Что такое ni mh аккумулятор: Ni-Cd, Ni-MH и Li-Ion аккумуляторы. В чем разница. Плюсы и минусы — купить на radiosila.ru — magazinakb.ru

Содержание

Ni-Cd (никель-кадмиевые), Ni-MH (никель-металлогидридные) или Li-Ion (литий-ионные) — какие аккумуляторы лучше

В интернет-магазине Midlandrus большой выбор аккумуляторов разных типов. Являясь премьер-диллерами брендов Motorola, Icom, Vertex Standard, Alan, мы реализуем сертифицированный оригинальный товар. Перед покупкой аккумулятора нужно определиться с его типом. Сделать это можно, изучив достоинства и недостатки оборудования разных видов.

Основные типы аккумуляторов

Устройства, которые нужны для работы большинства современных электронных приборов, различаются материалом изготовления. Бывают Ni-Cd (никель-кадмиевые), Ni-MH (никель-металлогидридные) и Li-Ion (литий-ионные) аккумуляторы.

Различия также в емкости, экологичности и наличии/отсутствии эффекта памяти. Последний заключается в том, что при неполной разрядке устройства подзарядка ведет к уменьшению емкости. Новый заряд происходит ровно до того уровня, с которого произвели подзарядку.

Аккумулятор ni-cd появился первым. Его используют с 1899 года. Широкое применение оборудованию, состоящему из никелевого катода и анода из гидроксида кадмия, нашли в авиастроении. Его элементы питания отличаются особой прочностью.

Аккумуляторы ni-mh появились в 1987 году. Ввиду улучшенной емкости устройств, полученной в связи с использованием нового гидридного сплава, они начали вытеснять с рынка никель-кадмиевые аналоги.

Аккумуляторы Li-Ion появились в середине 1980-х годов. Их коммерческое использование началось в 1991 году. Сначала в продажу поступило оборудование данного типа компании Sony. Несмотря на улучшенные характеристики, в некоторых ситуациях люди продолжают использовать nicd и nimh аналоги.

Плюсы аккумуляторов разных видов и их минусы

Сказать, какой аккумулятор лучше nicd или nimh или же современные Li-Ion батареи нельзя. Оборудование всех типов:

в зависимости от условий эксплуатации ведет себя по-разному;
имеет достоинства и недостатки.

Никель кадмиевый аккумулятор отличается невысокой ценой. Отдача максимального тока нагрузки и быстрота зарядки – достоинства батареи. Высокая емкость сохраняется даже при температурах до -20 градусов Цельсия. Если соблюдать нормы эксплуатации, никель кадмиевый аккумулятор выдержит до 1000 циклов зарядки-разрядки.

Основной недостаток никель-кадмиевой батареи – потеря до 10% заряда в первые 24 ч после отключения от источника питания. При таком уровне саморазряда оборудование даже большой емкости надо часто заряжать. Еще один существенный недостаток – ежемесячное сокращение емкости. В среднем этот показатель составляет 9%. Если аккумулятор долго не использовали, то для восстановления емкости нужно произвести около 5 циклов зарядки-разрядки. Он обладает эффектом памяти. Для предотвращения его появления оборудование нужно заржать после того, как оно полностью разрядилось. Это не всегда удобно, ведь в нужный момент рядом может не оказаться источника питания.

Nimh аккумуляторы экологичны.

При их использовании не выделяются опасные для здоровья вещества. Они обладают эффектом памяти. Однако он проявляется меньше, чем у ni-cd предшественников. Устройства хорошо работают при температуре ниже 0⁰С и обладают повышенной в сравнении с nicd аналогом емкостью. Недостатки гидридных устройств:

высокая степень саморазрядки;
снижение первоначальной емкости после определенного количества циклов зарядки-разрядки;
ограниченный срок службы.

Снижение емкости в среднем происходит после 250 рабочих циклов. Этот показатель зависит от емкости и характеристик конкретной модели аккумулятора. Nimh батарея стоит дороже, чем nicd.

В Li-Ion батареях нет эффекта памяти. Также к их достоинствам относится:

большая емкость;
низкий уровень саморазряда;
быстрота зарядки;
маленькая масса.

Основной недостаток Li-Ion аккумуляторов – высокая цена. Их время работы значительно снижается при температурах ниже 0⁰С. Соответственно, для уличного оборудования современные Li-Ion батареи не подходят. Даже при большой емкости зимой они будут разряжаться быстрее, чем nicd или nimh аналоги. У Li-Ion аккумуляторного элемента ограниченный срок эксплуатации.

Аккумуляторы используются не только в телефонах, фотоаппаратах, плеерах, но и в оборудовании, которое нужно нечасто (аккумуляторный шуруповерт, к примеру). Чтобы приборы любого типа максимально долго сохранили исходные характеристики, хранить их нужно в сухом и прохладном месте. Нежелательно, чтобы батарея была полностью заряжена или разряжена. Не менее чем раз в 3 месяца устройство нужно подзарядить. Перед использованием после длительного хранения следует полностью разрядить и зарядить аккумулятор. Максимальный срок хранения никель-металл-гидридных и кадмиевых устройств — 5 лет.

Ni-Mh, Ni-Cd и Li-ion аккумуляторы для авто

В автомобилях с альтернативным приводом, в отличие от традиционных, вместо свинцовых аккумуляторов используются щелочные, которые предназначены не только для запуска мотора и питания подключенной электроники, но и для поддержки ячеек топлива, либо питания силовой установки авто.

Для автомобилей с топливными ячейками нужны мощные АКБ со средней накопительной способностью, а для электромобилей — с высокой. К тому же большое внимание уделяется саморазряду АКБ, степень которого зависит возраста и типа батареи, температурных условий, и того, насколько часто аккумулятор эксплуатируется.

Чем выше энергетическая плотность аккумулятора, тем больше энергии накапливается при одинаковой массе, и тем большее расстояние проедет электромобиль. Современные аккумуляторы обладают следующими показателями плотности:

Свинцово-кислотный АКБ около 30 Вт/кг;
Литий-ионный АКБ до 150 Вт/кг;
Никель-металлогидридные АКБ до 80 Вт/кг

Никель-металлогидридные аккумуляторы, или NiMH, применяют в гибридных автомобилях в виде буферного источника энергии. В состоянии покоя такие АКБ быстро разряжаются и если в течение длительного времени не обеспечить полный заряд, то количество рабочих циклов батареи в разы уменьшится.

Но есть и ощутимые достоинства:

Механическая надежность;
Высокая энергетическая плотность.

Никель-кадмиевые аккумуляторы являются прототипом никель-металлогидридных батарей, который менее болезненно воспринимает продолжительный глубокий разряд. Тем не менее использование этих АКБ в автомобилях сегодня нецелесообразно по причине следующих недостатков:

После неполного разряда невозможно осуществить полную зарядку аккумулятора из-за «эффекта памяти»;

Быстрый саморазряд;
Токсичность кадмия не позволяет использование Ni-Cd АКБ в бытовых условиями, а во многих странах они и вовсе запрещены.

Литий-ионные аккумуляторы активно используются и в гибридных авто, и в различной электронике, а также в некоторых спортивных ав благодаря высокой энергетической плотности, низкому саморазряду и большому количеству рабочих циклов.

Существует один неприятный момент — при зарядке такие батареи сильно нагреваются, что чревато возгоранием в случае чрезмерного заряда. Поэтому процесс зарядки Li-Ion АКБ желательно контролировать. Обезопасить от перезаряда такие батареи помогает специальный корпус, который сглаживает удары и вибрацию, а также использование изолирующего геля, окружающего топливные ячейки. Для большей стабилизации литий-ионные батареи оснащаются контролирующей электроникой, которая вмонтирована в контур и подключена к системе охлаждения. Если возникает перегрев, срабатывает контроллер и специальным клапаном сбрасывается избыточное давление.

Ni-MH — перезаряжаемые никель-металл-гидридные аккумуляторы

Перезаряжаемые никель-металл-гидридные (NiMH) герметично упакованные аккумуляторы имеют состав водородоадсорбирующего сплава. Такие аккумуляторы содержат в себе электрод на базе сплава поглощающих водород металлов. Когда батарея разряжается, то водород высвобождается из металлического сплава в виде воды. Высокая плотность энергии никель-металл-гидридных аккумуляторов по сравнению с другими химическими соединениями достигается благодаря наличию металлического сплава.

NiMh батареи имеют длинный жизненный цикл и хорошо хранятся. Кроме того, данные аккумуляторы можно заряжать в любое время без ущерба напряжению тока.

Важно отметить, что NiMh аккумуляторы являются экологически чистым продуктом и не наносят ущерб окружающей среде.

Тип	Модель	Размер	Размеры (макс.)		Ёмкость	Номинальное напряжение	Стандартный заряд		Быстрый заряд		Габариты
			Диаметр	Длина	(мА*ч)	В	Ток, мА	Время	Ток, мА	Время	Вес
			мм	мм	(мА*ч)	В	Ток, мА	ч	Ток, мА	мин.	г
AAA	2/3AAA300	2/3AAA	10.5	28.7	300	1.2	60	7	300	72	7
	AAA600	AAA	10.5	42.8	600	1.2	120	7	600	72	12
	AAA600H	AAA	10.5	44. 5	600	1.2	120	7	600	72	12
	AAA700H	AAA	10.5	44.5	700	1.2	140	7	700	72	12
	AAA800H	AAA	10.5	44.5	800	1.2	160	7	800	72	13
	AAA900H	AAA	10. 5	44.5	900	1.2	160	7	900	72	13
	AAA1000H	AAA	10.5	44.5	1000	1.2	180	7	1000	72	13
AA	2/3AA650	2/3AA	14.5	28.5	650	1.2	130	7	650	72	15
	4/5AA1200	4/5AA	14. 5	43.3	1200	1.2	240	7	1200	72	23
	AA600	AA	14.5	49.1	600	1.2	120	7	600	72	24
	AA800H	AA	14.5	50.4	800	1.2	160	7	800	72	24
	AA1000	AA	14. 5	49.1	1000	1.2	200	7	1000	72	24
	AA1200L	AA	14.5	49.1	1200	1.2	240	7	1200	72	24
	AA1300H	AA	14.5	50.4	1300	1.2	260	7	1300	72	24
	AA1500L	AA	14. 5	49.1	1500	1.2	300	7	1500	72	26
	AA1600H	AA	14.5	50.4	1600	1.2	320	7	1600	72	26
	AA1700L	AA	14.5	49.1	1700	1.2	170	14	510	240	27
	AA1800H	AA	14. 5	50.4	1800	1.2	180	14	540	240	28
	AA2000H	AA	14.5	50.4	2000	1.2	200	14	600	240	28
	AA2100L	AA	14.5	50.4	2100	1.2	210	14	630	240	29
	AA2200H	AA	14. 5	50.4	2200	1.2	220	14	660	240	29
	AA2300H	AA	14.5	50.4	2300	1.2	230	14	690	240	30
	AA2400H	AA	14.5	50.4	2400	1.2	240	14	720	240	30. 5
	AA2500H	AA	14.5	50.4	2500	1.2	250	14	750	240	31
	AA2600	AA	14.5	50.4	2600	1.2	260	14	780	240	31.5
	AA2700	AA	14.5	50.4	2700	1. 2	270	14	810	240	32
A	2/3A1200	2/3A	17	28.5	1200	1.2	120	14	360	240	32
	4/5A1800	4/5A	17	43.2	1800	1.2	180	14	540	240	32
	A2100	AR(2)	17	50. 3	2100	1.2	210	14	630	240	38
	4/3A3600	4/3A	17	67.3	3600	1.2	360	14	1080	240	53
18	18670	18670	18.5	67	3800	1.2	380	14	1140	240	53
18	18720	18720	18. 5	72	4500	1.2	450	14	1350	240	53
SC	SC2800	SC	23	42.8	280	1.2	280	14	840	240	56
	SC3000	SC	23	42.8	3000	1.2	300	14	900	240	60
	SC3600	SC	23	42. 8	3600	1.2	360	14	1080	240	64
C	C4000H	C	26	50.4	4000	1.2	400	14	1200	240	73
D	D8000	D	33	60.3	8000	1.2	800	14	2400	240	157
	D9000H	D	33	60. 3	9000	1.2	900	14	2700	240	167
	D10000	d	33	60.3	10000	1.2	1000	14	3000	240	190
F	F13000	F	32.4	90	13000	1.2	1300	14	3900	390	205
9V	9V 220	9V	26. 515.648.5		220	1.2	22	14	88	180	40
9V	9V 300	9V	26.515.648.5		300	1.2	30	14	120	180	44

В ассортименте — более 55 серий стандартных ячеек.
Также доступны следующие ячейки:

Стандартные серии
Серия аккумуляторов с высокой токоотдачей
Серии с расширенным температурным рабочим диапазоном

Разнообразные форм-факторы

Цилиндрические
Призматические
«Таблетки».

Ni-MH АККУМУЛЯТОРЫ

Цена:

Бренд:

GP Fujicell ANSMANN Minamoto Panasonic

Производитель:

Fujicell, Япония Ansmann, Германия GP, Сингапур Panasonic, Япония MINAMOTO, Япония

Страна происхождения:

Япония КНР

Типоразмер:

AA, пальчиковые (LR6; FR6; ZR6; R6; 316) AAA, мизинчиковые (LR03; FR03; R03; 286) C, средние (LR14; R14; 343) MH550AAA MH800AAA Mh3100AA Mh3500AA Mh370F8 Mh3700AA Mh3850AA Mh2600AA

Тип элемента питания:

Ni-MH (никель-металл-гидридный)

Диапазон рабочих температур, °C:

-30 +50 -20°С до +50°С

Тип аккумуляторов:

Ni-MH никель металл гибридный

ГАРАНТИЯ:

1 год

Размер, ДхШхВ с клеммами, мм:

15 x 120 x 80

Тип контактов (выводов):

контактная площадка коннектор

Ёмкость, мАч:

2200 6000 1000 2800

Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов

Портативный мир

В настоящее время для питания портативной аппаратуры используется несколько видов аккумуляторов : никель — кадмиевые (NiCd), никель — металл — гидридные (NiMH), литий — ионные (Li+), литий — полимерные (Li-Polymer). В последнее время все большее распространение получают Li+ аккумуляторы . Причин этому несколько : они имеют большую удельную емкость , низкий саморазряд , способны отдавать большие токи при разряде . Li-Polymer аккумуляторы обладают еще одним преимуществом : технологически их можно изготовить любой формы , аккумулятор может быть сверхплоским , толщиной всего несколько миллиметров , и даже иметь сложную форму , заполняя собой все свободное пространство внутри устройства . К сожалению , Li+ аккумуляторы , производимые разными фирмами ( и даже одной фирмой , но для разных моделей устройства ) имеют разные размеры и несовместимы между собой . Теряется такое важное качество , как взаимозаменяемость . С одной стороны , это позволяет создавать более компактные устройства , разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая . Но в то же время это вызывает ряд неудобств . Если , например , требуется второй аккумулятор для того или иного устройства , возникают определенные проблемы : нужно найти точно такой же аккумулятор той же фирмы , причем стоимость его будет довольно высокой , поскольку нет предложений от конкурентов . То же касается и зарядных устройств : для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое « фирменное » зарядное устройство . Потребители хотят иметь выбор и часто голосуют кошельком против такого подхода , покупая устройства , работающие на стандартных аккумуляторах размера AA или AAA. Такие аккумуляторы намного дешевле , широко представлены на рынке , а в экстренных случаях могут быть заменены щелочными батарейками , которые имеют такой же форм — фактор . Как недостаток можно назвать их несколько меньшую удельную емкость и несколько меньшую компактность устройств , использующих такие аккумуляторы . Но есть и важное преимущество : если во всех устройствах используются аккумуляторы форм — фактора AA или AAA, достаточно одного зарядного устройства .

Стандартные аккумуляторы

Если вести речь об аккумуляторах форм — фактора AA или AAA, то есть смысл говорить только о NiMH аккумуляторах . Применявшиеся ранее NiCd аккумуляторы встречаются все реже , тем более , зарядное устройство , спроектированное для работы с NiMH аккумуляторами , будет нормально работать и с NiCd аккумуляторами ( но обратное не верно ). По сравнению с NiCd аккумуляторами NiMH аккумуляторы имеют на 30…40% большую удельную емкость , меньше страдают эффектом « памяти », не содержат опасного для окружающей среды кадмия . Однако у NiMH аккумуляторов есть и недостатки : они дороже ( хотя разница в стоимости постепенно стирается ), имеют меньшее количество циклов заряд — разряда ( характеристики начинают ухудшаться уже после 200…300 циклов ), имеют более высокое внутреннее сопротивление , больший примерно в полтора раза саморазряд . Даже несмотря на то , что при разряде они могут отдавать значительные токи , разряд током сверх допустимого ведет к уменьшению количества циклов , поэтому желательно при разряде не превышать ток 0.5C. Там , где требуются большие разрядные токи , до сих пор используются NiCd акумуляторы . Однако технология NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется и уже сегодня ведущие производители этих аккумуляторов заявляют , что современные модели NiMH аккумуляторов полностью свободны от эффекта « памяти » и допускают 500. ..1000 циклов заряд — разряда .

Способы зарядки аккумуляторов

В процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования . Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования , другая часть превращается в тепло . Можно ввести понятие « КПД процесса зарядки аккумулятора ». Это та часть энергии , поступающей от зарядного устройства , которая запасается в аккумуляторе . Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше , при других – ниже . Тем не менее , КПД может быть довольно высоким , что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора . Химические реакции , которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке , являются экзотермическими , в отличие от NiCd аккумуляторов , где они эндотермические . Это означает , что КПД зарядки NiMH аккумуляторов ниже , и они более горячие в процессе зарядки . Это требует более тщательного контроля процесса зарядки . Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока . Ток зарядки обычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора . Это не совсем корректно с точки зрения размерностей физических величин , но принято считать , что ток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА / ч равен 2500 мА . По скорости различают несколько видов зарядки : капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет , они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки . Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки : капельная и быстрая . К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током , большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то , что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс , пользуясь какими — то критериями . При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать , а аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго .

Капельная зарядка

Вопреки существующему мнению , капельная зарядка не способствует долгой жизни аккумуляторов . Дело в том , что при капельной зарядке зарядный ток не отключают даже после того , как аккумулятор полностью зарядился . Именно поэтому ток выбирается малым . Считается , что даже если вся энергия , сообщаемая аккумулятору , будет превращаться в тепло , при столь малом токе он не сможет существенно нагреться . Для NiMH аккумуляторов , которые значительно хуже реагируют на перезарядку , чем NiCd, ток капельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкости значение тока капельной зарядки больше . Это означает , что в зарядном устройстве , предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости , аккумуляторы малой емкости будут сильно нагреваться , что сокращает срок их службы . Снижение тока капельной зарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного . Аккумулятор большой емкости , установленный в зарядное устройство , предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости , может вообще никогда не достичь своего полного заряда , так как с процессом заряда будет конкурировать саморазряд . Долго находясь в таких условиях , аккумуляторы начинают деградировать , теряя емкость . При всем желании , надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно . На низких зарядных токах профиль напряжения плоский , практически нет характерного максимума в конце зарядки . Температура также растет плавно . Единственным методом является ограничение процесса зарядки по времени . Однако при этом нужно знать не только точную емкость аккумулятора ( которая зависит от возраста и состояния аккумулятора ), но и величину его начального заряда . Исключить влияние начального заряда можно только одним способом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой . А это еще больше удлиняет процесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора , которая определяется количеством циклов заряд — разряда . Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядки является низкий КПД этого процесса . Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, более того , КПД зависит от многих факторов , в том числе от температуры и состояния аккумулятора . Единственным преимуществом капельной зарядки является простота реализации ( без контроля конца зарядки ). В то же время производители NiMH аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой . И только в самое последнее время производители аккумуляторов специально отмечают , что современные NiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки .

Быстрая зарядка

Большинство производителей NiMH аккумуляторов приводят характеристики своих аккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретить рекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открывания вентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышенной температуры окружающей среды . « Умное » зарядное устройство должно оценить условия и принять решение о допустимости быстрого заряда . Считается , что быстрый заряд можно использовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе 0.8…1.8 В . КПД процесса быстрой зарядки очень высок ( порядка 90%), поэтому аккумулятор нагревается слабо . Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло . Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора , что может вызвать его повреждение . И хотя для современных аккумуляторов взрыва , скорее всего , не последует , просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора будет безвозвратно утрачена . Это точно не пойдет на пользу аккумулятору , не говоря уже об изменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры . Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить . К счастью , в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии , по которым зарядное устройство может это сделать . Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз :

1. Определение наличия аккумулятора .

2. Квалификация аккумулятора (qualification).

3. Пред — зарядка (pre-charge).

4. Переход к быстрой зарядке (ramp).

5. Быстрая зарядка (fast charge).

6. Дозарядка (top-off charge).

7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).

Фаза определения наличия аккумулятора

В этой фазе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1C. Если при этом напряжение оказывается выше 1.8 В , это значит , что аккумулятор отсутствует или поврежден . В любом случае зарядка начинаться не должна . Как только будет обнаружено меньшее напряжение , делается вывод , что аккумулятор подключен и можно начинать зарядку .

Во всех других фазах зарядки на фоне основных действий должна производится проверка наличия аккумулятора . Эта необходимость связана с тем , что аккумулятор в любой момент может быть вынут из зарядного устройства . При этом из любой фазы зарядное устройство должно перейти на первую фазу – определение наличия аккумулятора .

Фаза квалификации аккумулятора

Зарядка начинается с фазы квалификации аккумулятора . Эта фаза нужна для грубой оценки начального заряда аккумулятора . Если напряжение на аккумуляторе меньше 0.8 В , то быструю зарядку производить нельзя . В этом случае требуется дополнительная фаза пред — зарядки . Если же напряжение больше этой величины , то фаза пред — зарядки пропускается . На практике аккумуляторы никогда не разряжают ниже 1.0 В . Поэтому фаза пред — зарядки реально никогда не используется , разве что при зарядке глубоко разряженных или долго не бывших в употреблении аккумуляторов .

Фаза пред — зарядки

Эта фаза предназначена для начальной зарядки глубоко разряженных аккумуляторов . Значение тока пред — зарядки выбирается в пределах 0.1…0.3C. Фаза пред — зарядки должна быть ограничена во времени ( например , 30 мин ). Более длительная пред — зарядка смысла не имеет , так как у исправного аккумулятора напряжение должно довольно быстро достигнуть порогового значения 0.8 В . Если же напряжение не растет , значит аккумулятор поврежден и процесс зарядки нужно прервать с индикацией ошибки . Во всех длительных фазах зарядки необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения . Для NiMH аккумуляторов максимально допустимой во время зарядки считают температуру 50°C. Как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .

Фаза перехода к быстрой зарядке

Если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В , то можно начинать быструю зарядку . Сразу включать большой зарядный ток не рекомендуется . Ток нужно плавно повышать в течение 2…4 мин , пока он не достигнет заданного тока быстрой зарядки . В этой фазе необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения . Как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .

Фаза быстрой зарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.5…1.0C. Основной проблемой при быстрой зарядке является точное определение момента окончания зарядки . Если фазу быстрой зарядки вовремя не прекратить , аккумулятор будет разрушен . Поэтому весьма желательно , чтобы для определения окончания быстрой зарядки использовалось сразу несколько независимых критериев . Для NiCd аккумуляторов обычно применялся так называемый –dV метод . В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе растет , но в самом конце зарядки оно начинает падать . Для NiCd аккумуляторов критерием окончания зарядки являлось снижение напряжения примерно на 30 мВ ( на каждый аккумулятор ). –dV – это самый быстрый метод , он хорошо работает даже с частично заряженными аккумуляторами . Если , например , установить на зарядку полностью заряженный аккумулятор , то напряжение на нем начнет быстро расти , затем довольно резко падать . Это вызовет окончание зарядки . Для NiMH аккумуляторов этот метод работает не столь хорошо , потому что падение напряжения для них менее выражено . При токах зарядки менее 0.5C максимум напряжения вообще может отсутствовать , поэтому зарядное устройство , предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости , не всегда может определить конец зарядки аккумуляторов большой емкости . При повышенных температурах максимум напряжения также несколько смазывается . Слабое падение напряжения в конце зарядки вынуждает повышать чувствительность , что может привести к досрочному завершению быстрой зарядки из — за помех . Помехи генерируются как самим зарядным устройством , так и проникают из питающей сети . По этой причине не рекомендуется заряжать аккумуляторы в автомобиле , так как бортовая сеть обычно имеет очень высокий уровень помех . Сам аккумулятор тоже является источником шумов . Поэтому при измерении напряжения нужно применять фильтрацию . Надежность метода –dV уменьшается при зарядке батарей последовательно соединенных аккумуляторов , если отдельные аккумуляторы в батарее различаются по степени заряда . При этом пик напряжения для разных аккумуляторов батареи наступает в разные моменты времени , и профиль напряжения смазывается . Иногда для NiMH аккумуляторов вместо метода –dV используют метод dV=0, когда вместо падения напряжения детектируют плато на профиле напряжения . Критерием конца зарядки в этом случае служит постоянство напряжения на аккумуляторе в течение , например , 10 минут . Метод dV=0 можно рассматривать как вариант метода –dV с установленным нулевым порогом изменения напряжения . Несмотря на все трудности определения конца зарядки методом –dV, именно этот метод большинством производителей NiMH аккумуляторов называется как основной при быстрой зарядке . Типичным значением для изменения напряжения в конце зарядки током 1C является –2.5…–12 мВ на один аккумулятор . Сразу после включения большого зарядного тока напряжение на аккумуляторе может испытывать флуктуации , которые могут быть неверно восприняты как падение напряжения в конце зарядки . Для предотвращения ложного прекращения быстрой зарядки первые 3…10 мин (hold off time) после включения зарядного тока контроль –dV должен быть выключен . Одновременно с падением напряжения в конце зарядки начинает расти температура и давление внутри аккумулятора . Поэтому конец зарядки можно определить по возрастанию температуры . Устанавливать абсолютный порог температуры для определения момента окончания зарядки не рекомендуется , так как сильное влияние на точность будет оказывать температура окружающей среды . Поэтому чаще используют не саму температуру , а скорость ее изменения dT/dt. Считается , что при зарядном токе 1C процесс зарядки нужно завершать , когда скорость роста температуры dT/dt достигнет 1°C/ мин . Нужно отметить , что при токах зарядки менее 0.5C скорость роста температуры почти не меняется и этот критерий использовать нельзя . Ввиду тепловой инерции метод dT/dt склонен вызывать некоторый перезаряд аккумулятора . Как метод dT/dt, так и метод –dV вызывают некоторый перезаряд аккумулятора , что ведет к снижению срок его службы . Для того , чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора , завершение заряда лучше проводить малым током при низкой температуре аккумулятора , так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов заметно падает . Поэтому фазу быстрой зарядки желательно завершать чуть раньше . Существует так называемый inflexion метод определения окончания быстрой зарядки [3]. Суть этого метода заключается в том , что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе , а максимум производной напряжения по времени . Т . е . быстрая зарядка прекратится в тот момент , когда скорость роста напряжения будет максимальной . Это позволяет завершить фазу быстрой зарядке раньше , когда температура аккумулятора еще не успела значительно подняться . Однако этот метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений ( вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения ). Некоторые зарядные устройства используют не постоянный зарядный ток , а импульсный [4]. Импульсы тока имеют длительность порядка 1 сек , промежуток между импульсами – порядка 20…30 мс . Как преимущество такого метода называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему , меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации . Точных данных по эффективности такого метода нет , во всяком случае , вреда он не приносит . С другой стороны , такой способ имеет другие преимущества . В процессе детектирования окончания быстрого заряда необходимо точно измерять напряжение на аккумуляторе . Если измерение проводить под током , то дополнительную погрешность будет вносить сопротивление контактов , которое может быть нестабильным . Поэтому на время измерения зарядный ток желательно отключать . После выключения зарядного тока необходимо сделать паузу 5…10 мс , пока напряжение на аккумуляторе установится . Затем можно производить измерение . Для эффективной фильтрации помех сетевой частоты можно произвести ряд последовательных выборок на интервале 20 мс ( один период сетевой частоты ) с последующей цифровой фильтрацией . Идея заряда импульсным током получила дальнейшее развитие . Был разработан метод , который называют FLEX negative pulse charging или Reflex Charging. Этот метод отличается от простого импульсного заряда наличием в промежутках между импульсами тока зарядки импульсов разрядного тока . При длительности импульсов тока зарядки порядка 1 сек длительность импульсов разрядного тока выбирается порядка 5 мс . Величина разрядного тока больше тока зарядки в 1.0…2.5 раз . Как преимущество такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах ( вызывающих эффект « памяти »). Но есть результаты независимой проверки это метода фирмой General Electric, которые говорят о том , что пользы такой метод не приносит , как , впрочем , и вреда . Поскольку правильное определения окончания быстрого заряда является очень важным , хорошее зарядное устройство должно использовать несколько методов определения сразу . Кроме того , должны проверяться некоторые дополнительные условия для аварийного прекращения быстрой зарядки . Так , в фазе быстрой зарядки необходимо контролировать температуру аккумулятора и прекращать быструю зарядку в случае достижения критического значения . Для быстрой зарядки ограничение по температуре более жесткое , чем для зарядки вообще . Поэтому при достижении температуры +45°C необходимо аварийно прекратить быструю зарядку и перейти на фазу дозарядки меньшим током . Очень желательно пред продолжением зарядки дождаться остывания аккумулятора , так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов падает . Еще одним дополнительным условием является ограничение времени быстрой зарядки . Зная ток зарядки , емкость аккумулятора и КПД процесса зарядки можно вычислить время , необходимое для полной зарядки . Таймер быстрой зарядки должен быть установлен на время , больше расчетного на 5…10%. Если это время истекло , а ни один из способов детектирования окончания быстрой зарядки не сработал , она аварийно прекращается . Такая ситуация , скорее всего , говорит о неисправности каналов измерения напряжения и температуры . Кроме того , как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .

Фаза дозарядки

В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0. 1…0.3C. При токе дозарядки 0.1C производители рекомендуют длительность дозарядки 30 мин . Более длительная дозарядка приводит к перезаряду , что увеличивает емкость аккумулятора на 5…6%, но сокращает количество циклов заряд — разряда на 10…20%. Еще одним положительным эффектом дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов в батарее . Те аккумуляторы , которые полностью заряжены , будут рассеивать подводимую энергию в виде тепла , в то время как другие будут заряжаться . Если фаза дозарядки идет непосредственно после фазы быстрой зарядки , полезно в течение нескольких минут остудить аккумуляторы . С повышением температуры способность аккумулятора принимать заряд существенно падает . Например , при температуре 45°C аккумулятор способен принять только 75% заряда . Поэтому дозарядка , проведенная при комнатной температуре , позволяет получить более полный заряд аккумулятора .

Фаза поддерживающей зарядки

Зарядные устройства , предназначенные для зарядки NiCd аккумуляторов по окончанию процесса зарядки обычно переходят в режим капельного заряда , чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии . Это приводит к тому , что температура аккумулятора всегда остается повышенной , что уменьшает срок службы аккумулятора . Для NiMH аккумуляторов долго находится в состоянии капельной зарядки нежелательно , так как эти аккумуляторы плохо переносят перезаряд . По крайней мере , ток поддерживающей зарядки должен быть очень низким , чтобы только компенсировать саморазряд . Для NiMH аккумуляторов саморазряд составляет до 15% емкости в первые 24 часа , затем саморазряд снижается и составляет 10…15% в месяц . Для того , чтобы скомпенсировать саморазряд , достаточен средний ток менее 0.005C. Некоторые зарядные устройства включают ток поддерживающей зарядки раз в несколько часов , остальное время аккумулятор отключен . Величина саморазряда сильно зависит от температуры , поэтому еще лучше сделать поддерживающий заряд адаптивным : небольшой ток зарядки включается лишь тогда , когда обнаруживается заданное уменьшение напряжения на аккумуляторе . В принципе , от фазы поддерживающей зарядки можно вообще отказаться , но если между зарядкой и использованием аккумуляторов проходит время , то непосредственно перед использованием аккумуляторы нужно подзарядить для компенсации саморазряда . Хотя более удобно , если зарядное устройство постоянно поддерживает аккумуляторы в состоянии полной зарядки .

Сверхбыстрый заряд

При заряде до 70% своей емкости КПД зарядки близок к 100%. Это является хорошей предпосылкой для создания сверхбыстрого зарядного устройства . Конечно , увеличивать зарядный ток до бесконечности нельзя . Есть предел , обусловленный скоростью протекания химических реакций . На практике возможно использовать токи до 10C. Для того , чтобы аккумулятор не перегрелся , после достижения 70% заряда ток нужно снизить до уровня обычной быстрой зарядки и контролировать окончание зарядки обычным образом . Задача состоит в том , чтобы надежно контролировать достижение 70% отметки . Надежных методов для этого нет , повышение температуры инерционно , а перегрев укоротит жизнь аккумулятора . Особенно проблематично определение степени заряда в батарее , где могут быть аккумуляторы по — разному разряженные . Еще одной проблемой является подвод к аккумуляторам зарядного тока . При столь высоких токах плохой контакт может вызвать дополнительный нагрев и даже разрушение аккумулятора . И вообще , это весьма рискованное мероприятие , так как при ошибках зарядного устройства возможен взрыв . Нужно ли так спешить ?

Универсальное зарядное устройство

Аккумуляторы даже одного форм — фактора могут иметь разную емкость . Например , для NiMH аккумуляторов размера AA в настоящее время характерными являются емкости 1000…2500 ма / ч , а для аккумуляторов размера AAA – 500…800 ма / ч . Значения же токов зарядки пропорционально емкости аккумулятора . Если заряжать менее емкий аккумулятор большим током , будет происходить нагрев . Если заряжать аккумулятор меньшим током – возникают неудобства , связанные с увеличением времени зарядки . К тому же , в таких условиях может не работать один из методов определения окончания быстрой зарядки . В идеале универсальное зарядное устройство должно иметь возможность выбора зарядного тока в зависимости от используемых аккумуляторов . Однако на практике чаще всего токи устанавливают для типовых аккумуляторов . В настоящее время для аккумуляторов размера AA можно считать средней емкость примерно 1800 ма / ч , а для аккумуляторов AAA – примерно 650 ма / ч . Нужно отметить , что для аккумуляторов одного форм — фактора с ростом емкости внутреннее сопротивление уменьшается незначительно , как и связанные с ним потери . Поэтому , если ток зарядки устанавливать равным 1 С , температура аккумуляторов большей емкости будет выше . Как указывалось ранее , повышенная температура является причиной неполной зарядки . Поэтому для аккумуляторов размера AA можно рекомендовать не превышать ток зарядки 1.3…1.5 А независимо от их емкости . Иначе нужно применять принудительное охлаждение аккумуляторов во время быстрой зарядки с помощью вентилятора . Поскольку для аккумуляторов разных размеров используются разные посадочные места с раздельными контактами , для изменения зарядного тока между AA и AAA аккумуляторами никаких дополнительных переключателей обычно не требуется .

Проблема выключения питания зарядного устройства

Если во время зарядки питание зарядного устройства было выключено , при включении должен происходить переход на фазу определения наличия аккумулятора . При этом процесс зарядки начнется сначала , но в силу того , что для определения момента окончания быстрой зарядки используются независимые от общего времени зарядки критерии , быстрый заряд продлится необходимое для полной зарядки время . А вот дозарядка будет повторена полностью , несмотря на то , что она , возможно , уже была частично выполнена . Но это практически не создает проблем , так как аккумуляторы , находящиеся в стадии дозарядки , считаются готовыми к использованию , и их можно вынуть в любой момент . Единственным минусом является перезаряд , который испытывают аккумуляторы при многократной дозарядке . Даже если периодически запоминать в энергонезависимой памяти текущее состояние процесса зарядки , это не решит проблем . Невозможно учесть саморазряд , так как неизвестна продолжительность пребывания зарядного устройства в обесточенном состоянии . К тому же , в обесточенном состоянии аккумуляторы могли быть вынуты или заменены . Полностью эта проблема решена в « умных » Li+ аккумуляторных сборках , которые внутри содержат контроллер , измеряющий величину заряда , сообщаемого аккумулятору или полученного от него . Это позволяет в любой момент точно определять степень заряда аккумулятора . Тем не менее , одним из требований , предъявляемых к зарядному устройству , является низкий разряд установленных аккумуляторов при отсутствии питания устройства . Ток разряда через цепи обесточенного зарядного устройства не должен превышать примерно 1 мА .

Определение первичных источников тока

Кроме аккумуляторов , в форм — факторе AA и AAA выпускаются первичные источники тока ( их называют батарейки , хотя это и не совсем правильно ). Основное распространение получили первичные источники двух типов : щелочные (alkaline) и марганцево — цинковые . Щелочные источники имеют емкость в 5-7 раз выше , но они и более дорогие . При установке первичных источников тока в зарядное устройство с режимом быстрой зарядки возможен взрыв , так как вентиляционные отверстия конструкцией первичных источников тока обычно не предусмотрены . Для устранения такой опасности весьма желательно , чтобы зарядное устройство могло отличать первичные источники тока от аккумуляторов и не включать режим быстрой зарядки в случае установки первых . Отличий между аккумуляторами и первичными источниками тока относительно немного . Напряжение тех и других может быть одинаковым , в процессе разряда оно находится примерно в одном и том же диапазоне . Единственным отличием является более высокое внутреннее сопротивление у первичных источников тока . Именно по этому признаку отличают первичные источники тока от аккумуляторов контроллеры DS2711/12 фирма «MAXIM» [1, 2]. Полностью заряженные NiMH аккумуляторы размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 25…50 мОм , размера AAA – 50…100 мОм . В то же время полностью заряженные щелочные батарейки размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 150. ..250 мОм , размера AAA – 200…300 мОм . Как видно , отличить аккумуляторы от первичных источников тока можно установив предельное значение внутреннего сопротивления порядка 150 мОм . Однако это справедливо только для полностью заряженных аккумуляторов и батареек . При разрядке у тех и других внутреннее сопротивление растет и различия в общем случае исчезают . Для определения первичных источников тока контроллеры DS2711/12 в процессе быстрой зарядки каждые 31 сек выключают зарядный ток и измеряют напряжение на аккумуляторе без тока . По этому и другому значению , измеренному уже с зарядным током , вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора . Если оно оказывается больше установленного предела , то процесс зарядки прерывается с индикацией ошибки . Из — за того , что у разряженных батареек и аккумуляторов внутреннее сопротивление может быть одинаковым , алгоритм не всегда будет работать . Однако есть несколько эффектов , которые делают работу зарядного устройства с таким алгоритмом вполне приемлемым . Если пытаться заряжать батарейку , разряженную до напряжения ниже 0.8 В , то зарядное устройство не включит режим быстрой зарядки , пока в режиме пред — зарядки не будет достигнуто напряжение 0.8 В . Поскольку пред — зарядка ведется относительно малым током , такой режим не может привести к существенному нагреву и разрушению батарейки . Когда напряжение достигнет 0.8 В , то включится режим быстрой зарядки . Если ток быстрой зарядки 1 А и более , то высока вероятность того , что из — за высокого внутреннего сопротивления батарейки напряжение поднимется выше 1.8 В и зарядка сразу будет прервана . Если же этого не произойдет , то зарядку прервет первое измерение внутреннего сопротивления . В режиме быстрой зарядки ( током 1 А и более ) для разряженного аккумулятора времени 31 сек окажется достаточно для того , чтобы его внутреннее сопротивление уменьшилось и проверка ошибки не показала . Если же внутреннее сопротивление окажется выше нормы , процесс зарядки прервется . Поэтому для глубоко разряженного аккумулятора может потребоваться несколько попыток старта процесса зарядки , после чего внутреннее сопротивление аккумулятора станет меньше установленного порога и процесс зарядки пройдет нормально . Таким образом , введение в алгоритм зарядки процедуры определения первичных источников тока может вызвать некоторые побочные эффекты , такие как необходимость перезапуска процесса зарядки глубоко разряженного аккумулятора . Можно , конечно , усовершенствовать алгоритм определения первичных источников тока . Например , сделать порог внутреннего сопротивления зависимым от напряжения на аккумуляторе . Но никто не может гарантировать полной достоверности определения . К тому же , новые разработки первичных источников тока имеют все более близкие параметры к параметрам аккумуляторов . Включать определение первичных источников тока в алгоритм работы зарядного устройства или оставить это на совести пользователя – решать нужно в каждом конкретном случае .

Эффект памяти и восстановление аккумуляторов

Эффект памяти сильнее всего проявляется в NiCd аккумуляторах как снижение емкости аккумулятора при повторяющихся циклах неполной разрядки — зарядки . Суть эффекта состоит в том , что на электродах образуются крупные кристаллические образования , в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться . Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка аккумулятора ( до напряжения 0.8…1.0 В ) с последующей зарядкой . В особо тяжелых случаях может потребоваться несколько таких циклов . NiMH аккумуляторы практически свободны от эффекта памяти . По заявлением производителей , максимальная потеря емкости , связанная с этим эффектом , не превышает 5%, что заметить крайне сложно . Тем не менее , примерно раз в месяц рекомендуется перед зарядкой NiMH аккумуляторов их полностью разрядить . Желательно , чтобы зарядное устройство имело возможность разрядки аккумулятора с контролем минимального напряжения , по достижению которого разрядка прекращается . Режим разрядки аккумулятора в зарядном устройстве полезен не только с точки зрения восстановления аккумуляторов . Он оказывается очень кстати , когда возникает необходимость зарядить аккумуляторы с разной или неизвестной степенью начального заряда . Перед зарядкой степень заряда всех аккумуляторов желательно выровнять , что проще всего сделать их полной разрядкой . Особенно актуально это для зарядных устройств , заряжающих батарею последовательно соединенных аккумуляторов . Зарядное устройство с функцией разряда может обладать возможностью измерения емкости аккумуляторов , что также очень полезно на практике .

Взаимодействие аккумуляторов в батарее

Отдельные аккумуляторы в батарее могут иметь несколько отличающиеся характеристики . Причиной этого является разброс параметров при производстве аккумуляторов , неравномерное распредление температуры внутри батареи при эксплуатации и разные темпы старения отдельных аккумуляторов . В итоге при зарядке батареи аккумуляторы с меньшей емкостью будут подвергаться перезарядке . Это вызывает дальнейшую деградацию таких акумуляторов и выход их из строя . С другой стороны , если один из аккумуляторв в батарее имеет высокий саморазряд или вовсе закорочен , то при попытке полной зарядки такой батареи перезаряд будут испытывать исправные аккумуляторы . Аккумуляторы с меньшей емкостью будут разрушаться и в процессе разрядки батареи . Эти аккумуляторы окажутся разряженными раньше , дальнейшая разрядка батареи может вызвать очень глубокий разряд таких аккумуляторов и даже их переполюсовку . При этом температура и давление внутри аккумуляторов будет повышаться , что может привести к их разрушению . В результате даже небольшое начальное различие емкости акумуляторов в батарее будет возрастать в процессе эксплуатации , и это может закончиться разрушением одного из аккумуляторов . Поэтому нужно стремится к тому , чтобы степень зарядки отдельных аккумуляторов была по возможности одинаковой . В идеальном случае каждый аккумулятор батареи должен заряжаться отдельно . Однако готовые батареи аккумуляторов часто имеют всего два вывода , поэтому заряжать можно только всю батарею сразу . В таком случае может оказаться полезным выравнивание (balancing) степени зарядки аккумуляторов . Выравнивание обязательно нужно производить для новой или глубоко разряженной батареи . Перед началом выравнивания контролируют напряжение на батарее . Если напряжение батареи менее 0.8 В / акк . ( т . е . в пересчете на каждый аккумулятор ), то производят зарядку до 0.8 В / акк . током примерно 0.1 С . Затем нужно произвести выравнивание , для чего следует полностью зарядить батарею током 0.3 С , ограничив процесс заряда временем 4.0…4.5 часов . Если батарея аккумуляторов долго не находилась в эксплуатации , то рекомендуется дополнительно произвести несколько циклов заряд — разряда стандартными методами .

Ссылки : [1] – http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS2711-DS2712.pdf

[2] – http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3388.pdf

[3] – http://www.st.com/stonline/pr oducts/literature/an/2074.pdf [4] – ICS1700A.pdf

Ридико Леонид Иванович [email protected]

NiMh, NiCd

NiMh и NiCd аккумуляторы

Специализированные никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлгидридные (NiMh) аккумуляторы «высокотемпературными» можно назвать достаточно условно. Многими ведущими мировыми производителями промышленных аккумуляторных батарей уже давно выпускаются элементы, предназначенные для работы в буферном режиме, то есть при постоянном небольшом токе подзаряда. В этом режиме происходит постоянный нагрев аккумулятора. Для длительной работы в буферном режиме в конструкцию и химический состав аккумулятора вносят необходимые изменения.

Температурный режим

Обычно производители закладывают расчетные рабочие температуры буферных аккумуляторов до +60°С…+85°С. При использовании аккумуляторов этих типов в аппаратуре, работающей при температурах окружающей среды +90°С …+100°С, происходит снижение реальной рабочей емкости аккумулятора и количества рабочих циклов заряда-разряда. Реальная рабочая емкость снижается в среднем до 50-70% от номинальной, а количество рабочих циклов сокращается до 100-200. Но в целом ряде каротажной аппаратуры применение данных аккумуляторов вполне обоснованно. В эксплуатации эти аккумуляторы достаточно безопасны. NiCd и NiMh аккумуляторы не склонны к взрывам и воспламенению, а тихо «умирают», максимум, сбросив излишнее давление электролита через аварийный клапан. Необходимость применять аккумуляторы, в первую очередь, возникает в системах с высоким энергопотреблением.

Импульсные нагрузки

При импульсных нагрузках, аккумуляторы могут выдать ток в десятки раз больший, чем литиевые элементы питания. А при условиях высокого постоянного энергопотребления аппаратуры (100—1000 мА), небольшой продолжительности процесса измерения (1—8 часов), частых каротажах или при возможности подзаряда аккумуляторной батареи по кабелю, применение NiCd и NiMh аккумуляторов на порядок экономически выгоднее, чем использование высокотемпературных литиевых элементов питания.

Производители

Многими сервисными компаниями давно используются аккумуляторы производства «Saft» и «GP», процесс поставки которых хорошо отлажен. В последнее время появляются новые элементы, выпускаемые на заводах в Китае и на совместных производствах («Minamoto») весьма конкурентного качества и цены. Так например, аккумулятор W800T емкостью 8000 мАч прошел лабораторные и полевые испытания при нагреве до 110°С, остаточная емкость при данной температуре составила 70% от номинальной.

Из перечисленных в таблице никелевых аккумуляторов основных мировых производителей, подходящих по техническим параметрам для задач питания вашей аппаратуры, компания «Свободная Энергия» производит аккумуляторные батареи любой сложности. Перед сборкой все элементы проходят многоэтапный контроль и комплектуются в батареи по идентичности параметров. Более подробная информация о технологиях производства аккумуляторных батарей находится на основном сайте компании.

Описание аккумуляторов

Никель-металлогидридная батарея

— обзор

2.5 Области применения

Никель-металлогидридная батарея может быть разработана в различных формах, таких как кнопочные элементы, призматические элементы и цилиндрические элементы, а также различных размеров. Характеристики никель-металлгидридной батареи открывают возможности для использования в широком диапазоне, и она станет одной из ведущих аккумуляторных систем.

Из-за того же значения напряжения, что и у никель-кадмиевых аккумуляторов, все устройства, использующие никель-кадмиевые батареи, могут использовать никель-металлгидридные аккумуляторы в качестве источников питания.В результате никель-металлгидридные батареи все чаще используются в широком спектре бытовых электронных устройств, таких как сотовые телефоны, видеокамеры, бритвы, трансиверы, компьютеры и другие портативные устройства. Еще одна рыночная ниша, подходящая для никель-металлгидридных аккумуляторов, — это электроинструменты, для которых требуется высокая мощность разряда в широком диапазоне температур.

NiMH аккумулятор имеет привлекательную плотность энергии, высокую мощность и длительный срок службы, что делает NiMH конкурентоспособным выбором для электромобилей и HEV, которые могут стать очень важным рынком для аккумуляторных батарей в первое десятилетие Двадцать первый век.Коммерциализация автомобилей с технологией HEV компаниями Toyota и Honda, которые используют NiMH батареи, стремление к улучшению окружающей среды и озабоченность по поводу ресурсов ископаемого топлива стимулировали мировой всплеск разработки различных приложений для транспортных средств с батарейным питанием. Основной проблемой для пользователей портативной электроники, приложений EV и HEV является оценка состояния заряда батареи (SOC), которая может преобразовывать полезную информацию, необходимую для управления системой батареи, например, сколько энергии хранится в батарее, сколько времени работы осталось до необходимости подзарядки, какая скорость подзарядки или разрядки может быть применена и т. д.

Таким образом, ожидался своего рода «датчик уровня топлива», и было предложено множество схем для измерения SOC батареи. В целом, опыт с никель-металлгидридными элементами показывает, что из-за неровности плато напряжения в нормальных условиях измерение напряжения не может использоваться для точного определения SOC. Однако кулонометрия — хороший метод определения SOC. При тщательной начальной калибровке, соответствующей компенсации условий окружающей среды, сложном отслеживании потока заряда и оценке потерь на саморазряд можно получить прогнозы SOC с умеренной точностью.

Возможность высокоскоростной разрядки и быстрой перезарядки никель-металлгидридных аккумуляторов также делает их кандидатом для использования с топливными элементами, солнечными элементами и другими батареями или двигателями внутреннего сгорания для выдерживания пиковых нагрузок или обеспечения питания, когда основной источник питания не работает. адекватный или недоступный.

Никель-металлогидридные NiMH аккумуляторы

Характеристики

Никель-металлогидридные батареи относятся к герметичным никель-кадмиевым батареям и отличаются от них только тем, что вместо кадмия в качестве активного элемента на водородопоглощающем отрицательном электроде (аноде) используется водород.Этот электрод изготовлен из гидрида металла, обычно сплава лантана и редкоземельных элементов, который служит твердым источником восстановленного водорода, который может окисляться с образованием протонов. Электролит — щелочной гидроксид калия. Напряжение элемента 1,2 Вольт

Батарея NiMH была запатентована в 1986 году Стэнфордом Овшинским, основателем компании Ovonics.

Основная концепция отрицательного электрода никель-металлгидридного электрода возникла в результате исследований по хранению водорода для использования в качестве альтернативного источника энергии в 1970-х годах. Было замечено, что некоторые металлические сплавы образуют гидриды, которые могут захватывать (и выделять) водород в объемах, почти в тысячу раз превышающих их собственный объем. Путем тщательного выбора компонентов сплава и пропорций термодинамика может быть сбалансирована, чтобы позволить процессу абсорбции и высвобождения протекать при комнатной температуре и давлении.

Теперь, когда технология достаточно развита, NiMH батареи начали находить применение в высоковольтных автомобильных приложениях.Плотность энергии более чем вдвое выше, чем у свинцовой кислоты, и на 40% выше, чем у NiCads

Они допускают как более высокие скорости заряда и разряда, так и микроциклы, что позволяет использовать приложения, которые ранее были непрактичными.

Компоненты NiMH аккумуляторов включают катод из гидроксида никеля, анод из сплавов, поглощающих водород, и электролит гидроксида калия (КОН), которые в совокупности более безопасны, чем активные химические вещества, используемые в конкурирующих литиевых батареях.

Подобно никель-кадмиевым батареям, никель-металлогидридные батареи подвержены «эффекту памяти», хотя и в меньшей степени. Они дороже свинцово-кислотных и никель-кадмиевых аккумуляторов, но считаются более безопасными для окружающей среды.

Последние события

Химия элементов

NiMH получила плохую репутацию с момента появления химии элементов на основе лития.Однако технология NiMH не стоит на месте. В отличие от потребительских приложений, где NiMH был почти полностью заменен ионно-литиевым, химия NiMH все еще находит применение в автомобильных приложениях, где это технология выбора для питания HEV и где она накопила более 10 лет безотказной службы и, таким образом, может прослужить на весь срок эксплуатации авто. Диапазон рабочих температур для никель-металлгидридных элементов был расширен до более чем 100 ° C (от -30 ° C до + 75 ° C), что намного превышает диапазон температур, достижимый в настоящее время для литиевых элементов, что делает технологию NiMH идеальной для использования в автомобилях. NiMH может выдерживать высокие уровни мощности, типичные для электромобилей, активные химические вещества по своей природе более безопасны, чем литиевые элементы, а никель-металлгидридные батареи не нуждаются в сложных системах управления батареями (BMS), необходимых для литиевых батарей.

Ранние элементы были восприимчивы к эффекту памяти, а также страдали от высокого саморазряда, почти в десять раз хуже, чем свинцово-кислотные или литиевые батареи, но обе эти слабости были преодолены, и утверждается, что самые современные элементы могут удерживать свой заряд в течение год.

Преимущества

Высокая плотность энергии (Вт / кг), примерно на 50% лучше, чем у Nicads, но только примерно на 60% литий-ионных.

Низкое внутреннее сопротивление, хотя и не такое низкое, как у NiCads

Типичный срок службы 3000 циклов.

Может работать с глубоким циклом.(80% до 100% DOD)

При использовании NiMH батарей было продемонстрировано более 3000 циклов при 100% глубине разряда (DOD). При более низких глубинах разряда, например при глубине разряда 4%, можно ожидать более 350 000 циклов.

Надежность — NiMH аккумуляторы также допускают перезарядку и чрезмерную разрядку, что упрощает требования к управлению батареями.

Плоская характеристика нагнетания (но быстро спадает в конце цикла)
Широкий диапазон рабочих температур

Быстрая зарядка за 1 час

Капельная зарядка обычно не может использоваться с никель-металлгидридными батареями, так как перезарядка может привести к износу батареи.Поэтому зарядные устройства должны иметь таймер для предотвращения перезарядки.

Из-за возможного повышения давления из-за выделения газа они обычно включают повторно закрывающийся выпускной клапан

Возможен ремонт.

Экологически чистый (без кадмия, ртути и свинца)

Намного безопаснее, чем элементы на основе лития, в случае аварии или неправильного обращения из-за использования более безвредных активных химикатов, что особенно важно для мощных и автомобильных приложений.

Недостатки

Высокая скорость саморазряда.

Может храниться неограниченное время как полностью заряженным, так и полностью разряженным.

Страдает эффектом памяти, хотя и не так выраженным, как у никель-кадмиевых батарей.

Батарея портится при длительном хранении.Эту проблему можно решить, зарядив и разрядив аккумулятор несколько раз перед повторным использованием. Этот ремонт также помогает преодолеть проблему «эффекта памяти».

Высокоскоростной разряд не так хорош, как NiCads

Менее устойчив к перезарядке, чем NiCad

Как и в случае никель-кадмиевых аккумуляторов, элементы должны иметь защитные отверстия для защиты элемента в случае образования газа.

Кулоновский КПД никель-металлогидридных батарей может достигать 85%, но обычно составляет всего около 65% и уменьшается с увеличением скорости заряда, хотя предполагается, что этот показатель улучшится.

Несмотря на то, что батарея может иметь большую емкость, она не всегда доступна, поскольку она может обеспечивать полную мощность только до 50% DOD в зависимости от приложения.

Напряжение ячейки всего 1.2 вольта, что означает, что для создания высоковольтных батарей требуется много элементов. У конкурирующих литиевых элементов обычно в 3 раза больше напряжения элемента (от 3,2 до 3,7 вольт) и гораздо более высокая плотность энергии.

Более низкая емкость и напряжение элемента, чем у щелочных первичных элементов.

Ограниченные поставки редкоземельного элемента лантана. В основном в Китае.

Зарядка

Полностью выключайтесь один раз в месяц, чтобы избежать эффекта памяти.

Не оставляйте аккумулятор в зарядном устройстве.

Метод медленной зарядки: постоянный ток с последующей подзарядкой.

В методе быстрой зарядки используется прекращение заряда dT / dt.

Используйте таймер отключения, чтобы избежать длительного непрерывного заряда.

Приложения

Недорогие потребительские приложения, однако литиевые элементы захватывают этот рынок.

Электробритвы

Зубные щетки

Камеры

Видеокамеры

Мобильные телефоны

Пейджеры

Медицинские инструменты и оборудование

Автомобильные аккумуляторы

Статические приложения большой мощности (телекоммуникации, ИБП и интеллектуальные сети).

Стоимость

Первоначально дороже, чем никель-кадмиевые элементы, но сейчас цены более соответствуют, поскольку объемы никель-металл-гидридных аккумуляторов увеличиваются, а использование токсичных элементов на основе кадмия не рекомендуется.

Примерно половина стоимости ионно-литиевых батарей.

NiMH Технология никель-металлогидридных аккумуляторов »Электроника

Никель-металлогидридные, NiMH аккумуляторы и элементы

пришли на смену никель-кадмиевым, предлагая очень схожее напряжение и общую производительность.

Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторной технологии Определения и термины батареи NiCad NiMH Литий-ионный Свинцово-кислотные

Никель-металлогидридный, NiMH аккумулятор, в состав которого входят: NiMH зарядка Саморазряд NiMH

Ввиду опасений окружающей среды, связанных с никель-кадмиевыми батареями и элементами, технология никель-металлогидридных технологий взяла верх.

Никель-металлогидридные, NiMH аккумуляторы и элементы

имеют очень схожий уровень производительности — аналогичные характеристики напряжения и заряда.Таким образом, они фактически являются прямой заменой, хотя есть несколько отличий, которые можно себе представить.

Ввиду гораздо лучших экологических требований, NiMH батареи являются предпочтительной технологией для доступных стандартных сменных батарей: AAA, AA, C, D.

Технология NiMH аккумуляторов: основы

NiMH аккумуляторы и элементы в настоящее время широко используются. У них есть ряд основных характеристик, которые позволили их использовать, хотя у них есть некоторые недостатки:

Воздействие на окружающую среду: Технология никель-металлгидридных аккумуляторов обогнала технологию своих никель-кадмиевых аккумуляторов из-за их меньшего воздействия на окружающую среду.Особое беспокойство вызывает использование кадмия, а следовательно, и его использование. В Европейском союзе, ЕС, законодательство, именуемое Директивой о батареях, требует прекращения использования никель-кадмиевых батарей для портативного использования потребителями.
Хотя токсичный кадмий устранен из NiMH-элементов, добыча и обработка других используемых металлов представляет некоторые экологические угрозы. К счастью, когда срок службы никель-металлгидридных аккумуляторов подходит к концу, большую часть никеля можно относительно легко восстановить.
Удельная энергия: NiMH элементы и батареи имеют более высокий уровень удельной энергии, т.е.е. количество энергии, которое может содержаться в определенном объеме веса. Оно может составлять от 60 до 100 Вт · ч / кг против 40-60 для NiCd.
Выходное напряжение: Одним из особенно удачных параметров является то, что они обеспечивают напряжение элемента 1,2 В, что очень похоже на напряжение NiCd, что делает их почти прямой заменой.
Зарядка: Многие зарядные устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов использовали увеличение напряжения на клеммах для определения окончания заряда.Это повышение напряжения для NiMH-элементов очень мало, и NiMH-элементы не склонны к перезарядке. При зарядке этих элементов и батарей необходимо соблюдать осторожность.
Саморазряд: Недостатком NiMH элемента является то, что он имеет высокую скорость саморазряда. Они могут потерять до 3% заряда за неделю хранения.

Технология элементов NiMH

NiMH-элемент во многом похож на более старую технологию Ni-Cd-элемента, в которой используются многие аналогичные компоненты.Ячейка NiMH состоит из трех основных элементов:

Положительный электрод: Положительный электрод NiMH батареи представляет собой гидроксид никеля, имеющий тот же состав, что и положительный электрод в NiCd элементе. Электрод оксид-гидроксид никеля только обменивает протон в реакции заряда-разряда, и это приводит к очень небольшому изменению размера, что приводит к высокому уровню механической стабильности, а это, в свою очередь, приводит к увеличению срока службы.
Электролит: Электролит в NiMH-элементе представляет собой водный раствор гидроксида калия KOH, который имеет очень высокую проводимость.Раствор в значительной степени не вступает в реакцию NiMH-элемента. Обнаружено, что концентрация электролита остается практически постоянной в течение цикла заряда / разряда. Это важно, потому что концентрация электролита является основным фактором сопротивления ячейки. Это означает, что производительность элемента остается практически неизменной во всем диапазоне заряда.
Отрицательный электрод: Активным материалом отрицательного электрода на самом деле является водород.Однако физически невозможно использовать водород напрямую, и поэтому водород хранится в NiMH-элементе в виде гидрида металла, который также служит отрицательным электродом. Интересно отметить, что гидриды металлов, используемые в ячейках NiMH, обычно могут содержать от 1% до 2% водорода по весу.

NiMH, технология никель-металлогидридных аккумуляторов пришла на смену NiCd. Хотя изначально они задумывались как временное решение, они нашли свою нишу в использовании для сменных батарей, таких как стандартные элементы размера AAA, AA, C и D.Аккумуляторы для использования в электронном оборудовании для всего, от смартфонов до наушников Bluetooth, ноутбуков и всевозможных электронных гаджетов, в которых используются литий-ионные, технология Lion и никель-металлгидридные элементы, которые никогда не используются в этих приложениях. Таким образом, технология NiMH практически используется только для сменных элементов и батарей.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

База знаний по аккумуляторным батареям

Q1. Расскажите подробнее о аккумуляторных батареях, чем они отличаются от первичных или одноразовых батарей?
Q2. Зачем мне покупать никель-металлгидридные аккумуляторные батареи?
Q3. Каковы основные преимущества никель-металлгидридных батарей перед щелочными или другими перезаряжаемыми батареями?
Q4. Что означает емкость аккумулятора «мАч»?
Q5. Насколько экологически безопасны никель-металлгидридные аккумуляторные батареи?
Q6.Как долго может работать аккумуляторная батарея?

1 кв. Расскажите подробнее о аккумуляторных батареях, чем они отличаются от первичных или одноразовых батарей?

Перезаряжаемые батареи того же размера (AA, AAA, C, D, Sc и 9 В) предназначены для повседневного использования в качестве одноразовых или первичных батарей, используемых людьми. Преимущество аккумуляторных батарей заключается в том, что их можно перезаряжать и использовать повторно до тысячи раз, и, как правило, они значительно превосходят стандартные повседневные одноразовые батареи ведущих брендов.Тот факт, что аккумуляторные батареи можно использовать снова и снова, представляет собой значительную экономию в течение их срока службы. Перезаряжаемые NiMH батареи также очень популярны просто потому, что они чрезвычайно экологичны. После зарядки эти аккумуляторные батареи можно использовать так же, как и ранее выбрасываемые батареи того же размера.

(Вернуться к началу)

2 кв. Зачем мне покупать никель-металлгидридные аккумуляторные батареи?

Более высокая производительность приводной электроники и огромная экономия денег — две основные причины для покупки никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Их можно заряжать до 500-1000 раз, и они служат дольше, чем щелочные или никель-кадмиевые батареи. NiMH аккумуляторы идеально совместимы с большинством потребительских устройств, таких как цифровые камеры, игровые приставки, CD-плееры, радиоуправляемые автомобили, КПК, портативные двусторонние радиоприемники, вспышки и многие другие устройства с высоким разрядом. Один набор относительно недорогих перезаряжаемых никель-металлгидридных батарей может избавить вас от покупки тысяч одноразовых щелочных батарей.

(Вернуться к началу)

3 кв. Каковы основные преимущества никель-металлгидридных батарей перед щелочными или другими перезаряжаемыми батареями?

Аккумуляторы NiMH

имеют следующие преимущества:

Повышение производительности с помощью электронных устройств с высоким энергопотреблением
Большая емкость для более продолжительной работы устройства.NiMH аккумуляторные батареи могут служить в 2-4 раза дольше, чем одноразовые щелочные батареи или никель-кадмиевые аккумуляторные батареи
Аккумулятор с длительным сроком службы, может заряжаться / разряжаться до 500-1000 циклов.
Чрезвычайно низкая стоимость батареи на единицу работы устройства (например, каждая сделанная фотография или каждый час воспроизведения компакт-диска), что обеспечивает очень низкую стоимость расходных материалов для вашей электроники.
Стабильная работа благодаря плоской кривой нагнетания. NiMH аккумулятор будет оставаться под высоким напряжением в течение 80% рабочего цикла.
Без эффекта памяти для удобства зарядки и использования.
Безопасно для окружающей среды — нетоксичный химикат

(Вернуться к началу)

4 кв. Что означает емкость аккумулятора «мАч»?

Номинальная емкость мАч относится к емкости, доступной для конкретной батареи. Аккумулятор емкостью 1800 мАч может обеспечивать ток 1800 мА в течение одного часа. Более высокие значения мАч для того же типа батареи обычно означают более длительное время работы.Это не относится к сравнению батарей разных типов. Это означает, что вы не сможете предсказать, как долго ваше электронное устройство будет работать, просто взглянув на номинальную емкость аккумулятора. При питании электронных устройств с высоким энергопотреблением, таких как цифровые фотоаппараты, периферийные компьютерные устройства или портативные музыкальные плееры, щелочная батарея обеспечивает лишь небольшую часть своей номинальной емкости. Например, щелочные батареи AA обычно имеют номинальную емкость более 2500 мАч, а никель-металлгидридные батареи AA имеют номинальную емкость всего от 1200 до 2000 мАч.Но когда дело доходит до фактического питания электронного устройства, такого как цифровая камера, никель-металлгидридные батареи часто обеспечивают работу устройства в три или четыре раза дольше. Даже сравнение номинальной емкости аналогичных типов аккумуляторов часто не дает результата, поскольку разные производители могут измерять емкость аккумуляторов по-разному. Батарея NiMH или NiCd, вероятно, будет иметь гораздо более близкую к своей номинальной емкости при питании устройств с высоким разрядом. Щелочные батареи имеют высокую номинальную емкость, но они могут работать на полную мощность только при медленном использовании энергии. Это означает, что никель-металлгидридный аккумулятор номинальной емкостью 1200 мАч может сделать намного больше снимков, чем щелочной аккумулятор номинальной емкостью 2800.

(Вернуться к началу)

Q5. Насколько экологически безопасны никель-металлгидридные аккумуляторные батареи?

Перезаряжаемые батареи

соответствуют самым экологическим требованиям. Использование аккумуляторных батарей значительно сокращает количество бытовых отходов. Ежегодно в мире выбрасывается 15 миллиардов обычных батарей, и все они попадают на свалки.Перезаряжаемые батареи можно использовать снова и снова, что значительно снижает воздействие одноразовых батарей на окружающую среду.

(Вернуться к началу)

Q6. Как долго может работать аккумуляторная батарея?

Предположим, в настоящее время вы используете обычные одноразовые батареи для портативного проигрывателя компакт-дисков и меняете батареи раз в неделю. Для простоты предположим, что в году 52 недели. Вы можете зарядить свои NiMH аккумуляторы 500 раз.Таким образом, никель-металлгидридный аккумулятор рассчитан на 500 перезарядок / 50 недель = 10 лет. Это означает, что через 10 лет вы все еще можете использовать те же батарейки, которые покупаете сегодня! Скорее всего, как только вы перезаряжаетесь аккумуляторными батареями, вы больше никогда не будете использовать одноразовые.

(Вернуться к началу)

Правила техники безопасности для никель-металлогидридных батарей

3,0 Никель-металлогидрид (NiMH)

3.1 Принцип работы NiMH

Принципы работы NiMH-элементов основаны на их способности поглощать, выделять и переносить (перемещать) водород между электродами внутри элемента.В следующих разделах будут обсуждаться химические реакции, происходящие внутри элемента при заряде и разряде, а также неблагоприятные последствия условий перезаряда и переразряда.

Успех технологии аккумуляторов NiMH обусловлен использованием в отрицательном электроде редкоземельных водородопоглощающих сплавов (обычно известных как металлы Misch). Эти металлические сплавы способствуют высокой плотности энергии отрицательного электрода NiMH, что приводит к увеличению объема, доступного для положительного электрода.Это основная причина большей емкости и более длительного срока службы никель-металлгидридных батарей по сравнению с конкурирующими вторичными батареями.

3.2 Химическая реакция при загрузке

Когда NiMH-элемент заряжается, положительный электрод выделяет водород в электролит. Водород, в свою очередь, поглощается и накапливается в отрицательном электроде. Реакция начинается, когда гидроксид никеля (Ni (OH) 2) в положительном электроде и гидроксид (OH ¯) из электролита объединяются. В результате образуется оксигидроксид никеля (NiOOH) внутри положительного электрода, вода (h30) в электролите и один свободный электрон (e¯).На отрицательном электроде металлический сплав (M) в отрицательном электроде, вода (h30) из электролита и электрон (e¯) реагируют с образованием гидрида металла (MH) в отрицательном электроде и гидроксида (OH¯) в электролит. См. Рисунок 3.2 Химические уравнения и Рисунок 3.3 Транспортная диаграмма.

Поскольку тепло генерируется как часть общей химической реакции во время заряда NiMH элемента, реакция заряда, описанная выше, является экзотермической. Когда элемент заряжается, тепловыделение может не накапливаться, если оно эффективно рассеивается.При чрезмерном перезаряде аккумулятора могут возникать экстремально повышенные температуры. См. Разделы 3.4 Перегрузка и 3.5 Переразряд.

Рисунок 3.2 Химические уравнения

Положительный электрод:	Ni (OH) 2 + OH —	заряд ⇄ разряд	NiOOH + h3O + e —
Отрицательный электрод:	M + h3O + e-	заряд ⇄ разряд	MH + OH —
Общая реакция:	Ni (OH) 2 + M	заряд ⇄ разряд	NiOOH + MH

Рисунок 3.

3 Схема транспортировки

3.3 Химическая реакция разряда

Когда никель-металлгидридный элемент разряжен, химические реакции противоположны тому, что происходит при зарядке. Водород, хранящийся в металлическом сплаве отрицательного электрода, выделяется в электролит с образованием воды. Затем эта вода высвобождает ион водорода, который поглощается положительным электродом с образованием гидроксида никеля. См. Рисунок 3.2 Химические уравнения и Рисунок 3.3 Транспортная диаграмма. Для NiMH ячеек процесс перемещения или транспортировки водорода от отрицательного электрода к положительному электроду поглощает тепло и, следовательно, является эндотермическим.Тепло продолжает поглощаться до тех пор, пока элемент не достигнет состояния чрезмерного разряда, при котором внутри элемента происходит вторичная реакция, приводящая к повышению температуры. См. Раздел 3.5 Чрезмерный разряд.

3,4 Перегрузка

Никель-металлогидридные элементы

имеют механизм рекомбинации кислорода, который замедляет рост давления, вызванный перезарядкой. Перезаряд ячейки происходит после того, как положительный электрод 1) больше не имеет гидроксида никеля для реакции с гидроксидом из электролита, и 2) начинает выделять кислород.Кислород диффундирует через сепаратор, где отрицательный электрод рекомбинирует кислород с накопленным водородом с образованием избытка воды в электролите. Если эта рекомбинация кислорода происходит медленнее, чем скорость, с которой кислород выделяется из положительного электрода, результатом является накопление избыточного кислорода (газа), что приводит к увеличению давления внутри элемента. Для защиты от первых стадий перезаряда в NiMH-элементах отрицательный электрод имеет емкость (или активный материал) больше, чем положительный электрод.Это помогает замедлить рост давления за счет наличия большего количества активного материала в отрицательном электроде для эффективной рекомбинации выделяющегося кислорода. См. Рисунок 3.4, Диаграмма полезной емкости.

Чрезмерная перезарядка NiMH элемента может привести к необратимой потере емкости и срока службы. Если элемент перезаряжается до точки, в которой давление начинает расти, возникают повышенные температуры, которые могут привести к потере электролита в сепараторе. Потеря электролита внутри сепаратора (или «высыхание сепаратора») препятствует надлежащему переносу водорода к электродам и от них.Кроме того, если элемент сильно перезаряжен и выделяется чрезмерное количество кислорода (газа), давление может быть сброшено через предохранительный клапан на положительном выводе. Это удаляет элементы из ячейки, необходимые для правильного функционирования. Для защиты от разрушительного воздействия перезарядки необходимо использовать соответствующие устройства для зарядки. См. Раздел 3.8.2 Прекращение зарядки NiMH.

Рисунок 3.4 Диаграмма полезной емкости

3,5 Перегрузка

Существует две фазы чрезмерной разрядки NiMH-элемента.На первом этапе активный материал положительного электрода полностью истощается, и начинается образование газообразного водорода. Поскольку отрицательный электрод содержит более активный материал (гидрид металла), он может поглощать часть газообразного водорода, выделяемого положительным электродом. Любой водород, не поглощенный отрицательным электродом, начинает накапливаться в ячейке, создавая давление. Вторая фаза начинается, когда весь отрицательный электрод полностью истощает активный материал. Когда оба электрода полностью разряжены, отрицательный электрод поглощает кислород, что приводит к потере полезной емкости.

Чрезвычайный избыточный разряд никель-металлгидридного элемента приводит к чрезмерному выделению газов на электроды, что приводит к необратимым повреждениям в двух формах. Во-первых, емкость отрицательного электрода уменьшается, когда кислород постоянно занимает место хранения водорода, а во-вторых, избыточный водород выделяется через предохранительный клапан, уменьшая количество водорода внутри элемента. Для защиты от разрушительного воздействия чрезмерного разряда необходимо использовать соответствующие концевые заделки разряда. См. Рисунок 3.7.4 NiMH-реле низкого напряжения или отсечка напряжения.

3.6 Скорость передачи

Максимальная скорость, которую может обеспечить элемент для короткого импульса, зависит от конструкции элемента, температуры и способа, которым он собирается в блок. Это станет более ясным после просмотра Раздела 3.7.1 «Емкость NiMH».

3.7 Разрядные характеристики NiMH

Разрядные характеристики NiMH аккумуляторов (как элементов, так и аккумуляторных блоков) зависят от многих факторов. Эти факторы включают емкость, напряжение, скорость разряда, прекращение разряда (или отключение напряжения), согласование (элементов в аккумуляторной батарее), внутреннее сопротивление и температуру.

3.7.1 NiMH Емкость

Инженеров и проектировщиков обычно больше всего интересует, как долго батарея будет обеспечивать ток, необходимый для работы части оборудования или устройства. Продолжительность времени прямо пропорциональна емкости аккумулятора и скорости разряда. Емкость, определяемая как C, — это содержание электрического тока в батарее, выраженное в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч). Емкость батареи определяется путем разряда батареи при известном постоянном токе до достижения заданного конечного напряжения.Количество времени, необходимое для разрядки батареи до конечного напряжения, умноженное на скорость тока, при которой батарея была разряжена, и есть номинальная емкость батареи. Следовательно, батарея будет рассчитана на 1500 мАч, если она будет разряжена со скоростью 150 мА до конечного напряжения 1,0 В на элемент и разряжается в течение 10 часов.

Для пояснения, скорость тока (заряда или разряда), подаваемого на батарею, часто определяется в терминах номинальной емкости C батареи.Например, аккумулятор емкостью 1500 мАч, который разряжается со скоростью C / 2 (или 0,5 ° C), будет иметь 750 мАч, разряженных от аккумулятора в час. Таким образом, скорость разряда C / 2 батареи емкостью 1500 мАч составляет 750 мА, но это не означает, что батареи хватит на 2 часа!

Одно из самых больших заблуждений относительно никель-металлгидридных элементов заключается в том, что номинальная емкость — это емкость, которую получит пользователь. Это было бы верно только в том случае, если бы пользователь заряжал и разряжал при тех же самых скоростях тока, на которых производилась оценка ячейки.

Номинальная мощность была определена Международной электротехнической комиссией (МЭК) в документе № 61436. 1.3.4 как заряд 0,1C в течение 16 часов. Затем следует разряд от 0,2 ° C до напряжения 1,00 В на элемент. Однако это число иногда может быть изменено по максимальному, типичному и минимальному рейтингу ячеек. Например, количество 1000 ячеек может варьироваться от 1000 до 850 мАч. Тогда максимальная емкость будет 1000, даже если только небольшое количество ячеек достигает этой емкости.Номинальная емкость составит 900 мАч, и большинство протестированных элементов будут иметь эту емкость. Все эти элементы должны соответствовать минимум 850 мАч. Мы обнаружили, что для рассмотрения с другими производителями мы также должны соответствовать этой процедуре оценки ячеек

Результаты, полученные при проверке емкости аккумуляторных батарей с никель-металлгидридной технологией, могут резко измениться при изменении:

Температура
Ставка оплаты
Скорость разряда
Количество ячеек в упаковке / Увеличение отсечки напряжения на ячейку

Все эти условия должны быть приняты во внимание при сравнении упаковки с упаковкой и от ячейки к ячейке.

Поляризации

Когда элемент, изготовленный по технологии NiMH, подвергается воздействию тока, внутри элемента происходит химическое изменение. Препятствия на пути тока известны как поляризации. Поляризации:

Омическая

Омическая поляризация — это внутреннее сопротивление ячейки против тока. Импеданс имеет соответствующее падение напряжения, которое можно увидеть на профиле напряжения любого NiMH элемента. Во время заряда тока это напряжение добавляется к общему напряжению ячейки.Однако во время разряда это напряжение вычитается из общего напряжения элемента. Величина падения напряжения будет прямо пропорциональна общему внутреннему сопротивлению элемента и скорости тока (заряда / разряда), которому подвергается элемент. Если ячейка имеет более высокий импеданс, падение будет больше. По мере увеличения тока, подаваемого на элемент, падение напряжения будет увеличиваться. Это очень важно, когда установлено заранее заданное напряжение завершения. Если элемент разряжается при достаточно высоком токе, он может мгновенно вызвать напряжение элемента ниже 1.

00 В, хотя осталось почти 100% емкости.

Концентрация

Концентрационная поляризация прямо пропорциональна площади поверхности анода и катода ячейки. Чем больше площадь поверхности этих активных пластин, тем сильнее уменьшается эта поляризация. Это определяется во время проектирования и изготовления самого элемента, и после этого мало что можно сделать.

Активация

Активационная поляризация — это количество энергии, затрачиваемое на химическую реакцию.Ничто не является эффективным на 100%, поэтому любое химическое изменение требует затрат энергии. На молекулярном уровне температура сильно влияет на количество энергии, необходимое для осуществления реакции. Как правило, все измерения проводятся при 20-25 ° C, по мере увеличения или уменьшения температуры количество энергии при разряде будет меняться.

Зная, что влияет на химический состав NiMH, мы можем провести тестирование, чтобы выделить любую переменную, которая может привести к противоречивым результатам.

Например, ячейка заряжена на 0.5 C с окончанием –dV. Когда проверка емкости выполняется при разряде 0,5 ° C, можно ожидать снижения емкости элемента на 5-7% по сравнению с номиналом IEC. Это объясняется, во-первых, омической поляризацией при разряде, а во-вторых, изменением заряженной энергии при использовании режима заряда –dV.

Для того, чтобы на NiMH элементе было видно –dV, он должен подвергаться небольшому перезаряду. Это состояние перезаряда вызывает понижение напряжения. Это происходит, когда весь активный материал в ячейке химически реагирует, и кислород выделяется, а затем диффундирует в отрицательный электрод.Отрицательный электрод спроектирован так, чтобы быть больше положительного, поэтому он принимает часть этой диффузии кислорода, однако внутри элемента все еще создается давление, которое генерирует тепло. Затем тепло вызывает падение напряжения на ячейке. Прямое сравнение энергии, подводимой во время заряда, и выходной энергии во время разряда не может быть выполнено, потому что часть подводимой энергии была потрачена на выделение кислорода и никогда не рекомбинировалась. Чтобы получить% от номинальной емкости, мы должны рассчитать энергию, полученную во время разряда нашего теста, с номинальной емкостью этого элемента IEC

3.7.2 NiMH Напряжение

Профиль напряжения разряда NiMH батареи считается «плоским» (см. Рисунок 3.7.2 Профиль разряда C / 10 при 25 ° C) и изменяется в зависимости от скорости разряда и температуры. Когда полностью заряженная батарея разряжается, напряжение начинается примерно с 1,5 вольт, а затем резко падает до 1,3 вольт. Напряжение остается в пределах от 1,3 до 1,2 В примерно на 75% профиля, пока не произойдет второе внезапное падение напряжения, когда полезная емкость аккумулятора начнет истощаться.На этом этапе разрядный ток (или нагрузка) прерывается на безопасном уровне напряжения (см. Раздел 5.4 Отключение при низком напряжении или Отсечка напряжения). При повышенных скоростях разряда весь профиль разряда уменьшается из-за потерь в омической поляризации (внутреннее сопротивление). При высоких температурах профиль разряда увеличивается за счет увеличения потенциала (напряжения) между электродами. При температурах ниже 10 ° C (50 ° F) концентрационная поляризация значительно снижает напряжение и полезную емкость.Это вызвано увеличением энергии, необходимой для транспортировки молекул внутри батареи. См. Раздел 2 «Принципы работы и конструкции».

Промышленный стандарт для номинального напряжения никель-металлгидридного элемента составляет 1,2 В. Это значение представляет собой номинальное напряжение элемента, который разряжается со скоростью C / 10 при температуре 25 ° C (77 ° F) до конечного напряжения 1,0 вольт. Этот отраслевой стандарт используется в первую очередь для обозначения номинального напряжения аккумуляторных батарей. Например, аккумуляторная батарея, состоящая из трех последовательно соединенных ячеек, будет оценена как 3.Аккумулятор на 6 В. Рисунок 3.7.2, Профиль разряда C / 10 при 25 ° C, показывает, что номинальное напряжение никель-металлгидридного элемента чуть выше 1,2 вольт.

Для технических приложений и расчетов номинальное напряжение аккумуляторной батареи дает полезное приближение к среднему напряжению во время разряда. Номинальное напряжение можно просто рассчитать после разрядки аккумулятора. Чтобы рассчитать номинальное напряжение, разделите энергию батареи [ватт-часы (Втч)] на емкость [ампер-часы (Ач)].Этот расчет оказывается полезным, когда батарея разряжается при высоких температурах, поскольку номинальное напряжение в этих условиях увеличивается.

Рисунок 3.7.2 Профиль нагнетания C / 10 при 25 ° C

3.7.3 Скорость разряда NiMH

Поставляемая емкость и номинальное напряжение батареи зависят от силы тока, при которой батарея разряжается. Для никель-металлгидридных аккумуляторов существенного влияния на емкость и напряжение при скорости разряда ниже 1С не наблюдается. Снижение номинального напряжения происходит при скоростях разряда от 1С до 3С для всех размеров NiMH ячеек, за исключением серии ячеек с высокой скоростью.

3.7.4 NiMH Отключение по низкому напряжению или отсечка напряжения

Чтобы предотвратить возможное непоправимое повреждение батареи из-за изменения полярности одного или нескольких элементов во время разряда, нагрузка (ток разряда) должна быть отключена до того, как батарея полностью разрядится. Повреждения можно избежать, прекратив разряд в точке, где практически вся емкость была получена от батареи, но при этом сохраняется безопасный уровень напряжения. Такое снятие нагрузки называется отключением по низкому напряжению или отключением напряжения.Емкость батареи немного зависит от отсечки напряжения, используемой в конце разряда. Продолжение разряда до более низких конечных напряжений может немного увеличить передаваемую емкость, однако, если конечное напряжение установлено ниже рекомендуемого напряжения отсечки, срок службы батареи сократится. В следующей таблице приведены рекомендации по отключению напряжения для значений скорости разряда менее 1С:

Рисунок 3.7.4 График отключения напряжения

Количество ячеек в серии	Отключение при низком напряжении / Отсечка напряжения
От 1 до 6	1 В на элемент
от 7 до 12	[(MPV-150 мВ) (n-1)] — 200 мВ

Где MPV — напряжение в средней точке отдельной ячейки при заданной скорости разряда (обычно 1.3), а n — количество ячеек в пачке. При скорости разряда более 1C MPV будет уменьшаться.

3,7,5 NiMH Соответствие

Под согласованием понимается группировка отдельных никель-металлгидридных элементов с аналогичной емкостью, которые будут использоваться в аккумуляторном блоке. Обычно соответствие ячеек в аккумуляторной батарее находится в пределах 2%. Согласование устраняет возможность изменения полярности одной или нескольких ячеек в аккумуляторной батарее из-за слишком большого диапазона емкости объединенных ячеек. Согласование становится более важным по мере увеличения количества ячеек в аккумуляторной батарее.Это связано с тем, что потенциал одной ячейки имеет емкость значительно ниже, чем средняя емкость других оставшихся ячеек. В результате ячейка с наименьшей емкостью имеет потенциал изменить полярность, в то время как другие элементы остаются на безопасном уровне напряжения до достижения отсечки напряжения. Если в аккумуляторном блоке одна или несколько ячеек перевернуты до достижения отсечки напряжения, производительность и срок службы будут снижены.

3.7.6 NiMH внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление NiMH ячеек зависит от размера, конструкции и химического состава.В различных элементах NiMH используются разные материалы для достижения желаемых рабочих характеристик. Выбор этих материалов также влияет на внутреннее сопротивление ячейки. Поскольку NiMH-элементы разного размера, конструкции и химического состава различаются, не существует единого значения внутреннего сопротивления, которое можно было бы определить в качестве стандарта. Внутреннее сопротивление каждой ячейки измеряется в м при частоте 1000 Гц.

3.7.7 NiMH Температура

Для достижения оптимальной емкости и срока службы никель-металлгидридной батареи рекомендуемый диапазон температуры при разрядке стандартной батареи составляет от 0 ° C (32 ° F) до 40 ° C (104 ° F).Из-за характеристик эндотермического разряда NiMH-элементов разрядная мощность умеренно увеличивается при более высоких температурах, но при этом сокращается срок службы. При более низких температурах производительность снижается более значительно из-за поляризации ячеек. См. Раздел 3.7.7. Это вызвано снижением транспортных возможностей (способности перемещать ионы внутри электродов). Для большинства никель-металлгидридных батарей следующая диаграмма показывает типичное влияние температуры на емкость при скорости разряда C / 5.

Рисунок 3.7.7 Зависимость разрядной емкости от температуры

3.8 Обзор характеристик заряда NiMH

Зарядка или перезарядка никель-металлгидридных батарей (как элементов, так и аккумуляторных блоков) — это процесс замены энергии, которая была снята или разряжена из батареи. Производительность аккумулятора, а также продолжительность цикла зависят от эффективной зарядки. Три основных критерия эффективной зарядки:

Выберите подходящий тариф
Выберите подходящую технику прекращения зарядки
Контроль температуры

3.8.1 Тарифы на оплату NIMH

По мере увеличения емкости NiMH элементов возрастает потребность в более быстрой зарядке. Это приводит к более высокой скорости зарядки, что требует осторожности, чтобы обеспечить полную зарядку при минимизации потенциального ущерба от перезарядки. Медленная зарядка по-прежнему является надежным методом, но не все батареи можно медленно заряжать без какой-либо нагрузки. Некоторые химические элементы NiMH имеют более высокую емкость и лучше подходят для более популярных методов быстрой зарядки.

3.8.2 Прекращение начисления

NIMH

Правильный контроль зарядки никель-металлгидридной батареи имеет решающее значение для достижения оптимальной производительности. Контроль заряда включает в себя надлежащее прекращение зарядки, чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора. Под перезарядкой батареи понимается состояние, при котором батарея больше не может принимать (хранить) энергию, поступающую в батарею. В результате внутри ячейки повышаются давление и температура. Если ячейке позволяют оставаться в состоянии перезарядки, особенно при высоких скоростях заряда, давление, создаваемое внутри ячейки, может быть сброшено через предохранительный клапан, расположенный внутри положительного вывода.Это может привести к повреждению батареи, что приведет к сокращению срока службы и емкости.

Чтобы предотвратить повреждение аккумулятора, прекращение заряда является одним из наиболее важных элементов, применяемых к любому методу контроля заряда. Управление зарядкой может использовать один или несколько из следующих методов прекращения зарядки. Три основных метода прекращения заряда — это время, напряжение и температура.

3.8.2.1 Время

Методы управления зарядкой на основе времени прекращают зарядку аккумулятора по истечении заданного периода времени.Этот метод следует использовать при медленной зарядке, чтобы избежать чрезмерной перезарядки, и использовать в качестве резервного вторичного терминирования для всех методов быстрой зарядки.

3.8.2.2 Напряжение

Методы контроля заряда, основанные на напряжении, привлекательны из-за предсказуемого профиля напряжения заряда никель-металлгидридной батареи (см. Раздел 3.8.3 Номенклатура окончания заряда). Профиль напряжения заряда никель-металлгидридной батареи неизменен независимо от уровня заряда батареи. Однако методы прекращения заряда на основе напряжения обычно применяются после того, как батарея уже достигла состояния перезарядки.Кроме того, методы, основанные на напряжении, могут быть неприменимы на скоростях ниже C / 4 и подвержены ложному завершению из-за радиочастотного шума. Также необходимо включить датчики температуры для прекращения заряда, если температура станет слишком высокой. К таким устройствам относятся термостаты и сбрасываемые предохранители PTC.

Обнаружение пикового напряжения (PVD)

Рекомендуемый метод завершения заряда по напряжению — определение пикового напряжения или PVD. Этот метод включает определение падения напряжения после того, как батарея достигла пикового напряжения и перезарядилась (см. Раздел 3.8.3 Номенклатура прекращения начислений). Этот метод рекомендуется, потому что он снижает риски перезарядки по сравнению с другими методами завершения заряда напряжения. Чтобы предотвратить существенное повреждение аккумулятора, рекомендуется максимальное падение напряжения на элемент до 3 мВ перед отключением, чтобы ограничить величину избыточного заряда аккумулятора. Кроме того, для увеличения чувствительности частота дискретизации микросхемы зарядного устройства более высокая.

Отрицательное дельта V (-ΔV)

Отрицательная дельта V (-ΔV), как и PVD, следует той же концепции определения падения напряжения батареи после того, как батарея достигла своего пикового напряжения.Разница в том, что изменение или падение напряжения увеличивается до 3-5 мВ на элемент до того, как заряд завершится. Этот метод позволяет батарее подвергаться более длительному перезаряду и обычно не рекомендуется. См. Раздел 3.8.3 Номенклатура прекращения начисления

3.8.2.3 Температура

Экзотермический характер заряжаемых никель-металлгидридных аккумуляторов связан с выделением тепла, когда аккумулятор заряжается, особенно непосредственно перед перезарядкой и во время нее. Прекращение заряда на основе температуры определяет это повышение температуры и прекращает заряд, когда аккумулятор достигает температуры, которая указывает, когда приближается полная зарядка.Этот тип прекращения заряда рекомендуется из-за его надежности при обнаружении перезаряда, однако он требует осторожности при выборе уставок в схеме заряда, чтобы избежать преждевременного прекращения заряда или невозможности обнаружения избыточного заряда, когда аккумулятор подвергается воздействию экстремальных температур.

Изменение температуры (ΔT)

Изменение температуры или ΔT — это метод, который измеряет разницу превышения температуры батареи над начальной (окружающей) температурой во время зарядки.Заряд прекращается, когда скорость изменения температуры достигает заданного значения. См. Раздел 3.8.3 Номенклатура прекращения начисления

Изменение температуры / изменение времени (dT / dt)

Рекомендуемый метод завершения зарядки на основе температуры для всех методов быстрой зарядки — dT / dt (см. Раздел 6.3 «Номенклатура прекращения зарядки»). Этот метод отслеживает изменение температуры T по сравнению с изменением во времени t и считается наиболее точным, поскольку он определяет начало перезарядки раньше, чем другие методы.Базовая температура окончания dT / dt составляет 1 ° C в минуту, но зависит от конструкции блока. При использовании терминатора dT / dt рекомендуется подзарядка для полной зарядки аккумулятора (см. Раздел 3.8.6.5 Подзарядка).

Температурное отключение (TCO)

Температурное отключение или TCO — это вторичная оконечная нагрузка, необходимая для всех методов быстрой зарядки с использованием dT / dt и / или PVD. Этот метод основан на абсолютной температуре батареи и рекомендуется только в качестве отказоустойчивой стратегии, чтобы избежать разрушительного нагрева в случае отказа любого или всех других методов прекращения заряда.См. Раздел 3.8.3 Номенклатура прекращения начисления

3.8.3 Номенклатура NIMH для прекращения начислений

Рисунок 3.8.3 Номенклатура прекращения зарядки NiMH

3.8.4 NIMH Температура и эффективность заряда

Рекомендуемая температура зарядки составляет от 10 ° C (50 ° F) до 40 ° C (104 ° F). Если NiMH аккумулятор подвергается воздействию высоких температур (выше 40 ° C, 104 ° F) из-за перезарядки или внешних источников тепла, эффективность заряда (увеличение емкости аккумулируемых элементов на единицу входящего заряда) будет снижена.Чтобы избежать снижения эффективности заряда, в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены методы контроля заряда, ограничивающие количество выделяемого избыточного тепла. Кроме того, крайне важно не размещать батареи в непосредственной близости от других источников тепла или в отсеках с ограниченным охлаждением или вентиляцией.

При температуре ниже 10 ° C (50 ° F) эффективность зарядки также снижается, что приводит к увеличению времени, необходимого для зарядки. Низкие температуры подавляют транспортные возможности (способность перемещать ионы внутри электродов), вызывая низкую эффективность заряда (см. Раздел 3.7.1 «Производственные мощности и конструкция NiMH»; Возможности скорости). Зарядка при температуре ниже 0 ° C (32 ° F) не рекомендуется

3.8.5 Методы начисления NIMH

Не все методы заряда рекомендуются для всех химических элементов NiMH, поскольку они не одинаковы. В различных NiMH элементах используются разные материалы для достижения определенных желаемых рабочих характеристик. Выбор этих материалов также влияет на зарядные характеристики аккумуляторов. Таким образом, для каждого метода зарядки указан любой метод, который может вызвать проблемы с некоторыми батареями.См. Рисунок 3.8.5 Технические характеристики метода зарядки для получения информации о рекомендуемых токах зарядки и окончании зарядки.

Рисунок 3.8.5 Технические характеристики метода зарядки

Метод зарядки	Ток зарядки	Прекращение зарядки	Комментарии
Медленный	0,02-0,1C	1. Нет1 или Таймер	Таймер рассчитан на 160% C.
Стандартный	0,1C	1. Таймер	Таймер установлен на 16 часов.
Время	0,1-0,2 ° C	1. Таймер и 2. TCO = 55 ° C	Таймер рассчитан на 160% C при 0,1–120% C при 0,2 ° C.
Rapid ²	0,25-0,5C	1. PVD, или dT / dt, или ΔT, и 2. Таймер, и 3. TCO = 55 ° C	PVD = -ΔV из 3-5 мВ / элемент dT / dt = ~ 1 ° C / 1 мин подъем. Таймер с номиналом от 140% C при 0,2 ° C до 120% C при 0,5 ° C.
Быстро ²	0.5-1.0C	1. PVD, или dT / dt, или ΔT, и 2. Таймер, и 3. TCO = 55 ° C	PVD = -ΔV 3-5 мВ / элемент dT / dt = ~ 1 ° C / 1 мин подъем. Таймер с номиналом 125% C.
Техническое обслуживание	0,002–0,008C	1. Нет	Рекомендуется 5–10% C в день при C / 128 — C / 512 импульс.
1 Не все батареи можно заряжать без нагрузки. 2 См. Процедуру быстрой / быстрой зарядки (Раздел 3.8.6)

3.8.5.1 Медленная зарядка

Если время зарядки не является проблемой и требуется максимальная емкость аккумулятора, часто используется метод медленной зарядки. В этом методе используется заряд менее 0,1 ° C в течение более 16 часов (см. Рисунок 3.8.5 Технические характеристики метода зарядки). Тем не менее, с недавними разработками химического состава некоторых NiMH-элементов, которые лучше подходят для более быстрых методов зарядки, медленная зарядка не рекомендуется для всех NiMH-аккумуляторов.

3.8.5.2 Стандартная плата

Этот метод может использоваться для большинства химических элементов NiMH.Стандартная зарядка представляет собой простую систему со скоростью заряда 0,1C в течение 16 часов (см. Рисунок 3.8.5 Способы зарядки NiMH). Поскольку скорость зарядки низкая и заряд прекращается через 16 часов, уменьшается риск перезарядки и повышения температуры. Обратной стороной этого метода является невозможность определить уровень заряда аккумулятора в момент начала зарядки. Таким образом, аккумулятор с глубиной заряда 60% (DOD) или 40% уровнем заряда (SOC), который заряжается этим методом, будет иметь такое же количество заряда, что и полностью разряженный аккумулятор.Это приводит к перезарядке частично разряженной батареи до истечения времени.

3.8.5.3 Время заряда

Для более быстрого метода зарядки аккумуляторы обычно можно зарядить за 6–16 часов. Этот метод зарядки NiMH аккумуляторов требует особого внимания перед выбором. Поскольку в этом методе используются более высокие значения тока (см. Рисунок 3.8.5. Технические характеристики метода зарядки), необходимы два метода завершения: синхронизированный и TCO. Последний из двух выводов потребует, чтобы в батарее был термистор для определения температуры во время цикла зарядки.Если использовалось только синхронизированное завершение зарядки, аккумулятор может перезарядиться, особенно если частично разряженный аккумулятор был заряжен с помощью этого метода. Для некоторых химических элементов NiMH это может значительно ухудшить характеристики батареи.

3.8.5.4 Быстрая зарядка

Метод быстрой зарядки хорош для приложений, которым требуется более быстрое время зарядки, но батарейный отсек не позволяет хорошо отводить тепло. Методы быстрой зарядки обычно заряжают от 2,5 до 6 часов при нулевом уровне заряда.От 25 ° C до 0,5 ° C (см. Рисунок 3.8.5 Технические характеристики метода зарядки). Этот метод зарядки использует PVD, — ΔV, dT / dt или ΔT с резервированием по времени. Дополнительные сведения о зарядке см. В разделе 3.8.6 Процедура быстрой / быстрой зарядки. В этой системе обычно используется резервная температура для защиты от перезарядки. Преимущество этого метода зарядки — возможность безопасно заряжать аккумуляторы, находящиеся в любом состоянии заряда. Другими словами, частично разряженный аккумулятор можно заряжать без риска перезарядки. Недостатком этого типа системы является дополнительная сложность и стоимость зарядного устройства.

3.8.5.5 Быстрая зарядка

Когда время — ограниченный ресурс и хорошо отводится тепло, лучше всего подходят методы быстрой зарядки. Методы быстрой зарядки позволяют заряжать аккумуляторы за 2,5 часа или меньше. Как и метод быстрой зарядки, этот метод имеет повышенные тарифы и требует трех отдельных завершений зарядки (см. Рисунок 3.8.5 Технические характеристики метода зарядки). Некоторые из никель-металлгидридных аккумуляторов большей емкости не выдерживают постоянной скорости заряда 1,0 ° C. В настоящее время хорошее правило — не заряжать постоянно выше 1.0C или 3,0 ампер. Дополнительные сведения о зарядке см. В разделе 3.8.6 Процедура быстрой / быстрой зарядки. Как и в случае с Rapid Charge, преимущества метода Fast Charge — это возможность безопасно заряжать аккумуляторы, которые находятся в любом состоянии заряда, за короткий период времени. К недостаткам, опять же, относятся добавленная сложность зарядного устройства и стоимость.

3.8.5.6 Плата за обслуживание

В отличие от предыдущих шести методов, метод поддерживающей зарядки не считается средством зарядки разряженной батареи до полной емкости.Скорее, этот метод используется для предотвращения саморазряда батареи, когда она не используется. См. Раздел 3.9 Хранение батареи.

3.8.6 NIMH Процедура быстрой / быстрой зарядки

Следующая процедура описывает шесть шагов для быстрой или быстрой зарядки NiMH аккумулятора. Эти шаги позволят понять, что производители микросхем зарядных устройств пытались встроить в свои микросхемы.

3.8.6.1 Плата за инициализацию

Перед быстрой или быстрой зарядкой аккумулятора рекомендуется подзарядить капелькой.Запуск импульсной подзарядки C / 10-C / 50 хорош по двум причинам. Во-первых, чтобы повысить температуру, если батареи холодные, а во-вторых, чтобы убедиться, что нет проблем с батареями или схемой зарядки.

3.8.6.2 Измерение температуры

Перед началом быстрой или быстрой зарядки температура должна быть от 10 ° C до 40 ° C. Это делается как часть этапа подзарядки. Если аккумулятор подвергался воздействию более низких температур, перед началом быстрой зарядки необходимо поднять температуру аккумулятора выше 10 ° C.Кроме того, обратите внимание, что параметры dT / dt будут достигнуты в начале быстрой зарядки на холодном аккумуляторе, что приведет к преждевременному завершению работы. Многие зарядные устройства включают «низкотемпературный запрет», чтобы свести на нет это событие.

3.8.6.3 Измерение напряжения блока (PVM)

Измерение напряжения аккумуляторной батареи также является частью этапа непрерывной зарядки. Измерение напряжения батареи (PVM) может использоваться для проверки того, что батарея находится на надлежащем уровне напряжения, и для проверки наличия тока для зарядки.Время (от нескольких секунд до 10 минут) и напряжение (1,1 В x количество ячеек) зависят от типа и количества используемых ячеек. Если напряжение аккумулятора не достигается за установленное время (обычно около 20 минут), заряд прекращается. Для PVM рекомендуется импульсный заряд со скоростью от C / 10 до C / 50, но можно использовать постоянный заряд от C / 10 до C / 50.

3.8.6.4 Быстрая / быстрая зарядка

Для быстрой зарядки или быстрой зарядки требуются три режима завершения:

PVD, или –ΔV, или dT / dt, или ΔT
Таймер
Отключение по температуре (TCO).

См. Таблицу 3.8.5 Спецификация метода зарядки для получения информации о тарифах.

3.8.6.5 Пополнение баланса

Подзарядка используется только в том случае, если быстрая зарядка или быстрая зарядка не полностью заряжают батареи. Это происходит с некоторыми окончаниями dT / dt и T. Перед использованием быстрой зарядки dT / dt или T параметры зарядки и завершения необходимо протестировать внутри устройства. Поскольку добавочный заряд постоянным током имеет тенденцию отводить энергию, дополнительный заряд лучше всего выполнять в виде импульсного заряда.Дозаправка прекращается по времени и составляет от C / 10 до C / 40 от скорости быстрой зарядки.

3.8.6.6 Техническое обслуживание

Поддерживающий заряд сохраняет полный заряд аккумулятора до тех пор, пока он не будет снят с зарядного устройства. В течение первых 24 часов после зарядки аккумулятор теряет около 5% своей энергии из-за саморазряда аккумулятора. Стандартный поддерживающий заряд со скоростью C / 128 предназначен для предотвращения этого саморазряда. Некоторые химические компании NiMH способны выдерживать расходы на обслуживание до уровня C / 64.Непрерывная зарядка на низких скоростях не очень эффективна, поэтому рекомендуется импульсная зарядка.

3.9 Обзор аккумуляторов NiMH

Со временем емкость и напряжение никель-металлгидридных аккумуляторных батарей уменьшаются при хранении или неиспользовании. Это вызвано химической реакцией, происходящей внутри клеток, обычно называемой саморазрядом. Влияние саморазряда будет сведено к минимуму, если неиспользуемые батареи хранятся должным образом. Правильное хранение NiMH аккумуляторов требует как контроля температуры, так и управления запасами.

3.9.1 Температура хранения NiMH и циклическая работа батарей

Температура является основным фактором, влияющим на скорость саморазряда неиспользуемой батареи. По мере увеличения температуры хранения увеличивается скорость саморазряда, что приводит к уменьшению максимального времени хранения батареи. Лучше всего хранить батареи в условиях контролируемой температуры, чтобы можно было точно определить максимальное время хранения. Рисунок 3.9.1 Зависимость температуры хранения от времени хранения показывает диапазон температур хранения, при котором могут храниться никель-металлгидридные аккумуляторы, и максимальное время, в течение которого аккумулятор может оставаться неиспользованным до того, как потребуется цикл.

Рисунок 3.9.1 Зависимость температуры хранения от времени хранения

Температура хранения	Максимальное время хранения (частота циклов)
От 40 ° C до 50 ° C (104 ° F до 122 ° F)	Менее 30 дней
от 30 ° C до 40 ° C (от 86 ° F до 104 ° F)	от 30 до 90 дней
от -20 ° C до 30 ° C (от -4 ° F до 86 ° F)	от 180 до 360 дней

способность батареи к накоплению энергии будет уменьшена, если позволить батарее полностью саморазрядиться.Влияние саморазряда можно исправить, если батареи подвергаются циклам зарядки и разрядки. В начальном цикле зарядки / разрядки аккумулятор достигает примерно 95% номинальной емкости. Полная мощность будет достигнута на втором и третьем циклах.

3.9.2 NiMH Уровень заряда

Состояние заряда (SOC) неиспользованной NiMH батареи не влияет на требуемую температуру хранения или максимальное время хранения (см. Рисунок 3.9.1 Зависимость температуры хранения отВремя хранения). Полностью разряженная батарея прослужит при хранении до тех пор, пока полностью заряжена. Следовательно, никель-металлгидридные батареи можно хранить в любом состоянии заряда.

3.9.3 Рекомендации по хранению NiMH

Ключом к правильному хранению никель-металлгидридных аккумуляторных батарей является правильная практика управления запасами. Чтобы продлить срок службы батареи и сохранить работоспособность батареи, соблюдайте следующие пять рекомендаций:

Практика ротации запасов FIFO (первым пришел — первым обслужен).
Никогда не храните батареи под нагрузкой.
Храните батареи в среде с контролируемой температурой (см. Рисунок 3.9.1 Зависимость температуры хранения от времени хранения).
Переключайте батареи (см. Рисунок 3.9.1 Зависимость температуры хранения от времени хранения).
Храните батареи при влажности 65% (± 20%).

Никель-металлогидридные батареи — Промышленные устройства и решения

Если у вас есть вопросы, посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов.

Если ваши вопросы не решены с помощью FAQ, свяжитесь с нами.

Характеристики

1. Широкий диапазон рабочих температур

Позволяет использовать в тяжелых условиях от низких до высоких температур.

2. Экологичность

Подходит для вторичной переработки, позволяет многократно заряжать и разряжать.

3. Подходит для замены никель-кадмиевых аккумуляторов

Обеспечивает более длительный срок службы, чем никель-кадмиевые батареи.

В начало

Секторы рынка

Никель-металлогидридные батареи

используются во многих отраслях промышленности. Например, автомобильная промышленность, которая обеспечивает безопасное вождение, отрасль инфраструктуры, которая поддерживает нашу повседневную жизнь, и устройства Интернета вещей, которые используют сети следующего поколения, такие как 5G / LPWA.

В начало

Приложения

В автомобильной промышленности никель-металлогидридные батареи в основном используются в качестве резервных батарей для автомобильных электрических компонентов, таких как TCU, eCall и приводные регистраторы.

В инфраструктуре батареи используются для солнечных уличных фонарей, океанских буев и т. Д. Некоторые батареи также используются в качестве резервной батареи для аварийных огней, навигационных огней и лифтов для аварийной остановки.

Кроме того, никель-металлогидридные батареи подходят для медицинских устройств, требующих высокой безопасности и надежности, а также для электроинструментов, которые также требуют высоких характеристик разрядки.

В начало

Модельный ряд

Panasonic предлагает широкий выбор аккумуляторов для удовлетворения ваших требований, вы можете выбрать подходящие аккумуляторы в зависимости от области применения.

* 1 1-2 часа (значение dT / dt)

* 2 В течение 1 часа (система пошагового управления зарядкой) Примечание: для получения технических характеристик заряда свяжитесь с Panasonic.

* 3 Стандартная модель: 0-40 ℃

* 4 Прибл.2000 циклов (в соответствии с рекомендованными Panasonic условиями зарядки / разрядки)

В начало

Общее сравнение различных зарядок

* 1 л (А) = номинальная мощность [Ач] / [ч]

◎ Рекомендуемый метод зарядки: позволяет батареям Panasonic демонстрировать полную работоспособность.

〇 Допустимый метод зарядки: Используется в зависимости от условий использования оборудования.

* 1 Необходимо принять такую конструкцию батарейного блока, которая позволяет элементу определения температуры (датчику) надежно определять температуру батареи.

* 2 Этот метод не подходит для приложений, в которых таймер часто сбрасывается (перезапускается зарядка). Если требуется частая переустановка таймера или если по причинам, связанным с оборудованием, принята скорость заряда выше 0,2 л (например, зарядка с таймером на 0,3 л), необходимо комбинировать этот метод с контролем температуры.Обратите внимание, что производительность перезаряда зависит от типа аккумулятора.

* 3 Обратите внимание на то, что, если для оборудования выбран уровень заряда выше 0,1 л, характеристики перезаряда и повышения температуры будут зависеть от типа аккумулятора. Перед определением технических характеристик проконсультируйтесь с Panasonic. Если используется большое количество аккумуляторных элементов, или если используются аккумуляторы с высокой номинальной емкостью, или если аккумуляторный блок плохо отводит тепло, аккумуляторы могут выделять тепло даже при зарядке при 0.1 л. В таком случае необходимо изменить конструкцию аккумуляторной батареи для лучшего отвода тепла или для снижения тока заряда. Конструируйте аккумуляторный блок таким образом, чтобы его температура при насыщении не превышала 50 ℃.

В начало

О батарейном блоке

Большинство батарей используются в виде батарейных блоков и устанавливаются в устройства. при использовании аккумуляторного блока тип аккумулятора, количество ячеек, форма блока, составные части блока и т. д. определяются номинальными характеристиками (напряжение, ток нагрузки) устройства, характеристиками заряда, наличием места в батарейный отсек, условия использования и т. д.В Panasonic мы разрабатываем и производим аккумуляторные блоки, принимая во внимание безопасность и надежность аккумуляторов.

В начало

Скачать

В начало

Новости отрасли | Батарейное шоу

Можно простить наблюдателей в отсеке для батарей за зацикленность на химическом составе литий-ионных батарей. Технология зарекомендовала себя во всем, от портативных электронных устройств до электромобилей (EV) и крупномасштабных сетевых хранилищ.Но до того, как литий-ионные батареи стали настолько повсеместными, существовала другая химия, называемая никель-металлогидридом (NiMH), которая доминировала на рынке аккумуляторов.

Разработка никель-металлгидридных аккумуляторных батарей началась после их открытия в 1967 году и в значительной степени спонсировалась Daimler-Benz и Volkswagen AG. В начале 1970-х годов для питания космических аппаратов была разработана никелевая батарея, использующая водород под высоким давлением, и которая успешно использовалась на ряде спутников, включая космический телескоп Хаббла.

Замена кадмия

NiMH батарея выросла из желания заменить перезаряжаемую никель-кадмиевую (NiCd) батарею, которая была разработана в 1899 году. К 1960-м и 1970-м годам никель-кадмиевые батареи стали предпочтительным источником питания для портативных радиостанций, портативной электроники, беспроводных электроинструментов и т. Д. и особенно фотография. NiCd имеют особенно низкое внутреннее сопротивление, что позволяет им обеспечивать высокие импульсные токи в течение коротких периодов времени. К 2000 году более 1.Ежегодно производилось 5 миллиардов никель-кадмиевых батарей.

Однако не все было так радужно. Кадмий является тяжелым металлом и опасен для окружающей среды, который очень токсичен для большинства форм жизни, особенно когда аккумуляторы накапливались на свалках. Никель-кадмиевые батареи также проявляли эффект памяти — их производительность зависела от предыдущих циклов заряда и разряда, что уменьшало способность батареи возвращать полное количество хранящейся в ней электроэнергии.

Гидриды металлов

Введите никель-металлгидридный аккумулятор.По сравнению с никель-кадмиевыми батареями NiMH батареи имеют большую емкость, менее токсичны и менее дороги. Отрицательный электрод (анод) NiMH элемента содержит интерметаллическое соединение, которое может принимать электрон во время зарядки и возвращать его во время разряда. Интерметаллическое соединение обычно представляет собой смесь редкоземельного элемента, такого как лантан, церий, неодим или празеодим, с никелем, кобальтом, марганцем или алюминием. NiMH аккумуляторы производят на 40% больше удельной энергии, чем NiCd аккумуляторы, но могут демонстрировать 20% саморазряда в первые 24 часа и последующие 10% саморазряда в месяц.Это ограничивает их полезность там, где им нужно подолгу сидеть перед использованием.

Никель-металлгидридные батареи

намного легче свинцово-кислотных, и в начале 2000-х годов, когда электромобили и гибридные автомобили вызвали внезапный интерес автопроизводителей, были разработаны элементы большего формата. Химический состав NiMH не особенно хорош для хранения большого количества энергии, как это было бы необходимо для аккумуляторного электромобиля, но из-за своего низкого внутреннего сопротивления они были очень хороши в обеспечении всплесков энергии во время ускорения и потреблении электроэнергии во время регенерации.

Ni-Cd (никель-кадмиевые), Ni-MH (никель-металлогидридные) или Li-Ion (литий-ионные) — какие аккумуляторы лучше

Основные типы аккумуляторов

Плюсы аккумуляторов разных видов и их минусы

Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-MH аккумуляторов

Ni-Mh, Ni-Cd и Li-ion аккумуляторы для авто

Ni-MH — перезаряжаемые никель-металл-гидридные аккумуляторы

Ni-MH АККУМУЛЯТОРЫ

Немного о зарядке NiMH и NiCd аккумуляторов

NiMh, NiCd

NiMh и NiCd аккумуляторы

Температурный режим

Импульсные нагрузки

Производители

— обзор

2.5 Области применения

Никель-металлогидридные NiMH аккумуляторы

Характеристики

Последние события

Преимущества

Недостатки

Приложения

Стоимость

NiMH Технология никель-металлогидридных аккумуляторов »Электроника

пришли на смену никель-кадмиевым, предлагая очень схожее напряжение и общую производительность.

Технология NiMH аккумуляторов: основы

Технология элементов NiMH

База знаний по аккумуляторным батареям

3,0 Никель-металлогидрид (NiMH)

3.1 Принцип работы NiMH

3.2 Химическая реакция при загрузке

3.3 Химическая реакция разряда

3,4 Перегрузка

3,5 Перегрузка

3.6 Скорость передачи

3.7 Разрядные характеристики NiMH

3.7.1 NiMH Емкость

Поляризации

3.7.2 NiMH Напряжение

3.7.3 Скорость разряда NiMH

3.7.4 NiMH Отключение по низкому напряжению или отсечка напряжения

3,7,5 NiMH Соответствие

3.7.6 NiMH внутреннее сопротивление

3.7.7 NiMH Температура

3.8 Обзор характеристик заряда NiMH

3.8.1 Тарифы на оплату NIMH

3.8.2 Прекращение начисления

3.8.2.1 Время

3.8.2.2 Напряжение

Обнаружение пикового напряжения (PVD)

Отрицательное дельта V (-ΔV)

3.8.2.3 Температура

Изменение температуры (ΔT)

Изменение температуры / изменение времени (dT / dt)

Температурное отключение (TCO)

3.8.3 Номенклатура NIMH для прекращения начислений

3.8.4 NIMH Температура и эффективность заряда

3.8.5 Методы начисления NIMH

3.8.5.1 Медленная зарядка

3.8.5.2 Стандартная плата

3.8.5.3 Время заряда

3.8.5.4 Быстрая зарядка

3.8.5.5 Быстрая зарядка

3.8.5.6 Плата за обслуживание

3.8.6 NIMH Процедура быстрой / быстрой зарядки

3.8.6.1 Плата за инициализацию

3.8.6.2 Измерение температуры

3.8.6.3 Измерение напряжения блока (PVM)

3.8.6.4 Быстрая / быстрая зарядка

3.8.6.5 Пополнение баланса

3.8.6.6 Техническое обслуживание

3.9 Обзор аккумуляторов NiMH

3.9.1 Температура хранения NiMH и циклическая работа батарей

3.9.2 NiMH Уровень заряда

3.9.3 Рекомендации по хранению NiMH

Никель-металлогидридные батареи — Промышленные устройства и решения

Характеристики

Секторы рынка

Приложения

Модельный ряд

Общее сравнение различных зарядок