Ni mh аккумуляторы: основные параметры

Щелочные Ni-Mh аккумуляторы, оборудованные корпусами герметичной конструкции, предназначены для питания электронных устройств бытового и промышленного назначения. Устройства отличаются повышенными характеристиками плотности запасаемой энергии, что позволяет применять изделия в приборах с увеличенным потреблением электроэнергии.

Виды
Виды Ni-Mh аккумуляторы.

Что представляет собой Ni-Mh аккумулятор

Никель-металлогидридная батарея представляет собой источник постоянного тока, допускающий многократную подзарядку. Устройства появились в 70-е годы прошлого столетия в рамках работ по усовершенствованию аккумуляторов на базе никеля и кадмия.

Производители выпускают батареи цилиндрической конфигурации (например, стандарта АА или AAA), в форме прямоугольного параллелепипеда (для сотовых телефонов) или в виде сложных геометрических фигур (для фототехники или специального оборудования).

Конструкция никель-металл-гидридной аккумуляторной батареи

Никель-металлогидридный аккумулятор оборудован герметичным металлическим корпусом, между полюсами установлена прокладка из диэлектрического материала. Положительный сигнал подается от электрода, выполненного из гидрида сплава никеля с лантаном или литием.

Катод (отрицательный вывод) выполнен из оксида никеля. Между анодом и катодом находится загущенный щелочной электролит на основе гидроксида калия. В конструкцию батареи введен предохранительный клапан, который срабатывает при повышении давления газов до 4 МПа.

Встречаются изделия с катодами, изготовленными по 5 технологиям:

  1. Ламельная конструкция, основанная на металлической сетке из никеля. Сверху поверхность покрывается порошкообразным оксидом никеля, который затем сжимается прессом.
  2. Пеноникеливая схема, в основе конструкции лежит пористый элемент из никеля. Полости заполняются специальной пастой, состоящей из оксида никеля и дополнительных присадок.
  3. Фольгированная конструкция, построенная на базе фольги из никеля или сплава никеля со сталью. На поверхность материала наносится оксид никеля, который затем прокатывается и сушится.
  4. Вальцованные детали, оксид никеля крепится на металлическом (медном или никелевом) основании путем прокатки.
  5. Элементы, выполненные методом спекания порошка оксида никеля и металлического основания. Процедура выполняется в атмосфере, состоящей из чистого водорода, при температурах от 1500°С.

Материал анода обладает способностью сохранять ионы водорода, объем абсорбируемого вещества превышает емкость электрода в 10³ раз. Введение небольшого количества металлического лития или лантана в состав материала анода позволяет стабилизировать работу аккумулятора и увеличивает срок службы изделия.

Объем аккумуляторов
Разные объемы Ni-Mh аккумуляторы.

Внутри корпуса размещен сепаратор, обеспечивающий разделение анода и катода.

Схема аккумулятора не зависит от внешней конфигурации корпуса, на части изделий применяются дополнительные выводы (зависит от типа устройства, в которое устанавливается батарея).

Основные параметры и характеристика

Технические параметры никель-металлогидридных батарей:

  • номинальное напряжение (через 24 часа после зарядки) – не менее 1,3 В;
  • напряжение при разрядке током 0,2 А – до 1,25 В;
  • удельная энергетическая емкость – 50-80 Вт*ч/кг;
  • интенсивность саморазряда – 20-40% емкости за 28 суток;
  • температура эксплуатации – от -40° до 60°С;
  • количество циклов зарядки и разрядки – до 2000;
  • срок годности изделий – до 5 лет.

Как хранить Ni-Mh аккумуляторы

Рекомендации по хранению аккумуляторных батарей:

  • изделие хранится вне электрического прибора;
  • место складирования не должно подвергаться воздействию влаги;
  • перед началом хранения аккумулятор заряжается на 40-50%;
  • в процессе хранения проводится проверка состояния изделия и периодическая подзарядка;
  • запрещается нагревать аккумуляторы (длительное повышение температуры до 45°С вызывает деградацию химических веществ и снижает число рабочих циклов на 60%);
  • для снижения явления саморазряда допускается хранение устройств при температуре около 0°С.

Достоинства и недостатки

Преимущества никель-металлогидридных аккумуляторов:

  1. Отсутствует явный “эффект памяти”, пагубно влияющий на емкость и рабочие параметры батареи.
  2. Низкая стоимость изделий (по сравнению с Li-Ion аккумуляторами).
  3. Нет проблем с утилизацией отслуживших или вышедших из строя изделий.

Недостатки никель-металлогидридных батарей:

  1. Узкий диапазон рабочего тока (по сравнению с изделиями на основе никеля и кадмия). Проблема возникает из-за ограничения скорости выделения водорода при повышенной интенсивности разряда.
  2. Температура эксплуатации деталей лежит в диапазоне от -10° до +40°С. Существуют специальные серии аккумуляторов, рассчитанных на расширенный интервал температур.
  3. В процессе восстановления заряда наблюдается интенсивное выделение тепла (выше, чем у других типов никелевых аккумуляторов). Для предотвращения повреждения батарейки или воспламенения корпуса зарядного устройства от перегрева предусматривается биметаллический предохранитель, расположенный в корпусе аккумулятора.
  4. Вид
    Еще один вид аккумулятора.

    Не рекомендуется создание батареи из более чем 10 элементов питания, поскольку повышается риск локального перегрева полученной аккумуляторной банки.
    При разрядке одного из элементов возникает вероятность переполюсовки и разрушения устройства.

  5. Склонность к саморазряду, поэтому при длительном хранении требуется периодическая подзарядка изделий. В ходе эксплуатации следует учитывать, что после 270-300 циклов заряда и разряда начинается естественное старение аккумулятора, которое сопровождается падением емкости.
  6. Потеря емкости отрицательного вывода при глубоком разряде. Из-за этой особенности требуется проводить жесткий подбор элементов, которые будут собраны в банку.
  7. Деформация и растрескивание поверхности катода и анода в процессе работы устройства, что приводит к коррозии деталей из-за воздействия приникающего в поры агрессивного электролита. Протекающие химические процессы приводят к поглощению газообразного кислорода и водорода. Из-за падения объема электролита растет внутреннее сопротивление батареи и падает напряжение.

Зарядка никель-металлгидридного аккумулятора

Новые батареи, а также изделия после долговременного хранения следует несколько раз разрядить до минимального уровня. Для зарядки изделий применяются стандартные зарядные приспособления или специальные блоки, контролирующие рабочий процесс.

Длительность эксплуатации аккумулятора зависит от интенсивности зарядки и алгоритма завершения восстановления емкости. В процессе зарядки требуется избегать коротких замыканий, не рекомендуется припаивать к контактным площадкам дополнительные проводники.

Капельный тип

Методика предусматривает компенсацию саморазряда батареи путем подачи тока малой величины (до 5% от номинальной емкости изделия), который не позволит нагреться корпусу элемента питания. Используемое зарядное устройство для Ni-Mh элементов должно оснащаться электронным контроллером. Устройство фиксирует момент полной зарядки батареи и автоматически отключает подачу напряжения на клеммы батареи. КПД устройства с электронным управлением не превышает 75%.

Если используется устройство с ручным управлением, то производится ручная корректировка параметров (с соответствующим снижением КПД до 40-50% и ниже). Применение упрощенного оборудования приводит к снижению ресурса батареи, поэтому изготовители источников тока не рекомендуют использовать капельную методику.

Если в прибор, предназначенный для зарядки источников большой емкости, установить батареи с уменьшенной емкостью, то происходит перегрев изделий выше допустимой температуры.

При чрезмерном занижении токовых параметров происходит увеличение времени восстановления заряда до нескольких суток или недель. При коммутации устройства с повышенной емкость в маломощное зарядное устройство складывается ситуация, при которой источник тока полностью не зарядится никогда (из-за постоянного саморазряда). При длительном подключении батареи к зарядному устройству начинается деградация изделия, заключающаяся в падении емкости.

Тип
Аккумулятор Ni-MH 3,6В 65мАч диам. 16×18мм 3 выв.

Быстрая подзарядка

При быстрой подзарядке требуется установить токовые параметры в диапазоне 0,75-1,0 от номинальной емкости батареи. Производитель рекомендуют устанавливать минимальное значение параметра, что позволит снизить вероятность перегрева элемента питания и выброса излишка газа и электролита из корпуса (через дренажный предохранительный клапан).

Температура заряжаемых изделий должна находиться в интервале от 0° до 40°С, а напряжение на выводах – в диапазоне от 0,8 до 1,8 В.

На начальном этапе зарядки КПД устройства достигает 90%, что обеспечивает пониженный нагрев корпуса. По мере восполнения емкости начинается падение эффективности работы устройства, сопровождаемое повышением тепловых потерь.

При чрезмерном нагреве корпуса возможно срабатывание предохранительного клапана, приводящее к падению эффективности работы батареи и снижению срока службы. При использовании блока с ручным управлением время окончания зарядки определяет оператор (по времени зарядки или температуре корпуса).

Алгоритм работы электронного блока быстрой подзарядки включает этапы:

  1. Фиксация установки аккумулятора в полость зарядного устройства. Микропроцессор измеряет токовые параметры и напряжение на клеммах, определяя состояние установленного элемента питания. Включение питания производится только после определения напряжения ниже запрограммированного порога (0,8 В).
    В процессе выполнения зарядки производится периодический опрос напряжения, что позволяет выключить устройство при досрочной выемке аккумулятора.
  2. Грубая оценка состояния заряда батареи. При фиксации напряжения ниже 0,8 В включается режим предварительного восстановления параметров. Ток в цепи не превышает 10-25% от номинальной емкости, время восстановления не более 30 минут. Контроллер проверяет напряжение на клеммах батареи, если параметр не увеличивается, а происходит нагрев корпуса, то изделие считается непригодным к дальнейшей эксплуатации.
  3. Фаза быстрой зарядки начинается с плавного повышения токовых параметров. Контроллер отслеживает температуру корпуса и напряжение на выходах аккумулятора. При завершении зарядки наблюдается снижение напряжения, после чего фаза быстрого заряда подходит к концу.
  4. Дозарядка аккумулятора, которая занимает до 30 минут. Фаза позволяет выровнять параметры элементов, установленных параллельно или последовательно в общую банку. Заряженные батареи теряют в первые сутки до 15% емкости из-за эффекта саморазряда, затем процесс замедляется (за месяц потеря заряда не превышает 10-15%).
    Существуют зарядные устройства, предназначенные для хранения аккумуляторов. Микропроцессор автоматически включает питание, компенсируя саморазряд батареи.

Ускоренная зарядка

Аккумулятор
Ni-Mh аккумуляторы размера D (R20) Soshine RTU на 11000 mAh c низким саморазрядом.

Методика ускоренной зарядки основана на подаче тока, в несколько раз превышающего номинальную емкость батареи.

Бесконечно увеличивать токовые характеристики невозможно из-за ограничений, накладываемых скоростью протекания химических процессов в батарее.

КПД зарядного оборудования составляет до 100%, после восполнения заряда на 2/3 емкости начинается падение эффективности работы, сопровождаемое нагревом аккумулятора.

К минусам методики относят:

  • трудности с определением момента прекращения зарядки;
  • проблемы с восстановлением аккумуляторных банок, поскольку степень разряда элементов различна;
  • дополнительные тепловые нагрузки на точках контакта корпуса аккумулятора и металлических пластин зарядного приспособления.

Рекомендации по разрядке и зарядке АКБ

В процессе эксплуатации изделий следует соблюдать правила:

  • не допускать перегрева батареи при зарядке;
  • запрещается осуществлять перезаряд изделия;
  • не допускается глубокий разряд аккумулятора.

Восстановление никель-металлогидридных источников питания

При многократных циклах частичной зарядки и разрядки никель-металлогидридные аккумуляторы теряют емкость, “запоминая” меньшую границу разрядки. Для устранения дефекта применяется цикл тренировки с последующим восстановлением заводских характеристик.

Процедура начинается со снижения напряжения на клеммах батареи до 0,801 В (путем установки малогабаритной лампы или нагрузочного сопротивления). Если изделие долгое время не восстанавливалось, то рекомендуется произвести 2-3 цикла полной разрядки с последующим набором емкости.

Для тренировки АКБ рекомендуется использовать зарядное приспособление, поддерживающее функцию разряда аккумулятора. Если пользователь не знает степень разряда элемента питания, то рекомендуется подключение лампы и вольтметра.

При установке такого изделия в зарядное устройство для тренировки возможен чрезмерный разряд, приводящий к выходу аккумулятора из строя. Со временем электролит, залитый в батарею, теряет свои характеристики, восстановление подобных изделий невозможно.

Правила использования аккумуляторных батарей

Для обеспечения заявленного заводом срока службы NiMh батарей требуется произвести стартовую “раскачку” изделий, одновременно обеспечивающую достижение расчетной емкости.

Изделие заряжается на зарядном устройстве, а затем разряжается при помощи встроенного в блок сопротивления. Допускается разряжать аккумулятор путем установки нагрузки с максимально допустимой мощностью. В зависимости от состояния батареи проводится до 5-6 подобных циклов подряд.

Для восстановления емкости разрешается использовать штатный зарядный блок или устройство, рекомендованное изготовителем батарей. В процессе эксплуатации не требуется разряжать батареи на 100% (из-за риска выхода из строя), максимальный ресурс достигается при снижении емкости на 85-90%.

В процессе восстановления параметров учитывается время зарядки, рабочий ток и температура корпуса аккумулятора. Извлекать из зарядного блока батарею с частично восстановленной емкостью не рекомендуется.

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации