Никелови батерии. Как се зареждат Ni-Cd батерии: описание на процеса

Цели петдесет години преносими устройства за живот на батериятаможе да разчита единствено на никел-кадмиеви захранвания. Но кадмият е много токсичен материал и през 90-те години никел-кадмиевата технология беше заменена от по-екологичната никел-метал хидридна технология. По същество тези технологии са много сходни и повечето характеристики никел-кадмиеви батериинаследени от никел-метал хидрид. Въпреки това, за някои приложения никел-кадмиевите батерии остават незаменими и се използват и днес.

1. Никел-кадмиеви батерии (NiCd)

Изобретена от Валдмар Юнгнер през 1899 г., никел-кадмиевата батерия имаше няколко предимства пред оловно-киселинната батерия, единствената налична тогава батерия, но беше по-скъпа поради цената на материалите. Развитието на тази технология е доста бавно, но през 1932 г. е направен значителен пробив - като електрод започва да се използва порест материал с активно вещество вътре. По-нататъшно подобрение е направено през 1947 г. и решава проблема с абсорбцията на газ, позволявайки модерната запечатана никел-кадмиева батерия без поддръжка.

В продължение на много години NiCd батериите са служили като източници на захранване за двупосочни радиостанции, спешно медицинско оборудване, професионални видеокамери и електрически инструменти. В края на 80-те години, ултрависок капацитет NiCd батерии, който шокира света с капацитет, който е с 60% по-висок от този на стандартна батерия. Това беше постигнато чрез поставяне на повече активно вещество в батерията, но добави и недостатъци - вътрешното съпротивление се увеличи и броят на циклите на зареждане/разреждане намаля.

Стандартът NiCd остава един от най-надеждните налични батерии с ниска поддръжка и авиационната индустрия остава ангажирана с тази система. Дългият живот на тези батерии обаче зависи от правилната поддръжка. NiCd и отчасти NiMH батериите са подложени на ефект на „памет“, което води до загуба на капацитет, ако периодично не се извършва пълен цикъл на разреждане. Ако препоръчителният режим на зареждане е нарушен, батерията сякаш помни, че в предишни работни цикли нейният капацитет не е бил използван напълно и когато се разреди, освобождава електричество само до определено ниво. ( Вижте: Как да възстановите никелова батерия). Таблица 1 изброява предимствата и недостатъците на стандартна никел-кадмиева батерия.

Предимства

Надежден; голям бройцикли с правилна поддръжка Единствената батерия, способна на ултра бързо зарежданес минимален стрес Добри товарни характеристики, прощава тяхното преувеличение Дълъг срок на годност; Възможност за съхранение в разредено състояние Отсъствие специални изискванияза съхранение и транспортиране Добро представяне при ниски температури Най-ниска цена на цикъл на всяка батерия Предлага се в широка гама от размери и дизайни

недостатъци

Относително ниска специфична консумация на енергия в сравнение с по-новите системи Ефект "памет"; необходимост периодична поддръжказа да го избегнем Кадмият е токсичен и изисква специално изхвърляне Висок саморазряд; се нуждае от презареждане след съхранение Ниското напрежение на клетката от 1,2 волта изисква изграждане на многоклетъчни системи за осигуряване на високо напрежение

Таблица 1: Предимства и недостатъци на никел-кадмиевите батерии.

2. Никел метал хидридни батерии (NiMH)

Изследванията на никел-метал хидридна технология започват още през 1967 г. Въпреки това, нестабилността на металния хидрид възпрепятства развитието, което на свой ред доведе до развитието на системата никел-водород (NiH). Нови хидридни сплави, открити през 80-те години на миналия век, решиха проблемите с безопасността и направиха възможно създаването на батерия със специфична енергийна плътност с 40% по-голяма от тази на стандартния никел-кадмий.

Никел-метал хидридните батерии не са лишени от своите недостатъци. Например, техният процес на зареждане е по-сложен от NiCd. Със саморазряд от 20% в първия ден и последващ месечен разряд от 10%, NiMH заемат една от челните позиции в своя клас. Чрез модифициране на хидридната сплав е възможно да се намалят саморазрядът и корозията, но това ще добави недостатъка за намаляване на специфичната енергийна интензивност. Но когато се използват в електрически превозни средства, тези модификации са много полезни, тъй като повишават надеждността и удължават живота на батерията.

3. Използване в потребителския сегмент

NiMH батерии в този моментса сред най-лесно достъпните. Индустриални гиганти като Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac разпознаха необходимостта от евтин и дълготрайна батерияи предлагаме никел-металхидридни захранвания в различни размери, по-специално AA и AAA. Производителите полагат големи усилия да спечелят пазарен дял от алкалните батерии.

В този пазарен сегмент никел-металхидридни батерии са алтернатива на презареждаемите батерии. алкални батерии, които се появиха още през 1990 г., но поради ограничения им жизнен цикъл и слабите характеристики на натоварване не бяха успешни.

Таблица 2 сравнява специфичното енергийно съдържание, напрежение, саморазреждане и време на работа на батерии и акумулатори в потребителския сегмент. Предлагани в размери AA, AAA и други, тези захранвания могат да се използват в преносими устройства. Въпреки че те могат да имат малко по-различни стойности на напрежението, състоянието на разреждане обикновено се получава при една и съща действителна стойност на напрежението от 1 V за всички. Този диапазон на напрежение е приемлив, тъй като преносимите устройства имат известна гъвкавост по отношение на диапазона на напрежение. Основното е, че само електрически елементи от един и същи тип трябва да се използват заедно. Съображенията за безопасност и несъвместимостта на напрежението възпрепятстваха разработването на литиево-йонни батерии с размери AA и AAA.

Таблица 2: Сравнение на различни AA батерии.

* Eneloop е търговска марка на Sanyo Corporation, базирана на NiMH система.

Високата степен на саморазреждане на NiMH е източник на постоянна загриженост на потребителите. Фенерче или преносимо устройство с NiMH батерия ще умре, ако не се използва няколко седмици. Предложението за зареждане на устройството преди всяка употреба едва ли ще намери разбиране, особено в случай на фенерчета, които се позиционират като източници на резервно осветление. Предимството на алкална батерия със срок на годност 10 години изглежда безспорно тук.

Никел-метал хидридни батерии от Panasonic и Sanyo под марката Eneloop са успели значително да намалят саморазряда. Eneloop може да се съхранява между зареждания шест пъти по-дълго от конвенционалния NiMH. Но недостатъкът на такава подобрена батерия е малко по-ниската специфична енергийна интензивност.

Таблица 3 показва предимствата и недостатъците на електрохимичната система никел-метал хидрид. Таблицата не включва характеристиките на Eneloop и други потребителски марки.

Предимства	30-40 процента по-висок капацитет в сравнение с NiCd По-малко склонни към ефект на „паметта“, могат да бъдат възстановени Опростени изисквания за съхранение и транспортиране; липса на регулиране на тези процеси Природосъобразен; съдържат само умерено токсични материали Съдържанието на никел прави рециклирането самоподдържащо се Широк температурен диапазон на работа
недостатъци	Ограничен експлоатационен живот; дълбоките разряди помагат за намаляването му Комплексен алгоритъм за зареждане; чувствителен към презареждане Специални изисквания към режима на зареждане Генерирайте топлина при бързо зареждане и разреждане от мощен товар Висок саморазряд Кулонска ефективност при 65% (в сравнение с литиево-йонни - 99%)

Таблица 3: Предимства и недостатъци на NiMH батерии.

4. Никел-железни батерии (NiFe)

След изобретяването на никел-кадмиевата батерия през 1899 г., шведският инженер Валдмар Юнгнер продължава своите изследвания и се опитва да замени скъпия кадмий с по-евтино желязо. Но ниска ефективностзаряд и прекомерно образуване на водороден газ го принудиха да се откаже по-нататъчно развитие NiFe батерии. Той дори не си направи труда да патентова тази технология.

Желязо-никелова (NiFe) батерия използва хидрат на никелов оксид като катод, желязо като анод и желязо като електролит. воден разтворкалиев хидроксид. Клетката на такава батерия генерира напрежение от 1,2 V. NiFe е устойчив на прекомерно презареждане и дълбоко разреждане; може да се използва като резервен източник на енергия повече от 20 години. Устойчивостта на вибрации и високи температури направи тази батерия най-използваната в минната индустрия в Европа; намира приложение и в осигуряването на захранване за железопътна сигнализация и се използва и като тягова батерияза товарачи. Може да се отбележи, че по време на Втората световна война желязо-никелови батерии са били използвани в немската ракета V-2.

NiFe има ниска плътност на мощността от приблизително 50 W/kg. Недостатъците също включват лоша производителност при ниски температури и висока скорост на саморазреждане (20-40 процента на месец). Това, съчетано с високата производствена цена, е това, което насърчава производителите да останат верни на оловно-киселинните батерии.

Но електрохимичната система желязо-никел се развива активно и в близко бъдеще може да се превърне в алтернатива на оловната киселина в някои отрасли. Експерименталният модел на ламелния дизайн изглежда обещаващо; той успя да намали саморазреждането на батерията, стана практически имунизиран срещу вредните ефекти от презареждане и недозареждане, а експлоатационният му живот се очаква да бъде 50 години, което е сравнимо. към 12-годишния експлоатационен живот на оловно-киселинна батерия при работа с дълбоки циклични разряди. Очакваната цена на такава NiFe батерия ще бъде сравнима с цената на литиево-йонна батерия и само четири пъти по-висока от цената на оловно-киселинна батерия.

NiFe батерии, както и NiCdИ NiMH, изискват специални правила за зареждане - кривата на напрежението има синусоидална форма. Съответно използвайте зарядното за оловна киселинаили литиево-йоннибатерията няма да работи, може дори да навреди. Както всички батерии на никелова основа, NiFe е податлива на презареждане - причинява разлагане на водата в електролита и води до неговата загуба.

Капацитетът на такава батерия, намален в резултат на неправилна експлоатация, може да бъде възстановен чрез прилагане на високи разрядни токове (съизмерими със стойността на капацитета на батерията). Тази процедуранеобходимо е да се извърши до три пъти с период на разреждане от 30 минути. Следете и температурата на електролита – тя не трябва да надвишава 46°C.

5. Никел-цинкови батерии (NiZn)

Никел-цинковата батерия е подобна на никел-кадмиевата батерия по това, че използва алкален електролит и никелов електрод, но се различава по напрежение - NiZn осигурява 1,65 V на клетка, докато NiCd и NiMH имат рейтинг от 1,20 V на клетка. Необходимо е да заредите NiZn батерията DCсъс стойност на напрежението от 1,9 V на клетка, също така си струва да запомните, че този тип батерия не е проектирана да работи в режим на презареждане. Специфичната енергийна интензивност е 100 W/kg, а броят на възможните цикли е 200-300 пъти. NiZn не съдържа токсични материали и може лесно да се рециклира. Предлага се в различни размери, включително AA.

През 1901 г. Томас Едисън получава американски патент за презареждаема никел-цинкова батерия. Неговите проекти по-късно бяха подобрени от ирландския химик Джеймс Драм, който инсталира тези батерии на мотриси, движещи се по маршрута Дъблин-Брей от 1932 до 1948 г. NiZn не е добре развит поради високото саморазреждане и краткия жизнен цикъл, причинени от дендритни образувания, което също често води до късо съединение. Но подобренията в електролитния състав намалиха този проблем, което накара NiZn да бъде разгледан отново за търговска употреба. Ниска цена, висока мощност и широк диапазон на работни температури правят тази електрохимична система изключително привлекателна.

6. Никел-водородни (NiH) батерии

Когато разработването на никел-метал хидридни батерии започва през 1967 г., изследователите се натъкват на нестабилността на металните хидрити, което води до пренасочване към разработването на никел-водородни (NiH) батерии. Клетката на такава батерия включва електролит, капсулован в съд, никелови и водородни (водородът е затворен в стоманен цилиндър под налягане от 8207 бара) електроди.

никел метални хидридни батерииса източник на ток въз основа на химическа реакция. Маркиран Ni-MH. Структурно те са аналогични на разработените по-рано никел-кадмиеви батерии (Ni-Cd), а по отношение на протичащите химични реакции са подобни на никел-водородните батерии. Те принадлежат към категорията на алкалните източници на енергия.

Историческа екскурзия

Нуждата от презареждащи се захранващи устройства съществува отдавна. За различни видоветехниците наистина бяха необходими компактни моделис увеличен капацитет за съхранение на заряд. Благодарение на космическата програма те разработиха метод за съхранение на водород в батерии. Това бяха първите никел-водородни образци.

Като се има предвид дизайнът, основните елементи са подчертани:

1. електрод(метален хидрид водород);
2. катод(никелов оксид);
3. електролит(калиев хидроксид).

Преди това материалите, използвани за направата на електроди, бяха нестабилни. Но постоянните експерименти и проучвания доведоха до факта, че се получи оптималният състав. Понастоящем лантанът и никеловият хидрат (La-Ni-CO) се използват за направата на електроди. Но различни производители използват и други сплави, където никелът или част от него е заменен с алуминий, кобалт, манган, които стабилизират и активират сплавта.

Протичащи химични реакции

По време на зареждане и разреждане вътре в батериите протичат химически реакции, свързани с абсорбцията на водород. Реакциите могат да бъдат записани в следната форма.

• По време на зареждане: Ni(OH)2+M→NiOOH+MH.
• По време на разреждане: NiOOH+MH→Ni(OH)2+M.

На катода протичат следните реакции с освобождаване на свободни електрони:

• По време на зареждане: Ni(OH)2+OH→NiOOH+H2O+e.
• По време на разреждане: NiOOH+ H2O+e →Ni(OH)2+OH.

На анода:

• По време на зареждане: M+ H2O+e →MH+OH.
• По време на разреждане: MH+OH →M+. H2O+e.

Дизайн на батерията

Основното производство на никел-метал-хидридни батерии се извършва в две форми: призматична и цилиндрична.

Цилиндрични Ni-MH клетки

Дизайнът включва:

• цилиндрично тяло;
• капак на кутията;
• клапан;
• капачка на клапана;
• анод;
• аноден колектор;
• катод;
• диелектричен пръстен;
• сепаратор;
• изолационен материал.

Анодът и катодът са разделени един от друг с помощта на сепаратор. Този дизайн се навива и поставя в кутията на батерията. Запечатването се извършва с помощта на капак и уплътнение. На капака има предпазен клапан. Той е проектиран така, че когато налягането вътре в батерията се увеличи до 4 MPa, когато се задейства, освобождава излишък от летливи съединения, образувани по време на химични реакции.

Много от тях са били срещани с мокри или покрити източници на храна. Това е резултат от работата на клапана по време на презареждане. Характеристиките се променят и по-нататъшната им експлоатация е невъзможна. При липсата му батериите просто се подуват и напълно губят своята функционалност.

Призматични Ni-MH клетки

Дизайнът включва следните елементи:

Призматичният дизайн включва редуващо се поставяне на аноди и катоди с разделянето им чрез сепаратор. Така сглобени в блок се поставят в корпуса. Тялото е изработено от пластмаса или метал. Капакът уплътнява конструкцията. За безопасност и следене на състоянието на акумулатора на капака са поставени датчик за налягане и вентил.

Като електролит се използва алкал - смес от калиев хидроксид (KOH) и литиев хидроксид (LiOH).

За Ni-MH елементи изолаторът е полипропилен или нетъкан полиамид. Дебелината на материала е 120–250 микрона.

Производителите използват металокерамика за производство на аноди. Но напоследък за намаляване на разходите се използват филц и полимери от пяна.

При производството на катоди се използват различни технологии:

Характеристики

Волтаж. В неактивно състояние вътрешната верига на батерията е отворена. И е доста трудно да се измери. Трудностите са причинени от равновесието на потенциалите на електродите. Но след напълно зареденслед ден напрежението на елемента е 1,3–1,35V.

Разрядното напрежение при ток не по-голям от 0,2 A и околна температура 25 ° C е 1,2–1,25 V. Минималната стойност е 1V.

Енергиен капацитет, Wh/kg:

• теоретичен – 300;
• специфичен – 60–72.

Саморазреждането зависи от температурата на съхранение. Съхранението при стайна температура води до загуба на капацитет до 30% през първия месец. След това скоростта се забавя до 7% за 30 дни.

Други възможности:

• Електрическа движеща сила (ЕМП) – 1.25V.
• Енергийна плътност – 150 Wh/dm3.
• Работна температура - от -60 до +55°C.
• Продължителност на работа – до 500 цикъла.

Правилно зареждане и управление

Зарядните устройства се използват за съхраняване на енергия. Основната задача на евтините модели е да доставят стабилизирано напрежение. За презареждане на никел-метал-хидридни батерии е необходимо напрежение от около 1,4–1,6 V. В този случай токът трябва да бъде 0,1 капацитет на батерията.

Например, ако декларираният капацитет е 1200 mAh, токът на зареждане трябва да бъде избран съответно близък или равен на 120 mA (0,12A).

Използват се бързо и ускорено зареждане. Процесът на бързо зареждане отнема 1 час. Ускореният процес отнема до 5 часа. Такъв интензивен процес се контролира от промени в напрежението и температурата.

Процес нормално зарежданеиздържа до 16 часа. За да се намали времето за зареждане, съвременните зарядни устройства обикновено се правят на три етапа. Първият етап е бързо зареждане с ток, равен на номиналния капацитет на батерията или по-висок. Вторият етап има ток от 0,1 капацитет. Третото стъпало е с ток 0,05–0,02 от капацитета.

Процесът на зареждане трябва да се наблюдава. Презареждането има пагубен ефект върху състоянието на батериите. Ще се задейства високо производство на газ предпазен клапани електролитът ще изтече.

Контролът се извършва по следните методи:

Предимства и недостатъци, присъщи на Ni-MH клетките

Батерии последно поколениене страдат от такова заболяване като „ефекта на паметта“. Но след дългосрочно съхранение (повече от 10 дни), той все още трябва да бъде напълно разреден преди зареждане. Вероятността от ефект на паметта възниква от бездействие.

Повишен капацитет за съхранение на енергия

Осигурете екологичност модерни материали. Преходът към тях значително улесни изхвърлянето на използвани елементи.

Що се отнася до недостатъците, има и много от тях:

• високо генериране на топлина;
• температурният диапазон на работа е малък (от -10 до +40 ° C), въпреки че производителите декларират други показатели;
• малък интервал на работен ток;
• висок саморазряд;
• Неспазването на полярността ще повреди батерията;
• съхранявайте за кратко време.

Избор по капацитет и експлоатация

Преди да купите Ni-MH батерии, трябва да определите техния капацитет. Високите ставки не са решение за недостиг на енергия. Колкото по-голям е капацитетът на елемента, толкова по-изразено е саморазреждането.

Цилиндричните никел-метални хидридни клетки се предлагат в големи количества в размери, обозначени с AA или AAA. Популярни като пръстовидни - ааа и малки пръсти - аа. Можете да ги закупите във всички магазини за електроника и електроника.

Както показва практиката, батерии с капацитет 1200–3000 mAh, размер aaa, се използват в плейъри, камери и други електронни устройства с висока консумация на електроенергия.

Батерии с капацитет 300–1000 mAh, обичайният размер aa, се използват на устройства с ниска консумация на енергия или не веднага (уоки-токи, фенерче, навигатор).

Преди това металните хидридни батерии бяха широко използвани във всички преносими устройства. Единичните елементи са монтирани в кутия, проектирана от производителя за улесняване на монтажа. Те обикновено бяха маркирани с EN. Могат да бъдат закупени само от официални представителипроизводител.

От експлоатационен опит

NiMH клетките са широко рекламирани като високоенергийни, студоустойчиви и без памет. След като купих цифров фотоапарат Canon PowerShot A 610, аз естествено го оборудвах с обемна памет за 500 висококачествени снимки и за да увелича продължителността на снимане, купих 4 NiMH клетки с капацитет 2500 mAh от Duracell.

Нека сравним характеристиките на индустриално произведените елементи:

Настроики		Литиево-йонни Литиево-йонна	Никел-кадмиев NiCd	никел- метален хидрид NiMH	Оловно-киселинен Pb
Продължителност на услугата цикли на зареждане/разреждане		1-1,5 години	500-1000		3 00-5000
Енергиен капацитет, W*h/kg
Ток на разреждане, mA*капацитет на батерията
Напрежение на един елемент, V
Скорост на саморазреждане		2-5% на месец	10% за първия ден, 10% за всеки следващ месец	2 пъти по-висока NiCd	40% през годината
Обхват допустими температури, градуса по Целзий	зареждане
	разведряване		-20... +65
Допустим диапазон на напрежение, V		2,5-4,3 (Кока Кола), 3,0-4,3 (графит)			5,25-6,85 (за батерии 6 V), 10,5-13,7 (за батерии 12 V)

Маса 1.

От таблицата виждаме, че NiMH елементите имат висок енергиен капацитет, което ги прави предпочитани при избор.

За зареждането им е закупено умно зарядно DESAY Full-Power Harger, което осигурява зареждане на NiMH клетки с тяхното обучение. Елементите бяха заредени ефективно, но... На шестото зареждане обаче умря за дълго време. Електрониката изгоря.

След смяна на зарядното устройство и няколко цикъла зареждане-разреждане, батериите започнаха да се изтощават на втория или третия десет изстрела.

Оказа се, че въпреки уверенията, NiMH клетките имат и памет.

И повечето съвременни преносими устройства, които ги използват, имат вградена защита, която изключва захранването при достигане на определено минимално напрежение. Това предотвратява пълното разреждане на батерията. Тук паметта на елементите започва да играе своята роля. Клетките, които не са напълно разредени, получават непълен заряд и капацитетът им намалява с всяко презареждане.

Висококачествените зарядни устройства ви позволяват да зареждате без загуба на капацитет. Но не можах да намеря нещо подобно в продажба за елементи с капацитет 2500mAh. Остава само периодично да ги обучавате.

Обучение на NiMH клетки

Всичко написано по-долу не се отнася за акумулаторни клетки със силен саморазряд . Те могат само да бъдат изхвърлени; опитът показва, че не могат да бъдат обучени.

NiMH обучениеелементи се състои от няколко (1-3) цикъла разряд-заряд.

Разреждането се извършва докато напрежението на акумулаторната клетка падне до 1V. Препоръчително е елементите да се разреждат поотделно. Причината е, че способността за приемане на такса може да варира. И се засилва при зареждане без тренировка. Поради това защитата от напрежение на вашето устройство (плейър, камера, ...) се задейства преждевременно и неразреденият елемент впоследствие се зарежда. Резултатът от това е нарастваща загуба на капацитет.

Разтоварването трябва да се извършва в специално устройство (фиг. 3), което позволява да се извършва индивидуално за всеки елемент. Ако няма контрол на напрежението, тогава разреждането се извършва, докато яркостта на електрическата крушка забележимо намалее.

И ако измервате времето за изгаряне на електрическата крушка, можете да определите капацитета на батерията, той се изчислява по формулата:

Капацитет = Ток на разреждане x Време на разреждане = I x t (A * час)

Батерия с капацитет 2500 mAh е в състояние да достави ток от 0,75 A към товара за 3,3 часа, ако времето, получено в резултат на разреждане, е по-малко и съответно остатъчният капацитет е по-малък. И когато необходимият капацитет намалее, трябва да продължите да тренирате батерията.

Сега, за да разредя клетките на батерията, използвам устройство, направено съгласно схемата, показана на фиг. 3.

Направен е от старо зарядно и изглежда така:

Само сега има 4 електрически крушки, както на фиг. 3. Отделно трябва да кажем нещо за електрическите крушки. Ако електрическата крушка има разряден ток, равен на номиналния за от тази батерияили малко по-малка, става за товар и индикатор, иначе крушката е само индикатор. Тогава резисторът трябва да бъде с такава стойност, че общото съпротивление на El 1-4 и резистора R 1-4, успоредно на него, е около 1,6 ома. Замяната на електрическа крушка със светодиод е неприемлива.

Пример за електрическа крушка, която може да се използва като товар, е 2,4 V криптонова крушка за фенерче.

Специален случай.

внимание! Производителите не гарантират нормална работабатерии при зарядни токовепревишаващ ток ускорено зарежданеЗареждането трябва да е по-малко от капацитета на батерията. Така че за батерии с капацитет 2500mAh трябва да е под 2.5A.

Случва се NiMH клетките след разреждане да имат напрежение под 1,1 V. В този случай е необходимо да се приложи техниката, описана в горната статия в списанието PC WORLD. Елемент или поредица от елементи е свързана към източник на енергия чрез 21 W крушка за кола.

Още веднъж ви обръщам внимание! Такива елементи трябва да се проверяват за саморазреждане! В повечето случаи именно елементите с намалено напрежение имат повишен саморазряд. Тези предмети са по-лесни за изхвърляне.

За предпочитане е да се таксува индивидуално за всеки елемент.

За две клетки 1,2 V зарядно напрежениене трябва да надвишава 5-6V. При принудително зареждане крушката служи и като индикатор. Когато яркостта на електрическата крушка намалее, можете да проверите напрежението на NiMH елемента. То ще бъде по-голямо от 1,1 V. Обикновено това първоначално принудително зареждане отнема от 1 до 10 минути.

Ако NiMH елементът не повишава напрежението по време на принудително зареждане в продължение на няколко минути и се нагрява, това е причина да го извадите от зареждане и да го изхвърлите.

Препоръчвам да използвате зарядни устройства само с възможност за обучение (регенериране) на клетките при презареждане. Ако няма такива, след 5-6 работни цикъла в оборудването, без да чакате пълна загуба на капацитет, обучете ги и отхвърлете елементи със силно саморазреждане.

И те няма да ви разочароват.

Един от форумите коментира тази статия "тъпо е написано, но друго нямаТака че това не е „глупаво“, а просто и достъпно за всеки, който има нужда от помощ в кухнята. Тоест възможно най-просто. Напредналите могат да инсталират контролер, да свържат компютър, ...... , но това е друга история.

За да не изглежда глупаво

Има "умни" зарядни устройства за NiMH клетки.

Това зарядно работи с всяка батерия поотделно.

Той може:

1. работа индивидуално с всяка батерия в различни режими,
2. зареждане на батерии в бърз и бавен режим,
3. индивидуален LCD дисплей за всяко отделение за батерии,
4. зарежда всяка батерия независимо,
5. зареждат от една до четири батерии различни капацитетии стандартен размер (AA или AAA),
6. защита на батерията от прегряване,
7. защита на всяка батерия от презареждане,
8. определяне на края на зареждането чрез спад на напрежението,
9. идентифициране на дефектни батерии,
10. предварително разредете батерията до остатъчно напрежение,
11. възстановяване на стари батерии (обучение за зареждане-разреждане),
12. проверете капацитета на батерията,
13. дисплей на LCD дисплея: - заряден ток, напрежение, отразяващ токов капацитет.

Най-важното, ПОДЧЕРТАВАМ, от този типУстройствата ви позволяват да работите индивидуално с всяка батерия.

Според прегледите на потребителите, такова зарядно устройство ви позволява да възстановите повечето пренебрегвани батерии и да работите с цялата батерия в добро работно състояние. гарантиран периодоперация.

За съжаление не съм използвал такова зарядно устройство, тъй като е просто невъзможно да го купите в провинциите, но можете да намерите много отзиви във форумите.

Основното нещо е да не зареждате при високи токове, въпреки посочения режим с токове от 0,7 - 1A, това все още е устройство с малък размер и може да разсее мощност от 2-5 W.

Заключение

Всяко възстановяване на NiMh батерии е строго индивидуална (с всеки отделен елемент) работа. С постоянен мониторинг и отхвърляне на елементи, които не приемат зареждане.

И най-добре е да ги възстановите с помощта на интелигентни зарядни устройства, които ви позволяват да извършвате индивидуално отхвърляне и цикъл на зареждане-разреждане с всеки елемент. И тъй като няма такива устройства, които да работят автоматично с батерии с всякакъв капацитет, те са предназначени за елементи със строго определен капацитет или трябва да имат контролирани токове на зареждане и разреждане!

Изследванията на никел-метал хидридни батерии започват през 70-те години като подобрение на никел-водородните батерии, тъй като теглото и обемът на никел-водородните батерии не са задоволителни за производителите (водородът в тези батерии е под високо налягане, което изисква издръжлива, тежка стомана случай). Използването на водород под формата на метални хидриди направи възможно намаляването на теглото и обема на батериите, а рискът от експлозия на батерията при прегряване също намаля.

От 80-те години на миналия век технологията за батерии NiMH се подобри значително и започна търговска употреба в различни приложения. Успехът на NiNH батериите беше улеснен от увеличения капацитет (40% в сравнение с NiCd), използването на рециклируеми материали („приятелски“ към естествената среда), а също и много дългосроченуслуга, често надвишаваща производителността на NiCd батерии.

Предимства и недостатъци на NiMH батерии

Предимства

・ по-голям капацитет - 40% или повече от конвенционалните NiCd батерии
・ много по-слабо изразен ефект на „памет“ в сравнение с никел-кадмиевите батерии - циклите на поддръжка на батерията могат да се извършват 2-3 пъти по-рядко
・ лесна възможност за транспортиране - превоз на авиолинии без предварителни условия
・ екологичен - може да се рециклира

недостатъци

・ ограничено времеживот на батерията - обикновено около 500-700 пълни цикъла на зареждане/разреждане (въпреки че в зависимост от режимите на работа и вътрешна структураВъзможно е да има значителни разлики).
・ ефект на паметта - NiMH батериите изискват периодично обучение (цикъл на пълно разреждане/зареждане на батерията)
・ Сравнително кратък срок на годност на батериите - обикновено не повече от 3 години при съхранение в разредено състояние, след което се губят основните характеристики. Съхранението на хладно с частичен заряд от 40-60% забавя процеса на стареене на батериите.
・Силно саморазреждане на батерията
・ Ограничен мощностен капацитет - при превишаване допустими натоварванияживотът на батерията е намален.
・ Необходимо е специално зарядно устройство с поетапен алгоритъм за зареждане, тъй като зареждането генерира голямо количество топлина и никел-метал хидридните батерии лесно се презареждат.
・ Лоша толерантност високи температури(над 25-30 по Целзий)

Изграждане на NiMH батерии и батерии

Съвременните никел-металхидридни батерии имат вътрешна структура, подобно на дизайна на никел-кадмиевите батерии. Положителният електрод от никелов оксид, алкалният електролит и проектното налягане на водорода са еднакви и в двете батерийни системи. Различни са само отрицателните електроди: никел-кадмиевите батерии имат кадмиев електрод, а никел-металхидридните батерии имат електрод, базиран на сплав от метали, абсорбиращи водород.

Съвременните никел-метал хидридни батерии използват смеси от сплави, абсорбиращи водород, като AB2 и AB5. Други AB или A2B сплави не се използват широко. Какво означават мистериозните букви A и B в състава на сплавта? – Символът A представлява метал (или смес от метали), който отделя топлина, когато образува хидриди. Съответно символът B означава метал, който реагира ендотермично с водорода.

За отрицателни електроди от тип AB5 се използва смес от редкоземни елементи от групата на лантана (компонент А) и никел с примеси на други метали (кобалт, алуминий, манган) - компонент B. За електроди от тип AB2, титан и никел с примеси на цирконий, ванадий, желязо, използвани са манган, хром.

Никел-металхидридни батерии с електроди тип AB5 са по-широко разпространени поради по-добра циклична производителност, въпреки факта, че батериите с електроди тип AB2 са по-евтини и имат голям капацитети по-добра мощност.

По време на процеса на циклиране обемът на отрицателния електрод варира до 15-25% от първоначалния поради абсорбцията/освобождаването на водород. В резултат на колебанията в обема се появяват голям брой микропукнатини в материала на електрода. Това явление обяснява защо една нова никел-метал хидридна батерия изисква няколко „обучителни“ цикъла на зареждане/разреждане, за да доведе мощността и капацитета на батерията до номинални. Също така образуването на микропукнатини има отрицателна страна - увеличава се повърхността на електрода, която е обект на корозия с консумацията на електролит, което води до постепенно увеличаване на вътрешното съпротивление на елемента и намаляване на капацитета . За да се намали скоростта на корозионните процеси, се препоръчва да се съхраняват никел-метал хидридни батерии в заредено състояние.

Отрицателният електрод има свръхкапацитет спрямо положителния както при презареждане, така и при свръхразреждане, за да се осигури приемливо ниво на отделяне на водород. Поради корозията на сплавта капацитетът за презареждане на отрицателния електрод постепенно намалява. Веднага след като излишният капацитет за презареждане се изчерпи, голямо количество водород ще започне да се освобождава върху отрицателния електрод в края на зареждането, което ще доведе до кървене излишно количествоводород през клапаните на клетките, „изкипяване“ на електролита и повреда на батерията. Ето защо, за да зареждате никел-метал хидридни батерии, ви е необходимо специално зарядно устройство, което отчита специфичното поведение на батерията, за да избегнете опасността от саморазрушаване на акумулаторната клетка. При сглобяването на акумулаторния блок е необходимо да се осигурят добра вентилацияклетки и не пушете близо до зареждаща се никел-метал хидридна батерия. голям капацитет.

С течение на времето, в резултат на цикъла, саморазреждането на батерията се увеличава поради появата на големи пори в материала на сепаратора и образуването на електрическа връзка между електродните пластини. Този проблем може да бъде разрешен временно чрез изпълнение на няколко цикъла дълбоко изпусканебатерия, последвано от пълно зареждане.

При зареждане на никел-метал хидридни батерии се генерира доста голямо количество топлина, особено в края на зареждането, което е един от признаците, че зареждането трябва да приключи. При сглобяване на няколко акумулаторни клетки в една батерия е необходима система за мониторинг на батерията (BMS), както и наличието на термоотварящи се проводими свързващи джъмпери между част от акумулаторните клетки. Също така е препоръчително да свържете батериите в батерията чрез точкова заваркаджъмпери, а не запояване.

Разреждането на никел-метал хидридни батерии при ниски температури е ограничено от факта, че тази реакция е ендотермична и на отрицателния електрод се образува вода, която разрежда електролита, което води до голяма вероятност от замръзване на електролита. Следователно, колкото по-ниска е температурата заобикаляща среда, толкова по-малко мощност и капацитет на батерията. Напротив, когато повишена температураПо време на процеса на разреждане капацитетът на разреждане на никел-метал хидридната батерия ще бъде максимален.

Познаването на дизайна и принципите на работа ще ви позволи да разберете по-добре процеса на работа на никел-метал хидридни батерии. Надявам се, че информацията, извлечена от тази статия, ще ви помогне да удължите живота на вашата батерия и да избегнете възможни опасни последици поради неразбиране на принципите безопасна употребаникел метал хидридни батерии.

Характеристики на разряд на NiMH батерии при различни
разрядни токове при околна температура от 20 °C

изображението е взето от www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781

Duracell никел метал хидридна батерия

изображението е взето от www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm

P.P.S.
Схема на перспективна посока за създаване на биполярни батерии

верига, взета от биполярни оловно-киселинни батерии

сравнителна таблицапараметри различни видовебатерии

	NiCd	NiMH	Оловна киселина	Литиево-йонна	Литиево-йонен полимер	Многократна употреба Алкална
Енергийна плътност (W*час/kg)	45-80	60-120	30-50	110-160	100-130	80 (първоначално)
Вътрешно съпротивление (включително вътрешни вериги), mOhm	100-200 при 6V	200-300 при 6V	<100 на 12V	150-250 при 7.2V	200-300 при 7.2V	200-2000 при 6V
Брой цикли на зареждане/разреждане (когато се намали до 80% от първоначалния капацитет)	1500	300-500	200-300	500-1000	300-500	50 (до 50%)
Бързо време за зареждане	1 час типично	2-4 часа	8-16 часа	2-4 часа	2-4 часа	2-3 часа
Устойчивост на презареждане	средно аритметично	ниско	Високо	много ниско	ниско	средно аритметично
Саморазреждане / месец (при стайна температура)	20%	30%	5%	10%	~10%	0.3%
Напрежение на клетката (номинално)	1.25V	1.25V	2B	3,6 V	3,6 V	1,5 V
Ток на натоварване - връх - оптимален	20C 1C	5C 0,5C и по-ниски	5C 0.2C	>2C 1C и по-долу	>2C 1C и по-долу	0.5C 0,2C и по-ниски
Работна температура (само при разреждане)	-40 до 60°C	-20 до 60°C	-20 до 60°C	-20 до 60°C	0 до 60°C	0 до 65°C
Изисквания за поддръжка	След 30-60 дни	След 60-90 дни	След 3-6 месеца	Не е задължително	Не е задължително	Не е задължително
Стандартна цена (US$, само за сравнение)	$50 (7,2 V)	$60 (7,2 V)	$25 (6V)	$100 (7,2 V)	$100 (7,2 V)	$5 (9V)
Цена на цикъл (US$)	$0.04	$0.12	$0.10	$0.14	$0.29	$0.10-0.50
Начало на търговска употреба	1950	1990	1970	1991	1999	1992

маса взета от

Батериите Nimh са източници на енергия, които се класифицират като алкални батерии. Те са подобни на никел-водородните батерии. Но нивото на техния енергиен капацитет е по-голямо.

Вътрешен състав ni mh батериите са подобни на състава на никел-кадмиевите захранвания. За подготовката на положителния извод се използва химически елемент, никел, докато отрицателният извод се приготвя с помощта на сплав, която включва метали, абсорбиращи водород.

Има няколко типични дизайна на никел-метал-хидридни батерии:

• Цилиндър. За разделяне на проводимите клеми се използва разделител, на който се придава формата на цилиндър. На капака е разположен авариен клапан, който се отваря леко, когато налягането се увеличи значително.
• Призма. В такава никел метал хидридна батерия електродите се концентрират последователно. За разделянето им се използва сепаратор. За поставяне на основните елементи се използва корпус от пластмаса или специална сплав. За да контролирате налягането, в капака се вкарва клапан или сензор.

Сред предимствата на такъв източник на енергия са:

• Специфичните енергийни параметри на източника на енергия се увеличават по време на работа.
• Кадмият не се използва при получаването на проводими елементи. Следователно няма проблеми с изхвърлянето на батерията.
• Липса на вид "ефект на паметта". Следователно не е необходимо да се увеличава капацитетът.
• За да се справят с разрядното напрежение (да го намалят), специалистите разреждат устройството до 1 V 1–2 пъти месечно.

Сред ограниченията, които се отнасят до никел метал хидридни батерии са:

• Съответствие с установения диапазон от работни токове. Превишаването на тези стойности води до бързо разреждане.
• Работата на този тип захранване при тежки студове не е разрешена.
• В батерията се въвеждат термични предпазители, с помощта на които се определя прегряване на устройството и повишаване на нивото на температурата до критична стойност.
• Склонност към саморазреждане.

Зареждане на никел метал хидридна батерия

Процесът на зареждане на никел метал хидридни батерии включва определени химични реакции. За нормалната им работа е необходима част от енергията, подадена от зарядното устройство от мрежата.

Ефективността на процеса на зареждане е частта от енергията, получена от източника на енергия, която се съхранява. Стойността на този индикатор може да варира. Но е невъзможно да се постигне 100 процента ефективност.

Преди да заредите метални хидридни батерии, проучете основните типове, които зависят от големината на тока.

Тип капково зареждане

Този тип зареждане на батерии трябва да се използва внимателно, тъй като води до намаляване на експлоатационния живот. Тъй като изключването на този тип зарядно устройство се извършва ръчно, процесът изисква постоянно наблюдение, регулация. В този случай е зададен минималният индикатор за ток (0,1 от общия капацитет).

Тъй като при зареждане на ni mh батерии по този начин максималното напрежение не е зададено, те се фокусират само върху индикатора за време. За да оцените интервала от време, използвайте параметрите на капацитета, които има разреден източник на захранване.

Ефективността на така зареденото захранване е около 65–70 процента. Поради това производителите не препоръчват използването на такива зарядни устройства, тъй като те влияят на параметрите на производителността на батерията.

Бързо зареждане

Когато се определя какъв ток може да се използва за зареждане на ni mh батерии в бърз режим, се вземат предвид препоръките на производителите. Текущата стойност е от 0,75 до 1 от общия капацитет. Не се препоръчва да се превишава установеният интервал, тъй като аварийни клапанивключи.

За зареждане на nimh батерии в бърз режим напрежението се настройва от 0,8 до 8 волта.

Ефективността на бързото зареждане на Ni mH захранвания достига 90 процента. Но този параметър намалява веднага щом времето за зареждане приключи. Ако не изключите зарядното устройство навреме, налягането вътре в батерията ще започне да се увеличава и температурата ще се повиши.

За да заредите Ni mH батерия, изпълнете следните стъпки:

• Предварително зареждане

В този режим се влиза, ако батерията е напълно разредена. На този етап токът е между 0,1 и 0,3 от капацитета. наслади се големи токовезабранен. Времевият период е около половин час. Веднага щом параметърът на напрежението достигне 0,8 волта, процесът спира.

• Преминаване към ускорен режим

Процесът на увеличаване на тока се извършва в рамките на 3-5 минути. Температурата се следи през целия период. Ако този параметър достигне критична стойност, зарядното устройство се изключва.

При бързо зареждане на никел-метал-хидридни батерии, токът се настройва на 1 от общия капацитет. В този случай е много важно бързо да изключите зарядното устройство, за да не повредите батерията.

За да наблюдавате напрежението, използвайте мултицет или волтметър. Това помага да се елиминират фалшивите положителни резултати, които влияят неблагоприятно на работата на устройството.

Някои зарядни устройства за ni mh батерии работят не с постоянен, а с импулсен ток. Токът се подава на определени интервали. Ининги импулсен токнасърчава равномерното разпределение на електролитния състав и активните вещества.

• Допълнително и поддържащо таксуване

За да попълните пълния заряд на Ni mH батерията, на последния етап индикаторът за ток се намалява до 0,3 от капацитета. Продължителност – около 25-30 минути. Забранено е да се увеличава този период от време, тъй като това помага да се сведе до минимум периода на работа на батерията.

Бързо зареждане

Някои модели зарядни устройства за никел-кадмиеви батерии са оборудвани с режим на бързо зареждане. За да направите това, токът на зареждане е ограничен чрез настройване на параметрите на 9–10 от капацитета. Трябва да намалите тока на зареждане веднага щом батерията се зареди до 70 процента.

Ако батерията се зарежда в ускорен режим повече от половин час, структурата на проводимите клеми постепенно се разрушава. Експертите препоръчват да използвате този тип зареждане, ако имате известен опит.

Как правилно да зареждате захранващи устройства и също така да премахнете възможността за презареждане? За да направите това, трябва да следвате следните правила:

1. Контрол на температурата на Ni mH батерии. Необходимо е да спрете зареждането на NIMH батерии веднага щом нивото на температурата се повиши бързо.
2. За nimh захранвания са зададени времеви ограничения, които ви позволяват да контролирате процеса.
3. Ni mh батериите трябва да се разреждат и зареждат при напрежение 0,98. Ако този параметър намалее значително, зарядните устройства се изключват.

Повторно производство на никел металхидридни захранвания

Процесът на възстановяване на ni mh батерии е да се премахнат последствията от „ефекта на паметта“, които са свързани със загуба на капацитет. Вероятността този ефект да се увеличи, ако устройството често е непълно заредено. Устройството фиксира долната граница, след което капацитетът намалява.

Преди да възстановите източника на захранване, подгответе следните елементи:

• Електрическа крушка с необходимата мощност.
• Зарядно устройство. Преди употреба е важно да се изясни дали зарядното може да се използва за разреждане.
• Волтметър или мултиметър за определяне на напрежението.

Електрическа крушка или зарядно устройство, оборудвано с подходящ режим, е свързано към батерията със собствените си ръце, за да я разредите напълно. След това се активира режимът на зареждане. Броят на циклите на възстановяване зависи от това колко дълго батерията не е била използвана. Препоръчва се тренировъчният процес да се повтаря 1-2 пъти през месеца. Между другото, възстановявам по този начин онези източници, които са загубили 5-10 процента от общия си капацитет.

За изчисляване на загубения капацитет се използва доста прост метод. И така, батерията е напълно заредена, след което се разрежда и се измерва капацитетът.

Този процес ще бъде значително опростен, ако използвате зарядно устройство, с което можете да контролирате нивото на напрежение. Също така е полезно да се използват такива устройства, тъй като вероятността от дълбоко разреждане е намалена.

Ако нивото на зареждане на никел-метал-хидридни батерии не е установено, тогава електрическата крушка трябва да се монтира внимателно. С помощта на мултицет се следи нивото на напрежението. Това е единственият начин да се предотврати възможността за пълно разреждане.

Опитни специалисти извършват както реставрацията на един елемент, така и на целия блок. По време на периода на зареждане съществуващият заряд се изравнява.

Възстановяването на източник на енергия, който е бил в употреба в продължение на 2-3 години, с пълно зареждане или разреждане, не винаги носи очаквания резултат. Това е така, защото електролитният състав и проводящите клеми постепенно се променят. Преди да използвате такива устройства, електролитният състав се възстановява.

Гледайте видеоклип за възстановяване на такава батерия.

Правила за използване на никел-метал хидридни батерии

Експлоатационният живот на Ni mH батериите до голяма степен зависи от това дали източникът на захранване може да прегрее или да бъде значително презареден. Освен това експертите съветват да се вземат предвид следните правила:

• Независимо колко време ще се съхраняват захранващите устройства, те трябва да бъдат заредени. Процентът на зареждане трябва да бъде поне 50 от общия капацитет. Само в този случай няма да има проблеми по време на съхранение и поддръжка.
• Батериите от този тип са чувствителни към презареждане и прекомерно нагряване. Тези индикатори оказват вредно влияние върху продължителността на употреба и количеството на тока. Тези захранвания изискват специални зарядни устройства.
• Циклите на обучение не са необходими за NiMH захранвания. С помощта на доказано зарядно се възстановява загубен капацитет. Броят на циклите на възстановяване до голяма степен зависи от състоянието на устройството.
• Не забравяйте да правите почивки между циклите на възстановяване и също така проучете как да зареждате използвана батерия. Този период от време е необходим, за да може модулът да се охлади и нивото на температурата да спадне до необходимото ниво.
• Процедура за зареждане или тренировъчен цикълизвършва само в приемлив температурни условия: +5-+50 градуса. Ако надхвърлите тази цифра, вероятността от бърз отказ се увеличава.
• При презареждане се уверете, че напрежението не пада под 0,9 волта. В крайна сметка някои зарядни устройства не зареждат, ако тази стойност е минимална. В такива случаи е възможно да свържете външен източник за възстановяване на захранването.
• Цикличното възстановяване се извършва при условие, че има известен опит. В крайна сметка не всички зарядни устройства могат да се използват за разреждане на батерията.
• Процедурата за съхранение включва редица прости правила. Не е позволено да съхранявате захранването включено на откритоили в помещения, където нивото на температурата пада до 0 градуса. Това провокира втвърдяване на електролитния състав.

Ако не един, а няколко източника на енергия се зареждат едновременно, тогава степента на зареждане се поддържа на зададеното ниво. Следователно неопитните потребители извършват възстановяване на батерията отделно.

Батериите Nimh са ефективни източници на енергия, които се използват активно за оборудване различни устройстваи единици. Те се отличават с определени предимства и характеристики. Преди да ги използвате, е необходимо да се вземат предвид основните правила за употреба.

Видео за батерии Nimh