Чем хороши Ni─mh аккумуляторы

Достоинства и недостатки Ni-MH аккумуляторов

9. Достоинства и недостатки Ni-MH аккумуляторов

Значительное увеличение удельных энергетических параметров не единственное достоинство Ni-MH аккумуляторов перед Ni-Cd аккумуляторами. Отказ от кадмия означает также переход к более экологически чистым производствам. Легче решается и проблема утилизации вышедших из строя аккумуляторов. Эти достоинства Ni-MH аккумуляторов определили более быстрый рост объемов их производства у всех ведущих мировых аккумуляторных компаний по сравнению с Ni-Cd аккумуляторами.

У Ni-MH аккумуляторов нет “эффекта памяти”, свойственного Ni-Cd аккумуляторам из-за образования никелата в отрицательном кадмиевом электроде. Однако эффекты, связанные с перезарядом оксидно-никелевого электрода, сохраняются.

Уменьшение разрядного напряжения, наблюдаемое при частых и долгих перезарядах так же, как и у Ni-Cd аккумуляторов, может быть устранено при периодическом осуществлении нескольких разрядов до 1 В. Такие разряды достаточно проводить 1 раз в месяц.

Однако никель-металлогидридные аккумуляторы уступают никель-кадмиевым, которые они призваны заменить, по некоторым эксплуатационным характеристикам:

– Ni-MH аккумуляторы эффективно работают в более узком интервале рабочих токов, что связано с ограниченной десорбцией водорода металлогидридного электрода при очень высоких скоростях разряда;

– Ni-MH аккумуляторы имеют более узкий температурный диапазон эксплуатации: большая их часть неработоспособна при температуре ниже -10°С и выше +40°С, хотя в отдельных сериях аккумуляторов корректировка рецептур обеспечила расширение температурных границ;

– в течение заряда Ni-MH аккумуляторов выделяется больше теплоты, чем при заряде Ni-Cd аккумуляторов, поэтому в целях предупреждения перегрева батареи из Ni-MH аккумуляторов в процессе быстрого заряда и/или значительного перезаряда в них устанавливают термо-предохранители или термо-реле, которые располагают на стенке одного из аккумуляторов в центральной части батареи;

– Ni-MH аккумуляторы имеют повышенный саморазряд (рисунок 10), что определяется неизбежностью реакции водорода, растворенного в электролите, с положительным оксидно-никелевым электродом (но, благодаря использованию специальных сплавов отрицательного электрода, получилось достигнуть снижения скорости саморазряда до величин, близких к показателям для Ni-Cd аккумуляторов;

– опасность перегрева при заряде одного из Ni-MH аккумуляторов батареи, а также переполюсования аккумулятора с меньшей емкостью при разряде батареи, возрастает с рассогласованием параметров аккумуляторов в результате продолжительного циклирования, поэтому создание батарей более чем из 10 аккумуляторов не рекомендуется всеми производителями;

– потери емкости отрицательного электрода, которые имеют место в Ni-MH аккумуляторе при разряде ниже 0В, необратимы, что выдвигает более жесткие требования к подбору аккумуляторов в батарее и контролю процесса разряда, чем в случае использования Ni-Cd аккумуляторов, как правило рекомендуется разряд до 1 В/ак в батареях незначительного напряжения и до 1,1 В/ак в батарее из 7-10 аккумуляторов.

Как уже отмечалось ранее, деградация Ni-MH аккумуляторов определяется, прежде всего, понижением при циклировании сорбирующей способности отрицательного электрода. В цикле заряда-разряда происходит изменение объема кристаллической решетки сплава, что приводит к образованию трещин и последующей коррозии при реакции с электролитом. Образование продуктов коррозии происходит с поглощением кислорода и водорода, в результате чего уменьшается общее количество электролита и повышается внутреннее сопротивление аккумулятора.

Следует заметить, что характеристики Ni-MH аккумуляторов существенно зависят от сплава отрицательного электрода и технологии обработки сплава для повышения стабильности его состава и структуры. Это вынуждает изготовителей аккумуляторов внимательно относиться к выбору поставщиков сплава, а потребителей аккумуляторов – к выбору компании-изготовителя.

10. Стандарты и обозначения НМ-аккумуляторов

В соответствии со стандартами Международной электрохимической комиссии IEC 61436 и IEC 61951-2 цилиндрические НМ-аккумуляторы обозначаются буквами HR, призматические – буквами HF и дисковые – буквами НВ. После букв для цилиндрических НМ-аккумуляторов указываются через дробную черту диаметр и высота аккумулятора в миллиметрах (округленная до целого числа в бóльшую сторону), а для призматических – ширина, толщина и высота. Например, HR15/51, HF15/09/49. Для дисковых аккумуляторов указываются через дробную черту диаметр и высота, но не в миллиметрах, а с использованием размерности в 1/10 миллиметра. Например, дисковый аккумулятор диаметром 15,6 мм и высотой 6,4 мм обозначается как НВ 156/064.

Отметим наиболее важные требования к НМ-аккумуляторам по этим стандартам:

– режим заряда нормированным током 0,1С в течение 16 ч при температуре (20±5) °С;

– продолжительность разряда при температуре (20±5)°С нормированным током 0,2С до напряжения 0,9 В не менее 42 минут для цилиндрических и призматических НМ-аккумуляторов и не менее 35 мин для дисковых;

– срок службы должен быть не менее 500 циклов;

Данные стандарты не устанавливают требований к НМ-аккумуляторам при повышенных температурах и при температурах ниже 0°С.

Рекомендации по работе с Ni-MH аккумуляторами

Первое использование

Для того чтобы аккумуляторы вышли на свою максимальную емкость, перед первым их необходимо сначала разрядить до напряжения 0,9В, а затем полностью зарядить.
Эту процедуру рекомендуется повторить 3-5 раз.
Новые купленные аккумуляторы из упаковки должны иметь напряжение более 1В. Меньшее напряжение говорит о том, что аккумуляторы хранились слишком долго без подзаряда, либо хранились при неоптимальной температуре и за счет саморазряда их напряжение снизилось. При снижении напряжения ниже 0,9В в аккумуляторе начинаются необратимые процессы, которые ведут к снижению емкости и увеличению внутреннего сопротивления.

Существуют зарядные устройства с функциями доразряда, тренировки аккумуляторов (циклирования) и измерения емкости и напряжения, например ROBITON ProCharger1000, MasterCharger Pro, MasterCharger 2B/Pro

Номинальная емкость

Номинальная емкость – количество электричества в ампер-часах, которое способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.
Для измерения номинальной емкости производители используют следующую методику:
заряд током 0,2С в течение 16 часов (где С – емкость аккумулятора), перерыв 1 час, разряд током 0,15-0,20С до 0,9В. Температура 18-22*С.
При несоблюдении этих условий емкость ваших аккумуляторов может отличаться от заявленной. Но зачастую хорошие аккумуляторы сохраняют те же показатели емкости и при значительном увеличении тока заряда и разряда.

Точное значение номинальной емкости можно узнать в спецификации на данный аккумулятор. Емкость, указанная на этикетке, может отличаться от номинальной.

Большинство зарядных устройств, которые обладают функцией замера емкости – не калиброваны и имеют погрешность до 5%. Это означает, что один и тот же аккумулятор емкостью 2500мАч, может показать различную емкость при измерении: от 2375мАч до 2625мАч.

Эффект памяти

Эффект памяти – потеря емкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при подзаряде не полностью разрядившегося аккумулятора.
Когда говорят, что Ni-MH не обладают “эффектом памяти”, имеют ввиду, что выражен он значительно слабее, чем у Ni-Cd аккумуляторов. Так сложилось исторически, так как Ni-Cd аккумуляторы появились первыми и обладали сильновыраженным “эффектом памяти”
Примерно 1 раз в два месяца необходимо полностью разряжать Ni-MH аккумуляторы (до 0,9В), чтобы поддерживать емкость аккумулятора на уровне заявленной производителем.

Название «эффект памяти» связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт только до «запомненной границы»

Количество циклов

Ni-MH аккумуляторы могут выдержать более 500 циклов заряд/разряд.
Количество циклов измеряется просто – аккумулятор заряжается/разряжается до тех пор, пока его емкость не снизится до уровня 80% от номинальной емкости. После 500-го цикла аккумулятор не “умирает”, а продолжает работать, но его емкость уже будет ниже на 20% от изначальной емкости.

Температура

Стандартный заряд: От 0 до 45ºС

Быстрый заряд: От 10 до 45ºС

Разряд: От -20 до 65ºС

Зачастую перегрев происходит при заряде аккумуляторов большим током. Температура при заряде током более 0,5С (где С – емкость) может достигать 65*С, поэтому при использовании быстрых зарядных устройств неизбежно ускоренное старение аккумуляторов.

Некоторые зарядные устройства имеют охлаждающий куллер, либо систему защиты от перегрева – они прекращают процесс заряда при превышении некоторого температурного порога.

Хранение

Максимальный срок хранения Ni-MH аккумуляторов достигается при уровне заряженности примерно 50%. С производства Ni-MH аккумуляторы выходят именно в таком состоянии. Оптимальная температура хранения от -20 до +30*С.

Саморазряд

Стандартные Ni-MH аккумуляторы, как и все другие элементы питания подвержены саморазряду. Это означает, что с течением времени их запасенная энергия снижается.
Скорость саморазряда стандартных Ni-MH аккумуляторов составляет до 40% в течение месяца. При этом 15-20% своей запасенной энергии аккумулятор теряет в первые сутки после заряда и по 10-15% от остаточной запасенной энергии теряется в течение каждого следующего месяца.
Это означает, что стандартные Ni-MH аккумуляторы необходимо подзаряжать непосредственно перед использованием.

Существуют Ni-MH аккумуляторы с низким саморазрядом, обычно с отметкой READY To USE или LOW SelfDischarge. За год их запасенная энергия снижается всего на 15%. Такие аккумуляторы выходят с производства полностью заряженными, они готовы к использованию сразу после покупки.

Время заряда Ni-MH аккумуляторов

Для аккумуляторов любой емкости формула расчета времени заряда проста:
Время (в часах) = Емкость аккумулятора (в мАч) * 1,2 / Ток зарядного устройства (в мА)

Например, если аккумулятор емкостью 2500мАч поставить на заряд током 700мА, то время заряда составит: 2500 * 1,2 / 700 = 4,3 часа

Формула применима для полностью разряженных аккумуляторов

Ток заряда Ni-MH аккумуляторов

Все Ni-MH аккумуляторы поддерживают стандартный и быстрый заряд.
Некоторые модели аккумуляторов могут поддерживать сверхбыстрый заряд.
Ток заряда выражается через С – емкость аккумулятора.
Например, ток заряда 0,3С для аккумулятора 2500мАч это 2500 * 0,3=750мА

Стандартный заряд: ток заряда Новинка Хит

Различия между Ni – CD, Ni – Mh и Li – ion, Li – pol

В данной статье, мы рассмотрим, некоторые, основные отличия Ni – CD от Ni – Mh перезаряжаемыми аккумуляторами и отличия Li – ion от Li – pol. Стоит учитывать, что все сведения являются приблизительными и предоставляются в ознакомительных целях, для общей наглядности различий, реальных параметров, которые могут отличаться в зависимости от производителя.

Ni Cd (Никель кадмиевый аккумулятор)

Появились и начали производиться раньше остальных типов

• Разряжена 0.9 – 1v
• Стандартное напряжение 1.2v
• Полностью заряжена 1.5 – 1.8v
• Устойчивость к перезаряду – средняя

Способны сохранять работоспособность приблизительно от -50 до+ 40 градусов по цельсию, присутствует возможность зарядки, при отрицательных температурах.

Количество циклов перезарядки от 100 – 900 до 2000, в зависимости от технологии производителя

Обладают эффектом памяти, вследствие чего, рекомендуется проводить тренировку, после приобретения или длительного хранения, от 3 до 5 циклов, полностью разряжая и заряжая аккумуляторные батарейки (следует придерживаться рекомендаций производителя), последующие соблюдение циклов, позволит наилучшим образом сохранять рабочие параметры.

Читать еще:  Упало дерево на автомобиль – судебная практика

Уровень саморазряда может достигать 8 – 10%, для более современных или 20 -30%, для более старых версий, от первоначальной емкости.

Могут храниться разряженными, в таком случае будут «сразу» готовы к эксплуатации, после зарядки.

Способны отдавать большой «пиковый» ток

Больший вес, при относительно одинаковых размерах с Ni –Mh

Более доступная стоимость

Ni Mh (Никель металл гидридный аккумулятор)

Появились после Ni – CD, избавлены от токсичных материалов, разрабатывались с учетом недостатков nicd

• Разряжена 0.9 – 1v
• Стандартное напряжение 1.2v
• Полностью заряжена 1.5 – 1.8v
• Устойчивость к перезаряду – слабая

Могут сохранять работоспособность от – 40 до + 50 градусов по цельсию
Возможна зарядка, при отрицательных температурах

Количество циклов перезарядки от 300 – 500, до 1000, в зависимости от используемой технологии и компонентов

Емкость больше до 20% процентов

Эффект памяти, как у кадмиевых отсутствует

Уровень саморазряда больше до 2 раз

При низких температурах скорость заряда необходимо снижать

LSD Ni-Mh

Более новая модификация NiMH аккумуляторов с очень низким уровнем саморазряда

Способны отдавать большие токи разряда

При отрицательных температурах медленнее теряют заряд

Количество циклов от 1000 до 1500 – 2000 циклов

Li – ion (Литий ионный аккумулятор)

Появились позже «никелевых»

• Разряжена 3v
• Стандартное напряжение 3.6v
• Полностью заряжена 4.1 – 4.4v
• Устойчивость к перезаряду – предельно слабая

Рабочий диапазон от – 20 до + 60

При отрицательных температурах разряд происходит существенно быстрее, практически невозможна зарядка

Количество циклов от 400 – 500, до 1000 – 1200.

Присутствует незначительный эффект памяти (в пределах погрешности, не требуется «тренировка» и полная разрядка, пред зарядом)

Уровень саморазряда около 3% при условии температуры выше 0

Нельзя допускать разряда ниже, порога в 3 вольта, в противном случае возможен выход из строя.

Не рекомендуется превышать рекомендованный производителем уровень заряда, в противном случае возможен выход из строя, самовозгорание или взрыв изделия.

Безопасность и контроль заряда, обеспечиваются встроенным, контроллером заряда, который может отсутствовать у некоторых моделей, в таком случае, требуется точный ручной контроль процесса, параметров и температуры.

Li – pol (Литий полимерный аккумулятор)

Усовершенствованная версия Li – ion

• Разряжена 2 – 3v
• Стандартное напряжение 3.6 – 3.7v
• Полностью заряжена 4.1 – 4.2v
• Устойчивость к перезаряду – предельно слабая

В качестве электролита, применяется полимерный материал, что обеспечивает большую безопасность, например, при повреждении оболочки или перегреве, в большинстве случаев не будет самовозгорания или взрыва.

Большая емкость, при аналогичных размерах

Меньшее падение напряжения, по мере по разряда

Благодаря полимерному электролиту, возможно исполнить меньшей толщины и практически любой формы

LiFePO₄ (Литий железо фосфатный аккумулятор)

Модификация Li – ion, в которой LiFePO_4, выступает в качестве катода

• Устойчивость к перезаряду – предельно слабая

Большее количество циклов до 2000

Более экологичные, особенно при утилизации

Емкость до 15% выше

Ток зарядки

Рекомендуемый Ni – Cd = 0.1c , Ni – Mh = 0,1c; Li – ion, Li – pol, li –FePO4 = 0,5c

Быстрая зарядка Ni – Cd = 4с, Ni – nh = 1,5c; Li – ion = 1c, Li – pol = 1c, li – FePO4 = 4c

(лучше придерживаться советов производителя)

Производятся специальные версии, всех выше перечисленных типов аккумуляторов, рассчитанных на больший ток, более низкие температуры…