Рабочий диапазон аккумуляторов nimh

Обзор и технические характеристики аккумуляторов Nimh

Никель-металлогидридные батареи в современном мире используются довольно активно для поддержания работоспособности автономных устройств. Наверное, каждый сталкивался с таким видом аккумуляторов, но не каждый знает, что это никель-металлогидридная батареи.

Такой тип аккумуляторов известен в исполнении ААА и АА – то есть обычные пальчиковые и мизинчиковые батареи с номинальным напряжением 1.2 V. Конечно, есть и более крупные батареи, но «батарейки» пользуются большей популярностью, чем другие изделия, изготовленные по этой технологии.

Применение

Спектр, где применяются батареи такого типа немного шире, чем спектр применения никель-кадмиевых аккумуляторов. Достижение популярности связано с тем, что в NiMh отсутствуют токсичные вещества, и они абсолютно безопасны при использовании, многообразны в выборе, и можно найти аккумулятор практически любой нужной формы.

Потребители делятся на 2 вида:

Узнай время зарядки своего аккумулятора

• 1500-3000 мАч – применяется в оборудовании, где необходим быстрый разряд (фотоаппараты, модели на радиоуправлении и др.).
• 300-1000 мАч – используется в аппаратуре, где нужен равномерный расход энергии на протяжении определённого количества времени (фонарь, рация и др.).

Конструкция

Существует несколько видов конструкций, в которых производятся аккумуляторы Nimh 1,2V:

• Цилиндр – одна из самых известных форм (батарейки ААА, АА). Компоненты имеют цилиндрическую форму, и разделены между собой сепаратором, чтобы у комплектующих не было контакта между собой. Есть встроенный в крышку клапан, который открывается, при высоком давлении внутри батареи.
• Призма – собирается в герметичном пластиковом или железном корпусе, методом наложения друг на друга элементов. Изолятором служит сепаратор. Для выпуска лишнего давления предусмотрен датчик или клапан, который встраивается в крышку.

При производстве возможны различия в отрицательном и положительном электроде (материалы изготовления), материалом сепаратора чаще всего служит полиамид и полипропилен, а роль электролита выполняет щёлочь.

Технические и эксплуатационные характеристики

Основные параметры (примером взят аккумулятор Gp Nimh):

• Энергетическая плотность – 60 Вт-ч-кг;
• Сопротивление – 200-300 мОм;
• Количество циклов до падения ёмкости (до 80%) – 300-500;
• Количество часов для быстрой зарядки – от двух до четырёх;
• Нет устойчивости к перезаряду;
• Саморазряд при хранении в тёплой комнате составляет 30%/месяц;
• Напряжение — 1.2V;
• Оптимальный/пиковый ток нагрузки – максимум 0.5/5 С;
• Рабочий температурный диапазон – от -20 до + 60 о С;
• Необходимость обслуживания – 30-90 дней;
• Максимальный срок службы составляет 5 лет;
• Когда нагрузка повышается, а температура понижается – ёмкость уменьшается.

Как правильно хранить

При долгом хранении необходимо следовать рекомендациям: прежде всего — хранить в тёплом помещении (не ниже 0 о С). Иначе скорость саморазряда достигнет критических значений – нормальное значение составляет около 30% в первый месяц, и последующие месяцы он составит 4-6%/месяц. При понижении температуры скорость увеличится, а значит, будет шанс, что аккумулятор Nimh ААА придут в негодность.

Зарядка и зарядное устройство

Возможность зарядить никель-металлогидридные батареи и количество рабочих циклов, зависят только от правильности выбора зарядного устройства, и соблюдения рекомендаций производителя при зарядке.

Устройство аккумулятора Nimh подразумевает от 500 до 1000 рабочих циклов, если перевести это значение во время использования – срок эксплуатации составит около 5 лет. После истечения этого срока батарея будет разряжена на 80%, но будет пригодна к дальнейшему использованию.

Прежде всего, необходимо соблюдать при зарядке «температурный режим» — перезаряд для никель-металлогидридных аккумуляторов очень вреден. Он может вызвать «тепловой разгон», что очень быстро приведёт устройство в негодность.

Недопустимо использование старых аккумуляторов, вместе с новыми. Не допускается припаивание проводов к контактам или частям батареи.

Есть несколько видов зарядки:

Никель-металлогидридные батареи на зарядке

1. Капельная – огромным минусом является то, что автоматического отключения после полного заряда не происходит, и ток продолжает подаваться на аккумулятор Nimh АА или другого типа. Ограничителем выступает только владелец, который должен правильно рассчитать время, требуемое для заряда. На современных аккумуляторах никель-металлогидридного типа эта проблема уже решена, и капельная зарядка не наносит вреда батареям.
2. Быстрая зарядка – быструю зарядку рекомендуется проводить при напряжении максимум в 1 Вольт, но не менее 0.8В, и при температуре от 0 до 40 о С. Значения выше недопустимы – это приведёт к повышению температуры, и давления внутри аккумулятора. А повышение давления приведёт к открытию клапана для сброса давления – батарея после этого придёт в негодность.

Рекомендация производителя — проводить быстрый заряд в 3 этапа:

• Сначала производится заряд напряжением 1 В;
• Потом зарядку производить от 30 до 60 минут током 0.1С;
• Последний этап зарядки проводить зарядом 0.05-0.2 С.

Важно: какой тип подходит, и какие токи необходимо выставлять при зарядке NiMh указано на самой батарее или в руководстве к эксплуатации!

Внимание: заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы, необходимо подходящим зарядным устройством, и строго следить за окончанием процесса! Как только батарея начнёт греться – немедленно нужно её доставать!

Популярные производители

Среди популярных производителей никель-металлогидридных аккумуляторов можно отметить фирму Gp и Sanyo Eneloopnn. Компании производят батареи практически любых типов, среди которых можно встретить аккумуляторные батарейки типа ААА (мизинчиковые) и АА (пальчиковые).

Фирмы отличаются высоким качеством продукции, и доступностью. Покупая батарейки фирм Gp и Sanyo Eneloopnn можно быть уверенным, что они прослужат долгое время, и отработают больше положенного срока службы! Это доказывает множество положительных отзывов обычных людей, оставленных о продукции этих фирм.

Итог можно подвести следующий: за аккумуляторами NiMh – будущее. Чем дальше идёт прогресс – тем с большей уверенностью можно это утверждать. Несмотря на свою «капризность» при зарядке — это отличные аккумуляторные батареи, способные удовлетворить все запросы современного человека.

Источник

Что нужно знать о Ni-MH аккумуляторах

Ni-MH аккумуляторы (никель-металлогидридные) входят в группу щелочных. Представляют собой источники тока химического типа, где в качестве катода выступает оксид никеля, анода — водородный металлгидридный электрод. Щелочь является электролитом. Они похожи на никель-водородные аккумуляторы, но превосходят их по энергоемкости.

Немного истории

Производство Ni-MH аккумуляторов началось в середине двадцатого века. Разрабатывались они с учетом недостатков устаревших никель-кадмиевых батарей. В NiNH могут использоваться разные комбинации металлов. Для их производства были разработаны специальные сплавы и металл, работающие при комнатной температуре и низком водородном давлении.

Промышленное производство началось в восьмидесятых годах. Изготавливаются и совершенствуются сплавы и металл для Ni-MH и сегодня. Современные устройства подобного типа могут обеспечивать до 2 тысяч циклов заряд-разряд. Подобный результат достижим по причине применения никелевых сплавов с редкоземельными металлами.

Как используются эти устройства

Никель-металлогидридные аппараты широко используются для питания разного вида электроники, которая функционирует в автономном режиме. Обычно они делаются в виде ААА либо АА батарей. Имеются и другие исполнения. Например, промышленные батареи. Сфера использования Ni-MH аккумуляторов немного шире, чем у никель-кадмиевых, потому что в их составе нет токсичных материалов.

В данный момент реализуемые на отечественном рынке никель-металлогидридные батареи по емкости делятся на 2 группы — 1500-3000 мАч и 300-1000 мАч:

1. Первая применяется в устройствах, имеющих повышенное энергопотребление за короткое время. Это всевозможные плееры, модели с радиоуправлением, фотоаппараты, видеокамеры. В общем, приборы, быстро расходующие энергию.
2. Вторая используется при расходе энергии, который начинается после определенного интервала времени. Это игрушки, фонари, рации. На аккумуляторе работают приборы, умеренно употребляющие электроэнергию, находящиеся в автономном режиме продолжительное время.

Зарядка Ni-MH устройств

Зарядка бывает капельной и быстрой. Изготовители не рекомендуют первую, потому что при ней появляются сложности с точным определением прекращения подачи тока на устройство. По этой причине может возникнуть мощный перезаряд, что приведет к деградации аккумулятора. Заряжается Ni-MH аккумулятор при помощи быстрого варианта. Коэффициент полезного действия тут несколько выше, чем у капельного вида зарядки. Ток выставляется — 0,5-1 С.

Как заряжается гидридный аккумулятор:

• определяется наличие батареи;
• квалификация устройства;
• предварительная зарядка;
• быстрая зарядка;
• дозарядка;
• поддерживающая зарядка.

При быстрой зарядке нужно иметь хорошее ЗУ. Оно должно контролировать окончание процесса по разным, независимым друг от друга критериям. К примеру, у Ni-Cd аппаратов достаточно контроля по дельте напряжения. А у NiMH нужно, чтобы аккумулятор следил за температурой и дельтой как минимум.

Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке

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

Чтобы предупредить перезарядку батарей, используются такие методы контролирования:

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

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

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

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

Восстановление Ni-MH аккумуляторов

Из-за «эффекта памяти» данные устройства иногда теряют некоторые характеристики и большую часть емкости. Это происходит при многократных циклах неполной разрядки и последующей зарядке. В результате такой работы устройство «запоминает» меньшую границу разрядки, по этой причине понижается его емкость.

Чтобы избавиться от данной проблемы, нужно постоянно выполнять тренировку и восстановление. Лампочкой либо зарядным устройством разряжается до 0,801 вольта, далее батарея полностью заряжается. Если долгое время аккумулятор не проходил процесс восстановления, то желательно произвести 2-3 подобных цикла. Тренировать его желательно раз в 20-30 дней.

Изготовители аккумуляторов Ni-MH утверждают, что «эффект памяти» отнимает примерно 5% емкости. Восстановить ее можно с помощью тренировок. Важным моментом при восстановлении Ni-MH является наличие у ЗУ функции разрядки с контролем минимального напряжения. Что нужно для недопущения сильного разряда устройства при восстановлении. Это незаменимо, когда неизвестна начальная степень заряда, и предположить ориентировочное время разряда невозможно.

Если неизвестна степень заряженности батареи, разряжать ее следует под полным контролем напряжения, иначе подобное восстановление приведет к глубокой разрядке. При восстановлении целой батареи сначала рекомендуется провести полную зарядку, чтобы выровнять степень заряда.

Если аккумулятор отработал несколько лет, то восстановление зарядом и разрядом может быть бесполезным. Полезно оно для профилактики в процессе работы устройства. При эксплуатации NiMH вместе с появлением «эффекта памяти» происходит изменения объема и состава электролита. Стоит помнить, что разумнее восстанавливать элементы аккумулятора по отдельности, чем всю батарею целиком. Срок годности аккумуляторов — от одного года до пяти (зависит от конкретной модели).

Достоинства и недостатки

Значительное повышение энергетических параметров никель-металлогидридных аккумуляторов не является единственным их достоинством перед кадмиевыми. Отказавшись от использования кадмия, производители начали использовать более экологически чистый металл. Гораздо легче решаются вопросы с утилизацией.

Благодаря этим достоинствам и тому, что в изготовлении используется металл — никель, производство Ni-MH устройств резко выросло, если сравнивать с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Удобны они и тем, что для уменьшения разрядного напряжения при длительных перезарядках проводить полную разрядку (до 1 вольта) надо раз в 20-30 дней.

Немного о недостатках:

1. Изготовители ограничили Ni-MH батареи десятью элементами , потому что с увеличением циклов заряд-разряд и срока службы появляется опасность перегрева и переполюсовки.
2. Эти аккумуляторы работают в более узком температурном диапазоне, нежели никель-кадмиевые . Уже при -10 и +40°С они теряют свою работоспособность.
3. При зарядке Ni-MH аккумулятора выделяют много тепла , поэтому нуждаются в предохранителях либо температурных реле.
4. Повышенный самозаряд , наличие которого обусловлено реакцией оксидно-никелевого электрода с водородом из электролита.

Деградация Ni-MH батарей определяется понижением сорбирующей способности отрицательного электрода при циклировании. В цикле разрядки-зарядки происходит изменение объема кристаллической решетки, что способствует образованию ржавчины, трещин во время реакции с электролитом. Появление коррозии происходит при поглощении батареей водорода и кислорода. Это приводит к уменьшению количества электролита и повышению внутреннего сопротивления.

Нужно учитывать, что характеристики батарей зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, его структуры и состава. Металл для сплавов тоже имеет значение. Все это заставляет производителей очень внимательно выбирать поставщиков сплавов, а потребителей — завод-изготовитель.

Источник