Ni-mh-аккумуляторы: основные параметры

Области применения

Ni-MH-аккумуляторная батарея автомобиля Toyota NHW20 Prius

Аккумуляторная батарея фирмы Varta, «Museum Autovision», Альтлусхайм

Замена стандартного гальванического элемента, электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Выбор емкости аккумуляторов

При использовании NiMH-аккумуляторов далеко не всегда следует гнаться за большой ёмкостью. Чем более ёмок аккумулятор, тем выше (при прочих равных условиях) его ток саморазряда. Для примера рассмотрим аккумуляторы ёмкостью 2500 мА·ч и 1900 мА·ч. Полностью заряженные и не используемые в течение, например, месячного срока аккумуляторы потеряют часть своей электрической ёмкости вследствие саморазряда. Более ёмкий аккумулятор будет терять заряд значительно быстрее, чем менее ёмкий. Таким образом по прошествии, например, месяца аккумуляторы будут иметь примерно равный заряд, а по прошествии ещё большего времени изначально более ёмкий аккумулятор будет содержать меньший заряд.

С практической точки зрения аккумуляторы высокой ёмкости (1500—3000 мА·ч типоразмера AA) есть смысл использовать в устройствах с высоким потреблением энергии в течение короткого времени и без предварительного хранения. Например:

• В плеере;
• В радиоуправляемых моделях;
• В фотоаппарате — для увеличения количества снимков, сделанных в относительно короткий промежуток времени;
• В прочих устройствах, в которых заряд будет выработан за относительно короткий срок.

Аккумуляторы же низкой ёмкости (300—1000 мА·ч для AA-батарей) скорее подойдут для следующих случаев:

• Когда использование заряда начинается не сразу после зарядки, а по прошествии значительного времени;
• Для периодического использования в устройствах (ручные фонари, GPS-навигаторы, игрушки, рации);
• Для длительного использования в устройстве с умеренным энергопотреблением.

Зарядка аккумулятора никель металлгидридного

Процесс зарядки никель металлогидридных аккумуляторов связан с определенными химическими реакциями. Для их нормального протекания требуется часть энергии, которая подается зарядником, от сети.

КПД зарядного процесса представляет собой часть получаемой источником питания энергии, которая запасается. Величина этого показателя может разниться. Но при этом получить 100-процентное КПД невозможно.

Перед тем как заряжать металлогидридные аккумуляторы, изучают основные виды, которые зависят от величины тока.

Капельный тип зарядки

Применять этот вид зарядки для аккумуляторов необходимо осторожно, поскольку он приводит к уменьшению периода эксплуатации. Так как отключение зарядника этого типа осуществляется вручную, процесс нуждается в постоянном контроле, регулировании

В этом случае устанавливается минимальный показатель тока (0,1 от общей емкости).

Поскольку при такой зарядке ni mh аккумуляторов максимальное напряжение не устанавливается, ориентируются только на временной показатель. Для оценки временного промежутка используют параметры емкости, которые имеет разряженный источник питания.

КПД заряженного таким способом источника питания составляет около 65–70 процентов. Поэтому компании-изготовители не советуют пользоваться такими зарядниками, поскольку они влияют на эксплуатационные параметры аккумуляторной батареи.

Быстрая подзарядка

Определяя, каким током можно заряжать ni mh батарейки в быстром режиме, учитываются рекомендации производителей. Величина тока – от 0,75 до 1 от общей емкости. Превышать установленный интервал не рекомендуется, так как аварийные клапана включаются.

КПД быстрой зарядки ni mh источников питания достигает 90 процентов. Но этот параметр уменьшается, как только время зарядки заканчивается. Если своевременно не отключить зарядник, то внутри батарейки начнет увеличиваться давление, возрастет температурный показатель.

Дабы зарядить ni mh акб, выполняют такие действия:

Предварительная зарядка

Этот режим вводят в том случае, если батарейка полностью разряжена. На этом этапе ток составляет от 0,1 до 0,3 от емкости. Пользоваться большими токами запрещено. Временной промежуток – около получаса. Как только параметр напряжения достигает 0,8 вольт, то процесс прекращается.

Переход на ускоренный режим

Процесс наращивания тока осуществляется в течение 3–5 минут. В течение всего временного промежутка контролируется температура. Если этот параметр достигает критического значения, то зарядник отключается.

При быстрой зарядке никель металлогидридные батареек ток устанавливается на уровне 1 от общей емкости

При этом очень важно быстро отключить заряжающее устройство, дабы не нанести вред аккумулятору

Для контроля напряжения используют мультиметр или вольтметр. Это способствует исключению ложных срабатываний, которые пагубно влияют на работоспособность устройства.

Часть зарядных устройств для ni mh аккумуляторов работают не при постоянном, а при импульсном токе. Подача тока осуществляется с установленной периодичностью. Подача импульсного тока способствует равномерному распределению электролитического состава, активных веществ.

Дополнительная и поддерживающая зарядка

Для восполнения полного заряда ni mh аккумулятора на последнем этапе показатель тока снижается до 0,3 от емкости. Продолжительность – около 25–30 минут. Увеличивать этот временной промежуток запрещено, поскольку это способствует минимизации периода эксплуатации АКБ.

Ускоренная зарядка

Некоторые модели зарядных устройств для никель кадмиевых аккумуляторов оснащены режимом ускоренной зарядки. Для этого ток зарядки ограничивают, устанавливая параметры на уровне 9–10 от емкости. Снижать ток заряда нужно, как только батарея будет заряжена до 70 процентов.

Если аккумуляторная батарея заряжается в ускоренном режиме более получаса, то структура токопроводящих выводов постепенно разрушается. Специалисты рекомендуют пользоваться такой зарядкой, если вы обладаете определенным опытом.

Рекомендации по разрядке и зарядке АКБ

Как правильно заряжать источники питания, а также исключить вероятность перезарядки? Для этого следует соблюдать такие правила:

1. Контроль температурного режима ni mh аккумуляторов. Прекращать зарядку nimh аккумуляторов необходимо, как только уровень температуры стремительно повышается.
2. Для nimh источников питания установлены временные ограничения, которые позволяют контролировать процесс.
3. Разряжать ni mh аккумуляторные батареи и заряжать их необходимо при напряжении, которое равно 0,98. Если этот параметр существенно снижается, то выполняется отключение зарядников.

Восстановление никель металлогидридных источников питания

Процесс восстановления ni mh аккумуляторов заключается в ликвидации последствий «эффекта памяти», которые связаны с потерей емкости. Вероятность возникновения такого эффекта увеличивается, если часто осуществлять неполную зарядку агрегата. Аппаратом фиксируется нижняя граница, после чего емкость снижается.

Перед тем как восстановить источник питания, подготавливаются такие предметы:

Лампочка требуемой мощности.
Зарядник

Перед применением важно уточнить, можно ли использовать зарядник для разрядки.
Вольтметр или мультиметр для установления напряжения.. К аккумуляторной батареи своими руками подводят лампочку либо же зарядник, который оснащен соответствующим режимом, дабы полностью ее разрядить

После этого включается режим зарядки. Численность циклов восстановления зависит от того, в течение какого срока не эксплуатировалась АКБ. Процесс тренировки рекомендуют повторять 1–2 раза в течение месяца. Кстати, восстанавливаю таким способом те источники, которые потеряли 5–10 процентов от общей емкости

К аккумуляторной батареи своими руками подводят лампочку либо же зарядник, который оснащен соответствующим режимом, дабы полностью ее разрядить. После этого включается режим зарядки. Численность циклов восстановления зависит от того, в течение какого срока не эксплуатировалась АКБ. Процесс тренировки рекомендуют повторять 1–2 раза в течение месяца. Кстати, восстанавливаю таким способом те источники, которые потеряли 5–10 процентов от общей емкости.

Для вычисления утраченной емкости используют достаточно простой способ. Так, аккумуляторную батарею полностью заряжают, после чего его разряжают и измеряют емкость.

Этот процесс существенно упроститься, если пользоваться зарядным устройством, с помощью которого можно контролировать и уровень напряжения. Такие агрегаты выгодно использовать еще и потому, что вероятность глубокого разряда сокращается.

Если степень заряженности никелевых металлогидридных батарей не установлена, то подводить лампочку необходимо осторожно. С помощью мультиметра контролируется уровень напряжения

Только так предотвращается вероятность полного разряда.

Опытные специалисты проводят, как восстановление одного элемента, так и целого блока. В период зарядки проводят выравнивание имеющегося заряда.

Восстановление источника питания, который эксплуатировался в течение 2–3 лет, при полном заряде, разряде не всегда приносит ожидаемый результат. Все потому, что электролитический состав и токопроводящие выводы постепенно меняются. Перед применением таких устройств выполняется восстановление электролитического состава.

Просмотрите видео про восстановление такого аккумулятора.

Как заряжать Ni-Mh аккумуляторы?

Ni-Mh или металлгидридные аккумуляторы применяются для питания разной электронной техники. Наиболее часто их можно встретить в виде батареек типа ААА или АА. Реже встречаются в виде промышленных батарей. В этом случае они гораздо объемнее, да и заряда у них больше.

Особенности эксплуатации батареи

Чтобы заряда хватило как можно дольше, рекомендуется заряжать только после того, как пальчиковая батарея полностью сядет. То есть пока устройство не отключится, из-за нехватки энергии, ставить аккумулятор на зарядку не рекомендуется. Заряжать его тоже следует только до конца.

Если вы только недавно приобрели подобный аккумулятор, то перед началом эксплуатации его следует «раскачать». То есть поставить на зарядку, установив минимальный ток, а затем разрядить при помощи того же зарядника (не на всех зарядных устройствах есть такая функция) или лампочки.

Правильная зарядка батарейки

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.

Виды АКБ для шуруповертов и их особенности

В современных аккумуляторных шуруповертах и дрелях используются три типа батарей:

1. Никель-кадмиевые (NiCd, Ni-Cd).
2. Никель-металлогидридные (Ni-MH или NiMH).
3. Литий-ионные (Li-ion).

Рассмотрим особенности каждого из типов аккумуляторов подробно.

Никель-кадмиевые

Этот тип источников энергии, пожалуй, самый старый. Появились кадмиевые аккумуляторы в 70-х годах, и это был настоящий прорыв. По сравнению с кислотно-свинцовыми и щелочными батареями никелевые оказались намного компактнее при той же электрической емкости и имели умеренную цену.

Как и свинцово-кислотные, Ni-Cd элементы могут отдавать довольно большой ток в нагрузку и выдерживать до 1 000 циклов заряд/разряд. Причем такое количество циклов – всего лишь гарантия производителя. Фактически батарея продолжает служить и по достижении этой цифры.

Время зарядки Ni-Cd батареи в среднем составляет 6-8 часов, что, к сожалению, многовато, но все же меньше, чем у его кислотных и щелочных собратьев. Отличаются никелевые АКБ и своей «морозоустойчивостью» – они отлично работают при температурах до -20 градусов Цельсия. Дополнительно кадмиевая технология допускает глубокую разрядку, а срок службы батареи зависит в основном от количества циклов заряд/разряд. Храниться же такая батарейка может долго – до 7-8 лет.

Но есть у этого типа аккумуляторов и недостатки, причем существенные. Один из них – большой саморазряд, который может достигать 10% в месяц. Таким образом, если шуруповерт пролежал без дела, скажем, полгода, то перед использованием его придется зарядить.

Еще один недостаток – так называемый «эффект памяти». Если батарею постоянно подзаряжать, не разряжая в ноль, то она «запомнит», до какого уровня ее разряжали и по достижении этого порога просто откажется работать, “сказав”, что разряжена. Именно поэтому аккумуляторы данного типа нужно периодически «гонять» – полностью разряжать и тут же заряжать до 100%.

Никель-металлогидридные

Этот тип аккумуляторов появился чуть позже – в начале 90-х годов прошлого века. Ni-MH элементы обладают сходными с кадмиевыми характеристиками, но эффект памяти проявляется у них намного слабее (но все же проявляется) и, главное, в таких аккумуляторах отсутствует кадмий.

Ni-MH батарея аккумуляторов для шуруповерта

Никель-металлогидридная батарея способна отдавать приличный ток, хорошо работает на морозе, а ее саморазряд составляет те же 7-10% в месяц. Что касается стоимости, аккумуляторы этого типа несколько дороже кадмиевых, количество же циклов заряд/разряд, от которого зависит срок службы, составляет всего 300-500 раз, что является существенным минусом. Срок хранения таких элементов – 6-7 лет. Соотношение габариты/емкость, как и время заряда – до 8 часов, сходны с кадмиевыми. Металлогидридные элементы, как и кадмиевые, хорошо переносят глубокий разряд.

Литий-ионные

Li-Ion технология на сегодняшний день является передовой. Литиевые элементы намного компактнее и легче предыдущих при той же электрической емкости и, что очень удобно, могут заряжаться повышенным током. При этом время полной зарядки литий-ионных АКБ может быть сокращено до 1-2 часов.

Li-Ion батарея аккумуляторов для шуруповерта

Большим преимуществом батареек этого типа является и практически полное отсутствие эффекта памяти – инструмент можно подзаряжать когда угодно и до любого уровня. Саморазряд Li-Ion батарейки относительно невелик и составляет примерно 2-3% емкости в месяц.

Что касается недостатков, то до относительно недавнего времени это были высокие степени пожаро- и взрывоопасности. При неправильной эксплуатации батарея могла загореться, а то и взорваться. Причем горящий элемент практически невозможно потушить водой – это только усиливает горение.

Еще один серьезный недостаток элементов этого типа – они не терпят глубокого разряда и перезаряда. В первом случае АКБ тут же выходит из строя, во втором – может загореться. Но эту проблему тоже легко решили все тем же контроллером, который отключает элемент питания от нагрузки при критическом разряде и от зарядного устройства, если АКБ зарядилась.

Обычный ресурс Li-Ion батареек составляет 600 циклов заряд/разряд, но он также сильно зависит и от «возраста». Храниться литий-ионная АКБ может не более 2-3 лет независимо от того, работает она или просто лежит в столе.

Выбирая инструмент с такими элементами питания, следует учитывать, что они будут плохо вести себя на морозе (сильное снижение емкости, которая, впрочем, восстановится в тепле). В дополнение они не смогут отдать большой ток при любой температуре, а значит, не обеспечат большой крутящий момент, необходимый для работы с плотными материалами. И стоимость Li-Ion элементов намного выше, чем у никелевых собратьев.

Технические характеристики

Наработка (число разрядно-зарядных циклов) и срок службы Ni-MH аккумулятора в значительной мере определяются условиями эксплуатации. Наработка понижается с увеличением глубины и скорости разряда и зависит от скорости заряда. Ускоренный (за 4 – 5 часов) и быстрый (за 1 час) заряды возможны для Ni-MH аккумуляторов, имеющих высокоактивные электроды. В зависимости от типа, режима работы и условий эксплуатации аккумуляторы обеспечивают от 500 до 1000 разрядно-зарядных циклов при глубине разряда 80% и имеют срок службы от 3 до 5 лет. С повышением нагрузки (уменьшение времени разряда) и при понижении температуры емкость Ni-MH аккумулятора уменьшается. Особенно заметно действие снижения температуры на емкость при больших скоростях разряда.

Условия эксплуатации и хранения

При хранении происходит саморазряд Ni-MH аккумулятора. За месяц при комнатной температуре потеря емкости составляет 20-30%, а при дальнейшем хранении потери уменьшаются до 3-7% в месяц. Скорость саморазряда повышается при увеличении температуры. Ni-MH аккумуляторы чувствительны к перезаряду. В течение заряда Ni-MH аккумуляторов выделяется теплота, поэтому в целях предупреждения перегрева батареи из Ni-MH аккумуляторов в процессе быстрого заряда и/или значительного перезаряда в них устанавливают термопредохранители или термореле. Ni-MH аккумуляторы имеют сравнительно узкий температурный диапазон эксплуатации: большая их часть неработоспособна при температуре ниже -10 градусов и выше +40 градусов.

Применение в гибридных автомобилях

Ni-MH аккумулятор

В гибридных автомобилях применяются Ni-MH аккумуляторы прямоугольной конструкции. В них положительные и отрицательные электроды размещены поочередно, а между ними размещается сепаратор. Блок электродов вставлен в металлический или пластмассовый корпус и закрыт герметизирующей крышкой. В Ni-MH аккумуляторах используется щелочной электролит, состоящий из КОН с добавкой LiOH. Хотя большинство специалистов уверены, что будущее за литий-ионными батареями, на многих гибридных автомобилях используются никель-металлгидридные аккумуляторы. Они существенно дешевле, а их производство технологически отработано. Проигрывают же они в весовом качестве (отношении запасенной энергии к массе) и диапазоне зарядки (от 40 до 60%) – всего 20% общей емкости.

История создания

Первые работы по созданию никель-кадмиевых аккумуляторов начались еще в 50-х годах. Однако только к середине 70-х был созданы сплавы, позволяющие абсорбировать водород в достаточно больших объемах. Правда, аккумуляторы, созданные на их основе, имели недостаточную емкость по сравнению с никель-кадмиевыми.

Однако исследования не прекращались, в результате чего был создан сплав La-Ni-Co, позволяющий электрохимически обратимо абсорбировать водород на протяжении более 100 циклов. В промышленное производство Ni-MH аккумуляторы поступили в середине 80-х годов. С тех пор их конструкция постоянно совершенствуется путем применения новых сплавов. Сплавы никеля с металлами редкоземельной группы могут обеспечить до 2000 циклов заряда-разряда аккумулятора при понижении емкости отрицательного электрода не более чем на 30 %.

Особый случай.

Внимание!
Производители не гарантируют нормальную работу аккумуляторов 
при зарядных токах превышающих ток ускоренной зарядки
Iзар должен быть меньше емкости
аккумулятора. Так для аккумуляторов емкостью 2500ма*час он должен
быть ниже 2,5А

Бывает, что NiMH элементы после
разрядки имеют напряжение менее 1,1 В. В этом случае необходимо
применить прием описанный в приведенной выше статье в журнале МИР
ПК. Элемент или последовательная группа элементов подключается к
источнику питания через автомобильную лампочку 21 Вт.

Еще раз обращаю Ваше внимание! У таких
элементов обязательно надо проверить саморазряд! В большинстве
случаев именно элементы с пониженным напряжением имеют
повышенный
саморазряд. Эти элементы проще выкинуть

Зарядка предпочтительна индивидуальная для каждого элемента.

Для двух элементов напряжением 1,2 В зарядное напряжение
не должно превышать 5-6В. При форсированной зарядке лампочка
одновременно является индикатором. При снижении яркости лампочки
можно проверить напряжение на NiMH
элементе. Оно будет больше 1,1 В. Обычно, эта начальная, форсированная зарядка
занимает от 1 до 10 минут.

Если NiMH элемент, при форсированной
зарядке в течении нескольких минут не увеличивает напряжение,
греется — это повод снять его с зарядки и отбраковать.

ВЫВОДЫ:

Рекомендую применять зарядные устройства только с возможностью
тренировки (регенерации) элементов при перезарядке. Если нет таких,
то через 5-6 рабочих циклов в аппаратуре, не дожидаясь
полной потери емкости, производить их тренировку и
отбраковывать
элементы имеющие сильный саморазряд.

 И они Вас не
подведут.

В одном из форумов прокомментировали эту статью
«написано тупо, но больше ничего нет
«. Так Вот это не»тупо», а просто и
доступно для выполнения на кухне каждому кто нуждается в
помощи.
Т.е. максимально просто. Продвинутые могут поставить
контроллер, подключить компьютер, …… , но это уже
другая история.

Чтобы не казалось тупо

Существуют «умные» зарядники для
NiMH элементов.

Такой зарядник работает с  каждым аккумулятор
отдельно.

Рис. 5

Он умеет:

1. индивидуально работать с каждым
   аккумулятором в разных режимах,
2. заряжать аккумуляторы в быстром и медленном
   режиме,
3. индивидуальный ЖК дисплей для каздого
   аккумуляторного отсека,
4. независимо заряжать каждый из аккумуляторов,
5. заряжать от одного до четырех аккумуляторов
   разной емкости и типоразмера (АА или ААА),
6. защищать аккумулятор от перегрева,
7. защищать каждый аккумулятор от перезарядки,
8. определение окончание зарядки по падению
   напряжения,
9. определять неисправные аккумуляторы,
10. предварительно разряжать аккумулятор до
    остаточного напряжения,
11. восстанавливать старые аккумуляторы
    (тренировка заряд-разряд),
12. проверять емкость аккумуляторов,
13. отображать на ЖК дисплее: — ток заряда,
    напряжение, отражать текущую емкость.

Самое главное, ПОДЧЕРКИВАЮ,
данного типа устройства позволяют работать индивидуально
с каждым аккумулятором.

По отзывам пользователей такое зарядное устройство
позволяет восстановить большинство запущенных
аккумуляторов, а исправные эксплуатировать весь
гарантированный срок эксплуатации.

К сожалению я таким зарядником не пользовался,
поскольку в провинции его купить просто невозможно, но в
форумах Вы можете найти много отзывов.

Главное не заряжайте на больших токах, не смотря на
заявленный режим с токами 0,7 — 1А, это все же
малогабаритное устройство и может рассеять мощность 2-5
Вт.

Заключение

Любое восстановление NiMh
аккумуляторов строго индивидуальная (с каждым отдельным
элементом) работа. С постоянным контролем и отбраковкой
элементов не принимающих зарядку.

И лучше всего заниматься их восстановлением с помощью
интеллектуальных зарядных устройств, которые позволяют
индивидуально выполнять отбраковку и цикл заряд — разряд
с каждым элементом. А поскольку таких устройств
автоматически работающих с аккумуляторами любой емкости
не существует, то они предназначены для элементов строго
определенной емкости или должны иметь управляемые токи
зарядки, разрядки!

Другие статьи на эту тему:

1. Тестирование Ni-MH аккумуляторов АА
   форм-фактора. Автор данной статьи  Propretor.

2. Секреты
   «омоложения» батареи ноутбука, Вадим Логинов, Журнал «Мир ПК», #05, 2006
   год.

А.Сорокин

2011 г.

<<назад>> <<
в начало>>
<<на главную
>>