Никельметаллгидридная батарея как заряжать

Ni-Mh аккумуляторы — правила зарядки и эксплуатации

Энергоемкость электроприборов постепенно увеличивается, и им для питания нужны улучшенные батареи. Никель металлогидридные аккумуляторы хоть и относят к устаревшим, продолжают быть востребованными. По конструкции аналогичны никель-кадмиевым, а по принципу работы – никель-водородным. При этом их удельная емкость выше, чем в обоих типах. Как устроены Ni MH аккумуляторы, как функционируют, где их применяют, а также правила эксплуатации и подзарядки – в статье.

Ni-Mh аккумуляторы отличаются высокой удельной емкостью.

Особенности устройства

Устройство АКБ.

Первая Ni MH АКБ была выпущена в 1970 году в научно-исследовательском институте Баттеля. Первые модели отличались нестабильным гибридным сплавом, что не давало высокого значения емкости. Спустя 10 лет, когда открыли новые металлы, «выносливость» батареи получилось значительно повысить, а именно на 50 %.

Аккумуляторная батарея включает в себя анод, сделанный из гидрид-лития или никель-латана, и катод – из оксида никеля. Это «плюс» и «минус», располагаемые друг напротив друга. Электролитом, то есть рабочей жидкостью, проводящей ток, служит щелочь. В данном случае это концентрированный гидроксид калия.

Чтобы правильно подключить АКБ к электроприбору, на корпусе есть отметки + и -. Эксплуатация подразумевает соблюдение полярности – это позволяет продлить срок службы гальванического элемента.

Все NiMH источники питания – аккумуляторы (rechargeable battery). Вид у них разный, как и форма, от чего зависит сфера применения. Есть гальванические элементы, которые применяют все реже, или ограничено. Пример – тип «крона» в форме призмы, маркируемая 6KR61. С напряжением в 9 В сейчас их используют преимущественно в старых устройствах.

Ныне востребованы такие виды:

АА. По-другому называют «пальчиковые». Уровень емкости – от 1700 до 2900 мАч;
ААА. «Мизинчиковые» источники питания емкостью 800 – 1000 мАч, которые также маркируются как MN2400 или MX2400;
C. Аккумуляторы средних размеров и емкостью от 4500 до 6000 мАч;
D. Изделия в форме бочонка, наиболее «выносливые», с запасом емкости в 9000 – 11500 мАч.

Параметр напряжения для всех этих элементов – 1.5 В, но есть модели и на 1.2 В. Практикуют последовательное соединение АКБ, с достижением максимального напряжения 12 В.

Обязательный элемент конструкции – предохранительный клапан, срабатывающий, если в «теле» аккумулятора давление увеличится до значений 2 – 4 МПа.

Принцип работы

В «теле» батареи проходят химические реакции за счет ионов, двигающихся от катода до анода в толще электролита. Так образуется энергия, которая и нужна потребителям, то есть электронным устройствам. Описывать все реакции нет смысла – для этого надо разбираться в химии.

Принцип работы аккумулятора.

Плюсы и минусы

Никель-металлогидридные элементы питания в сравнении с другими характерны повышенной емкостью. В отличие от кадмиевых аккумуляторов, в этих не используется кадмий – опасное вещество. Вместе с этим проще решить вопрос утилизации, тем не менее, выбросить отслужившую батарею как лом нельзя.

Опять же, сравнивая с кадмиевыми АКБ, NiMH, сделанные из никеля, как более экологического металла, быстро набрали популярность. Рассматривая плюсы и минусы, положительной чертой выступает и другой момент – чтобы уменьшить разрядное напряжение, аккумулятор надо полностью разрядить до 1 В. Процедуру повторяют каждые 20 – 30 дней.

Что до недостатков:

в конструкции – десять элементов. Если больше, то со временем батарея бы перегревалась или менялась бы полярность;
уступают никель-кадмиевым аналогам в плане диапазона рабочих температур. Чтобы источник питания не потерял своих свойств, его не используют при -10 или при +40°. В остальном диапазоне свойства стабильны;
чтобы зарядить изделие, надо специальное зарядное устройство. Батареи быстро нагреваются, поэтому в их конструкции предусмотрены предохранители или температурное реле;
высокий саморазряд. Если неправильно хранить АКБ, за месяц она потеряет 20 – 30 % от изначальной емкости.

Если часто разряжать и заряжать источник питания, в его корпусе будут проходить необратимые реакции. Изменение объема кристаллической решетки приведет к снижению уровня электролита, вместе с этим повысится внутреннее сопротивление.

Также учитывают, что параметры изделия во многом зависят от того, по какой технологии обрабатывался сплав «минусового» электрода, какова его текстура и состав. Металл, из которого делают сплавы, важен, и покупатели должны это учитывать.

Области применения

Сфера использования повсеместная, что обеспечивает высокий запас емкости элементов. Ni-MH АКБ ставят в портативные строительные инструменты, например, шуруповерты, измерительные устройства и т.д.

В быту их применяют для питания осветительных приборов, радиоаппаратуры, пультов ДУ, колонок, ноутбуков. В последних доминирующими стали литий-ионные батареи (Li Ion). Тем не менее, потребительские свойства сохраняются надолго. И это касается как одноразовых батареек, так и перезаряжаемых аккумуляторов.

За счет значения емкости подходят и к медицинским приборам, например, тонометрам, глюкометрам. Ток заряда стабильный, что не влияет на результаты измерения. Немало измерительных устройств применяют на улице, порой в неблагоприятных условиях, при минусовой температуре – никель-металлогидридные аккумуляторы хорошо справляются с такими условиями.

Правила эксплуатации

NiMH аккумуляторы характерны высоким внутренним сопротивлением элементов, а значит их компоненты теряют в эффективности. Нивелируют этот момент процессом под названием «циклование» – когда изделие разряжают до 3 – 5 %, а после полностью заряжают.

Как заявляют производители, выпускаемую ими продукцию стоит разряжать хотя-бы раз в месяц. Таким образом устраняют «эффект памяти», что позволяет продлить срок службы на 30 %.

Если батарея долго хранилась, восстанавливают ее емкость, используя всю энергию. После «раскачки» восстанавливается 90 – 95 % общего заряда.

Как правильно заряжать АКБ

Если грамотно эксплуатировать аккумулятор, он дольше прослужит. Важный момент – контроль времени и температуры в ходе зарядки. Если придерживаться всех правил, NiMH изделия служат 5 – 7 лет (это 800 – 1000 рабочих циклов).

Рекомендации по зарядке:

следят за температурой;
предельный уровень разряда – 1 В. Если превысить, источник питания уже не зарядить, так как зарядное устройство просто его не воспримет;
не стоит модернизировать конструкцию – это может кончиться плохо;
на зарядку уходит определенное время – это учитывают. При перезаряде батарея начнет выделять тепло.

Выпускаемые зарядные устройства автоматически выключаются, когда элемент питания получит нужный запас заряда.

Хранение

Если оставить батарею надолго – уровень ее заряда упадет. Если она хранилась в течение месяца при температуре +25° — примерно на 25 %. Последующие месяцы – плюс 7 – 10 %. Оптимальные условия хранения – теплое прохладное место.

Когда АКБ «отживет свое», ее утилизируют. Последующая эксплуатация не рекомендуется, так как из корпуса может вытечь опасный для здоровья электролит, который еще и зальет аппаратуру.

Рекомендации для хранения разных видов АКБ.

Утилизация

Выбрасывать отслужившую батарею в мусорник нельзя по причине ее химического состава, неблагоприятного для экологии. Аккумуляторы используют как вторичное сырье, отправляя на переработку. Для этого их сдают в специальные пункты приема, откуда их вывозят на предприятия.

Никель-металлогидридные АКБ уступают литий-ионным, но ими продолжают пользоваться ввиду соотношения цены к характеристикам. Параметры элементов питания во многом зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, структуры, состава и используемого металла сплавов. Их производят более 20 компаний, а выделяют Panasonic и Varta.

Правила зарядки Ni-MH аккумуляторов

Не секрет, что в любой момент можно оказаться в таких условиях, когда возникнет необходимость подзарядки «севших» батареек. К примеру, широко используемые в быту и на производстве Ni-MH аккумуляторы — как заряжать их правильно? Безусловно, можно воспользоваться простейшим зарядным устройством, входящим в комплектацию к предмету любой бытовой техники. Однако сила у них весьма невысока, поэтому такой заряд будет «держаться» очень недолго. Использование более сложных по типу подзарядников помогает добиться того, чтобы АКБ не только работала «на полную мощность», но и использовала при этом все свои возможные ресурсы. К тому же, батареи бывают разные. Их названия и принцип работы напрямую зависят от того, из какого состава они сделаны.

Распространенные виды никелевых АКБ, их сходства и различия

Существует много видов аккмуляторов, в состав которых входят различные химические соединения. В бытовом потреблении оптимально использовать никель-металлогидридные, кадмиевые и никель-цинковые элементы. Безусловно, любой батарее нужен определенный уход, поэтому всегда важно соблюдать правила эксплуатации и зарядки.

Никель-металлогидридные аккумуляторы — это вторичные химические источники тока с гораздо большей емкостью, чем их предшественники — кадмиевые, однако срок службы их меньше. Одна из популярных сфер применения никелевых элементов — моделестроение (кроме авиации, по причине того, что батарея довольно тяжела по весу).

Первые разработки этих элементов начались в 70-х годах ХХ века с целью усовершенствовать Сd аккумуляторы. Спустя 10 лет, в конце 80-х, удалось добиться того, что химические соединения, используемые при создании Ni-MH аккумуляторов, стали более стабильными. К тому же, они гораздо меньше подвержены «эффекту памяти», чем Ni-Cd: не сразу «запоминают» ток заряда, оставшийся внутри в случае, если элемент до использования не был разряжен полностью. Поэтому полный разряд им требуется не так часто.

Несмотря на то, что Ni-MH имеют ряд очевидных преимуществ перед Ni-Cd, стоит отметить, что последние не теряют своей популярности. Главным образом потому, что не так сильно нагреваются при зарядке засчет большего сохранения энергии внутри элемента. Как известно, есть различные типы химических процессов, протекающих между веществами.

Если заряжать Ni-MH, реакции будут экзотермическими, а если кадмиевые аккумуляторы — эндотермическими, что и обеспечивает более высокий коэффициент полезного действия. Таким образом, Cd можно зарядить более высоким током, не опасаясь перегрева.

В последнее время большое внимание обсуждению в Интернете уделяется батарейкам, в состав которых входит цинк. Они не настолько известны потребителям, как предыдущие, но идеально подходят для использования в качестве элементов питания к цифровым фотоаппаратам.

Главная их особенность — это высокое напряжение и сопротивление, благодаря чему даже к концу цикла «заряд-разряд» не наблюдается резкого падения напряжения, как у заряда Ni. Если в фотоаппарате находятся металлогидридные аккумуляторы, он будет выключаться даже в том случае, если батарея не разряжена до конца, а у Ni-Zn такого нет даже в конце разряда.

В связи со спецификой этих батареек, для них может потребоваться индивидуальное зарядное устройство, либо их можно заряжать на любом универсальном «умном» подзаряднике, например, ImaxB6. Ni-Zn аккумуляторы также прекрасно подходят для применения в электрических детских игрушках и тонометрах.

Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов и других источников питания

Лучше проводить зарядку АКБ с помощью более сложных моделей соответствующих устройств. Их алгоритмы токов имеют более сложную последовательность. Конечно, сделать это немного сложнее, чем просто вставить батарею в базовый подзарядник, входящий в комплектацию. Но и качество зарядки при использовании «умного» устройства будет на порядок выше. Итак, как заряжать Ni-MH аккумуляторы?

Вначале включается ток и осуществляется проверка напряжения на выводах батареи (параметры тока — 0,1 емкости аккумулятора, или С). Если напряжение превышает 1,8 В, это означает либо отсутствие аккумулятора, либо его повреждение. В данном случае, процесс начинать нельзя. Нужно либо сменить поврежденный элемент на целый, либо вставить в устройство новый.

После проверки напряжения оценивается начальный разряд АКБ. Если U у нее меньше 0,8 В, то нельзя сразу переходить к быстрой зарядке, а если U=0,8 В или больше, то можно. Это так называемая «фаза предзарядки», используемая для подготовки элементов, которые очень сильно разряжены. Значение тока здесь 0,1-0,3 С, а длительность по времени — полчаса, не меньше. Сразу следует отметить, что на всех этапах важно постоянно контролировать температуру . Особенно, если речь идет о том, каким током и как правильно заряжать Ni-MH АКБ. Такие аккумуляторы нагреваются гораздо быстрее, особенно, ближе к концу процесса. Их температура не должна превышать 50°С.

Быстрая зарядка проводится только в том случае, если предыдущие проверки были выполнены правильно. Как зарядить батарею правильно? Итак, изначальное напряжение — 0,8 В или чуть больше. Начинается подача тока. Она осуществляется плавно и осторожно в течение 2-4 минут — до достижения нужного уровня. Оптимальный уровень тока для Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов — 0,5-1,0 С, но иногда рекомендуется не превышать больше 0,75.

Важно определить вовремя момент окончания быстрой фазы во избежание выведения батареи из строя. Самым надежным, в данном случае, является dv-метод, который применяется по-разному при заряде никель-кадмиевых и Ni-MH аккумуляторов. У Ni-Cd напряжение становится все больше и падает к концу зарядки, поэтому сигналом для ее окончания служит момент, когда U снижается до уровня 30 мВ.

Поскольку у Ni-MH падение U заряжаемых элементов гораздо менее выражено, в данном случае, применяется метод dv=0. Засекается период времени в 10 минут, в течение которого U батареи остается стабильным — то есть, с установленным нулевым порогом колебаний напряжения.

В заключении следует небольшая фаза дозарядки. Ток — в пределах 0,1-0,3 С, длительность — до получаса. Это необходимо для того, чтобы батарея зарядилась полностью, а также для выравнивая потенциала заряда в ней.

Важный момент (к нему относится и зарядка Ni-Cd аккумуляторов): если она проводится сразу после быстрой, следует обязательно остудить аккумулятор в течение нескольких минут: нагретый элемент неспособен принимать заряд должным образом.

Кроме быстрой, существует еще и капельная зарядка, которая производится токами малой величины. Некоторые считают, что она «продлевает жизнь» элементам питания, но это не так. По сути, капельная зарядка ничем не отличается от эффекта стандартного зарядного устройства без «серьезной» регулировки показателей тока. Любой элемент питания, если он не используется, рано или поздно теряет накопившуюся энергию, и ему все равно понадобится полноценный процесс зарядки, невзирая на его длительность и «трудоемкость». Такой процесс зарядки для многих привлекателен еще и тем, что показатели тока здесь можно не фиксировать ввиду их малости. Однако «продлить жизнь» элементам питания может только серьезный подход к использованию «умных» зарядных устройств. А также правильное их хранение, с учетом особенностей того или иного вида АКБ.

Температурный фактор и условия хранения

Современные зарядные устройства бывают снабжены специальной системой «оценивания» условий окружающей среды, в том числе и температурных факторов. Такой «зарядник» может сам определить, проводить зарядку в тех или иных условиях, или нет. Уже упоминалось о том, что уровень КПД внутри батареи бывает самым высоким именно в начале процесса, когда аккумуляторы гидридного плана нагреваются не так сильно. В конце процесса зарядки либо ближе к нему КПД резко падает, и вся энергия, превращаясь в тепло вследствие экзотермических химических реакций, выделяется наружу. Важно вовремя прекратить заряжать Ni-MH батарею. И, если есть возможность, обзавестись самым новым зарядным устройством, которое будет точно контролировать этот процесс.

В настоящее время все зарядные устройства, в том числе и Сd аккумуляторы, могут заряжаться током до 1С с установлением норм воздушного охлаждения. Оптимальная температура помещения, в котором проводится зарядка — 20°С. Не рекомендуется начинать процесс при температуре меньше +5 и больше 50°С.

Уникальность Ni-Cd состоит в том, что это единственный вид элементов, которые не пострадают в случае, если их хранить полностью разряженными, в отличие от Ni-MH. Для лучшей отдачи тока заряд никель-кадмиевых аккумуляторов рекомендуется проводить непосредственно перед использованием. Также после длительного хранения им требуется «раскачка»: следует полностью зарядить и разрядить Ni-Cd АКБ за сутки для оптимальной работы.

Никель-металлогидридные элементы, в отличие от своих предшественников, могут легко выйти из строя при глубоком разряде. Поэтому хранить их нужно только заряженными. При этом раз в два месяца следует регулярно проверять напряжение. Минимальный его уровень должен всегда оставаться 1 В, а если оно падает, необходима подзарядка.

Новый Ni-MH аккумулятор нужно перед применением полностью зарядить и разрядить три раза, затем сразу поставить на «базу» в течение 8-12 часов. Позже не будет необходимости долго держать его на зарядке — снимать сразу после указания специального индикатора на зарядном устройстве.

Хотя на смену всем этим элементам питания уже давно пришли более емкие, на основе лития, они активно используются и сейчас. Это и привычнее, и намного дешевле. К тому же, литиевые батареи при низких температурах работают намного хуже.