Никель металлогидридные аккумуляторы

Температурный фактор и условия хранения

Современные зарядные устройства бывают снабжены специальной системой «оценивания» условий окружающей среды, в том числе и температурных факторов. Такой «зарядник» может сам определить, проводить зарядку в тех или иных условиях, или нет. Уже упоминалось о том, что уровень КПД внутри батареи бывает самым высоким именно в начале процесса, когда аккумуляторы гидридного плана нагреваются не так сильно. В конце процесса зарядки либо ближе к нему КПД резко падает, и вся энергия, превращаясь в тепло вследствие экзотермических химических реакций, выделяется наружу

Важно вовремя прекратить заряжать Ni-MH батарею. И, если есть возможность, обзавестись самым новым зарядным устройством, которое будет точно контролировать этот процесс

В настоящее время все зарядные устройства, в том числе и Сd аккумуляторы, могут заряжаться током до 1С с установлением норм воздушного охлаждения. Оптимальная температура помещения, в котором проводится зарядка — 20°С. Не рекомендуется начинать процесс при температуре меньше +5 и больше 50°С.

Уникальность Ni-Cd состоит в том, что это единственный вид элементов, которые не пострадают в случае, если их хранить полностью разряженными, в отличие от Ni-MH. Для лучшей отдачи тока заряд никель-кадмиевых аккумуляторов рекомендуется проводить непосредственно перед использованием. Также после длительного хранения им требуется «раскачка»: следует полностью зарядить и разрядить Ni-Cd АКБ за сутки для оптимальной работы.

Новый Ni-MH аккумулятор нужно перед применением полностью зарядить и разрядить три раза, затем сразу поставить на «базу» в течение 8-12 часов. Позже не будет необходимости долго держать его на зарядке — снимать сразу после указания специального индикатора на зарядном устройстве.

Хотя на смену всем этим элементам питания уже давно пришли более емкие, на основе лития, они активно используются и сейчас. Это и привычнее, и намного дешевле. К тому же, литиевые батареи при низких температурах работают намного хуже.

Особый случай.

Внимание!

Производители не гарантируют нормальную работу аккумуляторов
при зарядных токах превышающих ток ускоренной зарядки
I
зар должен быть меньше емкости
аккумулятора. Так для аккумуляторов емкостью 2500ма*час он должен
быть ниже 2,5А.. Бывает, что NiMH
элементы после
разрядки имеют напряжение менее 1,1 В

В этом случае необходимо
применить прием описанный в приведенной выше статье в журнале МИР
ПК. Элемент или последовательная группа элементов подключается к
источнику питания через автомобильную лампочку 21 Вт

Бывает, что NiMH
элементы после
разрядки имеют напряжение менее 1,1 В. В этом случае необходимо
применить прием описанный в приведенной выше статье в журнале МИР
ПК. Элемент или последовательная группа элементов подключается к
источнику питания через автомобильную лампочку 21 Вт.

Еще раз обращаю Ваше внимание! У таких
элементов обязательно надо проверить саморазряд! В большинстве
случаев именно элементы с пониженным напряжением имеют
повышенный
саморазряд. Эти элементы проще выкинуть.. Зарядка предпочтительна индивидуальная для каждого элемента

Зарядка предпочтительна индивидуальная для каждого элемента.

Для двух элементов напряжением 1,2 В зарядное напряжение
не должно превышать 5-6В. При форсированной зарядке лампочка
одновременно является индикатором. При снижении яркости лампочки
можно проверить напряжение на NiMH

элементе. Оно будет больше 1,1 В. Обычно, эта начальная, форсированная зарядка
занимает от 1 до 10 минут.

Если NiMH
элемент, при форсированной
зарядке в течении нескольких минут не увеличивает напряжение,
греется — это повод снять его с зарядки и отбраковать.

Рекомендую применять зарядные устройства только с возможностью
тренировки (регенерации) элементов при перезарядке. Если нет таких,
то через 5-6 рабочих циклов в аппаратуре, не дожидаясь
полной потери емкости, производить их тренировку и
отбраковывать

элементы имеющие сильный саморазряд.

И они Вас не
подведут.

В одном из форумов прокомментировали эту статью
»
написано тупо, но больше ничего нет
«. Так Вот это не»тупо», а просто и
доступно для выполнения на кухне каждому кто нуждается в
помощи.
Т.е. максимально просто. Продвинутые могут поставить
контроллер, подключить компьютер, …… , но это уже
другая история.

Чтобы не казалось тупо

Существуют «умные» зарядники для
NiMH
элементов.

Такой зарядник работает с каждым аккумулятор
отдельно.

Он умеет:

Самое главное, ПОДЧЕРКИВАЮ
,
данного типа устройства позволяют работать индивидуально
с каждым аккумулятором.

По отзывам пользователей такое зарядное устройство
позволяет восстановить большинство запущенных
аккумуляторов, а исправные эксплуатировать весь
гарантированный срок эксплуатации.

К сожалению я таким зарядником не пользовался,
поскольку в провинции его купить просто невозможно, но в
форумах Вы можете найти много отзывов.

Главное не заряжайте на больших токах, не смотря на
заявленный режим с токами 0,7 — 1А, это все же
малогабаритное устройство и может рассеять мощность 2-5
Вт.

Заключение

Любое восстановление NiMh

аккумуляторов строго индивидуальная (с каждым отдельным
элементом) работа. С постоянным контролем и отбраковкой
элементов не принимающих зарядку.

NiMH-аккумуляторы с низким саморазрядом (LSD NiMH)

Никель-металлогидридные аккумуляторы с низким саморазрядом (англ. low self-discharge nickel-metal hydride battery, LSD NiMH), впервые были представлены в ноябре 2005 года фирмой Sanyo под торговой маркой Eneloop. Позднее[когда?] многие мировые производители представили свои LSD NiMH-аккумуляторы.

Этот тип аккумуляторов имеет сниженный саморазряд, а значит обладает более длительным сроком хранения по сравнению с обычными NiMH. Аккумуляторы продаются как «готовые к использованию» или «предварительно заряженные» и позиционируются как замена щелочным батарейкам.

По сравнению с обычными аккумуляторами NiMH, LSD NiMH являются наиболее полезными, когда между зарядкой и использованием аккумулятора может пройти более трёх недель. Обычные NiMH-аккумуляторы теряют до 10 % ёмкости заряда в течение первых 24 часов после заряда, затем ток саморазряда стабилизируется на уровне до 0,5 % ёмкости в день. Для LSD NiMH этот параметр, как правило, находится в диапазоне от 0,04 % до 0,1 % ёмкости в день.[источник не указан 559 дней] Производители утверждают,[источник не указан 559 дней] что улучшив электролит и электрод, удалось добиться следующих преимуществ LSD NiMH относительно классической технологии:

1. Возможность работать с высокими токами разряда, которые могут на порядок превышать ёмкость аккумулятора. Из-за этой особенности LSD NiMH очень хорошо справляются с мощными фонарями, фотовспышками, радиоуправляемыми моделями и любыми другими мобильными устройствами, которые требуют отдачи большого тока.
2. Высокий коэффициент устойчивости к морозам. При −20 °C — потеря номинальной мощности составляет не более 12 %, в то время как лучшие экземпляры[источник не указан 779 дней] обычных NiMH-аккумуляторов теряют порядка 20—30 %.
3. Лучшее сохранение рабочего напряжения. Многие устройства не имеют драйверов питания и выключаются при падении напряжения, характерного для Ni-MH — до 1,1 В, а предупреждение низкого питания наступает при 1,205 В.
4. Большее время жизни: в 2—3 раза больше циклов заряда-разряда (до 1500 циклов) и лучше сохраняется ёмкость на протяжении жизни элемента.

Другим преимуществом NiMH-аккумуляторов с низким саморазрядом (LSD NiMH) является то, что они обычно имеют значительно более низкое внутреннее сопротивление, чем обычные NiMH-батареи. Это сказывается весьма положительно в устройствах с высоким токопотреблением:

• Более стабильное напряжение
• Уменьшенное тепловыделение, особенно на режимах быстрого заряда/разряда
• Более высокая эффективность
• Способность к высокой импульсной токоотдаче (пример: зарядка вспышки фотоаппарата происходит быстрее)
• Возможность продолжительной работы в устройствах с низким энергопотреблением (примеры: пульт дистанционного управления, часы).

История изобретения

Исследования в области технологии изготовления NiMH-аккумуляторов начались в 1970-е годы и были предприняты как попытка преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако, применяемые в то время металлогидридные соединения были нестабильны, и требуемые характеристики не были достигнуты. В результате процесс разработки NiMH-аккумуляторов застопорился. Новые металлогидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах, были разработаны в 1980 году. Начиная с конца 1980-х годов NiMH-аккумуляторы постоянно совершенствовались, главным образом по плотности запасаемой энергии. Их разработчики отмечали, что для NiMH-технологий имеется потенциальная возможность достижения ещё более высоких плотностей энергии.

Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке

Для правильной работы Ni-MH следует помнить «Правило трех П»: «Не перегревать», «Не перезаряжать», «Не переразряжать».

Чтобы предупредить перезарядку батарей, используются такие методы контролирования:

1. Прекращение заряда по скорости изменения температуры. При использовании данной методики во время зарядки температура батареи находится под постоянным контролем. Когда показатели поднимаются быстрее, чем нужно, зарядка прекращается.
2. Метод прекращения заряда по максимальному его времени.
3. Прекращение заряда по абсолютной температуре. Тут температура аккумуляторной батареи контролируется в процессе заряда. При достижении максимального значения быстрый заряд прекращается.
4. Метод прекращения по отрицательной дельте напряжения. Перед завершением зарядки батареи при осуществлении кислородного цикла повышается температура NiMH устройства, что приводит к понижению напряжения.
5. Максимальное напряжение. Метод используется для отключения заряда устройств с повышенным внутренним сопротивлением. Последнее появляется в конце срока службы батареи по причине недостатка электролита.
6. Максимальное давление. Метод применяется для призматических аккумуляторов большой емкости. Уровень разрешенного давления в таком устройстве зависит от его размера и конструкции и находится в интервале 0,05-0,8 МПа.

Для уточнения времени зарядки Ni-MH аккумулятора с учетом всех характеристик можно применить формулу: время зарядки (ч) = емкость (мАч) / сила тока зарядного устройства (мА). Например, имеется аккумулятор с емкостью 2000 миллиамперчасов. Ток заряда в ЗУ — 500 мА. Емкость делится на ток и получается 4. То есть батарея будет заряжаться 4 часа.

Обязательные правила, которых нужно придерживаться для правильного функционирования никель-металлогидридного устройства:

1. Эти аккумуляторы гораздо чувствительнее к нагреву, нежели никель-кадмиевые, перегружать их нельзя. Перегрузка отрицательно скажется на токоотдаче (способности держать и выдавать накопленный заряд).
2. Металлогидридные аккумуляторы после приобретения можно «потренировать». Сделать 3-5 циклов зарядки/разрядки, что позволит достигнуть придела емкости, потерянной при перевозке и хранении устройства после выхода с конвейера.
3. Хранить нужно аккумуляторы с небольшим количеством заряда, примерно 20-40% от номинальной емкости.
4. После разрядки либо зарядки следует дать устройству остыть.
5. Если в электронном устройстве используется одинаковая сборка аккумуляторов в режиме дозаряда, то время от времени нужно разряжать каждый из них до напряжения 0,98, а потом полностью заряжать. Эту процедуру циклирования рекомендуется выполнять один раз на 7-8 циклов дозарядки аккумуляторов.
6. Если нужно разрядить NiMH, то следует придерживаться минимального показателя 0,98. Если напряжение упадет ниже 0,98, то он может перестать заряжаться.

Зарядные устройства и методы заряда

Зарядных устройств в продаже представлено огромное количество. В них реализованы разные схемы отключения или отключение не реализовано вообще. Можно легко их разделить на подвиды по внешнему виду.

1. Простейшие. Включили в розетку — заряд пошёл, выключили – заряд закончен. Контроль над временем заряда лежит на пользователе. Такие устройства имеют право на существование с целью экономии средств. Необходимо лишь выбрать из них такое, которое будет заряжать каждый элемент отдельно. Если каналы заряда спарены, возникает перекос. Такой режим сокращает срок службы батарей. Отличить несложно. Количество светодиодных индикаторов должно совпадать с количеством каналов заряда.
2. С надписью AUTO. Такая надпись говорит о том, что здесь реализовано отключение по таймеру. Обычно от 6 до 12 часов. Не самый плохой вариант. Перезаряда точно не будет. Но скорее всего не будет и полного заряда. В таком случае можно подобрать аккумуляторы именно под это зарядное устройство. Но корректной работа зарядного устройства будет первые 100-200 циклов.
3. ΔV контроль. Если у производителя реализована эта функция, он обязательно напишет это на упаковке. Если надписи нет, зарядное устройство относится к пункту 2. С наличием ΔV контроля, зарядное устройство уже полноценно автоматическое. Не забываем о раздельной зарядке каждого канала (популярные лет 10-12 назад зарядные с индексом 508 имеют контроль ΔV, но воспринимают установленные в него аккумуляторы как одну батарею).
4. С жидкокристаллическим дисплеем. Как правило, его наличие говорит о том, что реализовано всё, что перечислено выше и плюс температурный контроль. Зарядные устройства с дисплеем начального уровня не предполагают программирование режима и тока заряда, но со своей функцией — правильно заряжать ni mh батареи, справляются отлично.
5. Зарядка – комбайн.  Больше размером, чем в пункте 4. Предполагают программирование пользователем режимов и тока заряда. Если ничего не программировать в режиме “по умолчанию” заряжают батареи минимальным током и отключают заряд по ΔV контролю.

Чем более функциональное зарядное устройство, тем оно дороже. Но даже в дорогом исполнении, стоимость равна примерно 50 щелочным батарейкам. Окупаемость наступает достаточно быстро. Зарядное устройство такого класса обычно универсальное. И позволяет заряжать кроме никелевых аккумуляторов, ещё и литиево-ионные батареи. А также имеет функции измерения ёмкости, внутреннего сопротивления батарей, режим сброса эффекта памяти у никелевых аккумуляторов.

Типоразмеры Ni Mh аккумуляторов

Все батареи подразделяются на виды:

пальчиковые, емкостью около 3000 м А/ч (А А);

Тип аккумулятора ni mh

мизинчиковые, емкостью до 1000 м А/ч ( А А А);

Аккумуляторная батарея ni mh

• средние, емкостью до 6000 м А/ч (С), по сравнению с пальчиковыми имеют большой размер;
• большие, с емкостью до 11500 м А/ч (D).

Крупные компании Duracell, Panasonic, Energize выпускают металлогидридные источники питания типоразмеров А А и А А А.

Аккумулятор NI MH

В таблице сравниваются напряжение, саморазряд, энергоемкость, период работы батареек потребительского сегмента. Типоразмеры А А и А А А работают в портативных устройствах. При незначительном отличии вольтажа состояние разряда наступает при 1В. Такая широта допустима из-за того, что портативные устройства имеют гибкость в диапазоне напряжений.

Высокий показатель саморазряда вызывает недовольство потребителей. Если устройством с NI МН не пользоваться несколько недель, оно разрядится. Перед каждым использованием заряжать батарею не очень удобно, при том, что те же фонари используют как резервное освещение. Преимущество щелочной батареи со сроком 10 лет неоспоримо. В аккумуляторе от Панасоник под маркой Enellop саморазряд ниже. Батарея может дольше в 6 раз хранить заряд, чем обычная NI MH. Но у этой батареи уменьшенная удельная энергоемкость

По форме батареи могут быть цилиндрические и призматические, имеющие электроды в виде лемелей. Используются в портативной электронике, плеерах. Призматические используются в крупных сборках тяговых электродов. Типоразмеры не связаны с электрическими характеристиками.

Никель-металлгидридный аккумулятор

Плюсы и минусы Ni─MH аккумуляторов

Среди плюсов никель─металлогидридных аккумуляторов стоит отметить рост удельных энергетических характеристик, но это не единственное преимущество перед никель─кадмиевыми батареями.

Благодаря этим плюсам Ni─MH аккумуляторов, объём их производства резко вырос по сравнению с никель─кадмиевыми аккумуляторами.

Стоит также отметить, что Ni─MH аккумуляторы не имеют «эффекта памяти», как Ni─Cd батарей. У них это явление обуславливается образованием никелата в кадмиевом электроде. Но проблемы, касающиеся перезаряда оксидно─никелевых электродов, сохранились.

Чтобы уменьшить разрядное напряжение при длительных перезарядах, нужно периодически (раз в месяц) проводить разряд аккумулятора до 1 вольта. Здесь всё так же, как у никель─кадмиевых аккумуляторов.

Стоит отметить и некоторые минусы никель─металлогидридных аккумуляторов. По некоторым параметрам они уступают Ni─Cd. Поэтому не могут полностью их заменить. Вот некоторые минусы и ограничения:

• Никель─металлогидридные аккумуляторы достаточно эффективно функционируют в узком интервале токов. Это объясняется ограниченной десорбцией водорода при большой скорости разряда;
• При заряде этот тип батарей выделяет больше тепла, чем никель─кадмиевые аккумуляторов. Из-за этого требуется установка в них температурных реле или предохранителей. Производители ставят их на стенке в центральной части аккумулятора;
• Опасность переполюсовки и перегрева элементов в Ni─MH батарее растёт с увеличением срока службы и количества циклов заряд-разряд. Поэтому производители ограничивают аккумуляторные батареи десятью элементами;
• У Ni─MH аккумуляторов достаточно высокий саморазряд. Это обусловлено реакцией водорода из электролита с оксидно─никелевым электродом. В современных моделях эта проблема решается изменением состава сплавов отрицательных электродов. Решается не полностью, но результаты получаются приемлемыми;
• Никель─металлогидридные аккумуляторы функционируют в более узком диапазоне температур. При минус 10 C практически все они становятся неработоспособными. Такая же картина наблюдается при температуре выше 40 С. Но есть некоторые серии аккумуляторов, для которых температурный диапазон расширяется легирующими добавками;
• Присутствует необратимая потеря ёмкости отрицательного электрода при разрядке аккумулятора «в ноль». Та, что требования по процессу разряда здесь более жёсткие, чем у Ni─Cd аккумуляторов. Производители рекомендуют разряд элемента до 1 вольта в аккумуляторах с малым напряжением или до 1,1 вольта в батареях из семи-десяти элементов.

Характеристики Ni-MH аккумуляторов

Основные параметры никель─металлогидридных и никель─кадмиевых аккумуляторов приводятся в следующей таблице.

Ёмкость аккумулятора

При повышении нагрузки и понижении температуры ОС ёмкость никель─металлогидридного аккумулятора снижается в соответствии с графиком ниже.

Зависимость разрядной ёмкости Ni-MH аккумулятора от температуры при разных токах разряда: 0.2С, 1С, 3С

Номинальное разрядное напряжение

Номинальное разрядное напряжение (U_р) обычно находится в пределах 1,2─1,25 вольта при токе разряда (I_р), определяемом по формуле:

I_p = 0,1─0,2С, где

С — номинальная ёмкость батареи при температуре 25 градусов Цельсия.

Конечное напряжение разряда составляет 1 вольт. Как можно видеть на графике ниже, напряжение снижается при возрастании нагрузки.

Разрядные характеристики Ni-MH аккумулятора при температуре 20 С и разных токах нагрузки: 0.2С, 1С, 2С, 3С

Напряжение разомкнутой цепи

Величину этого параметра Ni─MH аккумуляторов определить достаточно сложно. Это определяется тем, что равновесный потенциал оксидно─никелевого электрода во многом зависит от степени окисленности Ni.

Хранение и срок эксплуатации

Во время хранения Ni─MH аккумулятора, как и в случае других типов батарей, имеет место явление саморазряда. При комнатной температуре за первый месяц хранения такой аккумулятор теряет 20─30 процентов ёмкости. В дальнейшем каждый месяц ёмкость никель─металлогидридного аккумулятора падает на 3─7 процентов в месяц. Интенсивность саморазряда возрастает с ростом температуры, как можно видеть на графике ниже.

Зависимость разрядной ёмкости Ni-MH аккумулятора от времени хранения при разных температурах: 0, 20, 40 С

Если интересно, можете прочитать материал о том, как восстанавливают Ni─Cd аккумуляторы для шуруповерта.