Особенности эксплуатации аккумуляторных батарей различного типа
Правильное использование и уход за аккумуляторными батареями способны существенно продлить срок их эксплуатации. Зная особенности каждого из типов батарей, моделист модет использовать их с максимальной эффективностью и, в большинстве случаев, без неприятных сюрпризов в виде внезапно «севшего» аккумулятора посреди ответственной гонки.Применение никель-кадмиевых батарейАккумуляторы NiCd «не любят» зарядку большим током. Если заряжать такую батарею большим током, то она будет длительное время выдавать высокое напряжение, но общая продолжительность службы аккумулятора сократится. При постоянном заряжании батарей NiCd с малым значением тока, то энергия аккумуляторов будет отдаваться более равномерно, сама батарея будет служить значительно дольше. То есть, для батарей NiCd необходим правильный подбор тока зарядки, который следует всегда соблюдать.
Нельзя разряжать NiCd-батарею до полного нуля. В этом случае легко может произойти смена полярности банок, так называемая переполюсовка. Не подвергайте никель-кадмиевый аккумулятор резкому перепаду температур. Даже если батарея перегрета, нельзя ни в коем случае класть ее в холодильник или охлаждать водой – это распространенная ошибка некоторых новичков.
Литий-полимерные аккумуляторы следует заряжать только специальными, рассчитанными на этот тип батарей зарядными устройствами. Саму зарядку следует производить под присмотром, так как LiPo-батареи пожароопасны.
Зарядку следует производить исключительно с балансиром, контролирующем напряжение на каждой банке батареи (на З/У следует выбирать режим Balance Charge, а не LiPo Charge).
В процессе заряжания следует выбирать напряжение на банке не более 4.25 В, а при эксплуатировании не допускать понижения потенциала на банке ниже 3.0 В.
Нельзя заряжать LiPo-батареи токов свыше 1С (номинал батареи), в домашних условиях рекомендуется производить зарядку током около 0.5-0.7С. Согласно статистики, более медленный заряд продлевает службу аккумулятора.Настраивая регулятор хода, необходимо отстраивать режим отсечки LiPo, во избежание повреждения батареи.
Следует всегда стараться оставлять в LiPo-аккумуляторах некоторый остаточный заряд (10-20% от емкости).Эксплуатация никель-металлгидридных батарейАккумуляторы класса NiMh достаточно капризные и чувствительные батареи. От того, насколько правильно вы будете их эксплуатировать, заряжать, разряжать и хранить в большой степени зависит срок их службы. При правильном выборе тока заряда (медленный заряд – это ток значением 1/10 от номинала батареи и около 16 часов непрерывной зарядки) такие аккумуляторы могут проработать 3-5 лет, при этом «прожив» от 500 до 1000 циклов заряд-разряд.
Помните, NiMh батареи обладают эффектом памяти, их нельзя дозаряжать.Даже при частичной разрядке такие аккумуляторы следует полностью разрядить, а затем зарядить снова. Если NiMh батареи дозаряжать, то вскоре от перестает отдавать всю емкость, половиня ее. Для восстановления характеристик батареи ее можно «проциклить», сделав 2-3 круга заряд-разряд. Таким образом можно реанимировать до 20-25% емкости аккумулятора. Ток разряда должен быть около 0.1А (чем меньше ток разряда, тем лучше эффект такой «реанимации»). Напряжение же, до которого разряжается аккумулятор, должно отсчитываться от самой «слабой» банки, имеющей наименьшую емкость. То есть, разряжать аккумулятор следует до момента, когда в банке с наименьшем зарядом оно упадет до самого малого значения, но не до нуля, иначе аккумулятор можно просто «убить». Процесс контроля такого разряда может обеспечить «умная» зарядка.
Хранить NiMh батареи следует в полузаряженном состоянии (до 30-50% от емкости), если вы не планируете применять аккумулятор более недели.
Если же хранение без использования превысит месяц, тогда нужно заряжать аккумулятор полностью. Подготавливая аккумуляторы NiMh к эксплуатации после длительного хранения, следует их сначала разрядить, потом полностью зарядить. Согласно статистики, NiMh батареи лучше работают, если их использовать по нескольку раз в день. То есть, такой аккумулятор можно смело заряжать по 2-3 раза на протяжении дня покатушек или соревнований. Дайте только батарее полностью остыть после использования.
Помните: NiMh-батареи очень плохо переносят перезаряд! Поэтому их нельзя подпитывать слабым током по окончанию процесса заряжания (этим грешат дешевые зарядные устройства). Некоторые моделисты используют режим «добивки» — добивают в заряднике батарею повторно непосредственно перед использованием (за несколько минут). Такой ход позволяет максимально полно получить всю энергию батареи.
Но данная процедура рекомендуется к применению исключительно на дорогих «умных» зарядках (имеется высокая вероятность перезаряда).
Использование литий-железофосфотных аккумуляторовМногие называют этот тип батарей вершиной технологий силовых аккумуляторов на сегодняшний день.Такие батареи рассчитаны на жесткое интенсивное использование и они действительно лучше своих «однополчан» по ряду характеристик. Эти аккумуляторы можно заряжать «быстро» и их емкость *удельная) велика. При эксплуатации они способны отдавать огромные токи. Даже при варварском отношении литий-железофосфатные батареи способны «прожить» до 1000 циклов, а при бережной эксплуатации эта цифра возрастает вдвое, а то и втрое, а продолжительность эксплуатации может достичь 10 лет (при этом падение емкости остается незначительным).
У LiFePo4 батарей нет эффекта памяти, их модно дозаряжать, они не боятся перепада температур.
Для их зарядки следует использовать только специальные зарядные устройства. Хранить их следует в заряженном состоянии (саморазряд батарей минимален – около 3-3.5% за год). Главный недостаток этих батарей – их высокая стоимость.
При наличии «умной» зарядки эксплуатация LiFePo4 не вызывает никаких проблем.
Советы по хранению аккумуляторных батарей.
Аккумуляторные батареи начинают терять свою емкость сразу же после изготовления. Поэтому не рекомендуем хранить их в течение длительного периода времени перед использованием. Т.е. покупать аккумулятор впрок (с предполагаемым использованием через продолжительное время) не имеет смысла.
Все типы аккумуляторных батарей нужно хранить в сухом и прохладном месте. Хорошим местом хранения может послужить холодильник, но только морозильник, т.к. не все типы аккумуляторов выдерживают хранение при температуре замерзания. Аккумулятор нужно поместить в пластиковый пакет — это защитит его от попадания влаги.
NiCd аккумуляторы могут храниться более 4-х лет. Перед хранением такой аккумулятор нужно полностью зарядить, после этого необходимо его разрядить до нуля, и после этого замкнуть его контакты накоротко. Или можно разрядить аккумулятор до 1-го вольта и положить в сухое, прохладное месте. Полностью заряженные NiCd аккумуляторы при хранении подвержены саморазряду. Это может привести к возникновению эффекта памяти.
После длительного хранения NiCd и NiMH аккумуляторы нужно подготовить к использованию. Необходимо произвести «медленный заряд», и после этого сделать несколько полных циклов разряд-заряд. Чтобы восстановить полную емкость таких аккумуляторов может потребоваться около 3-х полных циклов. Проведение нескольких циклов заряд-разряд может потребоваться и после двух месяцев хранения.
Li-ion и Li-polymer аккумуляторы обязательно должны храниться в заряженном состоянии. Если такую аккумуляторную батарею оставить на длительное хранение с низким напряжением напряжением, то происходит не восстанавливаемая потеря его емкости. Также может произойти коррозия элементов. Некоторые Li-ион аккумуляторы не возможно будет зарядить, если напряжение на контактах понизилось ниже критического уровня.
Самая основная ошибка, которую допускают пользователи различных мобильных устройств, заключается в том, что они оставляют аккумулятор или само устройство в автомобиле жарким летом или холодной зимой. Летом температура внутри автомобиля может превысить 60°C. Высокая температура вредна для работы всех типов аккумуляторов независимо от их электрохимической системы. Длительное хранение и эксплуатация аккумулятора при высокой температуре ускоряет деградацию элементов внутри аккумулятора.
Далее мы приведем несколько советов, которые помогут сохранить емкость и работоспособность Вашего аккумулятора как можно дольше:
1. Если ноутбук используется от батареи часто — более 2-х раз в неделю, то единственный уход за ней — это заряд аккумулятора до 100%, и разряд его не ниже 3-4%. Всю остальную заботу о сохранении батареи возьмет на себя ее контроллер.
2. Рекомендуем выполнить калибровку батареи. Эта функция есть почти у каждого ноутбука либо в БИОСе, либо в программных утилитах от производителя ноутбука.
3. Если батарея планируется используется редко, то нужно 2 — 3 раза провести полный цикл заряд/разряд. После этого ее нужно разрядить до 60-80%, вытащить из ноутбука и положить на нижнюю полку холодильника, но только не в морозилку, так как при выводе батареи из глубокой заморозки её работоспособность сильно снизится. Оптимальная температура хранения — около 12 -15 градусов. Необходимо 1 раз в 3 — 4 заряжать батарею до 60-80%, и после этого убрать обратно на нижнюю полку в холодильник. Обязательно нужно положить аккумулятор во влагонепроницаемый пакет.
4. Если же хранение аккумуляторной батареи в холодильнике для Вас сложно или обременительно, или, просто, лень, то можно делать только калибровку батареи хотя бы 1 раз в месяц.
Медленная зарядка аккумуляторной батареи для ноутбука. Мы рекомендуем проделывать эту операцию не реже 1 раза в год. Производится она следующим образом. Вначале нужно разрядить аккумулятор для ноутбука до 3-4%. После этого нужно подключить к ноутбуку блок питания и начать заряжать батарею, но при этом необходимо нагрузить ноутбук на максимум: поиграть в очень требовательную к ресурсам игру, включить фильм и т.д. Проделываем это до тех пор пока аккумулятор ноутбука зарядится до 100%. У всех батарей есть особое свойство: чем дольше она заряжается, тем правильнее происходит процесс её зарядки. При этом контроллер батареи более адекватно оценивает емкость и заряд, и поэтому батарея набирает максимальную емкость, а это отразится большим временем автономной работы аккумулятора.
Внимание! При использовании материалов сайта ссылка на www.MirBatt.ru обязательна.
Эффект памяти аккумулятора — 3 — Ответы на вопросы
В заключении о правильной зарядке аккумуляторов:
Для аккумуляторов на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH) однозначно действует правило — вначале полностью разрядить аккумулятор, потом полностью зарядить и повторить эту процедуру еще 2 раза.
Подобную процедуру, полный заряд-разряд аккумуляторов, достаточно проводить один раз в 30-60 дней.
Цикл заряда литиевого аккумулятора состоит из двух этапов— вначале аккумулятор заряжается большим током почти до полного заряда, а потом производится финальная зарядка малым током.
На первом этапе индикатор уровня заряда аккумулятора телефона показывает, что идет процесс зарядки аккумулятора.
Ход второго этапа индикатором уровня заряда аккумулятора, в подавляющем большинстве телефонов не отображается, так как считается, что он не столь важен.
Достигнув полного заряда аккумулятора, встроенный в мобильник контроллер выключит поступление тока, несмотря на подключенное зарядное устройство.
Длительность каждого из этапов зависит от емкости конкретного аккумулятора, величины тока зарядного устройства.
Средняя длительность каждого из этапов составляет 2-3 часа, а полный цикл зарядки — 4-6 часов.
Если мобильник не реагирует на подключенное зарядное устройство, а такое бывает при глубоко разряженном аккумуляторе, оставьте мобильное устройство с подключенным в электросеть зарядным устройством на несколько часов.
Скорее всего, через 2-3 часа на экране появится символы зарядки и девайс можно будет включить.
Последние исследования швейцарского Института Пола Шеррера и Toyota Research в Японии показали, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».
С тех пор как литий-ионные аккумуляторы в девяностых годах начали вытеснять никель-кадмиевые, о существовании «эффекта памяти» стали забывать.
Долгое время считалось, что в аккумуляторах нового типа он полностью отсутствует.
Однако проведённая недавно работа убедительно показала его наличие как минимум в самом распространённом виде АКБ — с катодом из литий-феррофосфата.
В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.
1 2 3
Ещё
Как разрядить аккумулятор электровелосипеда? | KryptoBike TM
К сожалению, аккумулятор электровелосипеда, как и другие устройства требует периодического обслуживания. Эти сервисные процедуры сведены к минимуму и если изначально куплено качественное оборудование, то все эти действия не заставят вас тратить много сил и времени.
Содержание статьи
В процессе эксплуатации может потребоваться полная разрядка аккумулятора. Часто аккумулятор разряжают для того, чтобы узнать его реальную емкость. Если вам нужно больше информации, про то, как узнать реальную емкость аккумулятора, читайте это в нашей отдельной статье.
Для чего нужно
разряжать аккумулятор электровелосипеда?Чаще всего к этой процедуре прибегают на батарее из li-ion банок для поиска «паршивой овцы».
Плата защиты BMS постоянно проверяет состояние батареи и измеряет напряжение на каждой ячейке. Если одна ячейка проседает под нагрузкой быстрее других и стремительно разряжается, то плата BMS не сможет понять, в чем проблема и отключит нагрузку со всей батареи. Это приведет к отключению всей сети велосипеда. Происходит это же из-за того, что одна банка просела по ряду определённых причин (не будем вникать глубже в этой статье).
В итоге из четырех параллельно соединенных банок, одна из них будет повреждена. На ней напряжение падает быстрее других и это легко регестрируется. Для её поиска и нужна разрядка аккумулятора. Когда вся батарея разряжается, можно с помощью мультиметра, выявить мертвую банку, а затем заменить на новую.
Также, полная разрядка батареи может потребоваться, если вы используете в качестве источника питания Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы,
Помимо этого, разряжать аккумулятор может потребоваться и в случае использования кислотно-свинцового аккумулятора. Этот тип аккумулятора в некоторых случаях требует т.н. тренировки для исключения эффекта сульфатации пластин.
Все эти процедуры требуют процесса разрядки с контролируемыми параметрами.
Как же разрядить батарею подручными средствами?1. Ознакомьтесь с характеристиками аккумулятора и определите оптимальный режим разрядки. Неправильно выбранный режим не то что не найдет «паршивую овцу», но и
Режим разрядки определяется свойствами и химией аккумулятора.
Например, для Li-ion аккумулятора не допустимо достижение разрядных токов на одной банке, превышающих 0,2 – 0,5 от их емкости (в случае использования стандартных не высокомощных банок) и падения напряжения ниже 3 В. Для кислотно-свинцового аккумулятора при тренировке нужно выбирать режим разряда с током 0,1 от его емкости и не разряжать батарею меньше 10 В. Никель-кадмиевые аккумуляторы можно разряжать нагрузкой с х10 от его емкости до напряжения 1 В, а металлгидридные аккумуляторы до х4 от емкости и до напряжения 1 В. |
Нужно понимать, что все эти показатели должны быть пересчитаны на каждый элемент питания в системе. Именно исходя из этого выбирается нагрузка для разрядки.
2. Когда есть понимание, как правильно нужно разряжать вашу батарею, самое время подумать о устройстве для разряда.
Можно использовать готовое устройство, а можно смастерить его самостоятельно. Готовое устройство – это устройство типа IMAX b6, а самодельным может стать даже обычный чайник или утюг.
Устройства типа IMAX
Любители электротранспорта порой любят пошутить и делают электрические табуретки и электрические стулья. Берется кусочек высокоомной проволоки, замеряется её сопротивление и дальше она используется как нагреватель, а соответственно и как потребитель тока. Дальше всё рассчитывается по закону Ома. Не страдайте максимализмом. Не всегда требуется именно утюг. Иногда по расчёту получается, что достаточно взять лампу накаливания.
3. Если вольт-амперные характеристики 
Берем вывод аккумулятора и вешаем на него нагрузку в виде утюга.
В случае наличия платы защиты у батареи – нагрузку вешаем прямо через плату защиты. Плату защиты можно и отключить, а нагрузку вешать прямо на саму батарею. В этом случае нужно крайне внимательно проверять напряжение на каждом элементе при разрядке. Ведь так опять можно уничтожить всю систему.
Если возникает вопрос, как подключить потребитель к аккумулятору, то тут тоже особенной мудрости не нужно. Часто смущает плата BMS. Плата обычно подключена к отрицательному выводу системы. Т.е. вывод с BMS – это минус аккумулятора. Положительный же провод или плюс, пускается прямо на потребитель. Если BMS отсутствует, то всё ещё проще – вешает на два силовых провода наш потребитель. Полярность в обоих случая не играет никакой роли.
Ну и не забывайте — всё, что вы делаете со своей батареей, вы делаете на свой страх и риск!
Похожие статьи
Некоторые ЭлектроХимСистемы аккумуляторов | Мир USB
Существует большое количество электронной техники, работающей на аккумуляторных батареях. Различная емкость, вольтаж, сила тока, форм-фактор и множество других параметров закладывается производителем в аккумулятор для своего прибора. Но существуют и общие характеристики, которые можно найти сходными у несходных моделей аккумуляторов. В основе работы любого аккумулятора лежит реакция между двумя химическими элементами. Поэтому и классификацию будем производить по типу действующего химического элемента. Характеристики аккумулятора будут обусловлены применяемой при его производстве химсистемой.
1) Ni-Cd аккумулятор (никель кадмиевый) был изобретен в 1899 году. Батарея оказалась настолько удачна, что производится до сих пор, хоть и в значительно усовершенствованном виде. Одним из недостатков является «эффект памяти», т.е. требует полного разряда перед повторной зарядкой. Если этот аккумулятор разрядить не полностью, то он будет заряжаться с момента постановки на заряд, таким образом уменьшив свою емкость.
Поэтому о сроке действия таких аккумуляторов судят по количеству циклов заряд-разряд, а не по временному интервалу. Ещё один весомый недостаток – вред для окружающей среды, ввиду хим. элементов, применяемых при его производстве. Но большой плюс таких аккумуляторов, они сохраняют свою мощность при низких температурах (до -40 град. С), что является прямым показанием для использования в экстремальных условиях.
2) Ni-MH аккумулятор (никель металлгидридный) пришел на смену Ni-Cd аккумулятору и безусловно обладает рядом преимуществ. Первое неоспоримое преимущество — это почти полное отсутствие «эффекта памяти». Вы можете в любой момент подзарядить аккумулятор без опасений сократить его емкость. Так же, Ni-MH аккумулятор обладает большей емкостью по сравнению с предшественником. Безопасен для окружающей среды. Но имеет ограниченный временной срок действия (около 2-х лет) после чего начинает плохо держать заряд. Так же, плохо переносит низкие температуры, не выдает номинальную мощность. Саморазряд в 1,5 — 2 раза выше, чем у Ni-Cd аккумулятора аккумулятора. В 2005 году появились улучшенные аккумуляторы LSD Ni-MH в которых значительно снижен эффект саморазряда. Производители даже продают предзаряженные аккумуляторы, подчеркивая тем самым, что несмотря на время, прошедшее с момента производства и зарядки аккумулятора до покупки его потребителем, аккумулятор готов к использованию. Таким образом, такие аккумуляторы позиционируются как замена обычным батарейкам, но многоразового использования.
Аккумулятор AA Energizer Precision 2400 mAh3) Li-Ion аккумулятор (литий ионный) – следующее звено в эволюции электрохимсистем аккумуляторных батарей. Применяется в смартфонах, планшетах, устройствах повербанк и даже электромобилях. Это обусловлено высокой емкостью таких аккумуляторов. Первые версии аккумуляторов этого класса были взрывоопасны. Эту проблему удалось решить путем встраивания в них контроллера, который следит за характеристиками заряда.
Li-Ion аккумуляторы не обладают эффектом памяти. Точнее он ничтожно мал. Но если злоупотреблять зарядом батареи при неполном разряде, то существует тенденция к накапливанию таких маленьких «эффектиков» и утрате аккумуляторной батареей своих первоначальных свойств. Li-Ion аккумулятор плохо функционирует при низких температурах. Например, при температуре ниже нуля градусов по Цельсию, мощность аккумулятора снижается на 40 – 50%. При глубоком разряде Li-Ion аккумулятор может полностью выйти из строя. Поэтому хранить его надо заряженным, оптимальная величина заряда около 40%.
4) Li-Pol аккумулятор (литий полимерный) является наиболее современным. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях и пр. Основное отличие Li-pol от Li-Ion это большая плотность энергии на единицу массы и использование гелеобразного электролита, что позволяет сделать батарею любой формы и размера. Диапазон рабочих температур литий-полимерных аккумуляторов довольно широкий: от −20 до +40 °C. Количество рабочих циклов 800—900, при разрядных токах в 2С до потери ёмкости в 20 % (для сравнения: NiCd — 1000 циклов, NiMH — 600, LSD NiMH — 1500, LiFePO4 — 2000).
Аккумулятор Li-Pol Robiton LP603048 900 mAhГлубокий разряд полностью выводит из строя литий-полимерный аккумулятор. Оптимальные условия хранения Li-pol аккумуляторов достигаются при 40%-м заряде от ёмкости аккумулятора. Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Существует мнение, что через 2 года батарея теряет около 20 % ёмкости. Соответственно, нет смысла покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. При покупке рекомендуется посмотреть на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе.
Это может быть интересно:
Саморазряд никель-металлгидридной батареи»Примечания по электронике
Никель-металлогидридные, никель-металлгидридные батареи и элементы саморазрядятся, если оставить их на некоторое время.
Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторной технологии
Определения и термины батареи
NiCad
NiMH
Литий-ионный
Свинцово-кислотный
Никель-металлогидридный, NiMH аккумулятор включает: NiMH зарядка Саморазряд NiMH
Саморазрядная характеристика никель-металлгидридных NiMH аккумуляторов является одним из основных недостатков.
Характеристики саморазряда у NiMH аккумуляторов намного выше, чем у многих других технологий аккумуляторов, и их необходимо учитывать при разработке стратегии зарядки или просто при их случайном использовании.
NiMH аккумулятор саморазряд
Одна из проблем NiMH-элементов заключается в том, что они саморазряжаются в течение относительно короткого периода времени. Все элементы со временем теряют заряд, даже если они не используются, но это особая проблема для никель-металлгидридных элементов.
Обычно можно ожидать, что полностью заряженный элемент саморазрядится в течение нескольких недель.
Никелевые батареи / элементы имеют самый высокий саморазряд; их необходимо подзарядить перед использованием, если их положить на полку на несколько недель. Этот саморазряд увеличивается по мере использования, а также с возрастом, чему способствует образование кристаллов (память). Регулярные циклы полной разрядки позволяют держать память под контролем.
Обычно можно ожидать, что никель-металлгидридный элемент может саморазрядиться на 10-15% в первые 24 часа, а затем потерять примерно 10-15% в месяц после этого.
Причина саморазряда NiMH
Есть несколько факторов, которые способствуют саморазряду NiMH элемента в зависимости от состояния заряда. В широком смысле это можно описать как кислородный цикл, который происходит при высоких состояниях заряда, а затем движение ионов, которое способствует саморазряду в течение более длительных периодов времени.
Одним из важных факторов скорости саморазряда является температура, при которой находится аккумулятор.
Обнаружено, что при более высоких температурах скорость разряда значительно увеличивается.Поэтому элементы следует хранить в прохладном месте, если необходимо, чтобы они сохраняли свой заряд в течение более длительных периодов времени.
Это также помогает пополнить заряд аккумуляторов, которые были оставлены на некоторое время, поскольку они не будут полностью заряжены. Это также помогает периодически переключать их, чтобы эффект памяти не проявлялся.
Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .
Вам действительно нужен литий, или будет ли достаточно никель-металлогидрида — Q&A
В конце нашего вебинара «Действительно ли вам нужен литий или будет ли никель-металлогидридный достаточно», у нас было несколько вопросов, заданных нашему докладчику, Рэнди Ибрагиму, разработка батарей Консультант Epec. Мы собрали эти вопросы в удобном для чтения формате в нашем блоге.
Вопросы и ответы из нашего вебинара «Живой аккумулятор»
Быстрые ссылки:
Смотрите запись ниже:
Вопрос:
Я заметил в разделе о том, как никель-металлогидридные батареи могут быть умными батареями.Означает ли это, что мне нужна BMS в моей никель-металлогидридной батарее? Я только что видел на вашем слайде много электроники. Ответ: На самом деле это очень хороший вопрос. BMS, для тех, кто не знает, что это значит, это система управления батареями, и во многих случаях она сгруппирована в любую электронику в батарее.
Это могут быть цепи безопасности; это может быть датчик уровня топлива. Вот что такое BMS. Итак, электронные схемы, помогающие контролировать вашу батарею. Итак, ответ — нет, вам это не нужно.И многое, если это так, вы можете просто измерить уровень топлива; вам не нужно иметь там предохранительную часть. Таким образом, это может быть очень, очень упрощенным по своей природе. Вы можете ограничить все это, поэтому определенно вам это не нужно, но мы бы хотели, чтобы, если вы хотите измерить уровень топлива, емкость и время работы вашей батареи, мы можем просто вставить только часть с указанием уровня топлива.
Вопрос:
Я слышал, что никель-металлогидриды по-прежнему нужно отгружать с полным хазматом класса 9. Это правда?Ответ: Ответ здесь тот, который, я думаю, может принести пользу многим людям, и это действительно так.Если вы превысите 100 килограммов, что составляет более 220 фунтов батареи … задумайтесь на секунду, это много для батареи. Если вы превысите это значение, вам придется пройти полный курс, полный класс 9. Вы не можете этого избежать. Но для нашего разговора мы редко когда-либо видим батареи такого размера, или мы отправляем их все вместе по цене 220 фунтов.
Вопрос:
Могут ли никель-металлогидридные батареи загореться, как литий-ионные? Ответ: Загорелся офис рядом с моей, сработали поливочные системы, вышла пожарная часть, и пришлось эвакуировать здание.Был нанесен значительный ущерб. Произошло то, что один из инженеров оставил аккумуляторы заряжаться на ночь, и у них были настройки на зарядном устройстве. Это была целая большая группа аккумуляторов, и у них была неправильная настройка зарядного устройства, неправильное напряжение. Итак, они продолжали накачивать энергию, и батареи все же загорелись. Термоусадочная пленка просто расплавилась, и пошли газы. Загорелся весь район, и офис тоже. Так что будьте осторожны.
Свинцово-кислотные аккумуляторы могут загореться, если вы их достаточно используете.Итак, вам действительно нужно быть осторожным с тем, как вы справляетесь с этим. По своей природе они гораздо менее изменчивы. Они не похожи на паяльную лампу, когда срабатывают, но они определенно могут загореться, так что это определенно то, что нужно учитывать и знать, особенно с вашей средой, когда вы их тестируете, чтобы убедиться, что в вашем доме нет легковоспламеняющихся материалов. лаборатория.
Вопрос:
Я слышал, что добавление схемы безопасности, подобной литий-ионной, хорошо для никель-металлогидридных батарей. Если да, то почему? Ответ: Да, собственно, мы это сделали.Это интересно, потому что даже если вы можете снизить заряд никель-металлогидридной батареи до 0%, если она естественным образом опустится до 0% заряда, потому что она находится на полке, и у вас нет нагрузки на них, это хорошо. Этой батарее не будет никакого вреда. Вы действительно хотите воспитывать их медленно, независимо от ответственности. Вы же не хотите бить на полную мощность. Вы должны немного вернуть их к минимальному напряжению, прежде чем поразить их более быстрой зарядкой.Но с помощью схем безопасности, которые мы сделали, мы на самом деле не контролируем элементы, такие как литий-ионные, но на самом деле мы будем смотреть на общее напряжение батареи, потому что вам действительно не нужно вдаваться в этот уровень детализации и добавить все ненужные затраты. Но мы включили схемы, в которых, скажем, у нас действительно большая нагрузка, и мы просто выгружаем эту батарею, и она приближается к минимальному напряжению для элемента. Чтобы избежать переворота ячеек, мы устанавливаем схемы безопасности, чтобы отключить аккумулятор при достижении минимального напряжения.Таким образом, ни одна из ячеек никогда не сможет получить обратную полярность, что чрезвычайно важно в любой химии, а не только в никель-металлогидриде. Так что там, где это действительно пригодится, это когда у вас действительно большие токи и очень большие нагрузки, и вы сильно заряжаете эти батареи.
Это очень хорошо. Это хороший уровень безопасности для продления срока службы продукта, и при этом ваша батарея прослужит намного дольше. Мы делаем это очень редко, поскольку у большинства приложений очень небольшая нагрузка, и это бесполезно, но определенно заслуживает рассмотрения в определенных приложениях.
Вопрос:
Какое сокращение означает литий-ионные аккумуляторы? Это литий-ионный или литий-ионный (IEEE 1881)? Что такое отраслевой стандарт?Ответ: Хороший вопрос. Оба используются в производстве аккумуляторов.
Вопрос:
Это титанат лития или титанит лития?Ответ: Титанат лития («LTO», Li4Ti5O12) Обратите внимание на разницу здесь: https://wikidiff.com/titanite/titanate.
Вопрос:
Есть ли способ объяснить формулу charge = c / 1hr?Ответ: C-rate — это мера скорости разряда аккумулятора относительно его максимальной емкости.Скорость 1С означает, что ток разряда разрядит всю батарею за 1 час. Для аккумулятора емкостью 100 ампер-час это соответствует току разряда 100 ампер.
Вопрос:
Нет ли никель-металлгидридных аккумуляторов с низким саморазрядом, таких как Sanyo Eneloop, срок хранения которых составляет 6 месяцев?Ответ: Элементы Sanyo Eneloop — это элементы с самым низким саморазрядом на рынке, и они являются очень хорошими элементами. Их часто переименовывают в другие производители.К сожалению, все элементы с большей емкостью, которые обычно используются / требуются в более крупных батареях, по-прежнему страдают от высокой скорости саморазряда.
Вопрос:
Насколько строгие правила IEC для NiMH? Требуется ли NiMH защита ячеек, как литий-ионная, или вы можете позволить себе установить ее на материнской плате устройства? Ответ: Нормы IEC и UL в первую очередь рассматривают опасность поражения электрическим током и возгорания батарей, в основном высоковольтных батарей и батарей, которые имеют или находятся в повышенных температурах.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы не нуждаются в защите. Обычно в батарею встроен простой самовосстанавливающийся предохранитель для предотвращения высоких токов в случае короткого замыкания выходных проводов. Эта защита должна быть на аккумуляторе, который является источником энергии, а не на , а не на на главной материнской плате. Это особенно важно, если запасные батареи когда-либо поставляются отдельно.
Вопрос:
Требуется заменить щелочные элементы в подводных приложениях. Температурные эффекты важны.Саморазряд важен.Ответ: Sanyo Eneloop NiMH — это батареи с самым низким саморазрядом на рынке. Если замена батарей в этом подводном приложении затруднительна или требует больших затрат, следует рассмотреть возможность использования литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, подумайте об использовании сбора энергии для подзарядки батарей, если там есть океанские течения / движение. Это потенциально может дать вам источник питания на весь срок службы без необходимости обслуживания.
Вопрос:
Какие существуют варианты измерения уровня топлива для встроенных решений, для которых требуется только одноэлементный никель-металлгидридный аккумулятор?Ответ: Нам неизвестны какие-либо прямые варианты, поскольку напряжение элемента может упасть до 1 В в конце заряда.
Вопрос:
Микросхема топливомера, которую я обнаружил, требует минимального напряжения батареи, которое возможно только с многоэлементными NiMH решениями.Ответ: Правильно. TI, Linear Technology и Maxim требуют более высокого напряжения.
Вопрос:
Есть ли какие-либо рекомендации по мониторингу емкости с помощью готового к применению решения, не задействующего большую часть хост-процессора? Ответ: Насколько нам известно, нет простого решения.Вы можете добиться некоторой точности, если сможете точно измерить напряжение, ток и температуру элемента, но накладные расходы могут быть слишком большими.
Если ваша нагрузка очень мала, и если вы заботитесь только о том, чтобы иметь возможность отключать устройства в организованном порядке до потери мощности, вы можете посмотреть на скорость падения напряжения. Напряжение будет падать быстрее по окончании полезной энергии. Если это обнаружено, и вы не потребляете слишком много тока, ваша система может закрыть свои операции открытия до того, как напряжение упадет до 1 В.Имейте в виду, что при уменьшении токовой нагрузки напряжение будет восстанавливаться, поэтому гистерезис важен.
Вся правда о никель-кадмиевых аккумуляторах
Мы участвуем в программе Amazon Services LLC Associates, партнерской рекламной программе, разработанной для того, чтобы мы могли получать вознаграждение за счет ссылок на Amazon.com и связанные с ней сайты.
[nextpage title = ”Введение”]
Никель-кадмиевый (NiCd)— это очень хорошо известная технология перезаряжаемых аккумуляторов, используемая в нескольких электронных устройствах, таких как портативные компьютеры, сотовые телефоны, беспроводные телефоны, старые материнские платы и т. Д.Он также очень хорошо известен своим (не) известным «эффектом памяти», который заставляет батареи такого типа терять заряд быстрее, когда они старые, чем когда они были совершенно новыми. В этой статье мы более подробно объясним, как работают никель-кадмиевые батареи, что и почему возникает «эффект памяти» и как его предотвратить.
Как следует из названия, никель-кадмиевые батареи состоят из двух химических элементов: никеля в форме гидроксида никеля и кадмия. Третий элемент, используемый в качестве электролита, обычно раствор гидроксида калия (КОН).Кадмий — большой злодей. Во-первых, это элемент, стоящий за «эффектом памяти», а во-вторых, это тяжелый металл и, следовательно, очень токсичный.
Вот почему в более новых технологиях аккумуляторных батарей больше не используется кадмий (например, никель-металлогидридные [NiMH], литий-ионные [Li-ion] и литий-ионные полимерные [Li-Pol]).
В портативных компьютерах, сотовых телефонах, беспроводных телефонах и материнских платах, имеющихся сегодня на рынке, больше не используются никель-кадмиевые батареи, и у вас не будет никаких проблем или «эффекта памяти», если в вашем электронном гаджете будет использоваться батарея, отличная от технологии NiCd.Просто чтобы убедиться, если вы посмотрите на свою батарею, вы найдете наклейку, показывающую, какую технологию батареи она использует. Если это не NiCd, у вас не будет проблемы с «эффектом памяти».
Что это вообще за «эффект памяти»?
«Эффект памяти» — это когда аккумулятор «думает», что он полностью заряжен, но это не так. Итак, предположим, что он заряжен на 70%, но он «думает», что он заряжен на 100%. В этом случае при установке на зарядное устройство он перестанет заряжаться, так как считает, что он уже полностью заряжен.Когда вы начнете использовать свой гаджет, он прослужит меньше, так как он заряжен только на 70% — и, следовательно, предполагается, что старые никель-кадмиевые батареи служат меньше, чем новые. Что верно, но это способы предотвратить возникновение «эффекта памяти».
[nextpage title = «Почему возникает эффект памяти и как его предотвратить?»]
С технической точки зрения, это происходит за счет образования кристаллов кадмия внутри батареи. Эти кристаллы трудно растворяются и ответственны за «эффект памяти».Таким образом, уловка, позволяющая избежать «эффекта памяти», состоит в том, чтобы избежать образования кристаллов внутри батареи.
Обычно это достигается за счет подзарядки батареи только тогда, когда она разряжена, а не когда она частично разряжена. Кроме того, высокие температуры способствуют образованию кристаллов.
Однако это создает другую проблему: NiCd нельзя полностью разрядить, иначе они будут повреждены. Полностью разряженная батарея обычно имеет напряжение ниже 1 В на элемент (никель-кадмиевые батареи обычно состоят из нескольких единиц 1.2 В ячейки; типичные никель-кадмиевые батареи — это блоки 3,6 В с использованием трех ячеек 1,2 В).
Таким образом, «трюк», который рекомендуется многими людьми для устранения «эффекта памяти» путем полной разрядки никель-кадмиевых аккумуляторов путем их короткого замыкания (или любой другой вид «быстрой разрядки»), на самом деле наносит аккумуляторам больше вреда, чем пользы, даже если несколько человек утверждают, что таким образом они могут восстановить никель-кадмиевые батареи с «эффектом памяти». Суть в том, что подобный трюк не растворяет кристаллы кадмия, ответственные за проблему «эффекта памяти».Правильный способ разрядить никель-кадмиевые батареи и предотвратить «эффект памяти» — это разрядить их, используя их в обычном режиме на вашем гаджете, пока ваш гаджет не пожалуется на низкий уровень заряда батарей.
Еще одна вещь, которую некоторые люди заявляют, — это восстановление никель-кадмиевых аккумуляторов путем их «разрядки», то есть выполнения их быстрой сильноточной зарядки. Об этом мы поговорим на следующей странице.
Наблюдать за текущим состоянием заряда NiCd очень сложно, потому что у никель-кадмиевых аккумуляторов нет линейной кривой разряда.Напряжение на никель-кадмиевых элементах остается на уровне 1,2 В, пока батарея не «разрядится». Таким образом, даже если аккумулятор заряжен только на 30%, он будет продолжать обеспечивать, например, 1,2 В на своем выходе.
Давайте объясним это лучше. Обычные неперезаряжаемые 1,5 В представляют собой линейную рампу разряда, поэтому, когда он имеет 50% заряда, он будет обеспечивать на своем выходе только 0,75 В. Таким образом, вы можете легко отслеживать текущее состояние заряда обычного аккумулятора, достаточно измерить его вольтметром.
Итак, когда NiCd частично заряжен, когда нельзя сказать, действительно ли он частично заряжен или полностью заряжен, потому что в обоих сценариях батарея будет обеспечивать 1,2 В на своем выходе.
Никель-кадмиевые батареи «разряжаются» всякий раз, когда на их выходе присутствует напряжение 1 В. Проблема, как мы уже говорили ранее, заключается в том, что если вы продолжите использовать батарею ниже этого уровня, вы ее повредите.
Именно тогда ваш беспроводной телефон начинает издавать звуковой сигнал, сообщая, например, о том, что его аккумулятор разряжен.Пора сразу же его перезарядить.
Итак, правильный способ перезарядить никель-кадмиевый аккумулятор — это полностью зарядить его, использовать и подождать, пока он достигнет уровня 1 В на элемент, и только затем перезарядить. Это также известно как «полный цикл перезарядки». Никель-кадмиевые батареи могут выдержать только 500 полных циклов перезарядки. После этого с аккумулятором начинают возникать проблемы.
Как мы уже упоминали, обычно электронные устройства сообщают вам, когда батарея достигает этого состояния: это точный момент, когда ваш гаджет начинает жаловаться на низкий заряд батареи.
В некоторых старых портативных компьютерах, в которых использовались никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, использовалась уловка, позволяющая пользователю узнать, сколько заряда осталось в батарее. Производитель знал, сколько времени проработает компьютер с полностью заряженной батареей. Итак, в ту минуту, когда вы отключили свой ноутбук от сети, он начал измерять время, в течение которого он работал от батарей, и рассчитал, сколько заряда осталось. Таким образом, он на самом деле не измерял состояние батареи (потому что, как мы уже говорили, почти невозможно узнать состояние заряда NiCd), а вместо этого показывал «предположение».
Еще одна большая проблема с никель-кадмиевыми батареями заключается в том, что они теряют заряд, когда они не используются, со скоростью 1% в день. Это означает, что неиспользуемая никель-кадмиевая батарея будет терять заряд со скоростью 30% в месяц. Через три с половиной месяца он полностью исчезнет, что может привести к его необратимому повреждению — как мы уже говорили, никель-кадмиевые батареи не могут быть полностью разряжены.
[nextpage title = ”Dead Batteries”]
Некоторые люди заявляют, что восстанавливают разряженные никель-кадмиевые батареи — т. Е. Батареи, показывающие 0 В на вольтметре, которые не восстанавливаются путем подключения их к зарядному устройству — путем выполнения сильноточной быстрой зарядки, процесса, известного как «разрядка», и их положить их обратно в зарядное устройство для регулярной зарядки.
Фактически, это сработает, если в батарее есть внутреннее короткое замыкание, вызванное небольшим дендритом, который представляет собой небольшой кусок материала, соединяющий два полюса батареи изнутри. Что делает этот дендрит, так это сжигает этот дендрит, как если бы это был предохранитель, решая проблему короткого замыкания.
Но проблема может вернуться, потому что могут образоваться не только другие дендриты, но и испарившийся материал теперь находится внутри батареи, который может действовать как резистор, заставляя батарею удерживать меньше заряда, чем когда она была хорошей.
Однако отключение аккумулятора, если проблема не во внутреннем коротком замыкании, может привести к еще большему повреждению аккумулятора. Как мы уже упоминали, если вы позволите своей никель-кадмиевой батарее полностью разрядиться, она может быть повреждена — то есть полностью разряжена навсегда — и проблема здесь не в каких-либо дендритах внутри, создающих внутреннее короткое замыкание.
Имейте в виду, что этот метод не имеет ничего общего с «эффектом памяти». Некоторые люди могут утверждать, что таким образом они решили «эффект памяти» батареи, но на самом деле проблема с батареей была другой (внутреннее короткое замыкание).
[nextpage title = ”Сводка”]
- Чтобы избежать «эффекта памяти», вы должны выполнить «полный цикл перезарядки», то есть использовать гаджет без зарядного устройства до тех пор, пока он не разрядится (то есть, когда ваш беспроводной телефон начнет пищать), и только затем перезарядите его. Никель-кадмиевые батареи
- выдерживают около 500 полных циклов перезарядки. Никель-кадмиевые батареи
- не могут быть полностью разряжены (напряжение ниже 1 В на элемент). Это повредит аккумулятор.
- Не замыкайте накоротко никель-кадмиевые батареи и не выполняйте никаких других действий по «быстрой разрядке».Это повреждает батарею (хотя некоторые люди утверждают, что таким образом они могут восстановить никель-кадмиевые батареи с «эффектом памяти»). Суть в том, что подобный трюк не растворяет кристаллы кадмия, ответственные за проблему «эффекта памяти».
- «Подзарядка» никель-кадмиевой батареи (сильноточная быстрая зарядка) может решить некоторые проблемы с разряженной батареей, однако этот метод не имеет отношения к решению проблемы «эффекта памяти».
- Когда никель-кадмиевые батареи не используются, они теряют 1% своего заряда в день.Через три с половиной месяца аккумулятор полностью разряжается, что приводит к повреждению аккумулятора.
- Не подвергайте никель-кадмиевые батареи воздействию высоких температур.
- Батареи не на основе кадмия не подвержены «эффекту памяти».
Как восстановить никель-металлогидридные батареи за 3 простых шага — лаборатория по восстановлению батарей
Научившись ремонтировать никель-металлгидридные батареи, вы сэкономите кучу денег. Это потому, что никель-металлгидридные батареи — очень распространенные аккумуляторные батареи. Я гарантирую, что у вас есть дома или хотя бы один гаджет / инструмент с никель-металлгидридными батареями для питания.И их замена не из дешевых.
NiMH аккумуляторы бывают разных размеров от AA, AAA, D, C до 9 В. Вы также можете приобрести аккумуляторные батареи для электроинструментов или дрелей, которые состоят из никель-металлгидридных батарей. В связи с их распространенностью важно знать, как ремонтировать никель-металлогидридные батареи.
Что такое NiMH аккумулятор?
Никель-металлогидридный (NiMH) тип аккумуляторной батареи. Он существенно улучшил и заменил никель-кадмиевые аккумуляторные батареи. Он превосходит NiCad по нескольким параметрам.1. У них больше заряда, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов того же размера, и они служат дольше. 2. Они не страдают от эффекта памяти, хотя страдают от падения напряжения, которое аналогично, но не так серьезно, как проблемы с памятью, которые возникают с никель-кадмиевыми батареями.
Основное химическое различие между NiMH и NiCad — это отсутствие кадмия в NiMH батареях. Именно этот кадмий сложнее утилизировать с экологической точки зрения, поэтому производство никель-металлгидридных и литиевых батарей стало более привлекательным.
Как восстановить никель-металлгидридные батареи:
Итак, теперь вы знаете, что такое никель-металлгидридные батареи, пора научиться ремонтировать никель-металлгидридные батареи. Как и большинство герметичных аккумуляторных батарей, NiMH не нужно открывать для ремонта, восстановление NiMH аккумуляторной батареи — это простой процесс, состоящий из циклов глубокой зарядки аккумулятора для восстановления утраченной производительности. Есть еще несколько советов, которые помогут вашему NiMH дольше сохранять свою мощность и восстанавливать ее через некоторое время. Которые я включу внизу.
Если вы хотите снова получить старую батарею NiMH Drill, ознакомьтесь с нашим руководством по установке батареи дрели.
Шаг первый — полностью зарядите свои никель-металлгидридные аккумуляторы:
Возьмите никель-металлгидридные аккумуляторы и зарядное устройство и включите их на длительную зарядку, чтобы убедиться, что они полностью заряжены.
Шаг второй — полностью разрядите никель-металлгидридные батареи:
Теперь вы хотите поместить свои никель-металлгидридные батареи под большую нагрузку, пока они не полностью разрядятся. Для этого лучше всего использовать что-то, что будет сливать их в течение нескольких часов.Например, для полной разрядки пульта от телевизора потребуется много времени. Итак, вы хотите что-то вроде фонарика или цифровой камеры. Оставьте устройство включенным и дайте батареям полностью разрядиться.
Шаг третий — повторите первый и второй шаги
На первом и втором шаге мы выполняли так называемый цикл зарядки. Это как упражнения для батареек, чтобы они вернули себе физическую форму. После шага 2 лучше всего дать батареям час, прежде чем заряжать их снова. Самое лучшее в этих циклах то, что их легко выполнять и они работают.
Возможно, вам придется повторить цикл 3-5 раз, чтобы полностью зарядить никель-металлгидридный аккумулятор. Обычно после 1-2 циклов вы должны заметить значительную разницу во времени безотказной работы. Если ваша аккумуляторная батарея отказывается держать заряд даже после езды на велосипеде, скорее всего, вам придется восстановить ее или, что еще хуже, заменить.
Советы и приемы, которые помогут сохранить ваши NiMH аккумуляторы заряженными:
- Перезаряжаемые NiMH аккумуляторы значительно выигрывают от циклов зарядки.Если у вас есть NiMH батареи, питающие устройство, которое долго разряжает батареи, обязательно вынимайте NiMH батареи каждые 3-6 месяцев и полностью заряжайте их.
- Если у вас есть полностью заряженные никель-металлгидридные батареи, которые вы не можете сразу использовать, положите их в морозильную камеру. Нет, правда, я не шутил, что вы хотите положить их в герметичный герметичный пакет, а затем положить в морозильную камеру. Причина этого в том, что никель-металлгидридные батареи разряжаются быстрее, чем они теплее. Таким образом, при комнатной температуре они теряют около 30-50% своей мощности в течение месяца.Но только не в морозильной камере. (Убедитесь, что в сумке нет влаги. Это вызовет коррозию, вы хотите, чтобы ваши батареи оставались сухими)
Следующий шаг
Если вы хотите узнать больше о методах восстановления NiMH аккумуляторов и многих других типов аккумулятор, я настоятельно рекомендую вам проверить EZ Battery Reconditioning.
Я лично использовал методы программы EZ Battery для восстановления всевозможных батарей в доме.Дрель батарейки, батарейки АА, я даже аккумулятор мотоцикла сделал.
Это следующий шаг для вас, если вы серьезно относитесь к восстановлению батарей. Вы можете узнать больше, посмотрев эту короткую презентацию. (Нажмите, чтобы играть)
За последние 2 года я сэкономил своей семье много денег на батареях, сделав это. А если вы читаете Batteryreconditioninglab.com, вы можете получить мгновенный доступ и скидку 40%, нажав здесь!
Вы также можете ознакомиться с моим обзором восстановления батарей EZ.что я настоятельно рекомендую вам сделать, или посмотрите другие наши руководства по ремонту аккумуляторов.
Каковы ваши впечатления от использования никель-металлгидридных аккумуляторов или их замораживания? Я хотел бы услышать ваши мысли, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Также поделитесь и поставьте лайк, если вы нашли эту статью полезной.
Моделирование никель-металлгидридных аккумуляторов с помощью модели эквивалентной схемы для накопителей энергии
Измерение импеданса проводилось на уровне всей ячейки для изучения никель-металлогидридных аккумуляторных батарей.Предложена улучшенная модель эквивалентной схемы, учитывающая процесс диффузии, для моделирования данных импеданса батареи при различных уровнях входного заряда. Снижение емкости ячейки диагностировалось путем анализа омического сопротивления, сопротивления активации и сопротивления массопереносу Ni-MH ячеек с пониженной емкостью. Ухудшение емкости этого типа Ni-MH элемента рассматривается в связи с изменением активационного сопротивления никелевых положительных электродов. На основании отчета и анализа поверхности, полученного с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, формула состава металлогидридных электродов может быть точно задокументирована как сплав типа AB 5 , а элементы «A» распознаются как лантан (La). и церий (Ce).Снижение емкости Ni-MH элемента потенциально инициируется из-за недостатка электролита для электрохимической реакции активных материалов внутри Ni-MH аккумулятора и продукта разряда Ni (OH) 2 при низком уровне заряда. ожидается, что он будет иметь более сдерживающее влияние на кинетический процесс электрода для более высокой выходной мощности и эффективной подачи энергии.
1. Введение
Процветание перезаряжаемых никель-металлгидридных и литий-ионных аккумуляторов быстро приводит к коммерциализации их применения в подключаемых гибридных электромобилях (PHEV), гибридных электромобилях (HEV) и электромобилях (BEV).Литий-ионные аккумуляторы обычно на 50% легче по весу и на 25–30% меньше по размеру [1], что упрощает сборку в автомобиле, вырабатывает больше энергии для ускорения и повышает энергоэффективность за счет накопления энергии на борту. посредством рекуперативного торможения и преобразования механической энергии в электрическую. Постепенное уменьшение емкости и ухудшение характеристик неизбежно, если исходить из современных знаний о технологии аккумуляторных батарей. Очень важно отслеживать и контролировать уровень заряда (SoC) с учетом срока службы аккумуляторных батарей.Хотя литий-ионные аккумуляторные блоки питания обладают замечательными преимуществами, бортовые аккумуляторы энергии с использованием никель-металлгидридных аккумуляторных блоков в настоящее время используются во многих современных гибридных транспортных средствах на дорогах. Эта металлогидридная батарея на основе никеля легче традиционной свинцово-кислотной батареи и обеспечивает примерно в два раза большую выходную мощность для веса, чем Pd-кислотная батарея. Точность прогнозирования SoC является проблемой для требований как систем управления батареями (BMS), так и различной инфраструктуры зарядки электромобилей.Импеданс батареи является надежным инструментом для диагностики состояния элементов и помогает понять механизмы электрохимических реакций. Ограничение для практических приложений связано с трудностями измерения при нагрузке и интерпретации данных импеданса для связанных физических параметров и электрохимических процессов. Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) — это действующий неразрушающий метод in situ для оценки батареи для оценки динамических характеристик при нагрузках.Это было экспериментально доказано его широким применением в различных электрохимических системах, включая границы раздела электроды и водный электролит [2], проводящие полимеры [3, 4], суперконденсаторы [5], солнечные элементы [6], топливные элементы [7, 8] , и аккумуляторные батареи [9–12]. В целом, это ценно для дальнейшего улучшения продукта благодаря глубокому пониманию механизмов износа батареи в процессе деградации. Интерпретация данных импеданса может быть достигнута с помощью моделирования эквивалентной схемы (ЕС) и механистического анализа.
Определение характеристик посредством импеданса EIS для NiOOH / Ni (OH) 2 электродов [13, 14] внесло ценный вклад в разработку щелочных перезаряжаемых батарей на основе никеля. Модификация никелевых электродов [15, 16] проводится с обширной помощью метода EIS для улучшения характеристик Ni-MH аккумуляторов. Ранее Курияма и др. [17] полностью разработали исследование износа металлогидридных (MH) электродов с измерением импеданса и моделированием EC.В последнее время исследования были сосредоточены на характеристике электродов MH с различной структурой [18–20]. В эпоху свинцово-кислотных (Pb-кислотных) и никель-кадмиевых (Ni-Cd) аккумуляторов EIS был предложен как многообещающий метод для мониторинга и определения уровней SoC полных аккумуляторов [21]. В исследовании Bundy et al. [22] был признан одним из немногих тщательных исследований импеданса полностью Ni-MH батареи с попыткой предсказать значения SoC. Hammouche et al. [23] сообщили об измерении импеданса Ni-MH батареи 42 Ач.Полное сопротивление половины ячейки измеряли относительно корпуса ячейки. Позже Thele et al. [24] продолжили исследования большой герметичной аккумуляторной батареи Ni-MH. Имитация импульсной нагрузки и явление гистерезиса были использованы для проверки модели Ni-MH батареи. Эта работа предоставила действительную справочную информацию для моделирования систем Ni-MH с помощью анализа импеданса. Castro et al. [25] опубликовали математическое моделирование своей лабораторной Ni-MH батареи на основе физико-химической модели. В этой модели рассматривался процесс диффузии, но аппроксимация спектров импеданса не проиллюстрирована.Slepski et al. [26] использовали дополнительный электрод сравнения для разделения измерения импеданса положительного и отрицательного электродов. Для всей батареи была предложена ЕС-модель «двух постоянных времени», но подробностей не приводилось ни о процессе моделирования, ни о подгонке кривой. В этой работе измерение импеданса проводится на уровне всей ячейки для изучения никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Предложена улучшенная модель эквивалентной схемы, учитывающая процесс диффузии, для моделирования данных импеданса батареи при различных уровнях входного заряда.Ожидается, что основанный на модели анализ импеданса, в частности, поможет понять ухудшение характеристик батареи при различных состояниях ячеек и поможет в диагностике механизма деградации емкости элементов.
2. Экспериментальная
2.1. Перезаряжаемые Ni-MH элементы для тестирования и оценки
Для экспериментальных измерений в этой работе были выбраны две Ni-MH аккумуляторные батареи, названные Cell A и Cell B соответственно. Батареи представляли собой герметичные цилиндрические элементы типоразмера D высотой 60 мм и диаметром 32 мм.Изначально Ni-MH элементы были приобретены в магазине Radioshack® (подразделение Tandy Corp., Форт-Уэрт, Техас) в совершенно новом состоянии. Номинальное напряжение обозначено как 1,2 В, а номинальная емкость элемента обозначена как 4500 мАч (Radioshack # 23-519). Герметичные никель-металлгидридные батареи обычно могут выдерживать более 500 циклов заряда-разряда [27] при нормальной работе. В Ni-MH элементах A и B постепенно происходило снижение производительности из-за многолетних циклов зарядки / разрядки и хранения на полках.Тестер батарей Arbin (Abts 4.0 с 8 каналами) был использован для измерения емкости батареи и оценки производительности. Емкость элементов Ni-MH Cell A и Cell B была измерена на уровне 3702 мАч и 4362 мАч при скорости 0,2 C после нескольких лет эксплуатации в различных лабораторных условиях и выдержки при перезарядке соответственно. Это означает, что батареи находятся в другом состоянии здоровья (SoH). В этой работе мы просто изучаем, используя неидентичную емкость батареи при различном состоянии здоровья ячейки для имитации положения отдельных ячеек в реальных системах питания батареи после длительных циклических задач.Затем проводится измерение импеданса для изучения механизмов разрушения ячейки и снижения емкости.
2.2. Определение характеристик батарей с помощью спектроскопии импеданса переменного тока
Импеданс переменного тока — это тип метода EIS, который измеряет импеданс электрохимических систем, используя синусоидальные сигналы в качестве электрического стимула. Чтобы измерить импеданс элемента на определенном уровне емкости, указанное количество заряда было введено в полностью разряженные элементы со скоростью 0,2 C. Как подробно описано в нашей предыдущей работе [28], отношение вводимого заряда к номинальной емкости элемента (RoC) определяется как значение RoC имеет некоторую разницу по сравнению со значением SoC после того, как ввод заряда превышает.85% SoC при скорости 0,2 C. Когда во время испытаний был достигнут заданный уровень RoC, к ячейкам при токовых нагрузках применялось измерение импеданса. Нагруженный ток составлял 370 мА для Ni-MH элемента A и 436 мА для элемента B. Для получения спектров импеданса использовали монитор импеданса Gamry и программируемую нагрузку TDI-Dynaload®. Частота изменялась от 10 кГц до 0,01 Гц в каждом измерении. Данные импеданса регистрировались с частотой 5 точек за декаду. По окончании измерения импеданса ячейки непрерывно разряжались до напряжения отсечки 1.0 В со скоростью 0,2 C. Другими словами, Ni-MH элементы были полностью разряжены до уровня SoC 0% после каждого измерения импеданса. Данные импеданса на более высоком уровне RoC были измерены путем повторения этой процедуры. Предложенная модель эквивалентной схемы была использована для моделирования всех измеренных спектров импеданса с помощью программного обеспечения Gamry Echem Analyst.
В данной работе для измерения Ni-MH ячеек был выбран режим гибридной EIS. Режим EIS был впервые предложен как гальваностатический метод переменной амплитуды при исследовании H-клеток в системе медь / морская вода [29].Гальваностатический режим EIS — вполне допустимый метод для сбора данных об импедансе, но он, возможно, дает напряжение за пределами линейного диапазона из-за значительного увеличения импеданса. Это приводит к неприемлемым данным по импедансу. Гибридный режим EIS может решить эту проблему, постоянно регулируя подаваемый ток возбуждения во время эксперимента. Электрохимические системы изучались при постоянной плотности тока. Однако текущий сигнал, подаваемый в систему тестирования, регулируется в гибридном режиме EIS перед измерением каждой точки данных.Регулировка сигнала способна выдавать напряжение желаемой величины для обеспечения псевдолинейного поведения, и, следовательно, напряжение не выходит за пределы линейного диапазона. Проверка и точность измерения импеданса во многом зависят от псевдолинейного поведения электрохимических систем.
Во время измерения импеданса в этой работе перед измерением были установлены желаемое возмущение напряжения и расчетная величина импеданса. Начальное возмущение тока [30] рассчитывалось по формуле где была амплитуда возмущения тока, наложенного на нагрузку для измерения в первой точке частоты.была амплитуда желаемого возмущения напряжения, выбранная для этого конкретного приложения равной 5 мВ. Величина — это величина импеданса системы, оцененная перед измерением. Измеренное значение импеданса в этой частотной точке затем записывалось как. Текущее возмущение, используемое для каждой следующей частотной точки, было рассчитано по [29, 30], где была амплитуда текущего возмущения, используемого в th точке измерения, и была величина импеданса системы, измеренная в th точке.
2.3. Состав электродных материалов методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии
Один из никель-металлогидридных элементов этого типа был разрезан и сломан, чтобы получить небольшое количество образцов с отрицательных электродов для анализа поверхности. Состав электродов анализировали методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX или EDS). Поверхностный метод EDX — это объемный аналитический метод, используемый для качественного и количественного определения элементного состава. Он способен зондировать на 3-4 м ниже поверхности порошка и имеет чувствительность около 1000 ppm для элементов от бериллия (Be) с атомным номером 4 до урана (U) с атомным номером 92.Образцы электродов были измельчены и запрессованы в двухстороннюю С-ленту на держателе образца EDX. Состав металлического сплава, используемого для отрицательных электродов, определяли путем определения металлических элементов и их процентного содержания.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Состав электродов
Формулы металлогидридных сплавов, используемых для отрицательного электрода Ni-MH аккумуляторов, в основном соответствуют неупорядоченному типу AB 5 , A 2 B 7 типу или неупорядоченному типу AB 2 [ 31].Типичные элементы на участках «А» и «В» различны в разных типах сплавов; однако «А» обычно относится к смеси редкоземельных элементов, а «В» относится к переходным металлам. Согласно ценной работе Овшинского об отрицательных электродах MH для Ni-MH аккумуляторов [32], неупорядоченный сплав мишметалла (Mm) типа AB 5 [18–20] был разработан, чтобы быть доступным для наиболее коммерческого использования с лучшими характеристиками. цикличность по сравнению с другими легированными конструкциями. В этой работе EDX сообщил, что образцы электродов приблизительно соответствуют атомному соотношению AB 5 , как показано на рисунке 1.К элементам типа «А» относятся лантан (La) и церий (Ce). Элементы типа «B» включают никель (Ni), кобальт (Co), алюминий (Al) и марганец (Mn) с основным компонентом Ni. Небольшое количество калия (K) также было обнаружено в аналитическом процессе. Это является результатом использования электролита КОН во время сборки никель-металлгидридного элемента. Элемент Mn способен регулировать прочность связи металл-водород [32], а наличие Al и Co значительно способствовало кинетике электрода [31, 32]. Основываясь на отчете EDX и анализе, формула этого гидридного сплава типа AB 5 может быть грубо выражена как (La 9.70 Ce 4,39 ) (Ni 60,75 Co 6,66 Al 3,59 Mn 4,45 ), согласно работе Феценко и др. [31] о составе металлогидридных сплавов.
3.2. Спектр импеданса и моделирование эквивалентной схемы
Ni-MH элементы перешли в состояние старения после различных рабочих задач, и измеренные емкости элементов составили 3702 мАч и 4362 мАч, что меньше номинальной емкости 4500 мАч, указанной производителем.Снижение емкости отражает деградацию клеток во время многочисленных циклических нагрузок при нормальных условиях хранения на полке. Это представляет собой изменение состояния здоровья (SoH) для отдельных ячеек. Спектры импеданса Ni-MH ячеек, измеренные на разных уровнях емкости, показаны на тех же графиках Найквиста, что и на Рисунке 2. Дуги импеданса обеих ячеек в области более высоких частот имеют форму дуги, подобную полукругам с углублением. Сравнивая величины этих дуг импеданса в направлении и направлении, эти «полукруги» в значительной степени вогнуты.Изменение кривизны можно четко наблюдать в области более высоких частот из спектров импеданса Ni-MH ячейки (ячейка A), что подразумевает возможность перекрытия двух дуг импеданса. Один прямой хвост определяет поведение импеданса ячейки в области более низких частот обеих ячеек на всех уровнях SoC. Несмотря на схожую форму спектров импеданса, общий импеданс Ni-MH ячейки B немного больше, чем значение ячейки A. Импеданс ячейки B также претерпевает большие изменения при увеличении входного заряда, чем значение ячейки A.Измененная величина и поведение спектров импеданса демонстрируют разную степень снижения емкости в двух никель-металлгидридных аккумуляторных элементах.
Типичная цепь Рэндлса, показанная на рисунке 3 (а), состоит из одного омического сопротивления, одной параллельной () подсхемы, ведущей себя как полукруг на графике Найквиста, и одного элемента Варбурга (обозначенного), ведущего себя как единичная наклонная линия. в области самых низких частот [33]. Эта модель учитывает фарадеевский импеданс, вносимый как кинетическими реакционными процессами, так и процессами диффузии.Поскольку вогнутые полукруги наблюдались на спектрах импеданса Ni-MH ячеек, необходимо рассмотреть модификацию схемы Рэндлса для расширения и улучшения модели схемы.
Одним из объяснений депрессии является наличие неидеального поведения, обычно вызванного шероховатостью поверхности и различной толщиной электродов, неравномерно распределенным током и неоднородной скоростью реакции. Обобщенный элемент, элемент постоянной фазы (CPE, обозначается значком), может использоваться для замены идеальных физических элементов в случае неидеального поведения.Фазовый угол CPE остается постоянным во всем частотном диапазоне [34]. Импеданс CPE [33] можно записать как экспоненциальное число, отражающее степень неидеальности. Когда значение в (4) равно 1, 0, -1 и 0,5, это уравнение оказывается выражением чистого конденсатора, чистого резистора, чистого индуктора и элемента Варбурга, соответственно. Чтобы смоделировать неидеальное емкостное поведение, значение должно быть ограничено между 0,8 и 1,0 [33]. С этим допустимым ограничением, один () не смог смоделировать дуги импеданса в более высокой частотной области.В этом случае перекрытие двух полукругов является предпочтительным для объяснения депрессии большой протяженности. Еще одна параллельная () подсхема (рис. 3 (b)) была добавлена в серию со схемой Рэндлса, чтобы получить модель идеальной эквивалентной схемы (рис. 3 (c)) для изучения полных Ni-MH ячеек. Чтобы улучшить соответствие модели эквивалентной схемы экспериментальным данным, необходимо учитывать неидеальные процессы для Ni-MH элементов. В этой работе модель идеальной эквивалентной схемы на рисунке 3 (c) была дополнительно модифицирована до модели неидеальной эквивалентной схемы, как показано на рисунке 4.В данной работе это улучшенная модель эквивалентной схемы, предложенная для следующих усилий по моделированию. Были применены три CPE для замены двух идеальных конденсаторов и одного элемента Варбурга для неидеального емкостного поведения и неидеального диффузионного поведения. Соответствие моделированию этой неидеальной улучшенной модели экспериментальным данным, измеренным в этой работе, показано на рисунке 5. Спектр импеданса, измеренный от Ni-MH ячейки при уровне емкости. 30% SoC (точки) были нанесены на график для детализации соответствия кривой моделирования (сплошная линия).Чистый резистор относится к меньшему отрезку спектра импеданса по действительной оси. Две параллельные подсхемы (и) применяются для моделирования двух перекрывающихся дуг импеданса в более высоком диапазоне частот. Ожидается, что для неидеального емкостного поведения экспоненциальные числа и будут находиться в пределах от 0,8 до 1,0. Элемент моделирует прямые линии в низкочастотном диапазоне для неидеального поведения Варбурга с экспоненциальным числом немного меньше 0,5. Результат моделирования на основе аппроксимирующих кривых хорошо согласуется с данными измерений.
Курияма и др. [17] предложили модель эквивалентной схемы «четырех постоянных времени» для электродов MH. Модель состояла из трех () параллельных цепей и одного элемента Варбурга. Подгоночные значения элементов модели использовались для изучения механизма износа электродов без отображения подгоночных кривых. Однако модели эквивалентных схем с меньшими постоянными времени были предпочтительны, чтобы избежать избыточности. Модель эквивалентной схемы с диффузионным элементом «трех постоянных времени» [20] была разработана Tliha et al.для моделирования своих электродов MH типа AB 5 на измененных уровнях SoC. Зрелые исследования электродов NiOOH / Ni (OH) 2 подтвердили, что модель эквивалентной схемы, состоящая из одной () параллельной цепи и одного диффузионного контура [13] / диффузионного элемента [35], способна обеспечить отличное моделирование электродов. Slepski et al. [26] предложили модель эквивалентной схемы «одной постоянной времени» для их положительного электрода и модель эквивалентной схемы «двух постоянных времени» для отрицательного электрода.Однако предлагаемая модель эквивалентной схемы имела только две постоянные времени. Ни в моделях электродов, ни в модели полной батареи не учитывался диффузионный элемент. В данной работе предложенная модель неидеальной эквивалентной схемы имеет три постоянные времени с учетом диффузионных процессов. Спектры импеданса положительного и отрицательного электрода в некоторой степени перекрываются в области более высоких частот; тем не менее, две подсхемы () были предпочтительны, чтобы различать вклады от каждого электрода.
Результаты моделирования Ni-MH элементов A и B на разных уровнях RoC показаны на рисунках 6 и 7.В более высоком диапазоне частот две параллельные () схемы достаточно хорошо имитируют измеренные спектры импеданса при любом состоянии ячейки. Однако аппроксимирующие кривые постепенно отклоняются от данных импеданса, когда частота снижается до менее 1 Гц. Это отклонение становится более значительным при более высоких уровнях входящего заряда, особенно при 100% уровне RoC. Математические модели, вероятно, лучше реализуют моделирование в этой области частот, чем полуэмпирические модели ЕС [25]. В других исследованиях импеданса полных Ni-MH ячеек [22, 23, 26] больше внимания уделялось данным измерений и исследованиям SoC.Valoen et al. [36] сообщили об улучшении моделирования в области низких частот за счет рассмотрения процесса выделения водорода; однако эта работа была проделана только для электродов MH, но не для полностью Ni-MH ячеек. В целом кривые моделирования практически идентичны измеренным экспериментальным данным.
3.3. Интерпретация эквивалентных элементов схемы
Понимание механизмов элементов может быть получено путем моделирования эквивалентной схемы в дополнение к правильной интерпретации физических элементов и электрохимических процессов.Электролит Ni-MH аккумуляторных батарей обычно представляет собой концентрированный раствор гидроксида калия (КОН). Весь процесс разряда [27] можно описать следующей электрохимической реакцией, поскольку реагент оксигидроксид никеля (NiOOH) относится к активному материалу положительных электродов. Водород поглощается металлическими сплавами во время процесса заряда элемента, а реагент MH относится к сплаву гидрида металла на отрицательных электродах после зарядки. Общая реакция процесса зарядки — это просто обратный процесс (5).Однако Karden et al. [37] продемонстрировали, что кинетика электродов представляет собой асимметричный процесс во время заряда и разряда для 12-вольтовой Pb-кислотной батареи. Батареи потенциально имеют разные спектры импеданса во время процесса зарядки по сравнению с процессом разрядки в тех же рабочих условиях. Механизмы, обсуждаемые ниже для Ni-MH элементов, предназначены для лучшего понимания процессов разряда на разных уровнях RoC.
3.3.1. Механизм на отрицательных электродах
Процесс полуэлемента на отрицательном электроде называется реакцией дегидрирования [38].Это можно выразить следующим образом: (а) Атомы водорода, адсорбированные в металлическом сплаве, переходят из объемных центров в поверхностные. Это участки металлического сплава на границе раздела электрода и электролита, обозначенные как где относится к атому водорода, адсорбированному в металлическом сплаве; и относятся к пустым участкам металлического сплава на поверхности и в объеме соответственно. Витанен [39] объяснил этот процесс как высвобождение водорода из гидридной фазы с образованием адсорбированных атомов водорода. (B) Реакция окисления водорода (HOR) на границе электрод / электролит — это этап переноса заряда, связанный с процессом диффузии гидроксид-ионов из массы. электролит к поверхности раздела электрод / электролит.Он представлен как где и относятся к ионам гидроксида в объеме электролита и на границе раздела электрод / электролит, соответственно; представляет собой атомы воды, образующиеся в процессе HOR на границе раздела электрод / электролит. (c) Перенос молекул воды от границы раздела электрод / электролит в объемный электролит можно выразить следующей реакцией: где — молекулы воды в объеме электролита.
Шаг ограничения скорости на отрицательном электроде — это кинетический процесс одноэлектронного переноса (см. (8)), когда в узлах металлического сплава на поверхности электрода адсорбируется достаточное количество атомов водорода.Диффузия атомов водорода от объемного электрода к поверхностным узлам (см. (6)) представляет собой полубесконечный процесс диффузии, характеризующийся поведением Варбурга на низкой частоте. Этот процесс не оказывает значительного влияния на импеданс ячейки в обычных условиях [18, 38], но станет процессом, ограничивающим скорость при низкой температуре [40] из-за уменьшения коэффициента диффузии. Процесс массопереноса гидроксид-ионов (см. (7)) от объемного электролита к границе раздела электролит / электрод представляет собой пористый процесс ограниченной диффузии.Влияние его импеданса может быть незначительным в обычных условиях, но становится значительным при большой токовой нагрузке. Скорость процесса диффузии гидроксид-ионов отстает от кинетики электрода при больших токовых нагрузках. Процессом переноса молекул воды (см. (9)) можно пренебречь по сравнению с другими процессами, поскольку концентрация гидроксид-иона в электролите считается достаточно большой [38] и глобально постоянной во время работы от батареи [23].
3.3.2. Механизм на положительных электродах
Циммерман и Эффа [14] предложили механизм процесса разряда электродов NiOOH / Ni (OH) 2 .Следуя этому рекомендованному механизму, пошаговую реакцию можно резюмировать следующим образом: (а) Процесс переноса молекул воды из объемного электролита к поверхности раздела электролита и электрода с последующим образованием протона в каталитическом центре на границе раздела. описывается следующими реакциями: (b) Процесс переноса гидроксид-ионов от границы раздела обратно в объем электролита записывается как (c) Реакция восстановления электрода активного материала NiOOH, которая представляет собой процесс переноса заряда, связанный с процессом диффузии протона. от участка поверхности к участку переноса заряда в объеме электрода выражается следующими этапами реакции: Процессы на положительных электродах отличаются от процессов, описанных выше для отрицательных электродов.Процесс диффузии рассматривается как этап, ограничивающий скорость. Его влияние на электрод NiOOH / Ni (OH) 2 можно наблюдать в обычных условиях эксплуатации аккумулятора [14]. Это означает, что процесс переноса заряда, выраженный как (14), не является процессом ограничения скорости. А процесс диффузии протона в положительном электроде (см. (13)) рассматривается как этап, ограничивающий скорость при нормальном процессе разряда. Импеданс процесса диффузии протонов можно применять для моделирования поведения Варбурга.
3.3.3. Полный импеданс батареи
Импедансные дуги полубесконечных процессов диффузии наблюдались по спектрам импеданса обоих МГ-электродов [17–20] и исследований электродов NiOOH / Ni (OH) 2 [13, 15, 16, 35]. Однако в этой работе наблюдалась только одна дуга поведения Варбурга в области низких частот. Таким образом, трудность интерпретации заключается в процессе распространения. Karden et al. [37] измерили импеданс половины ячейки отдельно и сравнили сумму импеданса полуячейки с полным сопротивлением ячейки.Сравнение ясно показало, что сопротивление отрицательного электрода преобладает в области более высоких частот, а положительный электрод вносит вклад в импеданс диффузии в области низких частот. Hammouche et al. [23] также сообщили, что электрод из гидроксида никеля вносит вклад в диффузионный импеданс всей ячейки при нормальных условиях разряда. Основываясь на обсуждении механизма полуячейки в предыдущем разделе, диффузионный элемент моделирует ограничивающий скорость процесс диффузии положительного электрода.Это объясняется твердотельным процессом диффузии протона в электроде из гидроксида никеля, выраженным как (13). Параллельная подсхема (), подключенная к диффузионному элементу, моделирует процесс переноса заряда, происходящий на границе раздела электролит / положительный электрод, с реакцией восстановления активного материала NiOOH (см. (14)). И параллельная подсхема () приписывается процессу одноэлектронного переноса HOR, происходящего на поверхности отрицательного электрода. Чистый резистор, подключенный последовательно к другим элементам эквивалентной схемы, имитирует омическое сопротивление.Он состоит из сопротивления компонентов ячейки (электродов, электролита и проводящих подложек) и сопротивления, вносимого контактом и соединением.
3.4. Изменения омического сопротивления и сопротивления передачи заряда
Корреляция между RoC и SoC была изучена на Ni-MH элементе (Cell B) [28]. Когда определенное количество заряда было применено к ячейке B, его значение RoC было рассчитано на основе количества заряда. Уровень SoC был определен, когда Ячейка B была разряжена до напряжения отключения 1,00 В при 0.2 балла. По результатам испытаний и расчетов значения RoC идентичны параметру SoC, когда уровень емкости ниже. 85% SoC. Поскольку значение RoC продолжает линейно увеличиваться с увеличением количества вводимого заряда, скорость увеличения SoC постепенно замедляется. Значения SoC отклоняются от RoC на более высоком уровне емкости, но разница начинается с небольшой величины. Причина в том, что побочная реакция реакции восстановления кислорода (ORR), которая произошла на положительном электроде (см. (15)), конкурирует за количество вводимого заряда.Для защиты Ni-MH аккумуляторов в условиях перезаряда емкость отрицательных электродов обычно в 1,5–2 раза больше, чем у положительных электродов [27]. После выделения на положительном электроде кислород диффундирует через сепараторы с ненасыщенным электролитом и достигает отрицательного электрода для рекомбинации с молекулами воды (см. (16)). Побочные реакции на обоих электродах во время избыточного заряда [27] могут быть выражены следующим образом: Избыточный заряд на положительных электродах: Избыточный заряд на отрицательных электродах: Побочные реакции также конкурируют с реакциями клеток, когда операция попадает в условия избыточного разряда при низких уровнях емкости и описывается просто как следующим образом: Избыточный разряд на положительных электродах: Избыточный разряд на отрицательных электродах: Водород переходит от положительного электрода к отрицательному через сепараторы с ненасыщенным электролитом.Побочные реакции потребляют энергию заряда без изменения электролита и электродов в условиях перезаряда и переразряда. Таким образом, Ni-MH элементы сбалансированы, но энергоэффективность элементов падает до более низкого уровня. Однако предпочтительно избегать этих рабочих окон перезаряда и переразряда, поскольку реакции окисления вредны для долговечности материала батареи и сокращают срок службы элемента. Нельсон указал, что реальное рабочее окно для гибридного рабочего цикла HEV составляет от 30% SoC до 70% SoC [41].При изучении механизма батареи и уменьшения емкости в этой работе выбираются дополнительные тесты на импеданс, измеренный в рабочем окне между 30% и 70% SoC, что эквивалентно тем же значениям RoC.
Изменение омического сопротивления и сопротивления переносу заряда в зависимости от уровней входящего заряда показано на рисунках 8–10. Сопротивления Ni-MH элементов A и B, вызванные одними и теми же процессами, для сравнения показаны на одном рисунке. Омическое сопротивление ячейки A остается на более низком и более стабильном уровне, чем ячейка B (рисунок 8).Между уровнями емкости от 20% до 100% RoC значение ячейки B немного увеличивается с увеличением уровня входящего заряда, вероятно, из-за временного образования воды внутри положительных электродов. Это потенциально может привести к изменениям локальной концентрации электролита и последовательного сопротивления эквивалента батареи. Однако это ожидаемое изменение явно не показано в Ni-MH элементе A. Более концентрированный электролит KOH, вероятно, способствует этому более низкому эквивалентному последовательному сопротивлению для элемента A.Состояние электролита и любых других вспомогательных компонентов, таких как состояние материала электродов для способности аккумулировать водород, также, вероятно, способствует изменению значения параметра.
Сопротивление передачи заряда, вносимое процессом HOR на отрицательных электродах (), отображается в зависимости от уровней входящего заряда, как показано на рисунке 9. Параметр ячейки относительно стабилен с увеличением уровней входящего заряда. обоих ячеек остаются на одинаковом значении, что означает, что электродная кинетика процесса HOR на отрицательных электродах обеих ячеек эквивалентна друг другу.Хотя емкости двух элементов различаются после процессов старения, емкость отрицательных электродов рассчитана на достаточном уровне для защиты элементов. Снижение доступной емкости ячейки не связано с отрицательными электродами из-за относительно стабильного сопротивления переносу заряда, демонстрирующего идентичную отрицательную кинетику HOR.
Доступная емкость Ni-MH элемента во многом определяется емкостью положительного электрода. Существует видимая разница между сопротивлениями переноса заряда, вносимыми положительными электродами () двух Ni-MH элементов при различных уровнях состояния здоровья после многих лет предоставления услуг электроснабжения посредством многочисленных циклов зарядки и разрядки (Рисунок 10).Элемент B Ni-MH имеет относительно большую стабильность по сравнению с элементом A, поскольку более активные материалы, доступные для разряда элемента, остаются на положительном электроде элемента B, что соответствует более быстрой кинетике и более высокой емкости электрода. Большая емкость ячейки, доступная для ячейки B, может отражаться меньшим сопротивлением передачи заряда на ее положительном электроде (). В результате экспериментального измерения емкость Ni-MH элемента A после процесса старения измерена и составляет около 3702 мАч, что намного меньше, чем емкость 4362 мАч для элемента B.Положительный электрод элемента A более разрушен по сравнению с элементом B, вероятно, из-за ограничения недостаточного количества подачи водного KOH, то есть недостатка электролита для электрохимической реакции активных материалов внутри батареи. Кроме того, продукт Ni (OH) 2 при низком уровне SoC, по оценкам, оказывает более сдерживающее влияние на кинетический процесс электрода для преобразования и доставки энергии (см. (14)). Таким образом, значение Ni-MH Cell A немного больше увеличивается с уменьшением уровня входящего заряда (RoC), как и ожидалось.Дискриминация и интерпретация спектров импеданса показывают, что разница в импедансе между Ni-MH ячейками при разном состоянии здоровья является результатом, во-первых, разницы омических сопротивлений, а во-вторых, разницы активного материала, доступного для реакций восстановления NiOOH на положительных электродах внутри Ni Клетки MH.
4. Заключение
В этой работе измерения с использованием спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), моделирования с помощью улучшенной модели эквивалентной схемы (ECM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) были применены вместе для характеристики Ni-MH аккумуляторов. батареи с помощью улучшенной модели эквивалентной схемы для изучения и анализа механизмов химических реакций в никель-металлгидридных элементах.Производительность соты ухудшилась из-за измененных условий нагрузки и различных режимов цикла питания. Модель неидеальной эквивалентной схемы была получена для моделирования спектров импеданса, измеренных от обеих ячеек на разных уровнях емкости. Значительные различия в производительности наблюдались на основе их спектров импеданса и моделирования эквивалентной схемы после процесса старения элементов. Моделирование с помощью модели эквивалентной схемы разбило полное сопротивление ячейки на несколько частей, соответствующих реальным физическим элементам и этапам химической реакции.На основе анализа химического состава батареи результаты моделирования интерпретируются как омическое сопротивление, импеданс процесса переноса электрона в реакции окисления водорода (HOR) на отрицательном электроде, импеданс процесса переноса заряда процесса восстановления NiOOH на положительном электроде. , и импеданс процесса твердотельной диффузии на положительном электроде.
Ni-MH клетки, исследованные в данной работе, находились в разном состоянии здоровья. Их спектры импеданса были измерены при различных уровнях заряда в процессе разрядки.Омическое сопротивление Ni-MH элемента A оставалось на несколько более низком и более стабильном уровне. Вероятно, это связано с более концентрированным электролитом КОН. Сопротивления активации на отрицательных электродах MH обоих Ni-MH элементов в основном идентичны, несмотря на увеличение входного заряда аккумулятора. У Ni-MH элемента A было большее снижение емкости, чем у элемента B, что заметно отражалось в сопротивлении активации положительного электрода внутри структуры элемента. Эта работа показывает, что инструмент импеданса в сочетании с моделированием эквивалентной схемы является эффективным методом для изучения влияния снижения емкости на аккумулятор энергии и выполнения диагностики батареи с помощью электродных реакций и анализа механизма.Это ценно для дальнейшего понимания отказа системы питания Ni-MH после нескольких лет службы батареи при различных нагрузках, уровнях мощности и температурных условиях окружающей среды, что очень полезно для значительного улучшения продукта, улучшения систем управления батареями и инфраструктуры зарядки для лучший сбор энергии на борту с увеличенным сроком службы.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Эта работа была выполнена по контракту армии США в Обернском университете (W56HZV-05-C0686) под управлением TARDEC. Авторы хотели бы поблагодарить г-на Дуайта Кахелу, г-жу Кимберли Деннис и всех членов группы CM3 за их помощь и вклад в эту работу.
Tenergy 8.4V 200mAh Ni-MH аккумулятор 9V — 10003
Описание продукта
представляет новую аккумуляторную батарею Centura Ni-MH с усовершенствованной технологией низкого саморазряда, которая поддерживает:
- 85% остаточной емкости через 1 год хранения
- Остаточная емкость 70% после 2 лет хранения
Благодаря популярности наших никель-металлгидридных аккумуляторов с низким уровнем саморазряда размера AA и бесконечным запросам наших клиентов, теперь мы предлагаем такую же технологию аккумуляторов в размере 9В!
Недавно выпущенный в мае 2010 года, будьте одними из первых, кто владеет нашим новым типом никель-металлгидридных батарей 9 ВЯвляясь ведущим поставщиком решений для полного электропитания, мы являемся одним из немногих розничных продавцов, предлагающих перезаряжаемые 9-вольтовые батареи с низким уровнем саморазряда.
Больше не беспокойтесь о состоянии заряда — просто зарядите аккумуляторы и храните их. Даже через несколько месяцев у вас все еще будет почти полная батарея.
Идеально подходит для дымовых извещателей и других прецизионных устройств, которые замедляют слив и требуют длительного срока службы.
Также идеально подходит для:
- микрофоны
- ампер
- Приложения для аудиоакустики
- и более..
Особенности и преимущества :
- Высококачественная никель-металлогидридная (NiMH) аккумуляторная батарея прямоугольного размера 9 В большой емкости 200 мАч.
- Точная замена стандартной прямоугольной батареи 9 В.
- Обеспечивает очень долгое время работы от одной зарядки с высокой емкостью 200 мАч.
- Усовершенствованная никель-металлгидридная технология с низким уровнем саморазряда поможет поддерживать уровень заряда через год по сравнению с обычными никель-металлгидридными 9-вольтовыми батареями.
- Держит заряд дольше, чем стандартный никель-металлгидридный аккумулятор, когда он не используется.
- Разработан для повышения производительности для приложений с высоким потреблением энергии, таких как: контроллер дистанционного управления, детектор, передатчик и другая портативная цифровая электроника с высоким потреблением энергии
- Можно заряжать минимум 500 раз, что дает значительную экономию за счет замены сотен дорогих выбрасываемых батарей прямоугольного размера 9 В.
- Удобная работа без эффекта памяти.
- Можно быстро заряжать с помощью наших зарядных устройств моделей TN190, T9688, TN141, TN136, TN137, BC1HU, V1199B, V3969A1, V228.
- Размеры: (В x Д x Ш): 48 мм x 26 мм x 16 мм.
- Вес: 1,2 унции на ячейку.
Пользовательское поле
Номер детали TENERGY 9V NIMH 200MAH
.