Что нужно знать о Ni-MH аккумуляторах

Силовые NiMH аккумуляторы

Вступление

В 1999 году фирма Panasonic представила миру моделей NiMH (никель-металгидридные) аккумуляторы в форм-факторе SC (диаметр 22 мм, высота 43 мм) емкостью 3000 ма/ч. Это открыло новые перспективы для электромоделей: позволило увеличить время полетов и заездов.

В настоящей статье будет рассказано, чем отличаются NiMH от NiCd батарей, и о некоторых нюансах эксплуатации. Моменты, одинаковые для обоих типов элементов, (например, сборка батарей) будут опущены. Вы сможете посмотреть их в предыдущей статье про NiCd аккумуляторы.

NiMH и NiCd

Вообще-то, сами по себе NiMH аккумуляторы – не новость. Их придумали очень давно, и уже много лет успешно применяют в различных областях. Применение NiMH в электромоделях долгое время сдерживалось их ограничениями по разрядным и зарядным токам. Только в 1999 году фирме Panasonic удалось представить 3000 ма/ч в корпусе SC с приемлемыми характеристиками. Такие аккумуляторы могут отдавать токи до 30 ампер, чего хватает для большинства электромоделей. При одинаковых габаритах с NiCd, NiMH имеют большую удельную емкость. Тем не менее, если речь идет о токах 70 ампер, NiCd до сих пор остаются вне конкуренции.

В настоящее время основными производителями NiMH аккумуляторов в форм-факторе SC являются фирмы Panasonic, Sanyo и Powers International.

Выбор аккумуляторов

Как уже говорилось выше, в настоящее время (середина 2002 года) существует всего 3 производителя силовых NiMH аккумуляторов емкостью 3000 ма/ч. Принимая решение о выборе производителя, имейте в виду следующее:

1. Самое маленькое внутреннее сопротивление имеет Sanyo, дальше идет Panasonic и затем Powers.
2. Для больших токов можно однозначно рекомендовать Sanyo.
3. Для токов нагрузки до 20 ампер выигрыш по емкости будет у Powers, так как по сравнению с Sanyo они отдадут на 50-100 ма/ч больше.
4. У аккумуляторов Powers GT-3000R напряжение несколько меньше чем у Sanyo и Panasonic (примерно на 0.02 вольта для каждой банки).

В общем, выбирать есть смысл из Sanyo и Powers. А Panasonic остается в сторонке.

Скоро, однако, ситуация может сильно измениться. На сайте Powers International уже говорится об аккумуляторах R-3300, которые имеют увеличенную емкость, в полтора раза большие разрядные токи (30 ампер вместо 20) и более высокое напряжение, чем их предшественники GT-3000R.

Зарядка NiMH

Зарядка NiMH аккумуляторов отличается от зарядки NiCd. Более того, если ваш зарядник не предназначен для использования с NiMH, вы можете просто вывести им батарею из строя или заметно сократить срок ее службы.

Зарядка NiMH (SC 3000 ма/ч) проводится током от 3 до 5 ампер. Как правило, 5 амперами можно заряжать любые подобные элементы, если нет особых замечаний производителя. Но иногда при больших токах заряда и высокой температуре воздуха можно перегреть банки, поэтому токами более 3 ампер лучше не пользоваться, если нет особой необходимости. Как и в случае с NiCd батареями, перед зарядкой аккумулятору надо обязательно дать остыть, а во время зарядки температура батареи не должна превышать 45 градусов. Про то, что нельзя допускать резких перепадов температур, уже писалось в статье о NiCd аккумуляторах. Вместо использования агрессивного охлаждения лучше взять небольшой вентилятор и подождать.

Прекращение зарядки производится по стандартному пиковому методу (по спаду напряжения в конце заряда). Отличие от NiCd заключается в том, что у NiMH элементов пик выражен в 2 раза слабее, поэтому к зарядникам предъявляются более высокие требования по контролю напряжения. Если зарядник имеет регулируемую чувствительность пика конечного напряжения, то ее необходимо установить в 0.02-0.03 вольта для 6-баночной батареи (3-5 мв на один элемент).

Проводить зарядку NiMH следует в обычном “линейном” режиме, когда ток заряда остается постоянным на протяжении всего процесса. “Линейный” режим установлен по умолчанию во многих дорогих зарядниках, и является единственно возможным во всех дешевых. Использование других режимов вроде бы не влияет на продолжительность работы батареи, но после такой зарядки напряжение батареи будет немного ниже.

Внимание! NiMH аккумуляторы очень плохо относятся к перезаряду. По этой причине их нельзя подпитывать слабым током по окончании заряда (так называемый режим “trickle charge”). Помните, что многие дешевые зарядники переходят в этот режим автоматически, когда быстрая зарядка закончилась. Поэтому долго держать батареи в таких зарядных устройствах нельзя: сразу после окончания зарядки аккумуляторы необходимо вынуть. А еще лучше, конечно, использовать более серьезные зарядные устройства, где такая ситуация исключена. NiMH батареи можно “добивать” в заряднике повторно, непосредственно за несколько минут до использования. Это позволит максимально полно использовать энергию аккумулятора. Для этого зарядку надо начать хотя бы за 1 час до старта. Зарядка займет 40-45 минут, и еще останется время на остывание и добивку. Хочется предостеречь товарищей, которые любят впадать в крайности, от того, чтобы производить добивку несколько раз. Как уже выше говорилось, NiMH аккумуляторы очень не любят перезаряда, поэтому вторая добивка принесет больше вреда, чем пользы. Помните, что добивку стоит проводить только на хороших зарядниках. Чувствительность пика напряжения необходимо увеличить до 0.01 вольта для 6-баночных батарей. В идеале, надо просто стараться, чтобы батарея после зарядки как можно меньше лежала без дела.

Замечание. Фирма SANYO вообще не рекомендует проводить второй цикл “добивки”, а говорит о зарядке аккумуляторов непосредственно перед стартом. Тем не менее, практически все всё равно “добивают” батареи. Это идет немного в ущерб долговечности, но позволяет больше извлечь из аккумуляторов во время соревнований.

Разрядка NiMH

Между зарядками NiMH батареи должны быть обязательно разряжены, даже несмотря на то, что, по заявлениям некоторых производителей, эффект памяти в их NiMH элементах отсутствует. Если следующая эксплуатация батареи состоится в течение недели, то сразу после использования аккумулятор надо разрядить до напряжения из расчета 0.9 вольт на банку. Использовать фирменные разрядники для NiCd аккумуляторов нежелательно, поскольку они могут разрядить батарею сильнее, чем это допустимо, а это неблагоприятно влияет на состояние аккумуляторов и срок их службы.

Токи разряда не имеют принципиального значения. Единственное, за чем стоит следить, так это за тем, чтобы напряжение на банках не опустилось ниже 0.9 вольт. По этой же причине не стоит “сгонять” остатки электричества непосредственно на самой модели, гоняя ее двигатель без нагрузки. Таким способом можно сильно промахнуться с конечным напряжением.

Долгосрочное хранение

Если NiMH батарею предполагается хранить без использования дольше, чем 1 месяц, то ее надо обязательно зарядить хотя бы на 50% емкости. Все аккумуляторы имеют свойство терять энергию во время хранения. А как уже говорилось выше, NiMH элементы не любят переразряда. Поэтому хранить их в разряженном состоянии не стоит. Раз в 1-2 месяца следует проводить дозаряд, разряд и снова заряд на 30-60% емкости.

Заключение

В настоящее время NiMH аккумуляторы являются весьма перспективными с точки зрения ёмкости. Несмотря на кажущуюся сложность в обслуживании NiMH батарей, привычка следовать описанным выше правилам эксплуатации вырабатывается достаточно быстро, и вам останется только пользоваться большой ёмкостью NiMH аккумулятора в своё удовольствие.

Эксплуатация NiMH аккумуляторов

Несколько лет назад на замену NiCd пришли новые NiMH аккумуляторы (далее АКБ). Это была попытка преодоления недостатков никель-кадмиевых АКБ, которые тогда властвовали и повелевали. Главная идея NiMH аккумуляторов была борьба с недостатками NiCd: так называемый «эффект памяти», быстрый и медленный разряд – свойства, которые существенно затрудняли их использование их в модельных целях.

Однако, несмотря на активное освоение модельного рынка АКБ литий-полимерными и литий-феррофосфатными батареями, NiMH всё ещё популярны среди пользователей.

Это объясняется сочетанию неплохих характеристик батарей и их доступной ценой.

NiMH аккумуляторы: типоразмера АА, бортовой аккумулятор для моделей с ДВС, силовой аккумулятор

Все NiMH АКБ, для удобства, можно легко разделить на две основные группы:

• Обычные – то есть такие батареи, которые используются везде, в частности, практически во всех электроприборах и бытовой технике.
• Силовые – то есть те, которые были изобретены специально для использования в качестве источника питания для радиоуправляемых моделей.
• Соответственно, отличаются и их способы обслуживания.

Наработка (число разрядно-зарядных циклов) и срок службы Ni-MH аккумулятора зависит прежде всего от условий их эксплуатации. Наработка также зависит от глубины и скорости разряда, а также от скорости заряда и способа контроля его окончания. Учитывая все вышеописанные факторы, такие аккумуляторы могут обеспечить от 500 до 1000 разрядно-зарядных циклов при глубине разряда 80%. В среднем такие аккумуляторы живут от 3 до 5 лет, правда это правило не действует для модельных АКБ- для них это время существенно меньше.

Как мы уже говорили, если сравнить NiMH с NiCd аккумуляторами, то первые, конечно в меньшей степени, но все-таки обладают «эффектом памяти». Проще говоря, аккумулятор «привыкает» отдавать в процессе разряда ту емкость, которую он получил при последних зарядах. Если заряжать полуразряженный аккумулятор, просто «добивая» его до максимума, то со временем такой аккумулятор начнет отдавать только эту половину, теряя свою емкость.

Учитывая возможность «эффекта памяти», обычно, для продления жизни никелевых аккумуляторов используют циклирование. Он заключается в том, что аккумулятор полностью разряжают, а затем полностью заряжают. Это необходимо делать хотя бы раз в месяц. Благодаря циклированию, например, в случае если аккумулятор уже достаточно постарел и имеет уменьшенную емкость из-за эффекта памяти, то его характеристики можно легко реанимировать в пределах 10-20%. Для этого достаточно будет сделать всего 3 цикла. Стоит отметить, что все последующие попытки, обычно, уже не дают желаемого эффекта.

Есть два основных параметра при разряде: ток разряда и напряжение, до которого следует разряжать аккумулятор. С током ситуация довольно проста и понятна: чем меньше ток разряда, тем полнее разряд и эффективнее процесс – ток 0.1А будет правильным выбором.

С напряжением, до которого нужно разряжать аккумулятор, ситуация обстоит немного посложнее. Смысл всего этого состоит в том, чтобы не допустить полного разряда хотя бы одной банки, находящейся в батарее.

Для того, что бы было понятнее, приведем простой пример: у вас есть последовательная батарея, состоящая из 4 банок, причем одна из банок имеет несколько меньшую емкость. При разряде эта банка первая разрядится, и напряжение на ней начнет падать и, в конце- концов, упадет до нуля. На остальных банках в это время напряжение будет номинальным. Если вы в этот момент не остановите процесс разряда батареи, то по банке, на которой нулевое напряжение, ток будет всё также протекать от других батарей, перезаряжая ее, соответственно, в обратной полярности. Для «самого слабого звена» батареи такой процесс является губительным.

Перед хранением NiMH батареи, обязательно разрядите ее, как это было описано выше, а затем опять зарядите. Если вы планируете не использовать аккумулятор более недели, то рекомендуем вам зарядить его примерно на 30-50% перед хранением. Если предполагается не использовать его примерно месяц, то зарядите аккумулятор полностью. Соответственно, если вы берете NiMH батарею после хранения, то перед использованием полностью разрядите ее, а затем снова полностью зарядите. NiMH аккумулятор, который долго не использовался, все-таки требует некоторой тренировки перед тем, как будет снова обеспечивать полную емкость и отдачу.

Если же вы разрядите остаточный заряд в батареях, перед тем как зарядите их, это существенно поможет им лучше работать при первом запуске после длительного хранения. Просто разрядите батарею, дайте ей немного отдохнуть( примерно час) и затем снова зарядите ее.

Стоит отметить, что среди опытных автомоделистов бытует мнение, что NiMH батареи работают лучше при их использовании более одного раза в день. Не бойтесь использовать батарею 2-3 раза, однако, убедитесь, что дали ей остыть перед следующим зарядом.

Процесс зарядки обоих типов NiMH АКБ немного отличается, однако сходны они в том, что для достижения наилучших результатов вы обязательно должны использовать только зарядные устройства, специально предназначенные для заряда NiMH батарей. Дельта-пик (если вы можете его регулировать) должен быть установлен в 3-5 mV на элемент, если вы не можете установить его настолько точно, тогда 25 mV на 6 элементов и 30 mV на 7 элементов).

Зарядные устройства: простейшее (ночное), специальное ЗУ для NIMH, многофункциональное ЗУ

Помните, что NiMH аккумуляторы очень плохо относятся к перезаряду!

Именно поэтому их нельзя подпитывать слабым током по окончании заряда (режим “trickle charge”). Дешевые зарядные устройства переходят в этот режим автоматически, когда быстрая зарядка закончилась. Поэтому не рекомендуется долго держать батареи в таких зарядных устройствах. Лучше вынуть аккумуляторы сразу после окончания зарядки. Однако, все же лучше использовать более серьезные зарядные устройства, где такая ситуация просто не возможна.

Обычные аккумуляторы (к обычным стоит относить и аккумуляторы бортового питания моделей с ДВС) в большинстве случаев рекомендуется заряжать током 0.1С (где С – ёмкость в А*ч). Более высокие токи заряда, чем указано выше, могут дать только временное улучшение характеристик, и будут сокращать срок службы батарей!

Зарядка модельных силовых NiMH АКБ обычно проводится током от 3 до 5 ампер.Обычно, 5 амперами можно заряжать любые подобные элементы, если конечно нет особых замечаний производителя. Проводить зарядку NiMH рекомендуется в обычном “линейном” режиме, когда ток заряда остается постоянным на протяжении всего процесса. Так называемый “Линейный” режим установлен по умолчанию в большинстве дорогих зарядных устройствах , и является единственным во всех дешевых.

Верхняя граница зарядного тока определяется не только типоисполнением, но и условиями охлаждения конкретного аккумулятора. В процессе заряда NiMh аккумуляторы разогреваются тем сильнее, чем больше зарядный ток. Максимальная допустимая температура при заряде для большинства аккумуляторов составляет 55-60 градусов. Учитывайте и то, что батареи низкого качества нагреваются сильнее.

Силовые NiMH батареи можно “добивать” в зарядном устройстве повторно, за несколько минут до использования. Такое использование позволит максимально полно использовать энергию аккумулятора. Однако, не впадайте в крайности- помните, что NiMH аккумуляторы очень не любят перезаряда. «Добивку» аккумуляторов же рекомендуется проводить только на хороших зарядных устройствах.

Итак, мы рассмотрели типы аккумуляторов, рекомендуемые условия при хранении и зарядке. Надеемся, что наша статья будет вам полезна, особенно, если вы никогда не сталкивались с NiMH аккумуляторами.

В конце хотелось бы резюмировать се вышесказанное и подвести небольшие итоги.

Итак, что бы продлить срок службы NiMH АКБ и более полно сохранить их характеристики, необходимо помнить несколько правил:

1. Используйте качественные зарядные устройства для NiMH АКБ с разрядником!

2. Регулярно полностью разряжайте АКБ.

3. Следите за температурой батареи в процессе зарядки и давайте ей остыть перед повторным использованием.

Уход за аккумуляторными батареями

Как сделать так, чтобы аккумулятор служил дольше?

Мало кому нравится строго соблюдать правила эксплуатации аккумуляторов, но тем не менее производительность и долговечность аккумуляторных батарей может быть доведена до максимума, если соблюдать несколько несложных правил.

Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы:

Обычно поступают с завода в разряженном состоянии, поэтому перед использованием их необходимо зарядить в медленном зарядном устройстве на протяжении 14–16 часов, затем разрядить и зарядить аналогичным образом еще раз. Еще лучше проделать эту процедуру два-три раза.
Очень важно заряжать аккумуляторы только после их разряда. Заряд не полностью разряженных аккумуляторов приводит к возникновению «эффекта памяти» и сокращает срок жизни аккумуляторов.
Желательно заряжать аккумуляторы при комнатной температуре и использовать зарядные устройства, рекомендованные производителем.
Не оставлять аккумулятор в зарядном устройстве больше положенного времени.

Хранить аккумуляторы необходимо в сухом прохладном месте при температуре немного ниже комнатной. Перед хранением аккумуляторы необходимо зарядить, так как их хранение в разряженном состоянии сокращает срок жизни аккумуляторов.

Li-Ion аккумуляторы:

Режимы заряда Li-Ion аккумуляторов отличаются от вышеприведенных типов, поэтому заряжать их необходимо в специальных зарядных устройствах, предназначенных для Li-Ion аккумуляторов. Так как эти аккумуляторы не имеют «эффекта памяти», то совершенно безболезненно их можно дозаряжать. Желательно также не допускать длительное нахождение аккумулятора в минусовых температурах.

Выбор типа аккумуляторов и зарядных устройств

Правильный выбор аккумулятора зачастую ограничен тем, что продавец, как правило, предлагает оборудование уже в комплекте с аккумулятором и зарядным устройством, и заказчику ничего не остается делать, как приобрести то, что уже выбрано за него. Хотя во многих случаях это может оказаться и преимуществом, так как под конкретные условия работы (а соответственно режимы работы оборудования) фирма-производитель корректирует свою технологию изготовления аккумуляторов под режимы работы оборудования, которое она производит. И в этом случае продолжительность действия обычного аккумулятора (например, универсальных пальчиковых элементов) будет меньше.

Несмотря на то, что возможности покупателя по выбору аккумулятора ограничены в большинстве случаев двумя параметрами: емкостью аккумулятора и его ценой, все же, наверное, не лишним будет привести несколько правил, по которым следует выбирать себе необходимый тип аккумулятора и зарядного устройства.
Приобретать аккумуляторы и ЗУ, рекомендованные производителем. Каждая фирма-производитель имеет свои технологии производства и соответственно свои особенности эксплуатации аккумуляторов.

При выборе аккумулятора, в первую очередь, определить предъявляемые к нему требования и их приоритет; определить, какие из требований являются обязательными, а какие – желательными. Например, для владельцев сотовых телефонов вряд ли будет приемлемым никелево-кадмиевый аккумулятор, несмотря на его невысокую стоимость и большой срок жизни, главным образом из-за его веса и габаритных размеров. Температурный диапазон работы в этом случае также не является критичным параметром.

Так как литиево-ионные аккумуляторы в настоящее время знаменуют собой верх достижений с точки зрения удельной емкости, то они могут быть самыми подходящими в сотовых терминалах при большом времени работы от одной зарядки, но они же имеют и самую высокую стоимость!

Хорошим компромиссным вариантом в этом случае как по цене, так и по габаритным размерам может быть использование никелево-металлогидридного аккумулятора.

Для сотрудников силовых структур, использующих профессиональную радиосвязь, зачастую работающих в экстремальных условиях, критичными параметрами будут являться: температурный режим работы, возможность быстрой зарядки, длительность эксплуатации, ударопрочность и т. д. В этом случае, конечно же, предпочтительнее применение никелево-кадмиевого аккумулятора (не забывая при этом о его правильной эксплуатации).

Один из главных недостатков никелево-кадмиевого аккумулятора – сравнительно малая удельная емкость (соотношение емкости к габаритам и массе аккумулятора) – для радиостанций в этом случае не так уж критичен.
Температурный диапазон работы может быть критичным параметром в зависимости от того, где размещается радиостанция – во внутреннем кармане или снаружи (как у постового милиционера). Что касается зарядных устройств – использовать ускоренное ЗУ предпочтительнее в том случае, если время заряда аккумулятора более критично. Ускоренное ЗУ дороже обычного и несколько сокращает время действия аккумулятора.
Найти компромисс между жизнью и временем заряда аккумулятора предоставляем пользователю.
Предпочтение кондиционирующих зарядных устройств заключается в том, что, постоянно заряжая Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторы в этих ЗУ, можно заметно увеличить срок жизни аккумуляторов (не забывая о правилах эксплуатации аккумуляторов!).

Факторы, влияющие на количество рабочих циклов «заряда-разряда»

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей. Например, данные количества рабочих циклов «заряда-разряда» для Ni-Cd, Ni-MH, Li–Ion аккумуляторов:
Ni-Cd – 1500 циклов, если аккумулятор эксплуатируется в соответствии с требованиями производителя. Отсутствие периодического полного разряда приводит к сокращению жизни аккумулятора.
Для Ni-MH, Li-Ion аккумуляторов максимальное число циклов составляет 500, однако оно сильно зависит от глубины разряда аккумулятора при каждом цикле. Глубокий разряд аккумуляторов этих типов ведет к сокращению их жизни.

Обычно производители аккумуляторных батарей дают гарантированное количество рабочих циклов для конкретных аккумуляторов при их эксплуатации в определенных условиях.

Так, например, для пальчиковых элементов Ni-Cd, Ni-MH типа АА одного из крупнейших производителей аккумуляторных батарей – фирмы Varta – дается гарантированное количество циклов «заряд-разряд» (1000).
В действительности так оно и есть, если для аккумуляторов будут строго соблюдаться режимы заряда и разряда (ток, время, глубина разряда), внешняя температура и т.д.

Эффект памяти

Бывают случаи, когда новые никелево-кадмиевые аккумуляторы после нескольких десятков зарядных циклов уже не в состоянии отдавать номинальное значение своей емкости.

В чем же тут дело? А дело в неправильном заряде-разряде батареи.
«Эффект памяти» в аккумуляторной батарее проявляется в тенденции элемента приспосабливаться к определенному рабочему циклу, по которому аккумуляторная батарея работала период времени. По мере увеличения числа зарядно-разрядных циклов эффект проявляется все отчетливее. Например, если аккумулятор циклически разряжался до определенной глубины много раз, то в последующем цикле при попытке проведения нормального разряда он не сможет отдать большей емкости, чем при предыдущем режиме циклирования. В реальной жизни это происходит при зарядке в зарядном устройстве не полностью разрядившегося аккумулятора. Так, например, многие пользователи радиостанций, особенно перед выходом на ответственное мероприятие, длительное дежурство и т. д., желают перестраховаться от возможного разряда аккумулятора, пытаются дозарядить в зарядном устройстве не полностью разрядившийся аккумулятор, не подозревая о том, что аккумулятор подвергается паразитному «эффекту памяти»

Также причиной появления этого эффекта может стать «забытый» в зарядном устройстве аккумулятор.
А что же происходит внутри аккумулятора? Одна из главных проблем – это рост нежелательных кристаллов на пластине аккумулятора, которые уменьшают поверхностную область электрода, что ведет к снижению полезной емкости. В еще более прогрессивных стадиях эффекта острые грани кристаллов проникают в сепаратор (разделитель между положительной пластиной и отрицательной), повышая тем самым саморазряд «больного» аккумулятора.

Все же аккумуляторы с «эффектом памяти» могут почти полностью отдать свою номинальную емкость, но на низком, не приемлемом для электронного устройства уровне напряжения. «Эффект памяти» имеет временный характер и, в зависимости от длительности «болезни», может быть частично или полностью «стерт» несколькими полными циклами глубокого разряда (до одного вольта на элементе) и заряда. Иногда количество таких циклов доходит и до нескольких десятков.

В никелево-металлогидридных аккумуляторах, «эффект памяти» проявляется в значительно меньшей степени, однако «лечение» таких аккумуляторов, как показывает практика, малоэффективно.