Ni-MH акумулятори (нікель-металогідридні) входять до групи лужних. Являють собою джерела струму хімічного типу, де в якості катода виступає оксид нікелю, анода - водневий металгідридні електрод. Луг є електролітом. Вони схожі на нікель-водневі акумулятори, але перевершують їх за енергоємністю.
Виробництво Ni-MH акумуляторів почалося в середині двадцятого століття. Розроблялися вони з урахуванням недоліків застарілих нікель-кадмієвих батарей. У NiNH можуть використовуватися різні комбінації металів. Для їх виробництва були розроблені спеціальні сплави і метал, що працюють при кімнатній температурі і низькому водневому тиску.
Промислове виробництво почалося в вісімдесятих роках. Виготовляються і удосконалюються сплави і метал для Ni-MH і сьогодні. Сучасні пристрої подібного типу можуть забезпечувати до 2 тисяч циклів заряд-розряд. Подібний результат можна досягти через застосування нікелевих сплавів з рідкоземельними металами.
Як використовуються ці пристрої
Нікель-металогідридні апарати широко використовуються для харчування різного виду електроніки, яка функціонує в автономному режимі. Зазвичай вони робляться у вигляді ААА або АА батарей. Є і інші виконання. Наприклад, промислові батареї. Сфера використання Ni-MH акумуляторів трохи ширше, ніж у нікель-кадмієвих, тому що в їх складі немає токсичних матеріалів.
В даний момент реалізовані на вітчизняному ринку нікель-металогідридні батареї по ємності діляться на 2 групи - 1500-3000 мАг і 300-1000 мАч:
- першазастосовується в пристроях, що мають підвищене енергоспоживання за короткий час. Це всілякі плеєри, моделі з радіоуправлінням, фотоапарати, відеокамери. Загалом, прилади, швидко витрачають енергію.
- другавикористовується при витраті енергії, який починається після певного інтервалу часу. Це іграшки, ліхтарі, рації. На акумуляторі працюють прилади, помірно вживають електроенергію, що знаходяться в автономному режимі тривалий час.
Зарядка Ni-MH пристроїв
Зарядка буває крапельної і швидкою. Виробники не рекомендують першу, тому що при ній з'являються складності з точним визначенням припинення подачі струму на пристрій. З цієї причини може виникнути потужний перезаряд, що призведе до деградації акумулятора. за допомогою швидкого варіанту. Коефіцієнт корисної дії тут трохи вище, ніж у крапельного виду зарядки. Струм виставляється - 0,5-1 С.
Як заряджається гідридний акумулятор:
- визначається наявність батареї;
- кваліфікація пристрої;
- попередня зарядка;
- швидка зарядка;
- дозарядки;
- підтримуюча зарядка.
При швидкій зарядці потрібно мати хороше ЗУ. Воно повинно контролювати закінчення процесу з різних, незалежних один від одного критеріям. Наприклад, у Ni-Cd апаратів досить контролю за дельті напруги. А у NiMH потрібно, щоб акумулятор стежив за температурою і дельтою як мінімум.
Для правильної роботи Ni-MH слід пам'ятати «Правило трьох П»: « Чи не перегрівати »,« Не перезаряджати »,« Не переразряжать ».
Щоб попередити перезарядку батарей, використовуються такі методи контролю:
- Припинення заряду по швидкості зміни температури . При використанні даної методики під час зарядки температура батареї знаходиться під постійним контролем. Коли показники піднімаються швидше, ніж потрібно, зарядка припиняється.
- Метод припинення заряду по максимальному його часу .
- Припинення заряду по абсолютній температурі . Тут температура акумуляторної батареї контролюється в процесі заряду. При досягненні максимального значення швидкий заряд припиняється.
- Метод припинення по негативній дельті напруги . Перед завершенням зарядки батареї при здійсненні кисневого циклу підвищується температура NiMH пристрою, що призводить до зниження напруги.
- Максимальна напруга . Метод використовується для відключення заряду пристроїв з підвищеним внутрішнім опором. Останнє з'являється в кінці терміну служби батареї через брак електроліту.
- Максимальний тиск . Метод застосовується для призматичних акумуляторів великої ємності. Рівень дозволеного тиску в такому пристрої залежить від його розміру та конструкції і знаходиться в інтервалі 0,05-0,8 МПа.
Для уточнення часу зарядки Ni-MH акумулятора з урахуванням всіх характеристик можна застосувати формулу: час зарядки (ч) = ємність (мАг) / сила струму зарядного пристрою (мА). Наприклад, є акумулятор з ємністю 2000 мілліамперчасов. Струм заряду в ЗУ - 500 мА. Ємність ділиться на ток і виходить 4. Тобто батарея буде заряджатися 4 години.
Обов'язкові правила, яких потрібно дотримуватися для правильного функціонування нікель-металогідридного пристрої:
- Ці акумулятори набагато чутливіші до нагрівання, ніж нікель-кадмієві, перевантажувати їх не можна . Перевантаження негативно позначиться на токоотдачи (здатності тримати і видавати накопичений заряд).
- Металлогидрідниє акумулятори після придбання можна «потренувати» . Зробити 3-5 циклів зарядки / розрядки, що дозволить досягти меж ємності, втраченої при перевезенні та зберіганні пристрою після виходу з конвеєра.
- Зберігати потрібно акумулятори з невеликою кількістю заряду , Приблизно 20-40% від номінальної ємності.
- Після розрядки або зарядки слід дати пристрою охолонути .
- Якщо в електронному пристрої використовується однакова збірка акумуляторів в режимі дозаряда , То час від часу потрібно розряджати кожен з них до напруги 0,98, а потім повністю заряджати. Цю процедуру циклирования рекомендується виконувати один раз на 7-8 циклів дозарядки акумуляторів.
- Якщо потрібно розрядити NiMH, то слід дотримуватися мінімального показника 0,98 . Якщо напруга впаде нижче 0,98, то він може перестати заряджатися.
Відновлення Ni-MH акумуляторів
Через «ефекту пам'яті» дані пристрої іноді втрачають деякі характеристики і більшу частину ємності. Це відбувається при багаторазових циклах неповної розрядки і подальшої зарядці. В результаті такої роботи пристрій «запам'ятовує» меншу межу розрядки, з цієї причини знижується його ємність.
Щоб позбутися від цієї проблеми, потрібно постійно виконувати тренування і відновлення. Лампочкою або зарядним пристроєм розряджається до 0,801 вольта, далі батарея повністю заряджається. Якщо довгий час акумулятор не проходив процес відновлення, то бажано провести 2-3 подібних циклу. Тренувати його бажано раз в 20-30 днів.
Виробники акумуляторів Ni-MH стверджують, що «ефект пам'яті» забирає приблизно 5% ємності. Відновити її можна за допомогою тренувань. Важливим моментом при відновленні Ni-MH є наявність у ЗУ функції розрядки з контролем мінімальної напруги. Що потрібно для недопущення сильного розряду пристрою при відновленні. Це незамінне, коли невідома початкова ступінь заряду, і припустити орієнтовний час розряду неможливо.
Якщо невідома ступінь 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 ступінь заряду.
Якщо акумулятор відпрацював кілька років, то відновлення зарядом і розрядом може бути марним. Корисно воно для профілактики в процесі роботи пристрою. При експлуатації NiMH разом з появою «ефекту пам'яті» відбувається зміни обсягу і складу електроліту. Варто пам'ятати, що розумніше відновлювати елементи акумулятора окремо, ніж всю батарею цілком. Термін придатності акумуляторів - від одного року до п'яти (залежить від конкретної моделі).
Достоїнства і недоліки
Значне підвищення енергетичних параметрів нікель-металогідридних акумуляторів не є єдиним їх гідністю перед кадмієвими. Відмовившись від використання кадмію, виробники почали використовувати більш екологічно чистий метал. Набагато легше вирішуються питання с.
Завдяки цим перевагам і тому, що у виготовленні використовується метал - нікель, виробництво Ni-MH пристроїв різко зросла, якщо порівнювати з нікель-кадмієвих акумуляторами. Зручні вони і тим, що для зменшення розрядної напруги при тривалих перезарядки проводити повну розрядку (до 1 вольта) треба раз в 20-30 днів.
Трохи про недоліки:
- Виробники обмежили Ni-MH батареї десятьма елементами , Тому що зі збільшенням циклів заряд-розряд і терміну служби з'являється небезпека перегріву і переполюсовкі.
- Ці акумулятори працюють в більш вузькому температурному діапазоні, ніж нікель-кадмієві . Уже при -10 і + 40 ° С вони втрачають свою працездатність.
- При зарядці Ni-MH акумулятора виділяють багато тепла , Тому потребують запобіжниках або температурних реле.
- підвищений самозаряд , Наявність якого обумовлена реакцією оксидно-нікелевого електрода з воднем з електроліту.
Деградація Ni-MH батарей визначається зниженням сорбуючою здатності негативного електрода при циклировании. У циклі розрядки-зарядки відбувається зміна обсягу кристалічної решітки, що сприяє утворенню іржі, тріщин під час реакції з електролітом. Поява корозії відбувається при поглинанні батареєю водню і кисню. Це призводить до зменшення кількості електроліту і підвищенню внутрішнього опору.
Потрібно враховувати, що характеристики батарей залежать від технології обробки металу негативного електрода, його структури і складу. Метал для сплавів теж має значення. Все це змушує виробників дуже уважно вибирати постачальників сплавів, а споживачів - завод-виготовлювач.
Дослідження в області нікель-металгідридних батарей почалися в 1970-х роках як вдосконалення нікель-водневих батарей, оскільки вага і обсяг нікель-водневих батарей не задовольняв виробників (водень в цих батареях перебував під високим тиском, що вимагало тривалого і важкого сталевого корпусу). Використання водню у вигляді гідридів металів дозволило знизити вагу і об'єм батарей, також знизилася і небезпека вибуху батареї при перегріванні.
Починаючи з 1980-х була істотно поліпшена технологія виробництва NiMH батарей і почалося комерційне використання в різних областях. Успіху NiNH батарей сприяла збільшена ємність (на 40% в порівнянні з NiCd), використання матеріалів, придатних до вторинної переробки ( «дружність» природне середовище), а також досить тривалих термін служби, який часто перевищує показники NiCd акумуляторів.
Переваги та недоліки NiMH акумуляторів
переваги
· Більша ємність - на 40% і більше, ніж звичайні NiCd батареї
· Набагато менша вираженість ефекту «пам'яті» в порівнянні з нікель-кадмієвих 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 в залежності від режимів роботи і внутрішнього устрою можуть бути відмінності в рази).
· Ефект пам'яті - NiMH батареї вимагають періодичної тренування (циклу повного розряду / заряду акумулятора)
· Щодо малий термін зберігання батарей - зазвичай не більше 3-х років при зберіганні в розрядженому стані, після чого втрачаються основні характеристики. Зберігання в прохолодних умовах при частковому заряді в 40-60% уповільнюють процес старіння батарей.
· Високий саморозряд батарей
· Обмежена показники потужності ємність - при перевищенні допустимих навантажень зменшується час життя батарей.
· Потрібно спеціальний зарядний пристрій з 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 і АКБ
Сучасні нікель-металгідридні акумулятори мають внутрішню конструкцію, схожу з конструкцією нікель-кадмієвих акумуляторів. Позитивний оксидно-нікелевий електрод, лужної електроліт і розрахунковий тиск водню збігаються в обох акумуляторних системах. Різні тільки негативні електроди: у нікель-кадмієвих акумуляторів - кадмієвий електрод, у нікель-металгідридних - електрод на базі сплаву поглинаючих водень металів.
В сучасних нікель-металгідридних акумуляторах використовується склад водородоадсорбірующего сплаву виду AB2 і AB5. Інші сплави виду AB або A2B не набули широкого поширення. Що ж означають загадкові літери A і B в складі сплаву? - Під символом A ховається метал (або суміш металів), при утворенні гідридів яких виділяється тепло. Відповідно, символ B позначає метал, який реагує з воднем Ендотермічний.
Для негативних електродів типу AB5 використовується суміш рідкоземельних 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, ванадію, заліза, марганцю, хрому.
Нікель-металгідридні акумулятори з електродами типу AB5 мають більшого поширення через кращих показників цікліруемості, незважаючи на те, що акумулятори з електродами типу AB2 дешевші, мають велику ємність і кращі показники потужності.
В процесі циклирования відбувається коливання обсягу негативного електрода до 15-25% від вихідного за рахунок поглинання / виділення водню. В результаті коливань обсягу виникає велика кількість мікротріщин в матеріалі електрода. Це явище пояснює, чому для нового нікель-металгідридних акумулятора необхідно провести кілька «тренувальних» циклів заряду / розряду для приведення значень потужності і ємності акумулятора до номінальних. Також у утворення мікротріщин є і негативна сторона - збільшується площа поверхні електрода, яка піддається корозії з витрачанням електроліту, що призводить до поступового збільшення внутрішнього опору елемента і знижують ємність. Для зменшення швидкості корозійних процесів рекомендується зберігати нікель-металгідридні акумулятори в зарядженому стані.
Негативний електрод має надлишкову ємність по відношенню до позитивного як по перезаряду, так і по перерозряду для забезпечення прийнятного рівня виділення водню. Через корозію металу поступово зменшується ємність по перезаряду негативного електрода. Як тільки надлишкова ємність по перезаряду вичерпається, на негативному електроді в кінці заряду почне виділятися велику кількість водню, що призведе до стравлювання надлишкового кількості водню через клапани елемента, «википання» електроліту і виходу акумулятора з ладу. Тому для заряду нікель-металгідридних акумуляторів необхідно спеціальний зарядний усройство, що враховує специфіку поведінки акумулятора для уникнення небезпеки саморуйнування акумуляторного елемента. При зборі батареї акумуляторів необхідно передбачити хорошу вентиляцію елементів і не курити поруч з заряджатимуться нікель-металгідридних батареєю великої місткості.
Згодом в результаті циклирования зростає і саморозряд акумулятора за рахунок появи великих пір в матеріалі сепаратора і освіті електричного з'єднання між пластинами електродів. Ця проблема може бути тимчасово вирішена шляхом декількох циклів глибокого розряду акумулятора з наступним повним зарядом.
При заряді нікель-металгідридних акумуляторів виділяється досить велика кількість тепла, особливо в кінці заряду, що є одним з ознак необхідності завершення заряду. При збиранні декількох акумуляторних елементів в батарею необхідна система контролю параметрів батареї (BMS), а також наявність терморазмикающіхся струмопровідних сполучних перемичок між частиною акумуляторних елементів. Також бажано поєднувати акумулятори в батареї шляхом точкового зварювання перемичок, а не пайки.
Розряд нікель-металгідридних акумуляторів при низьких температурах лімітується тим фактом, що ця реакція ендотермічна і на негативному електроді утворюється вода, розбавляються електроліт, що призводить до високої ймовірності замерзання електроліту. Тому, чим менше температура навколишнього середовища, тим менше віддається потужність і ємність акумулятора. Навпаки, при підвищеній температурі в процесі розряду розрядна ємність нікель-металгідридних акумулятора буде максимальною.
Знання конструкції та принципів роботи дозволить з великим розумінням поставитися до процесу експлуатації нікель-металгідридних акумуляторів. Сподіваюся, інформація, почерпнута в статті, дозволить продовжити життя вашої акумуляторної батареї і уникнути можливих небезпечних наслідків через непорозуміння принципів безпечного використання нікель-металгідридних акумуляторів.
Розрядні характеристики NiMH-акумуляторів при різних
токах 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 напряму створення біполярних акумуляторних батарей
схема взяти з Біполярні свинцево-кислотні батареї
Порівняльна таблиця параметрів різних типів акумуляторів
| NiCd | NiMH | Lead Acid | Li-ion | Li-ion polymer | Reusable Alkaline |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
| Енергетична щільність (W * год / кг) | 45-80 | 60-120 | 30-50 | 110-160 | 100-130 | 80 (початкова) |
| внутрішній опір (Включаючи внутрішні схеми), мом |
100-200 при 6В |
200-300 при 6В |
<100 при 12В |
150-250 при 7.2В |
200-300 при 7.2В |
200-2000 при 6В |
| Число циклів заряду / розряду (при зниженні до 80% від початкової ємності) | 1500 | 300-500 | 200-300 | 500-1000 | 300-500 | 50 (До 50%) |
| Час швидкого заряду | 1 годину типове | 2-4 години | 8-16 години | 2-4 години | 2-4 години | 2-3 години |
| Стійкість до перезаряду | середня | низька | висока | дуже низька | низька | середня |
| Саморозряд / місяць (при кімнатній температурі) | 20% | 30% | 5% | 10% | ~10% | 0.3% |
| Напруга елемента (номінальне) | 1.25В | 1.25В | 2В | 3.6В | 3.6В | 1.5В |
| струм навантаження - піковий - оптимальний |
20C 1C |
5C 0.5C і нижче |
5C 0.2C |
> 2C 1C і нижче |
> 2C 1C і нижче |
0.5C 0.2C і нижче |
| Температура при експлуатації (тільки розряд) | -40 to 60 ° C |
-20 to 60 ° C |
-20 to 60 ° C |
-20 to 60 ° C |
0 to 60 ° C |
0 to 65 ° C |
| Вимоги до обслуговування | Через 30 - 60 днів | Через 60 - 90 днів | Через 3 - 6 місяців | Не вимагається | Не вимагається | Не вимагається |
| Типова ціна (US $, тільки для порівняння) |
$50 (7.2В) |
$60 (7.2В) |
$25 (6В) |
$100 (7.2В) |
$100 (7.2В) |
$5 (9В) |
| Ціна на цикл (US $) | $0.04 | $0.12 | $0.10 | $0.14 | $0.29 | $0.10-0.50 |
| Початок комерційного використання | 1950 | 1990 | 1970 | 1991 | 1999 | 1992 |
таблиця взята з
Дана стаття про Нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори вже давно є класикою на просторах російського інтернету. Рекомендую ознайомитися ...
Нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори за своєю конструкцією є аналогами нікель-кадмієвих (Ni-Cd) акумуляторів, а по електрохімічним процесам - нікель-водневих акумуляторів. Питома енергія Ni-MH акумулятора істотно вище питомої енергії Ni-Cd і водневих акумуляторів (Ni-H2)
ВІДЕО: Акумулятори нікель-металгідридні (NiMH)
Порівняльні характеристики акумуляторів
| параметри | Ni-Cd | Ni-H2 | Ni-MH |
| Номінальна напруга, V | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| Питома енергія: Втч / кг | Втч / л | 20-40 60-120 |
40-55 60-80 |
50-80 100-270 |
| Термін служби: роки | цикли | 1-5 500-1000 |
2-7 2000-3000 |
1-5 500-2000 |
| Саморозряд,% | 20-30 (За 28 діб.) |
20-30 (За 1 добу.) |
20-40 (За 28 діб.) |
| Робоча температура, ° С | -50 — +60 | -20 — +30 | -40 — +60 |
*** Великий розкид деяких параметрів в таблиці викликаний різним призначенням (конструкціями) акумуляторів. Крім того, в таблиці не враховуються дані по сучасним акумуляторам з низьким саморазрядом
Історія Ni-MH акумулятора
Розробка нікель-метал-гідридних (Ni-MH) акумуляторних батарей почалася в 50-70-х рр минулого століття. В результаті був створений новий спосіб збереження водню в нікель-водневих батареях, які використовувалися в космічних апаратах. У новому елементі водень накопичувався в сплавах певних металів. Сплави, абсорбуючі водень в обсязі в 1000 разів більше їх власного обсягу, були знайдені в 1960-х роках. Ці сплави складаються з двох або декількох металів, один з яких абсорбує водень, а інший є каталізатором, що сприяє дифузії атомів водню в решітку металу. Кількість можливих комбінацій застосовуваних металів практично не обмежена, що дає можливість оптимізувати властивості сплаву. Для створення Ni-MH акумуляторів треба було створення сплавів, що здатні працювати при малому тиску водню і кімнатній температурі. В даний час робота по створенню нових сплавів і технологій їх обробки триває в усьому світі. Сплави нікелю з металами рідкоземельної групи можуть забезпечити до 2000 циклів заряду-розряду акумулятора при зниженні ємності негативного електрода не більше ніж на 30%. Перший Ni-MH акумулятор, в якому в якості основного активного матеріалу металгідридних електрода застосовувався сплав LaNi5, був запатентований Біллом в 1975 р ранніх експериментах з металгідридними сплавами, нікель-металгідридні акумулятори працювали нестабільно, і необхідної ємності батарей досягти не виходило. Тому промислове використання Ni-MH акумуляторів почалося тільки в середині 80-х років після створення сплаву La-Ni-Co, що дозволяє електрохімічних оборотно абсорбувати водень протягом більше 100 циклів. З тих пір конструкція Ni-MH акумуляторних батарей безперервно удосконалювалася в бік збільшення їх енергетичної щільності. Заміна негативних пластин дозволила підвищити в 1,3-2 рази ятати активних мас позитивного електрода, який і визначає ємність акумулятора. Тому Ni-MH акумулятори мають в порівнянні з Ni-Cd акумуляторами значно більш високими питомими енергетичними характеристиками. Успіх поширенню нікель-металгідридних акумуляторних батарей забезпечили, висока енергетична щільність і нетоксічност' матеріалів, використовуваних при їх виробництві.
Основні процеси Ni-MH акумуляторів
В Ni-MH акумуляторах в якості позитивного електрода використовується оксидно-нікелевий електрод, як і в нікель-кадмиевом акумуляторі, а електрод зі сплаву нікелю з рідкоземельними металами, що поглинає водень, використовується замість негативного кадмиевого електрода. На позитивному оксидно-нікелевому електроді Ni-MH акумулятора протікає реакція:
Ni (OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (заряд) NiOOH + H 2 O + e - → Ni (OH) 2 + OH - (розряд)
На негативному електроді метал з абсорбованим воднем перетворюється в металлгідрід:
M + H 2 O + e - → MH + OH- (заряд) MH + OH - → M + H 2 O + e - (розряд)
Загальна реакція в Ni-MH акумуляторі записується в наступному вигляді:
Ni (OH) 2 + M → NiOOH + MH (заряд) NiOOH + MH → Ni (OH) 2 + M (розряд)
Електроліт в основний токообразующей реакції не бере. Після повідомлення 70-80% ємності і при перезаряді на оксидно-нікелевому електроді починає виділятися кисень,
2OH- → 1 / 2O 2 + H2O + 2 e - (перезарядка)
який відновлюється на негативному електроді:
1 / 2O 2 + H 2 O + 2 e - → 2OH - (перезарядка)
Дві останні реакції забезпечують замкнутий кисневий цикл. При відновленні кисню забезпечується ще й додаткове підвищення ємності металгідридних електрода за рахунок утворення групи ОН -.
Конструкція електродів Ni-MH акумуляторів
Металлводородний електрод
Головним матеріалом, що визначає характеристики Ni-MH акумулятора, є водень-абсорбуючий сплав, який може поглинати обсяг водню, в 1000 разів перевищує свій власний обсяг. Найбільше поширення набули сплави типу LaNi5, в яких частина нікелю замінена марганцем, кобальтом і алюмінієм для збільшення стабільності і активності сплаву. Для зменшення вартості деякі фірми-виробники замість лантану застосовують миш-метал (Мm, який являє собою суміш рідкоземельних елементів, їх співвідношення в суміші близько до співвідношення в природних рудах), що включає крім лантану також церій, празеодим і неодим. При зарядно-розрядному циклировании має місце розширення і стиснення на 15-25% кристалічної решітки водородабсорбірующіх сплавів через абсорбції і десорбції водню. Такі зміни ведуть до утворення тріщин в сплаві з-за збільшення внутрішнього напруги. Освіта тріщин викликає збільшення площі поверхні, яка піддається корозії при взаємодії з лужним електролітом. З цих причин розрядна ємність негативних пластин поступово знижується. В акумуляторі з обмеженою кількістю електроліту, це породжує проблеми, пов'язані з перерозподілом електроліту. Корозія сплаву призводить до хімічної пасивності поверхні через утворення стійких до корозії оксидів і гідроксидів, які підвищують перенапруження основний токообразующей реакції металогідридного електрода. Освіта продуктів корозії відбувається зі споживанням кисню і водню з розчину електроліту, що, в свою чергу, викликає зниження кількості електроліту в акумуляторі і підвищення його внутрішнього опору. Для уповільнення небажаних процесів диспергування і корозії сплавів, що визначають термін служби Ni-MH акумуляторів, застосовуються (крім оптимізації складу і режиму виробництва сплаву) два основні методи. Перший метод полягає в Мікрокапсулювання частинок сплаву, тобто в покритті їх поверхні тонким пористим шаром (5-10%) - по масі нікелю або міді. Другий метод, який знайшов найбільш широке застосування в даний час, полягає в обробці поверхні частинок сплаву в лужних розчинах з формуванням захисних плівок, проникних для водню.
Оксіднонікелевий електрод
Оксидно-нікелеві електроди в масовому виробництві виготовляються в наступних конструктивних модифікаціях: ламельні, безламельние спечені (металокерамічні) і пресовані, включаючи таблеткові. В останні роки починають використовуватися безламельние повстяні і пенополімерние електроди.
ламельні електроди
Ламельні електроди являють собою набір об'єднаних між собою перфорованих коробочок (ламелей), вироблених з тонкої (товщиною 0,1 мм) нікельованої сталевої стрічки.
Спечені (металокерамічні) електроди
електроди даного типу складаються з пористої (з пористістю не менше 70%) металлокерамической основи, в порах якої розташовується активна маса. Основу виготовляють з карбонільного нікелевого дрібнодисперсного порошку, який в суміші з карбонатом амонію або карбамідом (60-65% нікелю, решта - наповнювач) напресовують, накочуються або напилюють на сталеву або нікелеву сітку. Потім сітку з порошком піддають термообробці в відновлювальної атмосфері (зазвичай в атмосфері водню) при температурі 800-960 ° С, при цьому карбонат амонію або карбамід розкладається і випаровується, а нікель спікається. Отримані таким чином основи мають товщину 1-2,3 мм, пористість 80-85% і радіус пір 5-20 мкм. Основу черзі просочують концентрованим розчином нітрату нікелю або сульфату нікелю і нагрітим до 60-90 ° С розчином лугу, яка спонукає осадження оксидів і гідроксидів нікелю. В даний час використовується також електрохімічний метод просочення, при якому електрод піддається катодного обробці в розчині нітрату нікелю. Через освіти водню розчин в порах пластини подщелачивают, що призводить до осадження оксидів і гідроксидів нікелю в порах пластини. До різновидів спечених електродів зараховують фольгові електроди. Електроди виробляють нанесенням на тонку (0,05 мм) перфоровану нікелеву стрічку з двох сторін, методом пульверизації, спиртової емульсії нікелевого карбонільного порошку, що містить речовини, що пов'язують, спіканням і подальшої хімічної або електрохімічної просоченням реагентами. Товщина електрода становить 0,4-0,6 мм.
пресовані електроди
Пресовані електроди виготовляють методом напрессовки під тиском 35-60 МПа активної маси на сітку або сталеву перфоровану стрічку. Активна маса складається з гідроксиду нікелю, гідроксиду кобальту, графіту і сполучного речовини.
Металловойлочние електроди
Металловойлочние електроди мають високопористу основу, зроблену з нікелевих або вуглецевих волокон. Пористість цих основ - 95% і більше. Повстяний електрод виконаний на базі нікельованого полімерного або вуглеграфітового фетру. Товщина електрода в залежності від його призначення знаходиться в діапазоні 0,8-10 мм. Активна маса вноситься в повсть різними методами в залежності від його щільності. Замість повсті може використовуватися пінонікель, Одержуваний никелированием пінополіуретану з подальшим відпалом в відновної середовищі. У високопористу середу вносяться зазвичай методом намазування паста, що містить гідроксид нікелю, і сполучна. Після цього основа з пастою сушиться і вальці. Повстяні і пенополімерние електроди характеризуються високою питомою ємністю і великим ресурсом.
Конструкція Ni-MH акумуляторів
Ni-MH акумулятори циліндричної форми
Позитивний і негативний електроди, розділені сепаратором, згорнуті у вигляді рулону, який вставлений в корпус і закритий герметизуючої кришкою з прокладкою (рисунок 1). Кришка має запобіжний клапан, що спрацьовує при тиску 2-4 МПа в разі збою при експлуатації акумулятора.
Рис.1. Конструкція нікель-металгідридних (Ni-MH) акумулятора: 1-корпус, 2-кришка, 3-калпачок клапана, 4-клапан, 5-колектор позитивного електрода, 6-ізоляційне кільце, 7-отрецательний електрод, 8-сепаротор, 9 позитивний електрод, 10-ізолятор.
Ni-MH акумулятори призматичної форми
У призматичних Ni-MH акумуляторах позитивні і негативні електроди розміщені по черзі, а між ними розміщується сепаратор. Блок електродів вставлений в металевий або пластмасовий корпус і закритий герметизуючої кришкою. На кришці як правило встановлюється клапан або датчик тиску (малюнок 2).
Рис.2. Конструкція Ni-MH акумулятора: 1-корпус, 2-кришка, 3-калпачок клапана, 4-клапан, 5-ізоляційна прокладка, 6-ізолятор, 7-отрецательний електрод, 8-сепаротор, 9-позитивний електрод.
В Ni-MH акумуляторах використовується лужний електроліт, що складається з КОН з добавкою LiOH. Як сепаратора в Ni-MH акумуляторах застосовуються неткані поліпропілен і поліамід товщиною 0,12-0,25 мм, оброблені змочувачем.
позитивний електрод
В Ni-MH акумуляторах застосовуються позитивні оксидно-нікелеві електроди, аналогічні використовуваним в Ni-Cd акумулятори. В Ni-MH акумуляторах в основному застосовуються металокерамічні, а в останні роки - повстяні і пенополімерние електроди (див. Вище).
негативний електрод
Практичне застосування в Ni-MH акумуляторах знайшли п'ять конструкцій негативного металогідридного електрода (див. Вище): - ламельная, коли порошок водень-абсорбуючої сплаву зі сполучних речовин або без сполучного, запресований в нікелеву сітку; - пенонікелевая, коли паста зі сплавом і сполучних речовин вводиться в пори пенонікелевой основи, а потім сушиться і пресується (вальці); - фольгова, коли паста зі сплавом і сполучних речовин наноситься на перфоровану нікелеву або сталеву нікельовану фольгу, а потім сушиться і пресується; - вальцованная, коли порошок активної маси, що складається зі сплаву і сполучного речовини, наноситься вальцюванням (прокаткою) на розтяжних нікелеву грати або мідну сітку; - спечена, коли порошок сплаву напресовується на нікелеву сітку і після цього спікається в атмосфері водню. Питомі ємності металогідридних електродів різних конструкцій близькі за значенням і визначаються, в основному, ємністю застосовуваного сплаву.
Характеристики Ni-MH акумуляторів. електричні характеристики
Напруга розімкненого ланцюга
Значення напруги розімкнутого ланцюга Uр.ц. Ni-MH-системи точно визначити важко внаслідок залежності рівноважного потенціалу оксидно-нікелевого електрода від ступеня окислення нікелю, а також залежно рівноважного потенціалу металогідридного електрода від ступеня насичення його воднем. Через 24 години після заряду акумулятора, напруга розімкнутого ланцюга зарядженого Ni-MH акумулятора знаходиться в інтервалі 1,30-1,35В.
Номінальна розрядна напруга
Uр при нормованому струмі розряду Iр = 0,1-0,2С (С - номінальна ємність акумулятора) при 25 ° С становить 1,2-1,25В, звичайне кінцева напруга - 1В. Напруга зменшується з ростом навантаження (див. Малюнок 3)
Рис.3. Розрядні характеристики Ni-MH акумулятора при температурі 20 ° С і різних нормованих токах навантаження: 1-0,2С; 2-1С; 3-2С; 4-3С
Ємність акумуляторів
З підвищенням навантаження (зменшення часу розряду) і при зниженні температури ємність Ni-MH акумулятора зменшується (малюнок 4). Особливо помітно дія зниження температури на ємність при великих швидкостях розряду і при температурах нижче 0 ° С.
Рис.4. Залежність розрядної ємності Ni-MH акумулятора від температури при різних токах розряду: 1-0,2С; 2-1С; 3-3С
Збереження і термін служби Ni-MH акумуляторів
При зберіганні відбувається саморозряд Ni-MH акумулятора. Через місяць при кімнатній температурі втрата ємності складає 20-30%, а при подальшому зберіганні втрати зменшуються до 3-7% в місяць. Швидкість саморозряду підвищується при збільшенні температури (див. Рисунок 5).
Рис.5. Залежність розрядної ємності Ni-MH акумулятора від часу зберігання при різних температурах: 1-0 ° С; 2-20 ° С; 3-40 ° С
Зарядка Ni-MH акумулятора
Напрацювання (число разрядно-зарядних циклів) і термін служби Ni-MH акумулятора в значній мірі визначаються умовами експлуатації. Напрацювання знижується зі збільшенням глибини і швидкості розряду. Напрацювання залежить від швидкості заряду і способу контролю його закінчення. Залежно від типу Ni-MH акумуляторів, режиму роботи та умов експлуатації акумулятори забезпечують від 500 до 1800 разрядно-зарядних циклів при глибині розряду 80% і мають термін служби (в середньому) від 3 до 5 років.
Для забезпечення надійної роботи Ni-MH акумулятора протягом гарантованого терміну потрібно дотримуватися рекомендацій та інструкцію виробника. Найбільшу увагу слід приділити температурному режиму. Бажано уникати перерозряду (нижче 1В) і коротких замикань. Рекомендується використовувати Ni-MH акумулятори за призначенням, уникати поєднання вживаних і невикористаних акумулятора, не припаювати безпосередньо до акумулятора проводи або інші частини. Ni-MH акумулятори чутливіші до перезаряду, ніж Ni-Cd. Перезаряд може привести до теплового розгону. Зарядка як правило проводиться струмом Iз = 0,1 протягом 15 годин. Компенсаційний підзаряд виробляють струмом Iз = 0,01-0,03С протягом 30 годин і більше. Прискорений (за 4 - 5 годин) і швидкий (за 1 годину) заряди можливі для Ni-MH акумуляторів, що мають високоактивні електроди. При таких зарядах процес контролюється по зміні температури Т і напруги ΔU і іншим параметрам. Швидкий заряд застосовується, наприклад, для Ni-MH акумуляторів, що живлять ноутбуки, мобільні телефони, електричні інструменти, хоча в ноутбуках і стільникових телефонах зараз в основному використовуються літій-іонні і літій-полімерні акумулятори. Рекомендується також триступеневий спосіб заряду: перший етап швидкого заряду (1С та вище), заряд зі швидкістю 0,1 протягом 0,5-1 ч для заключної підзарядки, і заряд зі швидкістю 0,05-0,02С як компенсаційний підзарядки. Інформація про способи заряду Ni-MH акумуляторів зазвичай міститься в інструкціях фірми-виробника, а рекомендований струм зарядки вказано на корпусі акумулятора. Зарядний напруга Uз при Iз = 0,3-1С лежить в інтервалі 1,4-1,5В. Унаслідок виділення кисню на позитивних пластинах, кількість електрики відданого при заряді (Qз) більше розрядної ємності (Ср). При цьому віддача по ємності (100 Ср / Qз) становить 75-80% і 85-90% відповідно для дискових і циліндричних Ni-MH акумуляторів.
Контроль заряду і розряду
Для виключення перезаряда Ni-MH акумуляторних батарей можуть застосовуватися такі методи контролю заряду з відповідними датчиками, що встановлюються в акумуляторні батареї або зарядними пристроями:
- метод припинення заряду по абсолютній температурі Т max. Температура батареї постійно контролюється під час процесу заряду, а при досягненні максимального значення швидкий заряд переривається;
- метод припинення заряду по швидкості зміни температури ΔT / Δt. При застосуванні цього методу крутизна температурної кривої акумуляторної батареї постійно контролюється під час процесу заряду, а коли цей параметр стає вище виразно встановленого значення, заряд переривається;
- метод припинення заряду по негативній дельті напруги -ΔU. В кінці заряду акумулятора при здійсненні кисневого циклу починає підвищуватися його температура, приводячи до зменшення напруги;
- метод припинення заряду по максимальному часу заряду t;
- метод припинення заряду по максимальному тиску Pmax. Використовується зазвичай в призматичних акумуляторах великих розмірів і ємності. Рівень допустимого тиску в призматичному акумуляторі залежить від його конструкції і лежить в інтервалі 0,05-0,8 МПа;
- метод припинення заряду по максимальному напрузі Umax. Застосовується для відключення заряду акумуляторів з високим внутрішнім опором, яке з'являється в кінці терміну служби через нестачу електроліту або при низькій температурі.
При застосуванні методу Тmax акумуляторна батарея може бути занадто перезаряджаючи, якщо температура навколишнього середовища знижується, або батарея може отримати недостатньо заряду, якщо температура навколишнього середовища значно підвищується. Метод ΔT / Δt може застосовуватися дуже ефективно для припинення заряду при низьких температурах навколишнього середовища. Але якщо при більш високих температурах застосовувати тільки цей метод, то акумулятори всередині акумуляторних батарей будуть піддаватися нагріванню до небажано високих температур до того, як може бути досягнуто значення ΔT / Δt для відключення. Для певного значення ΔT / Δt може бути отримана велика вхідна ємність при більш низькій температурі навколишнього середовища, ніж при більш високій температурі. На початку заряду акумуляторної батареї (як і в кінці заряду) відбувається швидке підвищення температури, що може привести до передчасного відключення заряду при застосуванні методу ΔT / Δt. Для виключення цього розробники зарядних пристроїв використовують таймери початкової затримки спрацьовування датчика при методі ΔT / Δt. Метод -ΔU є ефективним для припинення заряду при низьких температурах навколишнього середовища, а не при підвищених температурах. У цьому сенсі метод схожий на метод ΔT / Δt. Для забезпечення припинення заряду в тих випадках, коли непередбачені обставини перешкоджають нормальному переривання заряду, рекомендується також використовувати контроль за таймером, який регулює тривалість операції заряду (метод t). Таким чином, для швидкого заряду акумуляторних батарей нормованими струмами 0,5-1С при температурах 0-50 ° С доцільно застосовувати одночасно методи Тmax (з температурою відключення 50-60 ° С в залежності від конструкції акумуляторів і батарей), -ΔU (5 15 мВ на акумулятор), t (зазвичай для отримання 120% номінальної ємності) і Umax (1,6-1,8 В на акумулятор). Замість методу -ΔU може використовуватися метод ΔT / Δt (1-2 ° С / хв) з таймером початкової затримки (5-10 хв). Про контроль заряду так само см. Соответствуюших статтю Після проведення швидкого заряду акумуляторної батареї, в зарядний пристрій передбачають перемикання їх на підзаряд нормованим струмом 0,1 - 0,2 с протягом певного часу. Для Ni-MH акумуляторів не рекомендується заряд при постійній напрузі, тому що може статися «теплової вихід з ладу» акумуляторів. Це пов'язано з тим, що в кінці заряду відбувається підвищення струму, який пропорційний різниці між напругою електроживлення і напругою акумулятора, а напруга акумулятора в кінці заряду знижується через підвищення температури. При низьких температурах швидкість заряду повинна бути зменшена. В іншому випадку кисень не встигне рекомбінуватися, що призведе до зростання тиску в акумуляторі. Для експлуатації в таких умовах рекомендуються Ni-MH акумулятори з високопористого електродами.
Переваги та недоліки Ni-MH акумуляторів
Значне збільшення питомих енергетичних параметрів не єдина перевага Ni-MH акумуляторів перед Ni-Cd акумуляторами. Відмова від кадмію означає також перехід до більш екологічно чистим виробництвам. Легше вирішується і проблема утилізації що вийшли з ладу акумуляторів. Ці гідності Ni-MH акумуляторів визначили більш швидке зростання обсягів їх виробництва у всіх провідних світових акумуляторних компаній у порівнянні з Ni-Cd акумуляторами.
У Ni-MH акумуляторів немає «ефекту пам'яті», властивого Ni-Cd акумуляторів через утворення нікелата в негативному кадмиевом електроді. Однак ефекти, пов'язані з перезарядом оксидно-нікелевого електрода, зберігаються. Зменшення розрядної напруги, що спостерігається при частих і довгих перезарядити так само, як і у Ni-Cd акумуляторів, може бути усунуто при періодичному здійсненні кількох розрядів до 1В - 0.9В. Такі розряди досить проводити 1 раз на місяць. Однак нікель-металогідридні акумулятори поступаються нікель-кадмієвих, які вони покликані замінити, за деякими експлуатаційними характеристиками:
- Ni-MH акумулятори ефективно працюють в більш вузькому інтервалі робочих струмів, що пов'язано з обмеженою десорбцией водню металгідридних електрода при дуже високих швидкостях розряду;
- Ni-MH акумулятори мають більш вузький температурний діапазон експлуатації: велика їх частина непрацездатна при температурі нижче -10 ° С і вище +40 ° С, хоча в окремих серіях акумуляторів коригування рецептур забезпечила розширення температурних меж;
- протягом заряду Ni-MH акумуляторів виділяється більше теплоти, ніж при заряді Ni-Cd акумуляторів, тому з метою попередження перегріву батареї з Ni-MH акумуляторів в процесі швидкого заряду і / або значного перезарядження в них встановлюють термо-запобіжники або термо-реле, які мають у своєму розпорядженні на стінці одного з акумуляторів в центральній частині батареї (це відноситься до промислових акумуляторним збірок);
- Ni-MH акумулятори мають підвищений саморозряд, що визначається неминучістю реакції водню, розчиненого в електроліті, з позитивним оксидно-нікелевим електродом (але, завдяки використанню спеціальних сплавів негативного електрода, вдалося домогтися зниження швидкості саморозряду до величин, близьких до показників для Ni-Cd акумуляторів );
- небезпека перегріву при заряді одного з Ni-MH акумуляторів батареї, а також переполюсованія акумулятора з меншою ємністю при розряді батареї, зростає з неузгодженістю параметрів акумуляторів в результаті тривалого циклирования, тому створення батарей більш ніж з 10 акумуляторів не рекомендується усіма виробниками;
- втрати ємності негативного електрода, які мають місце в Ni-MH акумуляторі при розряді нижче 0 В, незворотні, що висуває більш жорсткі вимоги до підбору акумуляторів в батареї і контролю процесу розряду, ніж в разі використання Ni-Cd акумуляторів, як правило рекомендується розряд до 1 в / ак в батареях незначного напруги і до 1,1 в / ак в батареї з 7-10 акумуляторів.
Як вже зазначалося раніше, деградація Ni-MH акумуляторів визначається перш за все зниженням при циклировании сорбуючою здатності негативного електрода. У циклі заряду-розряду відбувається зміна обсягу кристалічної решітки сплаву, що призводить до утворення тріщин і подальшої корозії при реакції з електролітом. Освіта продуктів корозії відбувається з поглинанням кисню і водню, в результаті чого зменшується загальна кількість електроліту і підвищується внутрішній опір акумулятора. Слід зауважити, що характеристики Ni-MH акумуляторів істотно залежать від сплаву негативного електрода і технології обробки металу для підвищення стабільності його складу і структури. Це змушує виробників акумуляторів уважно ставитися до вибору постачальників сплаву, а споживачів акумуляторів - до вибору компанії-виробника.
За матеріалами сайтів pоwеrinfо.ru, «Чіп і Діп»
Основні типи акумуляторів:
- Ni-Cd Нікель-кадмієві акумулятори
- Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори
- Li-Ion Літій-іонні акумулятори
Ni-Cd Нікель-кадмієві акумулятори
Для акумуляторного інструменту нікель-кадмієві акумулятори є фактичним стандартом. Інженерам добре відомі їхні переваги і недоліки, зокрема Ni-Cd Нікель-кадмієві акумулятори містять кадмій - важкий метал підвищеної токсичності.
У нікель-кадмієвих акумуляторів є так званий «ефект пам'яті» суть якого зводиться до того, що при заряді в повному обсязі розрядженого акумулятора його новий розряд можливий тільки до того рівня, з якого його зарядили. Іншими словами акумулятор «пам'ятає» рівень залишкового заряду, з якого його повністю зарядили.
Отже, при заряді в повному обсязі розрядженого Ni-Cd акумулятора відбувається зменшення його ємності.
Існує кілька способів боротьби з цим явищем. Наведемо лише самий простий і надійний спосіб.
При використанні акумуляторного інструменту з Ni-Cd акумуляторними батареями слід дотримуватися простого правила: заряджати тільки повністю розряджені акумулятори.
Плюси Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів
- Низька ціна Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів
- Можливість віддавати найбільший струм навантаження
- Можливість швидкого заряду акумуляторної батареї
- Збереження високої ємності акумулятора до -20 ° C
- Велика кількість циклів заряду-розряду. При правильній експлуатації подібні акумулятори відмінно працюють і допускають до 1000 циклів заряду-розряду і більш
Мінуси Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів
- Відносно високий рівень саморозряду - Ni-Cd Нікель-кадмієвий акумулятор втрачає близько 8-10% своєї ємності в першу добу після повного заряду.
- Під час зберігання Ni-Cd Нікель-кадмієвий акумулятор втрачає близько 8-10% заряду кожного місяця
- Після тривалого зберігання ємність Ni-Cd Нікель-кадмиевого акумулятора відновлюється після 5 циклів розряду-заряду.
- Для продовження терміну служби Ni-Cd Нікель-кадмиевого акумулятора рекомендується кожен раз повністю його розряджати для запобігання проявам «ефекту пам'яті»
Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори
Ці акумулятори пропонуються на ринку як менш токсичні (в порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами) і більш екологічно безпечні, як у виробництві, так і при утилізації.
На практиці Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори дійсно демонструють досить велику ємність при габаритах і масі, кілька менших, ніж у стандартних Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторів.
Завдяки практично повної відмови від застосування токсичних важких металів в конструкції Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів останні після використання можуть бути утилізовані цілком безпечно і без екологічних наслідків.
У нікель-металогідридних акумуляторів трохи знижено «ефект пам'яті». На практиці «ефект пам'яті» практично непомітний через високий саморазряда цих акумуляторів.
При експлуатації Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів бажано розряджати їх в процесі роботи в повному обсязі.
Зберігати Ni-MH Нікель-металогідридні акумулятори слід в зарядженому стані. При тривалих (понад місяць) перервах в роботі акумулятори слід перезаряджати.
Плюси Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів
- нетоксичні акумулятори
- Менший «ефект пам'яті»
- Хороша працездатність при низькій температурі
- Велика ємність у порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами
Мінуси Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів
- Дорожчий тип акумуляторів
- Величина саморазряда приблизно в 1.5 рази вище в порівнянні з Ni-Cd Нікель-кадмієвих акумуляторами
- Після 200-300 циклів розряду-заряду робоча ємність Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів дещо знижується
- Батареї Ni-MH Нікель-металогідридних акумуляторів мають обмежений термін служби
Li-Ion Літій-іонні акумулятори
Безсумнівним достоїнством літій-іонних акумуляторів є практично непомітний «ефект пам'яті».
Завдяки цьому чудовому властивості Li-Ion акумулятор можна заряджати або заряджати в міру необхідності, виходячи з потреб. Наприклад, можна підзарядити в повному обсязі розряджений літій-іонний акумулятор перед важливою, відповідальною або тривалою роботою.
На жаль ці акумулятори є найбільш дорогими акумуляторними батареями. Крім того літій-іонні акумулятори мають обмежений термін служби, незалежний від числа циклів розряд-заряд.
Резюмуючи можна припустити, що літій-іонні акумулятори найкраще придатні для випадків постійної інтенсивної експлуатації акумуляторного інструменту.
Плюси Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
- Відсутня «ефект пам'яті» і тому з'являється можливість заряджати і заряджати акумулятор в міру необхідності
- Висока ємність Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
- Невелика маса Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
- Рекордно-низький рівень саморозряду - не більше 5% в місяць
- Можливість швидкого заряду Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
Мінуси Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
- Висока вартість Li-Ion Літій-іонних акумуляторів
- Скорочується час роботи при температурі нижче нуля градусів Цельсія
- Обмежений термін служби
Примітка
З практики експлуатації Li-Ion Літій-іонних акумуляторів в телефонах, фотокамерах і т.д. можна відзначити, що ці акумулятори служать в середньому від 4 до 6 років і витримують за цей час близько 250-300 циклів розряду-заряду. При цьому абсолютно точно помічено: більше циклів розряд-заряд - коротше термін служби Li-Ion Літій-іонних акумуляторів!
Всі ці типи акумуляторів мають такий важливий параметр як ємність. Ємність акумулятора показує, скільки часу він зможе живити підключену до нього навантаження. У радіостанції ємність акумулятора вимірюється в міліампер-годинах. Ця характеристика зазвичай вказується на самій батареї.
Для прикладу візьмемо радіостанцію Альфа 80 і її батарею ємністю 2800 мАг. При циклі роботи 5/5/90, де 5% часу роботи радіостанції на передачу, 5% роботи на прийом, 90% часу черговий режим - час роботи радіостанції складе не менше 15 годин. Чим нижче буде цей параметр у батареї, тим менше вона зможе пропрацювати.
Слідкуйте за новинами в наших групах:
Акумуляторні батареї стали основним джерелом харчування сучасних пристроїв, що працюють на електронній основі. Найбільш популярними вважаються Ni-MH акумулятори, так як вони практичні, довговічні і можуть мати підвищену ємністю. Але для збереження технічних характеристик під час всього терміну експлуатації слід дізнатися деякі особливості роботи накопичувачів даного класу, а також правильні умови зарядки.
Стандартні Ni-MH акумулятори
Як правильно заряджати Ni-MH акумулятори
Під час заряджання будь-якого автономного накопичувача, будь це батарейка простого смартфона або високоемкостних АКБ вантажівки, в ньому починається ряд хімічних процесів, через якого відбувається накопичення електричної енергії. Отримана накопичувачем електроенергія не зникає, частина її йде на заряд, а певний відсоток - на тепло.
Параметр, за яким визначається ефективність зарядки батареї, називається коефіцієнтом корисної дії автономного накопичувача. ККД дозволяє визначити, як співвідношення корисної роботи і непотрібних її втрат, що йдуть на нагрів. І в даному параметрі, акумулятори та батареї нікель-металогідридні сильно поступаються Ni-Cd накопичувачів, так як занадто велика частина енергії, що витрачається на їх заряд, паралельно йде і на нагрів.
Нікель-металогідридний накопичувач можна відновити самостійно
Щоб швидко і коректно зарядити нікель-металогідридних батарею, необхідно встановити правильну величину струму. Дана величина визначається, виходячи з такого параметра як ємність автономного джерела живлення. Можна збільшити силу струму, але робити це слід в певні етапи зарядки.
Спеціально для нікель-металогідридних акумуляторів визначені 3 різновиди зарядки:
- Крапельна. Протікає на шкоду довговічності батареї, не припиняється навіть по досягненню 100% заряду. Але при крапельної зарядці виділяється мінімальна кількість тепла.
- Швидка. Дотримуючись назвою, можна сказати що даний вид зарядки протікає трохи швидше, обумовлено це вхідним напруга в межах 0.8 Вольта. При цьому, рівень ККД підвищується до 90%, що вважається дуже хорошим показником.
- Режим дозаряда. Необхідний для заряду накопичувача до повної його ємності. Даний режим проводиться з використанням малого струму протягом 30-40 хвилин.
На цьому особливості заряду закінчуються, тепер слід розглянути кожен режим більш докладно.
Особливості крапельної зарядки
Основною особливістю крапельної зарядки NiZn, а також Ni-MH акумуляторів, є зниження її нагрівання під час протікання всього процесу, який може тривати до відновлення повної ємності накопичувача.
Стандартний зарядний пристрій для Ni-MH батарей
Чим примітна ця різновид зарядки:
- Маленький струм, відповідно - відсутність чітких рамок по різниці потенціалів. Напруга заряду може досягати свого максимуму без будь-якого негативного впливу на термін служби накопичувача.
- Коефіцієнт корисної дії в межах 70%. Звичайно, даний показник нижче інших, і час, необхідний для повного відновлення ємності, збільшується. Але при цьому знижується нагрів батареї.
Перераховані вище показники можна віднести до категорії позитивних. Тепер слід звернути увагу на негативні якості крапельної зарядки.
- Крапельний процес відновлення не припиняється навіть після відновлення повної ємності. Постійний вплив навіть маленького струму, при повному заряді батареї, швидко приводить її в непридатність.
- Необхідно розраховувати час заряду, виходячи з таких факторів як сила струму, напруга і. Не дуже зручно, і у деяких користувачів може зайняти занадто багато часу.
Сучасні нікель-металогідридні джерела живлення не так негативно сприймають крапельний заряд, як більш старі моделі. Але виробники зарядних пристроїв поступово відмовляються від застосування подібного відновлення ємності акумулятора.
Швидкий режим заряду Ni-MH батарей
Номінальними показниками заряду нікель-металогідридних батарей є:
- Сила струму в межах 1 А.
- Напруга від 0.8 В.
Наведено ті дані, від яких слід відштовхуватися. Для швидкого режиму заряду найкраще встановлювати силу струму, яка дорівнює 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, то наслідком може бути аварійний скид тиску, при якому відкривається спусковий клапан.
ЗУ з точними свідченнями сили струму
Для того, щоб режим швидкої зарядки не зашкодив батареї, необхідно стежити за закінченням самого процесу. ККД швидкого відновлення ємності складає близько 90%, що вважається дуже хорошим показником. Але в кінці процесу зарядки ККД різко падає, і наслідком такого падіння стає не тільки виділення великої кількості тепла, але і різке збільшення тиску. Звичайно, такі показники негативно позначаються на довговічності накопичувача.
Процес швидкого заряду складається з декількох етапів, які слід розглянути більш детально.
Підтвердження наявності показників заряду
Послідовність процесу:
- На полюса накопичувача подається попередній струм, який становить не більше 0.1 А.
- Напруга заряду в межах 1.8 В. При більш високому показники швидка зарядка батареї не почнеться.
Нікель-металогідридний елемент середньої ємності
Логічна схема в зарядний пристрій запрограмована на відсутність батареї. Це означає, що, якщо вихідна напруга буде складати більше 1.8 В, то зарядний пристрій сприйме такий показник як відсутність джерела живлення. Висока різниця потенціалів також виникає при пошкодженні 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 передбачений додатковий режим - попередній заряд. Це щадний режим, який дозволяє акумулятора «прокинутися». Використовується не тільки після повного відновлення ємності, але і при довгому зберігання 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 пред-зарядка? особливості процесу
Щоб знати, як правильно заряджати акумулятор, необхідно розібратися з процесом перед- заряду.
Головною особливістю режиму попереднього відновлення ємності є те, що на нього відводиться певний проміжок часу, не більше 30 хвилин. Сила струму встановлюється в межах від 0.1 А до 0.3 А. При таких параметрах відсутня небажаний нагрів, і акумулятор може спокійно «прокинутися». При перевищенні різниці потенціалів більш 0.8 В перед- заряд автоматично відключається і починається наступний щабель відновлення ємності.
Різноманітність нікель-металлогидридной продукції
Якщо після закінчення 30 хвилин напруга джерела живлення не досягло позначки в 0.8 В, даний режим припиняється, так як 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 знаходитися в межах 0.5-1 А.
- Контроль за тимчасовими показниками.
- Постійне порівняння різниці потенціалів. Відключення процесу відновлення, якщо даний показник впаде на 30 мВ.
Дуже важливо стежити за зміною параметрів напруги, так як по закінченню швидкої зарядки акумулятор починає швидко нагріватися. Тому ЗУ включають в себе окремі вузли, що відповідають за контроль напруги джерела живлення. Для цього спеціально використовується метод контролю за дельті напруги. Але деякі виробники ЗУ застосовують сучасні розробки, які відключають пристрій при тривалій відсутності будь-яких змін різниці потенціалів.
Більш дорогим варіантом є установка котроллер за зміною температури. Наприклад, при підвищенні температури Ni-MH накопичувача, швидкий режим відновлення ємності автоматично відключається. Для цього необхідно дорогі температурні датчики або радіоелектронні схеми, відповідно, підвищується ціна і на саме зарядний пристрій.
дозарядки
Даний етап дуже схожий на попередню зарядку акумуляторної батареї, при якому струм встановлюється в межах 0.1-0.3 А, а весь процес займає не більше 30 хвилин. Дозарядки необхідна, так як саме вона дозволяє вирівняти електронні заряди в джерелі живлення, і збільшити його експлуатаційний термін. Але при більш тривалому відновленні, навпаки, відбувається прискорене руйнування акумулятора.
Особливості надшвидкої зарядки
Існує ще одне важливе поняття відновлення ємності Ni-MH батарей - швидке зарядження. Яка не тільки швидко відновлює джерело живлення, але і продовжує його експлуатаційний термін. Пов'язано це з однією цікавою особливістю Ni-MH акумуляторів.
Металлогидрідниє джерела живлення можна заряджати підвищеними струмами, але тільки по досягненню 70% ємності. Якщо пропустити цей момент, то завищений параметр сили струму призведе тільки до швидкого руйнування акумулятора. На жаль, виробники ЗУ вважають установку подібних контролюючих вузлів на свої вироби дуже витратною, і використовують більш просту швидку зарядку.
Зручні пальчикові джерела живлення
Проводити надшвидку зарядку слід тільки на нових батареях. Підвищені струми приводять 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 Ni-MH батарей. І це зрозуміло, тому що даних джерел живлення найбільшу кількість у багатьох електронних пристроях.
Слід більш докладно розглянути функціонал зарядних пристроїв, створених спеціально для відновлення ємності нікель-металогідридних акумуляторів.
- Обов'язкова наявність декількох захисних функцій, які сформовані певним поєднанням деяких радіоелементів.
- Наявність ручного або автоматичного режиму регулювання сили струму. Тільки таким чином можна буде встановлювати різні етапи зарядки. Різниця потенціалів зазвичай береться постійною.
- Автоматична підзарядка акумуляторної батареї, навіть після досягнення стовідсоткової ємності. Це дозволяє постійно підтримувати основні параметри джерела живлення, не на шкоду експлуатаційного терміну.
- Розпізнавання джерел струму, які працюють за іншим принципом. Дуже важливий параметр, так як деякі різновиди акумуляторів, при занадто великому струмі заряду можуть вибухнути.
Остання функція також відноситься до розряду особливих і вимагає монтажу спеціального алгоритму. Тому багато виробників воліють відмовитися від неї.
Ni-MH джерела живлення користуються широкою популярністю через свою довговічності, простоти експлуатації, а також доступної ціни. Багато користувачів встигли оцінити позитивні якості даних виробів.