних циклів при глибині розряду 80% термін служби від 3 до 5 років. З підвищенням навантаження(зменшення часу розряду) та при зниженні температури ємність Ni-MH акумулятора зменшується. Особливо помітно вплив зниження температури на ємність при великих швидкостях розряду.

Умови експлуатації та зберігання

При зберіганні відбувається саморозряд Ni-MH акумулятора. За місяць за кімнатної температури втрата ємності становить 20-30%, а при подальшому зберіганні втрати зменшуються до 3-7% на місяць. Швидкість саморозряду підвищується зі збільшенням температуричутливі до перезаряду. Протягом заряду Ni-MH акумуляторів виділяється теплота, тому з метою запобігання перегріву батареї з Ni-MH акумуляторів у процесі швидкого заряду та/або значного перезаряду в них встановлюють термозапобіжники або термореле. Ni-MH акумулятори мають порівняно вузький температурний діапазон експлуатації: більша частина непрацездатна при температурі нижче -10 градусів і вище +40 градусів.

Застосування у гібридних автомобілях

У гібридних автомобілях застосовуються прямокутні конструкції. У них позитивні та негативні електроди розміщені по черзі, а між ними розміщується сепаратор. Блок електродів вставлений у металевий або пластмасовий корпус і закритий кришкою, що герметизує. У Ni-MH акумуляторах використовується лужний електроліт, Що складається з КОН із добавкою LiOH. Хоча більшість фахівців упевнені, що майбутнє за літій-іонними батареямиНа багатьох гібридних автомобілях використовуються нікель-металгідридні акумулятори. Вони суттєво дешевше, які виробництво технологічно відпрацьовано. Програютьж вони в ваговийякості (стосунку запасеної енергії до маси) та діапазоні зарядки(Від 40 до 60%) - всього 20% загальної ємності.

Історія створення

Перші роботи зі створення нікель-кадмієвих акумуляторів розпочалися ще у 50-х роках. Однак лише до середини 70-х було створено сплави, що дозволяють абсорбувати водень у досить великих обсягах. Щоправда, акумулятори, створені з їхньої основі, мали недостатню ємність проти нікель-кадмієвими.

Проте дослідження не припинялися, у результаті було створено сплав La-Ni-Co, що дозволяє електрохімічно оборотно абсорбувати водень протягом понад 100 циклів. У промислове виробництво Ni-MH акумулятори надійшли у середині 80-х. З того часу їх конструкція постійно вдосконалюється шляхом застосування нових сплавів. Сплави нікелю з металами рідкісноземельної групи можуть забезпечити до 2000 циклів заряду-розряду акумулятора при зниженні ємності негативного електрода не більше ніж на 30%.