Відмінності між Ni-Cd та Ni-Mh акумуляторами. Нікель-метал-гідридний (Ni-MH) акумулятор Нікель металогідридні батареї

Нікель-металгідридні акумуляториприйшли на зміну нікель-кадмієвим та нікель-водневим батареям. В Ni-MHакумуляторах позитивний електрод, як і в нікель-кадмієвому акумуляторі, виготовляється з оксидно-нікелевого сплаву, а негативний – зі сплаву нікелю з рідкісноземельними металами, поглинаючий 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 є каталізатором, що сприяє дифузії атомів водню у сітку 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-металгідридніакумуляторні батареї відрізняє висока енергетична щільністьпроти попередниками. Тому що при їх виробництві використовуються нетоксичні матеріали, то легко 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 попередження 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 діапазонексплуатації: 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 батареями, на багатьох гібридних автомобілях використовуються нікель-металгідридні акумулятори. Вони суттєво дешевше, які виробництво технологічно відпрацьовано. Програютьж вони в ваговийякості (стосовно 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 удосконалюється 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%.

Дослідження в області 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 істотно покращена технологія виробництва NiMH батарей і 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 в залежності від режимів роботи та внутрішнього пристроюможуть бути відмінності у рази).
・ ефект пам'яті - NiMH батареї вимагають періодичного тренування (цикла повного розряду/заряду акумулятора)
· Відносно малий термін зберігання батарей - зазвичай не більше 3-х років при зберіганні в розрядженому стані, після чого губляться основні характеристики. Зберігання в прохолодних умовах при частковому заряді 40-60% уповільнюють процес старіння батарей.
・ Високий саморозряд батарей
・ Обмежена потужність - при перевищенні допустимих навантажень зменшується 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 та 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) та нікель з домішками інших металів (кобальт, алюміній, марганець) – компонент B. Для електродів типу AB2 використовуються титан та нікель з домішками цирконію, ванадію, заліза, марганцю, хрому.

Нікель-металгідридні акумулятори з електродами типу AB5 мають більше 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 зробити 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 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 велика кількість водню, що призведе до стравлювання надлишкової кількості водню через клапани елемента, википання 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 курити поруч із нікель-металгідридною батареєю, що заряджається. великої ємності.

Згодом у 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 сполучних перемичок, що терморозмикаються, між частиною акумуляторних елементів. Також бажано з'єднувати акумулятори в батареї шляхом точкового зварюванняперемичок, а не паяння.

Розряд нікель-металгідридних акумуляторів при низьких температурахлімітується 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 навколишнього середовища, тим менша потужність і ємність акумулятора, що віддається. Навпаки, за підвищеної температури в 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 наслідків через непорозуміння принципів безпечного використаннянікель-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 батарея 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 типів акумуляторів

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 умови зарядки.

Стандартні Ni-MH акумулятори

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. Отримувана накопичувачем електроенергія не зникає, частина її йде на заряд, а певний відсоток - тепло.

Параметр, за яким визначається ефективність заряджання батареї, називається коефіцієнтом корисної діїавтономного накопичувача. ККД дозволяє визначити, як співвідношення корисної роботиі непотрібних її втрат, що йдуть на нагрів. І в даному параметрі, акумулятори та батареї нікель-металогідридні сильно поступаються Ni-Cd накопичувачам, так як занадто більша частинаенергії, що витрачається з їхньої заряд, паралельно йде і 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 видзарядки 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.

У 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 нагрівання під час протікання всього процесу, який може тривати до відновлення повної ємності накопичувача.

Стандартний зарядний пристрій Ni-MH батарей

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 нижче інших, і час, необхідний для повного відновленняємності, збільшується. Але при цьому знижується нагрівання батареї.

Вищезазначені показники можна віднести до категорії позитивних. Тепер слід звернути увагу на негативні якості заряджання крапель.

• Краплинний процес відновлення не припиняється навіть після відновлення ємності. Постійна дія навіть маленького струму, при повному заряді батареї, швидко призводить до непридатності.
• 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 пристроїв поступово відмовляються від застосування такого відновлення ємності акумулятора.

Швидкий режим заряду батарей Ni-MH

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, що 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, наслідком може бути аварійне скидання тиску, при якому відкривається спусковий клапан.

ЗУ 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 зарядних пристроях запрограмована на відсутність батареї. Це означає, що, якщо вихідна напругабуде становити більше 1.8, 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 довгому 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 передзаряджання? 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 відсутній небажаний 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, 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, тому що 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 важливе поняття відновлення ємності Ni-MH батарей – надшвидка зарядка. Яка не лише швидко відновлює джерело живлення, а й продовжує його експлуатаційний термін. Це пов'язано з однією цікавою особливістю Ni-MH акумуляторів.

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, так як даних джерел живлення найбільше в багатьох електронних пристроїв.

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 завдаючи шкоди експлуатаційному терміну.
• Розпізнавання джерел струму, які працюють інакше принципу. Дуже важливий параметр, оскільки 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 доступну ціну. Багато користувачів встигли оцінити позитивні якостіданих виробів.

Nimh акумулятори – джерела живлення, які відносять до лужних АКБ. Вони схожі на нікель-водневі акумуляторні батареї. Але рівень їхньої енергетичної ємності більший.

Внутрішній склад акумуляторів ni mh схожий на склад нікель-кадмієвих джерел живлення. Для підготовки плюсового виведення використовують такий хімічний елемент, нікель, мінусового – сплав, який містить водневі метали типу, що поглинає.

Виділяють кілька типових конструкцій нікель метал гідридних АКБ:

• Циліндр. Для поділу струмопровідних висновків використано сепаратор, якому задана форма циліндра. На кришці зосереджений аварійний клапан, який відкривається при суттєвому підвищенні тиску.
• Призма. У такому нікель металу гідридному акумуляторі електроди зосереджені по черзі. Для їхнього поділу застосований сепаратор. Для розміщення основних елементів використовується корпус, підготовлений із пластику або спеціального сплаву. Для контролю тиску до складу кришки вводять клапан чи датчик.

Серед переваг такого джерела живлення виділяють:

• Питомі енергетичні параметри джерела живлення зростають у процесі експлуатації.
• Під час підготовки струмопровідних елементів не використовується кадмій. Тому проблем із утилізацією АКБ не виникає.
• Відсутність своєрідного "ефекту пам'яті". Тому потреби у збільшенні ємності немає.
• Щоб впоратися з розрядним напругою (зменшити його), фахівці виконують розрядку агрегату до 1 В 1-2 рази на місяць.

Серед обмежень, що мають відношення до акумуляторів металгідридним нікель, виділяють:

• Дотримання встановленого інтервалу робочих струмів. Перевищення цих показників призводить до стрімкого розряду.
• Експлуатація джерела живлення цього типу у сильні морози не допускається.
• До складу АКБ вводять термічні запобіжники, за допомогою яких визначають перегрів агрегату підвищення рівня температури до критичного показника.
• Схильність до саморозряду.

Заряджання акумулятора нікель металгідридного

Процес заряджання нікель металогідридних акумуляторів пов'язаний з певними хімічними реакціями. Для їх нормального перебігу потрібна частина енергії, що подається зарядником, від мережі.

ККД зарядного процесу є частиною одержуваної джерелом живлення енергії, що запасається. Розмір цього показника може відрізнятися. Але при цьому отримати 100% ККД неможливо.

Перед тим, як заряджати металогідридні акумулятори, вивчають основні види, які залежать від величини струму.

Краплинний тип заряджання

Застосовувати цей вид зарядки акумуляторів необхідно обережно, оскільки він призводить до зменшення періоду експлуатації. Оскільки відключення зарядника цього здійснюється вручну, процес потребує постійному контролі, регулюванні. І тут встановлюється мінімальний показник струму (0,1 від загальної ємності).

Оскільки при такій зарядці ni mh акумуляторів максимальна напруга не встановлюється, орієнтуються лише на часовий показник. Для оцінки часового проміжку використовують параметри ємності, що має розряджений джерело живлення.

ККД зарядженого у такий спосіб джерела живлення становить близько 65–70 відсотків. Тому компанії-виробники не рекомендують користуватися такими зарядниками, оскільки вони впливають на експлуатаційні характеристики акумуляторної батареї.

Швидка підзарядка

Визначаючи, яким струмом можна заряджати батареї в швидкому режимі, враховуються рекомендації виробників. Величина струму – від 0,75 до 1 загальної ємності. Перевищувати встановлений інтервал не рекомендується, оскільки аварійні клапани вмикаються.

Для заряду nimh акумуляторів у швидкому режимі встановлюється напруга від 0,8 до 8 вольт.

ККД швидкої зарядки ni mh джерел живлення сягає 90 відсотків. Але цей параметр зменшується, як тільки час заряджання закінчується. Якщо вчасно не відключити зарядник, то всередині батареї почне збільшуватися тиск, зросте температурний показник.

Щоб зарядити ni mh акб, виконують такі дії:

• Попередня зарядка

Цей режим вводять, якщо батарея повністю розряджена. На цьому етапі струм становить від 01 до 03 від ємності. Користуватись великими струмами заборонено. Часовий проміжок – близько півгодини. Як тільки параметр напруги досягає 0,8 вольт, процес припиняється.

• Перехід на прискорений режим

Процес нарощування струму здійснюється протягом 3-5 хвилин. Протягом усього проміжку часу контролюється температура. Якщо цей параметр досягає критичного значення, зарядник вимикається.

При швидкій зарядці нікель металогідридних батарей струм встановлюється на рівні 1 від загальної ємності. При цьому дуже важливо швидко відключити зарядний пристрій, щоб не зашкодити акумулятору.

Для контролю напруги використовують мультиметр чи вольтметр. Це сприяє виключенню помилкових спрацьовувань, які згубно впливають на працездатність пристрою.

Частина зарядних пристроїв для ni mh акумуляторів працюють не за постійного, а за імпульсного струму. Подача струму здійснюється із встановленою періодичністю. Подача імпульсного струму сприяє рівномірному розподілу електролітичного складу активних речовин.

• Додаткова та підтримуюча зарядка

Для заповнення повного заряду акумулятора ni mh на останньому етапі показник струму знижується до 0,3 від ємності. Тривалість – близько 25–30 хвилин. Збільшувати цей проміжок часу заборонено, оскільки це сприяє мінімізації періоду експлуатації АКБ.

Прискорена зарядка

Деякі моделі зарядних пристроїв для нікелю кадмієвих акумуляторів оснащені режимом прискореної зарядки. Для цього струм заряджання обмежують, встановлюючи параметри на рівні 9-10 від ємності. Знижувати струм заряду потрібно, як тільки батарею буде заряджено до 70 відсотків.

Якщо акумулятор заряджається в прискореному режимі більше півгодини, то структура струмопровідних висновків поступово руйнується. Фахівці рекомендують користуватися такою зарядкою, якщо ви маєте певний досвід.

Як правильно заряджати джерела живлення, а також унеможливити перезаряджання? Для цього слід дотримуватися таких правил:

1. Контролює температурний режим ni mh акумуляторів. Припиняти зарядку ним акумуляторів необхідно, як тільки рівень температури стрімко підвищується.
2. Для них джерел живлення встановлено тимчасові обмеження, які дозволяють контролювати процес.
3. Розряджати ni mh акумуляторні батареї і заряджати їх необхідно при напрузі, яка дорівнює 0,98. Якщо цей параметр суттєво знижується, виконується відключення зарядників.

Відновлення нікель металогідридних джерел живлення

Процес відновлення ni mh акумуляторів полягає у ліквідації наслідків «ефекту пам'яті», пов'язаних із втратою ємності. Імовірність виникнення такого ефекту збільшується, якщо часто здійснювати неповну зарядку агрегату. Апаратом фіксується нижня межа, після чого ємність знижується.

Перед тим як відновити джерело живлення, готуються такі предмети:

• Лампочка необхідної потужності.
• Зарядник Перед застосуванням важливо уточнити, чи можна використовувати зарядник для розряджання.
• Вольтметр чи мультиметр для встановлення напруги.

До акумуляторної батареї своїми руками підводять лампочку або зарядник, який оснащений відповідним режимом, щоб повністю її розрядити. Після цього вмикається режим заряджання. Чисельність циклів відновлення залежить від цього, протягом якого терміну не експлуатувалася АКБ. Процес тренування рекомендують повторювати 1-2 рази протягом місяця. До речі, відновлюю у такий спосіб ті джерела, які втратили 5–10 відсотків від загальної ємності.

Для обчислення втраченої ємності використовують досить простий спосіб. Так, акумуляторну батарею повністю заряджають, після чого розряджають і вимірюють ємність.

Цей процес суттєво спроститься, якщо користуватися зарядним пристроєм, за допомогою якого можна контролювати рівень напруги. Такі агрегати вигідно використовувати ще й тому, що можливість глибокого розряду скорочується.

Якщо рівень зарядженості нікелевих металогідридних батарей не встановлений, то підводити лампочку необхідно обережно. З допомогою мультиметра контролюється рівень напруги. Тільки так запобігає ймовірності повного розряду.

Досвідчені фахівці проводять як відновлення одного елемента, так і цілого блоку. У період заряджання проводять вирівнювання наявного заряду.

Відновлення джерела живлення, яке експлуатувалося протягом 2–3 років, при повному заряді, розряді не завжди дає очікуваний результат. Все тому, що електролітичний склад та струмопровідні висновки поступово змінюються. Перед застосуванням таких пристроїв виконується відновлення електролітичного складу.

Перегляньте відео про відновлення такого акумулятора.

Правила використання нікель-металогідридних акумуляторних батарей

Тривалість експлуатації ni mh акумуляторів багато в чому залежить від того, чи не допускається перегрів або суттєвий перезаряд джерела живлення. Додатково майстри радять враховувати такі правила:

• Незалежно від того, скільки зберігатимуться джерела живлення, їх обов'язково заряджають. Відсоток заряду повинен становити не менше ніж 50 від загальної ємності. Тільки у цьому випадку проблем під час зберігання та обслуговування не буде.
• Акумулятори такого типу відрізняються чутливістю до перезарядки, до надмірного нагрівання. Ці показники згубно впливають на тривалість використання, величину струмовіддачі. Для цих джерел живлення потрібні спеціальні зарядники.
• Проводити тренувальні цикли для нікель-металогідридних джерел живлення необов'язково. За допомогою перевіреного зарядника втрачена ємністьвідновлюється. Чисельність відновлювальних циклів великою мірою залежить від цього, у якому стані агрегат.
• Між циклами відновлення обов'язково роблять перерви, а також вивчають, як зарядити АКБ, що експлуатується. Цей часовий період потрібен, щоб агрегат охолонув, рівень температури опустився до необхідного показника.
• Процедура підзарядки або тренувального циклу проводиться лише у прийнятному температурному режимі: +5-+50 градусів. Якщо перевищувати цей показник, то можливість швидкого виходу з ладу підвищується.
• При підзарядці стежать, щоб напруга не опускалося нижче, ніж 0,9 вольта. Адже деякі зарядники не здійснюють зарядку, якщо це мінімальне значення. У таких випадках допускається підведення зовнішнього джерелавідновлення живлення.
• Циклічне відновлення проводять за умови, що є певний досвід. Адже не всі зарядні пристроїможна використовувати для розряджання акумулятора.
• Процедура зберігання включає ряд простих правил. Не допускається зберігання джерела живлення на відкритому повітрі або в приміщеннях, де рівень температури знижується до 0 градусів. Це провокує застигання електролітичного складу.

Якщо одноразово здійснюється зарядка не одного, а кількох джерел живлення, то рівень зарядженості підтримується на встановленому рівні. Тому недосвідчені споживачі здійснюють відновлення АКБ окремо.

Nimh акумулятори – ефективні джерела живлення, якими активно користуються для комплектації різних пристроїв та агрегатів. Вони виділяються певними перевагами, особливостями. Перед їх експлуатацією обов'язковим є облік основних правил використання.

Відео про Nimh акумулятори

Нікель металогідридні акумулятори є джерелом струму на основі хімічної реакції. Маркуються Ni-MH. Конструктивно є аналогом раніше розроблених нікеле-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd), а за хімічними реакціями, що відбуваються, аналогічні нікеле-водневим акумуляторам. Належать до категорії лужних джерел живлення.

Історичний екскурс

Необхідність у джерелах харчування, що перезаряджаються, виникла давно. Для різних видівтехніки дуже потрібні були компактні моделііз підвищеною ємністю збереження заряду. Завдяки космічній програмі розробили метод збереження водню в акумуляторних батареях. Це були перші нікелі водневі екземпляри.

Розглядаючи конструкцію, виділяються основні елементи:

1. електрод(Метал гідридний водневий);
2. катод(нікелевий оксид);
3. електроліт(Калію гідроксид).

Раніше використовувані матеріали виготовлення електродів були нестабільні. Але постійні досліди та вивчення призвели до того, що оптимальний склад було отримано. На даний момент для виготовлення електродів використовують гідрит лантану та нікелю (La-Ni-CO). Але різні виробники застосовують інші сплави, де нікель або частина його заміщають алюмінієм, кобальтом, марганцем, які стабілізують і активують сплав.

Хімічні реакції, що проходять

При заряді та розряді всередині акумуляторів відбуваються хімічні реакції, пов'язані з абсорбуванням водню. Реакції можна записати у такому вигляді.

• Під час заряджання: Ni(OH)2+M→NiOOH+MH.
• Під час розряду: NiOOH+MH→Ni(OH)2+M.

На катоді протікають такі реакції з виділенням вільних електронів:

• Під час заряджання: Ni(OH)2+ОН→NiOOH+H2О+е.
• Під час розряду: NiOOH+ H2О+е →Ni(OH)2+ОН.

На аноді:

• Під час заряджання: М+H2О+е →МH+ОH.
• Під час розряду: МН+ОН →М+. H2О+е.

Конструкція акумуляторів

Основний випуск нікель металогідридних акумуляторів проводиться у двох формах: призматичної та циліндричної.

Циліндричні Ni-MH елементи

У конструкцію входять:

• циліндричний корпус;
• кришка корпусу;
• клапан;
• клапанний ковпачок;
• анод;
• колектор аноду;
• катод;
• кільце діелектричне;
• сепаратор;
• ізоляційний матеріал.

Анод із катодом розділені між собою за допомогою сепаратора. Дана конструкція згорнута рулоном та поміщена в корпус акумулятора. Герметизацію виробляють за допомогою кришки та прокладки. На кришці передбачено запобіжний клапан. Він призначений для того, щоб при підвищенні тиску всередині акумулятора до 4 МПа при спрацьовуванні випускав надлишки летких сполук, що утворюються при хімічних реакціях.

Багато хто зустрічався мокрими або шапкою, що покрилися, джерелами живлення. Це результат роботи клапана під час перезаряджання. Характеристики змінюються та подальша експлуатація їх неможлива. За його відсутності акумулятори просто спухають і втрачають свою працездатність.

Призматичні Ni-MH елементи

У конструкцію входять такі елементи:

Призматична конструкція передбачає почергове розміщення анодів та катодів із поділом їх сепаратором. Зібрані таким чином блок, вони поміщаються в корпус. Корпус виготовляється пластиковим або металевим. Кришка герметизує конструкцію. Для безпеки та контролю за станом елемента живлення на кришці розміщують датчик тиску та клапан.

Як електроліт використовується луг – суміш гідроксиду калію (КОН) та гідроксиду літію (LiOH).

Для Ni-MH елементів ізолятором виступає поліпропілен або нетканий поліамід. Товщина матеріалу становить 120-250 мкм.

Для виробництва анодів виробники використовують металокераміку. Але останнім часом для зниження вартості використовують повсть та пінополімери.

При виробництві катодів використовуються різні технології:

Характеристики

напруга. У вільному стані внутрішній ланцюг акумулятора розімкнений. І її виміряти досить важко. Проблеми викликає рівновагу потенціалів на електродах. Але після повної зарядки після доби напруга на елементі становить 1,3-1,35В.

Напруга розряду при струмі, що не перевищує 0,2А та температурі навколишнього повітря 25°С становить 1,2-1,25В. Мінімальне значення – 1В.

Енергетична ємність, Вт∙ч/кг:

• теоретична – 300;
• питома – 60–72.

Саморозряд залежить від температури зберігання. Зберігання за кімнатної температури викликає втрату ємності до 30% протягом першого місяця. Потім швидкість уповільнюється до 7% за 30 днів.

Інші параметри:

• Електрична рушійна сила (ЕРС) – 1,25В.
• Енергетична щільність – 150 Вт∙год/дм3.
• Температура експлуатування – від -60 до +55°С.
• Тривалість експлуатації – до 500 циклів.

Правильна зарядка та контроль

Для накопичення енергії використовуються зарядні пристрої. Основне завдання недорогих моделей є подача стабілізованого напруги. Для заряджання нікель металогідридних акумуляторів потрібна напруга близько 1,4-1,6В. При цьому сила струму становитиме 0,1 ємності акумулятора.

Наприклад, якщо заявлена ​​ємність становить 1200 mAh, то струм зарядки відповідно повинен підбиратися близько або дорівнює 120 mA (0,12А).

Застосовуються швидка та прискорена зарядки. Процес швидкого заряджання становить 1 годину. На прискорений процес йде до 5:00. Такий інтенсивний процес контролюється зміною напруги та температури.

Процес звичайної зарядки продовжується до 16 годин. Для зменшення тривалості часу заряджання, сучасні зарядники зазвичай виробляються триступінчастими. Перший ступінь – швидкий заряд струмом рівним номінальної ємностіакумулятора або вище. Другий ступінь – струмом 0,1 ємності. Третій ступінь - струмом 0,05-0,02 від ємності.

Повинен здійснюватись контроль за процесом зарядки. Перезаряд згубно впливає на стан акумуляторів. Висока газоутворення призведе до спрацьовування запобіжного клапана та електроліт витікне.

Контроль проводиться за такими методиками:

Переваги та недоліки властиві Ni-MH елементам

Акумулятори останнього поколінняне страждають на таку хворобу, як «ефект пам'яті». Але після тривалого зберігання (більше 10 діб) перед початком зарядки його все ж таки необхідно повністю розрядити. Можливість появи ефекту пам'яті виникає від бездіяльності.

Збільшена ємність запасу енергії

Екологічність забезпечують сучасні матеріали. Перехід ними значно полегшив утилізацію відпрацьованих елементів.

Щодо недоліків, то їх теж чимало:

• високе тепловиділення;
• температурний діапазон роботи малий (від -10 до +40°С), хоча виробники заявляють інші показники;
• невеликий інтервал робочого струму;
• високий саморозряд;
• недотримання полярності виводить акумулятор із ладу;
• зберігати недовгий час.

Підбір по ємності та експлуатація

Перед тим як купити Ni-MH акумулятори слід визначитися з їх ємністю. Високі показники не вирішення проблеми нестачі енергії. Що ємність елемента, то сильніше виражено саморозрядження.

Циліндричні нікель металогідридні елементи у великій кількості випускаються розмірами, що мають маркування AA або AAA. У народі прозвані як пальчикові – aaa та мізинчикові – aa. Купити їх можна у всіх електромагазинах та магазинах, що торгують електронікою.

Як показує практика, акумулятори ємністю 1200-3000 mAh, що мають розмір aaa, використовуються у плейєрах, фотоапаратах та інших електронних пристроях із великим споживанням електрики.

Акумулятори ємністю 300-1000 mAh, звичайний розмір aa використовуються на приладах з невеликим споживанням енергії або відразу (портативна рація, ліхтар, навігатор).

Раніше поширені металгідридні акумулятори використовувалися у всіх портативних пристроях. Одиночні елементи встановлювалися у бокс, розроблений виробником для зручності установки. Вони мали зазвичай маркування EN. Придбати їх можна було лише у офіційних представників виробника.