Основные типы аккумуляторов:

• Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы
• Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы
• Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Для аккумуляторного инструмента никель-кадмиевые аккумуляторы являются фактическим стандартом. Инженерам хорошо известны их достоинства и недостатки, в частности Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы содержат кадмий – тяжёлый металл повышенной токсичности.

У никель-кадмиевых аккумуляторов есть так называемый «эффект памяти» суть которого сводится к тому, что при заряде не полностью разряженного аккумулятора его новый разряд возможен только до того уровня, с которого его зарядили. Другими словами аккумулятор «помнит» уровень остаточного заряда, с которого его полностью зарядили.

Итак, при заряде не полностью разряженного Ni-Cd аккумулятора происходит уменьшение его ёмкости.

Существует несколько способов борьбы с этим явлением. Опишем только самый простой и надёжный способ.

При использовании аккумуляторного инструмента с Ni-Cd аккумуляторными батареями следует придерживаться простого правила: заряжать только полностью разряженные аккумуляторы.

Плюсы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

• Низкая цена Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов
• Возможность отдавать наибольший ток нагрузки
• Возможность быстрого заряда аккумуляторной батареи
• Сохранение высокой ёмкости аккумулятора до -20°C
• Большое количество циклов заряда-разряда. При правильной эксплуатации подобные аккумуляторы отлично работают и допускают до 1000 циклов заряда-разряда и более

Минусы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

• Относительно высокий уровень саморазряда – Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% своей ёмкости в первые сутки после полного заряда.
• Во время хранения Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% заряда каждый месяц
• После длительного хранения ёмкость Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора восстанавливается после 5 циклов разряда-заряда.
• Для продления срока службы Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора рекомендуется каждый раз полностью его разряжать для предотвращения проявления «эффекта памяти»

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы

Эти аккумуляторы предлагаются на рынке как менее токсичные (по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами) и более экологически безопасные, как в производстве, так и при утилизации.

На практике Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы действительно демонстрируют весьма большую ёмкость при габаритах и массе, несколько меньших, чем у стандартных Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов.

Благодаря практически полному отказу от применения токсичных тяжелых металлов в конструкции Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов последние после использования могут быть утилизованы вполне безопасно и без экологических последствий.

У никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижен «эффект памяти». На практике «эффект памяти» практически незаметен из-за высокого саморазряда этих аккумуляторов.

При эксплуатации Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов желательно разряжать их в процессе работы не полностью.

Хранить Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы следует в заряженном состоянии. При длительных (более месяца) перерывах в работе аккумуляторы следует перезаряжать.

Плюсы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

• Нетоксичные аккумуляторы
• Меньший «эффект памяти»
• Хорошая работоспособность при низкой температуре
• Большая ёмкость по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами

Минусы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

• Более дорогой тип аккумуляторов
• Величина саморазряда примерно в 1.5 раза выше по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами
• После 200-300 циклов разряда-заряда рабочая ёмкость Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижается
• Батареи Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов имеют ограниченный срок службы

Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Несомненным достоинством литий-ионных аккумуляторов является практически незаметный «эффект памяти».

Благодаря этому замечательному свойству Li-Ion аккумулятор можно заряжать или подзаряжать по мере необходимости, исходя из потребностей. Например, можно подзарядить не полностью разряженный литий-ионный аккумулятор перед важной, ответственной или продолжительной работой.

К сожалению эти аккумуляторы являются наиболее дорогими аккумуляторными батареями. Кроме того литий-ионные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы, независящий от числа циклов разряд-заряд.

Резюмируя можно предположить, что литий-ионные аккумуляторы лучше всего пригодны для случаев постоянной интенсивной эксплуатации аккумуляторного инструмента.

Плюсы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

• Отсутствует «эффект памяти» и поэтому появляется возможность заряжать и подзаряжать аккумулятор по мере необходимости
• Высокая ёмкость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
• Небольшая масса Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
• Рекордно-низкий уровень саморазряда – не более 5% в месяц
• Возможность быстрого заряда Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Минусы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

• Высокая стоимость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
• Сокращается время работы при температуре ниже нуля градусов Цельсия
• Ограниченный срок службы

Примечание

Из практики эксплуатации Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов в телефонах, фотокамерах и т.д. можно отметить, что эти аккумуляторы служат в среднем от 4 до 6 лет и выдерживают за это время около 250-300 циклов разряда-заряда. При этом абсолютно точно замечено: больше циклов разряд-заряд – короче срок службы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов!

Все эти типы аккумуляторов имеют такой важный параметр как емкость. Емкость аккумулятора показывает, сколько времени он сможет питать подключенную к нему нагрузку. У радиостанции емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах. Эта характеристика обычно указывается на самой батарее.

Для примера возьмем радиостанцию Альфа 80 и ее батарею емкостью 2800 мАч. При цикле работы 5/5/90, где 5% времени работы радиостанции на передачу, 5% работы на прием, 90% времени дежурный режим - время работы радиостанции составит не менее 15 часов. Чем ниже будет этот параметр у батареи, тем меньше она сможет проработать.

Следите за новостями в наших группах:

Никель-металлогидридные аккумуляторы (ni mh) относятся к группе щелочных. Такие устройства химического типа производят ток, где в качестве катода выступает оксид никеля, а анода - водородный электрод с металлогидрида. Эти устройства похожи по своей структуре к никель-водородным, но они превосходят металлогидридные в несколько раз по ёмкости.

История создания и развития

Никель-металлогидридные аккумуляторы начали изготавливать с 60-х годов XX века. А началось производство из-за существенных недостатков их предшественников - никель-кадмиевых устройств. В металлогидридных аккумуляторах могли использоваться разные наборы металлов. Для серийного производства были разработаны специальные сплавы , которые могли работать при комнатной температуре.

Серьёзное массовое производство началось в 80-х годах XX века. Хотя усовершенствование таких устройств происходит и сегодня. Cовременные никель-металлогидридные батареи могут обеспечить до 500 циклов зарядки и разрядки благодаря использованию сплавов никеля и других редкоземельных металлов.

В подобных устройствах типа Крона в основном напряжение изначально равно 8.2 В. Со временем оно постепенно снижается до 7.4 В. После длительного использования последующее снижение происходит значительно быстрее. Металлогидридные батареи владеют более высокой ёмкостью (приблизительно на 20% выше), чем кадмиевые устройства , но меньший срок службы (200−500 циклов заряда/разряда). Также у них более высокая скорость саморазряда, примерно в 1.5−2 раза.

Если говорить о таком факторе, как «эффект памяти», то он здесь практически незаметен. Если аккумулятор постоянно используется, заряжать его можно, даже когда он уже наполовину заряже , но когда он не использовался некоторое время, то нужно сделать профилактику его полным разрядом, а потом зарядом.

Такие источники питания зачастую используют для различной техники, нуждающейся в автономной работе. Как правило, подобные технологии применяются в батарейках типа ААА или АА, но бывают и другие варианты, к примеру, баратеи для промышленности. Области использования подобных источников питания намного больше, чем их предшественников. Ni Mh батареи не имеют токсичных составляющих , благодаря этому их используют для многих задач.

На сегодняшний день можно отметить 2 типа подобных устройств:

1. 1500−3000 миллиампер в час. Эта группа применяется для устройств, которые имеют повышенное потребление энергии за короткий промежуток времени. Видеокамеры и фотоаппараты, приборы на дистанционном управлении и другие устройства, которые требуют много энергии.
2. 300−1000 миллиампер в час. Такие батарейки используются для устройств, которые употребляют электроэнергию после определённого интервала времени, к примеру, фонари рации или игрушки. Они расходуют энергию очень медленно.

Заряжать их можно с помощью капельного метода и быстрого. Но в инструкции, как правило, производитель указывает, что заряжать первым способом не рекомендуется, поскольку могут возникнуть сложности в последующем с определением момента прекращения подачи тока в устройство.

Если заряжать их таким образом, то может возникнуть сильный перезаряд, и это приведёт к частичной поломке устройства или уменьшению его ёмкости. Заряжать аккумулятор ni mh нужно с помощью быстрого метода. КПД в этом случае будет немного выше, чем при капельном варианте.

Процесс зарядки батареи можно разделить на несколько пунктов:

• установка аккумулятора в зарядное устройство;
• тип батареи;
• начальная зарядка;
• быстрая зарядка;
• дозарядка;
• поддерживающая зарядка.

Если пошла быстрая зарядка, желательно, чтобы у аккумулятора было хорошее обеспечение. В никель-кадмиевых аккумуляторах достаточно контроля за дельтой. Батарейки ni mh должны иметь контроль как минимум за температурой и дельтой.

Для долговечной работы аккумуляторных батарей ni mh нужно знать и следовать нескольким советам, регулярное применение которых сможет гарантировать продолжительное пользование. Для этого необходимо знать всего несколько вещей.

Изначально нужно подготовиться к тому, что батареи не должны перегреваться, сильно разряжаться, а также перезаряжаться. В этих условиях продолжительность работы можно увеличить в несколько раз.

Для долговечной работы используют такие методы:

Для того чтобы правильно рассчитать формулу для зарядки ni mh battery, нужно применить следующую формулу: время зарядки равно ёмкости, разделённой на силу тока зарядного устройства. К примеру, есть аккумулятор ёмкостью 4000 миллиампер в час. Зарядное устройство имеет силу тока 1000 миллиампер в час: 4000 / 1000 = 4.

Необходимые правила, которые нужно соблюдать во время эксплуатации АКБ:

1. Такие устройства очень чувствительны к перегреву, и он очень плохо скажется на их работе. Они теряют токоотдачу и способность отдавать имеющийся заряд.
2. Перед активной эксплуатацией элемента батареи для его лучшей работы можно совершить несколько циклов разрядки и зарядки устройства. Это позволит достичь максимальной ёмкости, которая была потеряна во время транспортировки и хранении после производства.
3. Во время долгого хранения без применения в работе аккумулятор нужно оставлять заряженным не более чем на 30−40% от максимальной ёмкости.
4. После зарядки или разрядки батареи нужно дать ей время остыть.
5. Рекомендуется время от времени (каждые 8−10 циклов зарядки) разряжать аккумулятор до 0.98 и полностью заряжать. Это продлит время его эксплуатации.
6. Такие батареи нужно разряжать максимум до показателя 0.98. Если эта цифра будет меньшей, то устройство просто может перестать заряжаться.

В связи с таким явлением, как «эффект памяти», аккумуляторы время от времени теряют некоторые стартовые показатели и характеристики. Происходит такой эффект, как последствие от многократных циклов неполной зарядки и разрядки.

Батарейка запоминает при этом меньшие (верхнюю и нижнюю) границы и существенно уменьшает свою ёмкость.

Но если уже проблема возникла, нужно правильно тренировать и восстанавливать аккумулятор для её решения. Выполняются такие действия следующим образом:

• с помощью зарядного устройства или лампочки необходимо разрядить батарейку до 0.801 В;
• выполняется полная зарядка.

Если определённый аккумулятор не проходил долго подобной профилактики, то нужно сделать несколько процедур. Тренировку зарядкой и разрядкой желательно проводить раз в 3−4 недели.

Производители аккумуляторных батарей Ni Mh утверждают, что подобный эффект не может отнять более 5% ёмкости. При тренировках важным остаётся использование зарядных устройств с возможностью разрядки с установленным минимальным порогом. Это необходимо для того, чтобы батарея не разрядилась до конца, поскольку она может в последующем вообще не заряжаться. Такое зарядное устройство очень полезно, когда степень заряда аккумулятора неизвестен, и приблизительно предположить его невозможно.

Если уровень заряда неизвестен, то разрядку нужно проводить под тщательным контролем ЗУ, так как это может привести к глубокой разрядке. При проведении профилактики целой батареи нужно сначала её полностью зарядить для того, чтобы выровнять ёмкость.

В том случае, когда аккумулятор уже проработал продолжительное время (2−3 года), то восстановление его подобным способом может оказаться бесполезным. Подобные действия могут помочь только в процессе работы батареи. При эксплуатации батареи, кроме эффекта памяти, также изменяется в меньшую сторону количество залитого электролита. Важно отметить, что лучше проводить профилактику каждого элемента отдельно, чем всей батареи сразу. Это усилит эффект. Работать такие батареи могут 1−5 лет. Это зависит от конкретного производителя и модели.

Плюсы и минусы металлогидридных устройств

Если сравнивать никель-металлогидридные аккумуляторы с кадмиевыми, то значительное преимущество в запасе электроэнергии первых не является только одним их преимуществом. Производители аккумуляторов, отказавшись от использования кадмия, сделали большой шаг навстречу применения экологически чистых материалов.

Это позволяет намного легче решать вопрос с утилизацией использованной продукции.

Благодаря таким достоинствам, как долговечность, экологичность, высокая производительность, а также использование такого материала, как никель, Ni Mh батареи набирают популярность с каждым днём. Также они хороши и тем, что при частых зарядках и разрядках профилактику для восстановления ёмкости нужно проводить раз в 3−4 недели.

Они имеют и свои минусы:

1. Производители таких батарей ограничили один комплект 10 элементами в связи с тем, что со временем увеличивается возможность переполюсовки устройства.
2. Подобные аккумуляторы работают при более узких температурных условиях. Уже при -10 °С или +40 °С они теряют свою работоспособность.
3. Если заряжать такие батареи, то они выделяют много тепла, поэтому нуждаются в специальных предохранителях во избежание перегрева.
4. Часто излишне саморазряжаются. Происходит это в связи с реакцией никелевого электрода с водородом электролита.

При цикле зарядки/разрядки со временем уменьшается количество кристаллической решётки. Это способствует появлению ржавчины и трещин во время взаимодействия с электролитом.

Преимущества большой и маленькой ёмкости

Покупая такие аккумуляторы, не всегда нужно смотреть на их ёмкость. С увеличением ёмкости батареи увеличивается и её саморазряд. В качестве примера можно привести аккумулятор ёмкостью 2400 мАч и 1500 мАч. По прошествии нескольких месяцев использования более сильный аккумулятор потеряет больше ёмкости, чем слабый. Батарея на 2400 мАч за несколько месяцев сравнится по своей ёмкости с 1500 мАч устройством и через некоторое время даже будет иметь силу заряда ниже, чем батарея послабее.

Если рассматривать практику использования таких устройств, то она применяется в устройствах, которые нуждаются в высоком энергопотреблении за короткое время. К примеру, это могут быть плееры, радиоуправляемые модели или видеомагнитофоны.

Особенности зарядки Ni─MH аккумуляторов, требования к зарядному устройству и основные параметры

Никель─металлогидридные аккумуляторы постепенно распространяются на рынке, и совершенствуется технология их производства. Многие производители постепенно улучшают их характеристики. В частности, увеличивается количество циклов заряд-разряд и снижается саморазряд Ni─MH батареек. Этот тип батарей выпускался на замену Ni─Cd аккумуляторов и понемногу они вытесняют их с рынка. Но остаются некоторые направления использования, где никель─металлогидридные батареи не могут заменить кадмиевые. Особенно там, где требуются высокие разрядные токи. И тот и другой тип батареек для продления срока службы требуют грамотной зарядки. Мы уже рассказывали о зарядке никель─кадмиевых батарей, а теперь пришла очередь заряжать Ni─MH аккумуляторы.

В процессе заряда в аккумуляторе проходит ряд химических реакций, на которые идёт часть подаваемой энергии. Другая часть энергии преобразуется в тепло. КПД процесса зарядки ─ это та часть подаваемой энергии, которая остаётся в «запасе» у батареи. Значение КПД может отличаться в зависимости от условий заряда, но никогда не бывает равным 100 процентов. Стоит отметить, что КПД при зарядке Ni─Cd аккумуляторов выше, чем в случае с никель─металлогидридными. Процесс зарядки Ni─MH аккумуляторов происходит с большим выделением тепла, что накладывает свои ограничения и особенности. Подробнее о том, читайте в статье по указанной ссылке.

Скорость зарядки больше всего зависит от величины подаваемого тока. Какими токами заряжать Ni─MH батареи, определяется выбранным типом заряда. В этом случае ток измеряется в долях от ёмкости (С) Ni─MH аккумуляторов. Например, при ёмкости 1500 мА-ч ток 0,5С будет составлять 750 мА. В зависимости от скорости заряда никель─металлогидридных аккумуляторов различают три вида зарядки:

• Капельная (ток заряда 0,1С);
• Быстрая (0,3С);
• Ускоренная (0,5─1С).

По большому счёту типов зарядки всего два: капельная и ускоренная. Быстрая и ускоренная – это практически одно и то же. Отличаются они лишь методом остановки процесса заряда.

Вообще, любая зарядка Ni─MH аккумуляторов током больше 0,1С является быстрой и требует отслеживания каких-то критериев окончания процесса. Капельная зарядка этого не требует и может продолжаться неопределённое время.

Виды зарядки никель─металлогидридных аккумуляторов

Теперь, давайте, рассмотрим особенности разных видов зарядки подробнее.

Капельная зарядка Ni─MH аккумуляторов

Здесь стоит сказать, что этот тип зарядки не способствует увеличению срока службы Ni─MH аккумуляторов. Поскольку капельная зарядка не отключается даже после полного заряда, ток выбирается очень маленьким. Это сделано для того, чтобы при длительной зарядке не происходило перегрева батареек. В случае Ni─MH батарей значение тока может быть даже снижено до 0,05С. Для никель─кадмиевых подойдёт 0,1С.

При капельной зарядке отсутствует характерный максимум напряжения и ограничением этого типа зарядки может выступать только время. Чтобы оценить необходимое время, потребуется знать ёмкость и начальный заряд батареи. Чтобы рассчитать время зарядки более точно, нужно разрядить батарею. Это исключит влияние начального заряда. КПД при капельной зарядке Ni─MH аккумуляторов находится на уровне 70 процентов, что ниже остальных видов. Многие производители никель─металлогидридных батарей не рекомендуют использовать капельную зарядку. Хотя в последнее время появляется всё больше информации о том, что современные модели Ni─MH аккумуляторов не деградируют в процессе капельного заряда.

Быстрая зарядка никель─металлогидридных аккумуляторов

Производители Ni─MH аккумуляторов в своих рекомендациях приводят характеристики для заряда с величиной тока в интервале 0,75─1С. Ориентируйтесь на эти значения, когда будете выбирать, каким током заряжать Ni─MH аккумуляторы. Значения тока заряда выше этих значений не рекомендуются, поскольку это может привести к открытию аварийного клапана для сброса давления. Быструю зарядку никель─металлогидридных батарей рекомендуется проводить при температуре 0─40 градусов Цельсия и напряжении 0,8─,8 вольта.

КПД процесса быстрой зарядки значительно больше, чем капельной. Он составляет около 90 процентов. Однако к моменту окончания процесса КПД резко снижается, и энергия переходит в выделение тепла. Внутри батарейки резко растёт температура и давление. имеют аварийный клапан, который может открыться при увеличении давления. В этом случае свойств аккумулятора будут безвозвратно потеряны. Да и сама высокая температура оказывает пагубное влияние на структуру электродов батарейки. Поэтому нужны чёткие критерии, по которым процесс заряда будет останавливаться.

Требования к зарядному устройству (ЗУ) для Ni─MH батарей мы представим ниже. Пока отметим, что такие ЗУ ведут заряд по определённому алгоритму. Стадии этого алгоритма в общем виде следующие:

• определение наличия аккумуляторной батареи;
• квалификация батареи;
• пред-зарядка;
• переход на быструю зарядку;
• быстрая зарядка;
• дозарядка;
• поддерживающая зарядка.

На этом этапе подаётся ток 0,1С и выполняется проверка напряжения на полюсах. Для старта процесса заряда напряжение должно составлять не более 1,8 вольта. Иначе процесс не стартует.

Стоит отметить, что проверка наличия аккумулятора проводится и на других стадиях. Это необходимо на тот случай, если аккумулятор вынимается из зарядного устройства.

Если логика ЗУ определяет, что величина напряжения больше 1,8 вольта, то это воспринимается, как отсутствие аккумуляторной батареи или её повреждение.

Квалификация батареи

Здесь определяется примерная оценка заряженности аккумулятора. Если напряжение будет менее 0,8 вольта, то быстрый заряд аккумулятора запускать нельзя. В этом случае зарядное устройство включит режим пред-зарядки. При нормальной эксплуатации Ni─MH батарейки редко разряжают до напряжения ниже 1 вольт. Поэтому пред-зарядка включается только в случае глубоких разрядов и после длительного хранения батареек.

Пред-зарядка

Как уже говорилось выше, пред-зарядка включается при глубоком разряде Ni─MH аккумуляторов. Ток на этой стадии устанавливается на уровне 0,1─0,3С. По времени этот этап ограничен и составляет где-то около 30 минут. Если за это время аккумулятор не восстанавливает напряжения 0,8 вольта, то заряд прерывается. В этом случае батарейка, скорее всего, повреждена.

Переход к быстрой зарядке

На этом этапе происходит плавное увеличение зарядного тока. Наращивание тока происходит плавно в течение 2─5 минут. При этом, как и на других стадиях, ведётся контроль температуры и отключение заряда при критических значениях.

Ток заряда на этой стадии находится в интервале 0,5─1С. Самое главное на стадии быстрой зарядки является своевременного отключение тока. Для этого при зарядке Ni─MH аккумуляторов используется контроль по нескольким разным критериям.

Для тех, кто не в курсе, при зарядке используется метод контроля по дельте напряжения. В процессе зарядки оно постоянно растёт, а по окончании процесса начинает падать. Обычно окончание заряда определяется по падению напряжения на 30 мВ. Но этот способ контроля с никель─металлогидридными аккумуляторами работает не очень хорошо. В этом случае падение напряжение не так сильно выражено, как в случае Ni─Cd. Поэтому для срабатывания отключения нужно увеличивать чувствительность. А при повышенной чувствительности повышается вероятность ложного срабатывания из-за шумов аккумулятора. Кроме того, при зарядке нескольких батареек срабатывание происходит в разное время и весь процесс размазывается.

Но всё равно остановка зарядки по падению напряжения является основной. При заряде током 1С падение напряжения для отключения составляет 2,5─12 мВ. Иногда производители устанавливают детектирование не по падению, а по отсутствию изменения напряжения в конце заряда.

При этом в период первых 5─10 минут зарядки контроль по дельте напряжения отключается. Это объясняется тем, что при старте быстрой зарядки напряжение аккумулятора может сильно меняться в результате процесса флуктуации. Поэтому на начальном этапе контроль отключается, чтобы исключить ложные срабатывания.

Из-за не слишком высокой надёжности отключения зарядки по дельте напряжения используется контроль и по другим критериям.

В конце процесса заряда Ni─MH аккумуляторной батареи её температура начинает расти. По этому параметру и делается отключение заряда. Чтобы исключить значение температуры ОС, мониторинг ведётся не по абсолютному значению, а по дельте. Обычно в качестве критерия прекращения заряда берётся рост температуры более чем на 1 градус за минуту. Но этот способ может не срабатывать при токах заряда менее 0,5С, когда температура растёт достаточно медленно. И в этом случае возможен перезаряд Ni-MH батареи.

Ещё существует метод контроля процесса заряда по анализу производной напряжения. В этом случае ведётся мониторинг не дельты напряжения, а скорость его максимального роста. Метод позволяет прекращать быструю зарядку несколько раньше завершения заряда. Но такой контроль сопряжён с рядом сложностей, в частности, более точного измерения напряжения.

Некоторые зарядные устройства для Ni─MH аккумуляторов применяют для заряда не постоянный ток, а импульсный. Он подаётся продолжительностью 1 секунда с интервалами 20─30 миллисекунд. В качестве преимуществ такого заряда специалисты называют более равномерное распределение активных веществ по объёму аккумулятора и снижение образования крупных кристаллов. Кроме того, сообщается о более точном измерении напряжения в интервалах между подачей тока. Как развитие этого метода, был предложен Reflex Charging. В этом случае при подаче импульсного тока чередуется заряд (1 секунда) и разряд (5 секунд). Ток разряда ниже заряда в 1─2,5 раза. В качестве преимуществ можно выделить меньшую температуру при заряде и устранение крупных кристаллических образований.

При зарядке никель─металлогидридных аккумуляторов очень важным является контролировать окончание процесса зарядки по различным параметрам. Должны быть предусмотрены способы аварийного завершения заряда. Для этого может быть использовано абсолютное значение температуры. Часто таким значением бывает 45─50 градусов Цельсия. В этом случае заряд должен быть прерван и возобновлён после остывания. Способность принимать заряд у Ni─MH аккумуляторов при такой температуре снижается.

Важно устанавливать ограничение по времени заряда. Его можно прикинуть по ёмкости батареи, величине тока зарядки и КПД процесса. Ограничение устанавливается на уровне расчётное время плюс 5─10 процентов. В этом случае, если не сработает ни один из предыдущих методом контроля, заряд отключится по установленному времени.

Этап дозарядки

На этой стадии ток зарядки устанавливается 0,1─0,3С. Длительность около 30 минут. Более длительная дозарядка не рекомендуется, поскольку это сокращает срок службы батареи. Этап дозарядки помогает выровнять заряд элементов в батарее. Лучше всего, если после быстрой зарядки, аккумуляторы остынут до комнатной температуры, а потом запустится дозарядка. Тогда аккумулятор восстановит полную ёмкость.

Зарядные устройства для Ni─Cd аккумуляторов часто после завершения процесса заряда переводят батареи в режим капельной зарядки. Для Ni─MH батарей это будет полезно только в случае подачи очень маленького тока (около 0,005С). Этого будет достаточно для компенсации саморазряда аккумулятора.

В идеале зарядка должна иметь функцию включения поддерживающей зарядки при падении напряжения на батарейке. Поддерживающая зарядка имеет смысл только в том случае, когда между зарядом батареек и их использованием проходит достаточно длительное время.

Сверхбыстрая зарядка Ni-MH аккумуляторов

И ещё стоит упомянуть о сверхбыстром заряде аккумуляторных батарей. Известно, что при заряде до 70 процентов своей ёмкости никель─металлогидридный аккумулятор имеет КПД зарядки близкий к 100 процентам. Поэтому на этом этапе имеет смысл увеличить ток для ускоренного его прохождения. Токи в таких случая ограничивают значением 10С. Основная проблема здесь в определении тех самых 70 процентов заряда, при которых следует понижать ток до обычной быстрой зарядки. Это сильно зависит от степени разряда, с которой началась зарядка батареи. Высокий ток легко может привести к перегреву аккумулятора и разрушению структуры его электродов. Поэтому использование сверхбыстрого заряда рекомендуется только при наличии соответствующих навыков и опыта.

Общие требования к зарядным устройствам для никель─металлогидридных аккумуляторов

Разбирать какие-то отдельные модели для заряда Ni─MH аккумуляторов в рамках этой статьи нецелесообразно. Достаточно отметить, что это могут быть узконаправленные ЗУ под зарядку никель─металлогидридных батарей. Они имеют зашитый алгоритм зарядки (или несколько) и по нему постоянно работают. А есть универсальные устройства, которые позволяют тонко настраивать параметры зарядки. К примеру, . Такие устройства могут быть использованы для заряда различных батарей. В том числе, и для , если есть адаптер питания соответствующей мощности.

Нужно сказать пару слов о том, какие характеристики и функционал должно иметь ЗУ для Ni─MH аккумуляторов. Устройство обязательно должно иметь возможность регулировки тока зарядки или его автоматическая установка в зависимости от типа батареек. Почему это важно?

Сейчас существует множество моделей никель─металлогидридных аккумуляторов, и многие батарейки одинакового форм-фактора могут отличаться ёмкостью. Соответственно, ток зарядки должен быть разный. Если заряжать током выше нормы, будет нагрев. Если ниже нормы, то процесс зарядки будет идти дольше положенного. В большинстве случаев токи на зарядных устройствах делаются в виде «пресетов» для типовых батареек. В целом же при заряде производители Ni-MH аккумуляторов не рекомендуют установку тока более 1,3─1,5 ампера для типа АА вне зависимости от ёмкости. Если вам по каким-то причинам требуется увеличение этого значения, то нужно позаботиться о принудительном охлаждении аккумуляторов.

Ещё одна проблема связана с отключением питания зарядного устройства в процессе зарядки. В этом случае при включении питания она начнётся снова со стадии определения аккумулятора. Момент окончания быстрой зарядки определяется не временем, а рядом других критериев. Поэтому если она прошла, то при включении будет пропущена. А вот этап дозарядки пройдёт снова, если он уже был. В результате аккумулятор получает нежелательный перезаряд и лишний нагрев. Среди прочих требований к ЗУ Ni-MH аккумуляторов – низкий разряд при отключении питания зарядного устройства. Ток разряда в обесточенном ЗУ не должен превышать 1 мА.

Стоит отметить и наличие в зарядном устройстве ещё одной важной функции. Оно должно распознавать первичные источники тока. Проще говоря, марганцево-цинковые и щелочные батарейки.

При установке и зарядке таких батареек в ЗУ они вполне могут взорваться, поскольку не имеют аварийного клапана для сброса давления. От зарядного устройства требуется, чтобы оно могло распознавать такие первичные источники тока и не включать зарядку.

Хотя здесь стоит отметить, что определение аккумуляторов и первичных источников тока, имеет ряд сложностей. Поэтому производители ЗУ не всегда оснащают свои модели подобными функциями.

Никель металлогидридные аккумуляторы являются источником тока на основе химической реакции. Маркируются Ni-MH. Конструктивно являются аналогом ранее разработанных никеле-кадмиевых аккумуляторов (Ni-Cd), а по происходящим химическим реакциям аналогичны никеле-водородным аккумуляторам. Относятся к категории щелочных источников питания.

Исторический экскурс

Необходимость в перезаряжаемых источниках питания возникла давно. Для разных видов техники очень нужны были компактные модели с повышенной емкостью сохранения заряда. Благодаря космической программе разработали метод сохранения водорода в аккумуляторных батареях. Это были первые никеле водородные экземпляры.

Рассматривая конструкцию, выделяются основные элементы:

1. электрод (металл гидридный водородный);
2. катод (никелевый оксид);
3. электролит (калия гидроксид).

Ранее используемые материалы для изготовления электродов были нестабильны. Но постоянные опыты и изучения привели к тому, что оптимальный состав был получен. На данный момент для изготовления электродов используют гидрит лантана и никеля (La-Ni-CO). Но различные производители применяют и другие сплавы, где никель или часть его замещают алюминием, кобальтом, марганцем, которые стабилизируют и активируют сплав.

Проходящие химические реакции

При заряде и разряде внутри аккумуляторов происходят химические реакции, связанные с абсорбированием водорода. Реакции можно записать в следующем виде.

• Во время зарядки: Ni(OH)2+M→NiOOH+MH.
• Во время разряда: NiOOH+MH→Ni(OH)2+M.

На катоде протекают следующие реакции с выделением свободных электронов:

• Во время зарядки: Ni(OH)2+ОН→NiOOH+H2О+е.
• Во время разряда: NiOOH+ H2О+е →Ni(OH)2+ОН.

На аноде:

• Во время зарядки: М+ H2О+е →МH+ОH.
• Во время разряда: МН+OH →М+. H2О+е.

Конструкция аккумуляторов

Основной выпуск никель металлогидридных аккумуляторов производится в двух формах: призматической и цилиндрической.

Цилиндрические Ni-MH элементы

В конструкцию входят:

• цилиндрический корпус;
• крышка корпуса;
• клапан;
• клапанный колпачок;
• анод;
• коллектор анода;
• катод;
• кольцо диэлектрическое;
• сепаратор;
• изоляционный материал.

Анод с катодом разделены между собой с помощью сепаратора. Данная конструкция свернута рулоном и помещена в корпус аккумулятора. Герметизацию производят при помощи крышки и прокладки. На крышке предусмотрен предохранительный клапан. Он предназначен для того, чтобы при повышении давления внутри аккумулятора до 4 МПа, при срабатывании выпускал излишки летучих соединений, образующихся при химических реакциях.

Многие встречались мокрыми или покрывшимися шапкой источниками питания. Это результат работы клапана при перезаряде. Характеристики меняются и дальнейшая эксплуатация их невозможна. При его отсутствии аккумуляторы просто вспухают и полностью теряют свою работоспособность.

Призматические Ni-MH элементы

В конструкцию входят следующие элементы:

Призматическая конструкция предполагает поочередное размещение анодов и катодов с разделением их сепаратором. Собранные таким образом в блок, они помещаются в корпус. Корпус изготовляется пластиковым или же металлическим. Крышка герметизирует конструкцию. Для безопасности и контроля за состоянием элемента питания на крышке размещают датчик давления и клапан.

В качестве электролита используется щелочь – смесь гидроксида калия (КОН) и гидроксида лития (LiOH).

Для Ni-MH элементов изолятором выступает полипропилен или же нетканый полиамид. Толщина материала составляет 120–250 мкм.

Для производства анодов производители используют металлокерамику. Но в последнее время для снижения стоимости используют войлок и пенополимеры.

При производстве катодов используются различные технологии:

Характеристики

Напряжение. В свободном состоянии внутренняя цепь аккумулятора разомкнута. И ее измерить довольно трудно. Трудности вызывает равновесие потенциалов на электродах. Но после полной зарядки по прошествии суток напряжение на элементе составляет 1,3–1,35В.

Напряжение разряда при токе, не превышающем 0,2А и температуре окружающего воздуха 25°С составляет 1,2–1,25В. Минимальное значение – 1В.

Энергетическая емкость, Вт∙ч/кг:

• теоретическая – 300;
• удельная – 60–72.

Саморазряд зависит от температуры хранения. Хранение при комнатной температуре вызывает потерю емкости до 30% в течение первого месяца. Затем скорость замедляется до 7% за 30 дней.

Другие параметры:

• Электрическая движущая сила (ЭДС) – 1,25В.
• Энергетическая плотность – 150 Вт∙ч/дм3.
• Температура эксплуатирования - от -60 до +55°С.
• Длительность эксплуатирования – до 500 циклов.

Правильная зарядка и контроль

Для накопления энергии используются зарядные устройства. Основной задачей недорогих моделей является подача стабилизированного напряжения. Для подзарядки никель металлогидридных аккумуляторов требуется напряжение порядка 1,4–1,6В. При этом сила тока должна составлять 0,1 емкости аккумулятора.

Например, если заявленная емкость составляет 1200 mAh, то ток зарядки соответственно должен подбираться близкий или равный 120 mA (0,12А).

Применяются быстрая и ускоренная зарядки. Процесс быстрой зарядки составляет 1 час. На ускоренный процесс уходит до 5 часов. Столь интенсивный процесс контролируется изменением напряжения и температуры.

Процесс обычной зарядки продолжается до 16 часов. Для уменьшения продолжительности времени зарядки, современные зарядники обычно производятся трехступенчатыми. Первая ступень – быстрый заряд током равным номинальной емкости аккумулятора или выше. Вторая ступень - током 0,1 емкости. Третья ступень – током 0,05–0,02 от емкости.

Должен осуществляться контроль за процессом зарядки. Перезаряд губительно сказывается на состоянии аккумуляторов. Высокое газообразование приведет к срабатыванию предохранительного клапана и электролит вытечет.

Контроль производится по следующим методикам:

Достоинства и недостатки присущие Ni-MH элементам

Аккумуляторы последнего поколения не страдают такой болезнью, как «эффект памяти». Но после длительного хранения (более 10 суток) перед началом зарядки его все-таки необходимо полностью разрядить. Вероятность появления эффекта памяти появляется от бездействия.

Увеличенная емкость запаса энергии

Экологичность обеспечивают современные материалы. Переход на них значительно облегчил утилизацию отработанных элементов.

Что касается недостатков, то их тоже немало:

• высокое тепловыделение;
• температурный диапазон работы мал (от -10 до +40°С) хотя производители заявляют другие показатели;
• небольшой интервал рабочего тока;
• высокий саморазряд;
• несоблюдение полярности выводит аккумулятор из строя;
• хранить недолгое время.

Подбор по емкости и эксплуатация

Перед тем как купить Ni-MH аккумуляторы следует определиться с их емкостью. Высокие показатели не решение проблемы нехватки энергии. Чем выше емкость элемента, тем сильнее выражено саморазряжение.

Цилиндрические никель металлогидридные элементы в большом количестве выпускаются размерами, которые имеют маркировку AA или AAA. В народе прозванные как пальчиковые – aaa и мизинчиковые – aa. Купить их можно во всех электромагазинах и магазинах, торгующих электроникой.

Как показывает практика, аккумуляторы емкостью 1200–3000 mAh, имеющие размер aaa, используются в плейерах, фотоаппаратах и других электронных устройствах с большим потреблением электричества.

Аккумуляторы емкостью 300–1000 mAh, обычный размер aa используются на приборах с небольшим потреблением энергии или не сразу (портативная рация, фонарь, навигатор).

Ранее широко распространенные металлгидридные аккумуляторы использовались во всех портативных устройствах. Одиночные элементы устанавливались в бокс, разработанный производителем для удобства установки. Имели они обычно маркировку EN. Купить их можно было только у официальных представителей производителя.

Аккумуляторные батареи стали основным источником питания современных устройств, работающих на электронной основе. Наиболее популярными считаются Ni-MH аккумуляторы, так как они практичны, долговечны и могут обладать повышенной ёмкостью. Но для сохранности технических характеристик во время всего срока эксплуатации следует узнать некоторые особенности работы накопителей данного класса, а также правильные условия зарядки.

Стандартные Ni-MH аккумуляторы

Как правильно заряжать Ni-MH аккумуляторы

При начале зарядки любого автономного накопителя, будь это батарейка простого смартфона или высокоемкостной АКБ грузовика, в нём начинается ряд химических процессов, из-за которого происходит накопление электрической энергии. Получаемая накопителем электроэнергия не исчезает, часть её уходит на заряд, а определённый процент – на тепло.

Параметр, по которому определяется эффективность зарядки батареи, называется коэффициентом полезного действия автономного накопителя. КПД позволяет определить, как соотношение полезной работы и ненужных её потерь, уходящих на нагрев. И в данном параметре, аккумуляторы и батареи никель-металлогидридные сильно уступают Ni-Cd накопителям, так как слишком большая часть энергии, затрачиваемой на их заряд, параллельно уходит и на нагрев.

Никель-металлогидридный накопитель можно восстановить самостоятельно

Чтобы быстро и корректно зарядить никель-металлогидридную батарею, необходимо установить правильную величину тока. Данная величина определяется, исходя из такого параметра как ёмкость автономного источника питания. Можно увеличить силу тока, но делать это следует в определённые этапы зарядки.

Специально для никель-металлогидридных аккумуляторов определены 3 разновидности зарядки:

• Капельная. Протекает в ущерб долговечности батареи, не прекращается даже по достижению 100% заряда. Но при капельной зарядке выделяется минимальное количество тепла.
• Быстрая. Следуя названию, можно сказать что данный вид зарядки протекает немного быстрее, обусловлено это входным напряжение в пределах 0.8 Вольта. При этом, уровень КПД повышается до 90%, что считается очень хорошим показателем.
• Режим дозаряда. Необходим для заряда накопителя до полной его ёмкости. Данный режим проводится с использованием малого тока на протяжении 30-40 минут.

На этом особенности заряда заканчиваются, теперь следует рассмотреть каждый режим более подробно.

Особенности капельной зарядки

Основной особенностью капельной зарядки NiZn, а также Ni-MH аккумуляторов, является снижение её нагрева во время протекания всего процесса, который может длиться до восстановления полной ёмкости накопителя.

Стандартное зарядное устройство для Ni-MH батарей

Чем примечательна данная разновидность зарядки:

• Маленький ток, соответственно – отсутствие чётких рамок по разнице потенциалов. Напряжение заряда может достигать своего максимума без какой-либо негативного воздействия на срок службы накопителя.
• Коэффициент полезного действия в пределах 70%. Конечно, данный показатель ниже остальных, и время, необходимое для полного восстановления ёмкости, увеличивается. Но при этом снижается нагрев батареи.

Вышеперечисленные показатели можно отнести к категории положительных. Теперь следует обратить внимание на отрицательные качества капельной зарядки.

• Капельный процесс восстановления не прекращается даже после восстановления полной ёмкости. Постоянное воздействие даже маленького тока, при полном заряде батареи, быстро приводит её в негодность.
• Необходимо рассчитывать время заряда, исходя из таких факторов как сила тока, напряжение и . Не очень удобно, и у некоторых пользователей может занять слишком много времени.

Современные никель-металлогидридные источники питания не так негативно воспринимают капельный заряд, как более старые модели. Но производители зарядных устройств постепенно отказываются от применения подобного восстановления ёмкости аккумулятора.

Быстрый режим заряда Ni-MH батарей

Номинальными показателями заряда никель-металлогидридных батарей являются:

• Сила тока в пределах 1 А.
• Напряжение от 0.8 В.

Приведены те данные, от которых следует отталкиваться. Для быстрого режима заряда лучше всего устанавливать силу тока, равную 0,75 А. Этого вполне достаточно, чтобы за короткий промежуток времени восстановить накопитель и при этом не снизить его эксплуатационный срок. Если поднять ток более 1 А, то последствием может быть аварийный сброс давления, при котором открывается спусковой клапан.

ЗУ с точными показаниями силы тока

Для того, чтобы режим быстрой зарядки не причинил вреда батареи, необходимо следить за окончанием самого процесса. КПД быстрого восстановления ёмкости составляет около 90%, что считается очень хорошим показателем. Но в конце процесса зарядки КПД резко падает, и последствием такого падения становится не только выделение большого количества тепла, но и резкое увеличение давления. Конечно, такие показатели негативно сказываются на долговечности накопителя.

Процесс быстрого заряда состоит из нескольких этапов, которые следует рассмотреть более подробно.

Подтверждение наличия показателей заряда

Последовательность процесса:

1. На полюса накопителя подаётся предварительный ток, который составляет не более 0.1 А.
2. Напряжение заряда в пределах 1.8 В. При более высоком показатели быстрая зарядка батареи не начнётся.

Никель-металлогидридный элемент средней ёмкости

Логическая схема в зарядных устройствах запрограммирована на отсутствие батареи. Это означает, что, если выходное напряжение будет составлять более 1.8 В, то зарядное устройство воспримет такой показатель как отсутствие источника питания. Высокая разница потенциалов также возникает при повреждении аккумуляторной батареи.

Диагностика ёмкости источника питания

Перед началом восстановления ёмкости, ЗУ должно определить уровень заряженности источника питания, так быстрый процесс восстановления не может начаться, если он полностью разряжен и разница потенциалов составляет менее 0.8 В.

Для восстановления частичной ёмкости никель-металлогидридного накопителя предусмотрен дополнительный режим – предварительный заряд. Это щадящий режим, который позволяет аккумулятору «проснуться». Используется не только после полного восстановления ёмкости, но и при долгом хранение батареи.

Следует помнить, что для сохранности эксплуатационного срока никель-металлогидридных источников питания, их нельзя полностью разряжать. Или, если другого выхода нет, то делать это как можно реже.

Что такое пред-зарядка? Особенности процесса

Чтобы знать, как правильно заряжать аккумулятор, необходимо разобраться с процессом пред-заряда.

Главной особенностью режима предварительного восстановления ёмкости является то, что на него отводится определённый промежуток времени, не более 30 минут. Сила тока устанавливается в пределах от 0.1 А до 0.3 А. При таких параметрах отсутствует нежелательный нагрев, и аккумулятор может спокойно «проснуться». При превышении разницы потенциалов более 0.8 В пред-заряд автоматически отключается и начинается следующая ступень восстановления ёмкости.

Разнообразие никель-металлогидридной продукции

Если по истечении 30 минут напряжение источника питания не достигло отметки в 0.8 В, данный режим прекращается, так как зарядное устройство определяет источник питания как неисправный.

Быстрый заряд батареи

Данный этап и является той самой, быстрой зарядкой источника питания. Он протекает с обязательным соблюдением нескольких основных параметров:

• Контроль за силой тока, которая должна находиться в пределах 0.5-1 А.
• Контроль за временными показателями.
• Постоянное сравнение разницы потенциалов. Отключение процесса восстановления, если данный показатель упадёт на 30 мВ.

Очень важно следить за изменением параметров напряжения, так как по окончанию быстрой зарядки аккумулятор начинает быстро нагреваться. Поэтому ЗУ включают в себя отдельные узлы, отвечающие за контроль напряжения источника питания. Для этого специально используется метод контроля по дельте напряжения. Но некоторые производители ЗУ применяют современные разработки, которые отключают устройство при длительном отсутствии каких-либо изменений разницы потенциалов.

Более дорогим вариантом является установка котроллера за изменением температуры. Например, при повышении температуры Ni-MH накопителя, быстрый режим восстановления ёмкости автоматически отключается. Для этого необходимо дорогостоящие температурные датчики или радиоэлектронные схемы, соответственно, повышается цена и на само зарядное устройство.

Дозарядка

Данный этап очень похож на предварительную зарядку аккумуляторной батареи, при котором ток устанавливается в пределах 0.1-0.3 А, а весь процесс занимает не более 30 минут. Дозарядка необходима, так как именно она позволяет выровнять электронные заряды в источнике питания, и увеличить его эксплуатационный срок. Но при более длительном восстановлении, наоборот, происходит ускоренное разрушение аккумулятора.

Особенности сверхбыстрой зарядки

Существует ещё одно важное понятие восстановления ёмкости Ni-MH батарей – сверхбыстрая зарядка. Которая не только быстро восстанавливает источник питания, но и продлевает его эксплуатационный срок. Связано это с одной интересной особенностью Ni-MH аккумуляторов.

Металлогидридные источники питания можно заряжать повышенными токами, но только по достижению 70% ёмкости. Если пропустить этот момент, то завышенный параметр силы тока приведёт только к быстрому разрушению аккумулятора. К сожалению, производители ЗУ считают установку подобных контролирующих узлов на свои изделия слишком затратной, и используют более простую быструю зарядку.

Удобные пальчиковые источники питания

Проводить сверхбыструю зарядку следует только на новых батареях. Повышенные токи приводят к быстрому нагреву, следующей стадией которого становится открытие запорного клапана давления. После открытия запорного клапана, никелевый аккумулятор не подлежит восстановлению.

Выбираем зарядное устройство для Ni-MH батарей

Некоторые производители ЗУ делают уклон в сторону изделий, изготовленных специально для заряда Ni-MH батарей. И это понятно, так как данных источников питания наибольшее количество во многих электронных устройствах.

Следует более подробно рассмотреть функционал зарядных устройств, созданных специально для восстановления ёмкости никель-металлогидридных аккумуляторов.

• Обязательное наличие нескольких защитных функций, которые сформированы определённым сочетанием некоторых радиоэлементов.
• Наличие ручного или автоматического режима регулировки силы тока. Только таким образом можно будет устанавливать различные этапы зарядки. Разность потенциалов обычно берётся постоянной.
• Автоматическая подзарядка аккумуляторной батареи, даже по достижении стопроцентной ёмкости. Это позволяет постоянно поддерживать основные параметры источника питания, не в ущерб эксплуатационному сроку.
• Распознавание источников тока, работающих по-другому принципу. Очень важный параметр, так как некоторые разновидности аккумуляторов, при слишком большом токе заряда могут взорваться.

Последняя функция также относится к разряду особенных и требует монтажа специального алгоритма. Поэтому многие производители предпочитают отказаться от неё.

Ni-MH источники питания пользуются широкой популярностью из-за своей долговечности, простоты эксплуатации, а также доступной цены. Многие пользователи успели оценить положительные качества данных изделий.