Ni MH аккумуляторы: характеристика, особенности зарядки

История создания и развитие Ni-Mh накопителей

Ni-Mh появились ещё в середине прошлого столетия. Изобретены они были как наследники никель-кадмиевых АКБ , с целью нивелировать недочёты, которыми те обладали.

Проводимые учёными исследования позволили изобрести никель-водородные АКБ, используемые в космической технике. Профессора сумели вывести новый метод накопления водорода: в этом типе электронакопителей водород скапливался в сплавах. Такие материалы имели возможность накапливать объём водорода, в тысячу раз превосходящий их личный объём.

Сплав состоял минимум из 2-х металлов. Один из них отвечал за накапливание водорода, другой был катализатором, обеспечивающим переход водородных атомов в металлическую решётку. Применяться может разнообразное сочетание металлов, что позволяет изменять свойства сплава. Специально было налажено производство сплавов, функционирующих при комнатной температуре и пониженном давлении водорода.

Новые сплавы разрабатываются и сегодня, также полным ходом идёт модернизация производства Ni-Mh. Успехи скажет так есть: некоторые девайсы данного типа выдерживают до 2000 циклов. Стоит отметить, что при этом, ёмкость «-» электрода падает не более чем на 30%. Разработчикам удаётся достичь подобного результата благодаря применению сплавов никеля с разными редкоземельными металлами.

1975 год ознаменовался получением патента на сплав LaNi5. Материал применялся в Ni-Mh электронакопителе как активное вещество. Если брать во внимание более ранние версии аккумуляторов с другими металл-гидридными сплавами, то они не обеспечивали приемлемую ёмкость.

Промышленный выпуск обсуждаемых электронакопителей стартовал в середине 80-х годов, когда учёные получили сплав La-Ni-Co. Материал давал возможность осуществлять обратимое абсорбирование водорода более сотни циклов. В дальнейшем, все модернизации никель-металлогидрида были направлены на наращивание энергетической плотности.

По ходу усовершенствований, замене подвергся минусовой электрод, что увеличило активную массу электрода «+» в 1,3-2 раза. Собственно от положительного электрода имеет зависимость ёмкость никель-металлогидридного устройства. Такая разновидность предлагает более солидные удельные энергетические показатели, если сравнивать с никель-кадмием.

В состав никель-металлогидридных источников энергии входят нетоксичные материалы, что облегчает эксплуатацию аппаратуры и её утилизацию. Эти положительные стороны помогли Ni-Mh завоевать популярность у широких масс.

Приблизительно до середины 1990-х годов, в отрасли портативной электроники преобладали никель-кадмиевые источники питания. Однако из-за ужесточающихся норм экологии, промышленники стали отдавать предпочтение никель-металлогидридным исполнениям.

Принцип работы

Чтобы понять принцип работы никель-марганцевого аккумулятора, необходимо рассмотреть каждый из этапов работы:

• анод – положительный электрод отвечает за окислительную реакцию, в процессе которой абсорбируется водород;
• катод – отрицательный электрод, восстанавливающий ёмкость путём дисабсорбизации водорода.

В электродной сетке, заключённой внутри аккумулятора, происходит химическая реакция, под воздействием которой происходит упорядоченное движение частиц. В результате происходит либо накопление энергии, либо разрядка АКБ, что соответствует рабочему циклу.

Распространенные виды никелевых АКБ

Самыми распространенными видами считаются никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, никель-цинковые.

Являются вторичными разновидностями источников питания. У них повышенная энергетическая ёмкость по сравнению с кадмиевыми, но срок эксплуатации ниже. Применяются такие модели во многих направлениях конструирования. Исключением является только авиационная техника, так как марганцевые элементы по весу тяжелее других разновидностей. Создавать их начали ещё в прошлом веке, чтобы заменить кадмиевые аккумуляторы. Полностью вытеснить их не получилось, так как некоторые преимущества за собой сохранили кадмиевые типы. После 10 лет производства всё же удалось добиться хорошего результата. Аккумуляторные батареи стали стабильнее, а также понизился эффект памяти. Процесс, который провоцируется неправильной зарядкой. Установка АКБ при заряде выше 20 процентов или её снятие не до конца заполненной электроэнергией, приводит к этому процессу. Но даже несмотря на все преимущества, кадмиевые модели всё равно продолжают использовать многие производители. Металлогидридные элементы более чувствительны к перегреву из-за особенностей своей конструкции. Поэтому иногда кадмиевые могут заряжаться повышенными техническими параметрами.

Кадмиевые типы как уже было сказано не теряют своей популярности и по сей день. Выпускаются они уже достаточно давно. Является одной из самых старинных моделей. Если правильно выполнять все требования по зарядке и эксплуатировать аккумулятор как надо, то срок службы будет примерно на уровне всех новых моделей, лишь иногда уступая. Производители в последнее время обновляют модели, при этом значительно их улучшая. Химические реакции внутри кадмиевых АКБ являются экзотермическими. В металлогидридных разновидностях химические реакции при зарядке будут эндотермическими.

Цинковые модели в отличие от всех остальных разновидностей менее распространены. Чаще всего эти элементы применяются в непрофессиональных фотоаппаратах, в редких случаях это могут быть дорогие модели. Одно из главных преимуществ над другими — это низкое сопротивление и повышенное напряжение. Новейшие аккумуляторные батареи из металлогидрида могут включаться даже тогда, когда они уже в ноль разряжены. Такого в цинковых моделях не было и нет. Из-за такой специфичности для данных элементов питания может понадобиться докупить особое ЗУ или же можно воспользоваться новыми, продвинутыми, автоматическими, зарядными устройствами. Самое популярное направление цинковых устройств — это детские товары и радиоуправляемые игрушки.

Единственное, что они являются подтипом кадмиевых АКБ. Иногда их путают, но отличия у них есть. Данная разновидность является усовершенствованной в сравнении с предшественниками. У них увеличивалась энергетическая ёмкость, а также другие важные параметры. Особых изменений в конструкции не замечено, есть лишь небольшие доработки и изменения.

Области применения

Никель-марганцевые аккумуляторы устанавливают в автомобили, пульты дистанционного управления, производственное оборудование, технику. Популярность объясняется неплохими потребительскими характеристиками, ценой, в отличие от Li-Mn АКБ. Аккумуляторы просты в эксплуатации, способны выдержать более 300 циклов, что не требует их частой замены.

Элементы подбираются исходя из потребностей электрического прибора. Ёмкость АКБ 1500-3000 мАч подходит для плееров, фотоаппаратов, смартфонов, радиоуправляемых игрушек. АКБ с ёмкостью 300-1000 мАч рассчитаны на устройства с умеренным потреблением – пульты дистанционного управления, светодиодные фонари, навигаторы.

Ni-Mn аккумулятор – популярный источник питания, применяемый повсеместно. Качество АКБ напрямую зависит от материалов, использованных при производстве катодов и технологии обработки сплава для повышения стабильности реакции. Поэтому следует тщательно выбирать производителя, ориентируясь на историю, отзывы.

Основные параметры

Среди базовых характеристик батареи Ni-Mh-типа:

• энергетическая плотность – 60-120 Вт-ч/кг;
• внутреннее сопротивление – 200-300 Ом;
• количество циклов без существенной деградации элемента питания (падение не более 20%) – 300-500 зарядов-разрядов;
• время быстрой зарядки – от 2 до 4 часов;
• удельная энергия – 100-270 Вт-ч/литр;
• номинальное напряжение – 1,25 В;
• ежемесячный саморазряд при комнатной температуре – 30%;
• оптимальный ток – до 0,5С$;
• периодичность подзарядки при хранении – 30-90 дней.

Правила зарядки

Раннее было отмечено, что правила эксплуатации – это далеко не единственное, что требуется для достижения максимального эксплуатационного срока никель-металлогидридных АКБ. Помимо грамотного использования, подобные батареи крайне важно грамотно заряжать. Вообще, ответить на вопрос – «Как правильно заряжать аккумулятор Ni-MH?», довольно-таки сложно. Дело в том, что каждый тип сплавов, используемый на электродах батареи, требует определённых правил данного процесса.

Обобщив и усреднив их, можно выделить следующие фундаментальные основы зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов:

• Во-первых, требуется соблюдать правильное время зарядки. Для большинства АКБ Ni-MH оно составляет либо 15 часов при зарядном токе около 0,1 С, либо 1-5 часов при зарядном токе в пределах 0,1-1 С для батарей с высокоактивными электродами. Исключениями являются восстанавливаемые аккумуляторы, которые могут заряжаться более 30 часов;
• Во-вторых, важно отслеживать температуру батареи в процессе зарядки. Многие производители не рекомендуют превышать температурный максимум в 50-60 градусов по Цельсию;
• И в-третьих, следует учитывать непосредственно порядок проведения зарядки. Оптимальным считается такой подход, когда АКБ разряжается номинальным током до напряжения на выходах в 0,9-1 Вольт, после чего заряжается на 75-80 % от своей максимальной ёмкости. При этом важно учитывать, что при быстрой зарядке (подаваемый ток более 0,1) важно организовать предзарядку с подачей высокого тока на аккумулятор около 8-10 минут. После этого процесс зарядки стоит организовать с плавным повышением подаваемого на АКБ напряжения до 1,6-1,8 Вольт. К слову, при обычной подзарядке никель-металлогидридного аккумулятора напряжение зачастую не изменяется и в норме составляет 0,3-1 Вольт.

Примечание! Отмеченные выше правила зарядки батарей носят усреднённый характер. Не забывайте, что для конкретной марки никель-металлогидридной АКБ они могут слегка отличаться.

Как происходит капельная зарядка Ni-MH аккумуляторов

Самая неприятная подзарядка для аккумуляторов. Она снижает срок службы и уменьшает коэффициент полезного действия. Обусловлено это тем, что электроэнергия поступает даже тогда, когда источник питания уже полностью заряжен. Из-за небольшого количества тока, количества энергии всё равно не хватит для прогревания АКБ.

Из-за всего вышесказанного можно сделать вывод, что для марганцевых разновидностей необходимо большее количество подаваемого тока. Выяснить, когда закончится процесс зарядки практически невозможно, если только угадать. Также можно ограничиться выставленными настройками. Для этого нужно знать возраст аккумулятора и его естественный износ.

Сама процедура также занимает очень много времени. Достоинств у капельной зарядки практически нет, а главным преимуществом считается простота данного способа. Не требуется следить за процессом, так как он более менее безопасен. В остальном сказать нечего, метод плохо влияет на срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов: основные этапы

Быстрая зарядка — это процедура, которой пользуются многие умелые автовладельцы. Фаз стало так много, что они получили свои названия. Выполнять рекомендуется всё по порядку. Опасностью данного метода является вероятность возникновения пожара или полного выхода из строя устройства. Перегрев — это причина опасности. Избежать её поможет постоянное наблюдение за зарядкой и соблюдение температурных условий.

Разделение фаз следующие:

• квалификация аккумулятора;
• фаза предзарядки;
• переходный этап к быстрой зарядке:
• быстрый подзаряд;
• фаза дозарядки;
• поддерживающая зарядка.

Все они имеют свои положительные и отрицательные стороны. Некоторые из них рекомендуется пропустить, например, фазу поддерживающей зарядки.

Определение наличия аккумуляторной батареи

Проверка аккумуляторной батареи на наличие означает не в прямом смысле её проверка, а немного по-другому. Напряжение аккумулятора должно находиться в закономерном пределе от 0,8 до 1,8 Вольт. Если параметр будет превышен или наоборот занижен, то зарядное устройство распознает это как отсутствие аккумуляторной батареи или наличие серьёзной неполадки.

Квалификация батареи

Квалифицированные показатели. Это фаза, когда использование выходного напряжения ниже 0,8 Вольт поменять нельзя. При адекватной эксплуатации аккумуляторной батареи на марганце, значения напряжения при подзарядке не будут падать ниже 1 Вольта. Если же так случилось, что оно упало, то это означает либо глубокий разряд, из-за того, что устройство слишком долго хранилось. А также причиной может являться какая-либо другая серьёзная неполадка с аккумуляторной батареей.

Предзарядка

Фаза предзарядки. Обычно она включается, когда аккумулятор является практически в ноль разряженным. Примерное время работы в данной фазе, должно составлять примерно 30 минут. После проведения мероприятия, следует провести тестирование на количество напряжения. Если оно не достигло минимального значения в 0,8 Вольт, то это означает, что аккумуляторная батарея не подлежит восстановлению.

Переход к быстрой зарядке

Переход должен осуществляться в несколько этапов. Первым делом необходимо удостовериться, что аккумуляторная батарея способна поддерживать функцию быстрой зарядки. Обычно, это указывается в инструкциях или в виде маркировочных обозначений. Аккумулятор перед процедурой не должен находиться в глубоком разряде.

Быстрая зарядка

Чтобы зарядить марганцевые модели быстрой зарядкой потребуется выдать напряжение не выше 1,8 Вольт и не ниже 0,8 Вольт. Данные параметры не будут вызывать сильного перегрева и не выведет из строя источник питания. Чтобы понять можно заряжать аккумулятор или нет при помощи быстрой зарядки, необходимо прочитать инструкцию, которая идёт в комплекте к любой модели устройств. Если применяется данная разновидность зарядки, требуется выполнять несколько последовательных этапов или алгоритмов.

Присутствие аккумуляторной батареи. Чтобы проверить наличие, потребуется подать электрический ток в 0,1 С. Параметр напряжения не должен превышать более 1,8 Вольт. Больше выдавать нельзя, это будет расцениваться зарядным устройством, как отсутствие аккумуляторной батареи или её какую-то неполадку. Как следствие подзарядка производиться не будет.

Этап дозарядки

После того как будет проведена быстрая подзарядка, аккумуляторной батареи требуется дать небольшой отдых. Уже после небольшого перерыва приступать к процедуре дозарядки. Она позволяет выровнять подачу электроэнергии и сбалансировать настройки АКБ. Процедура выполняется в течение получаса с выдаваемой силой электрического тока в 0,3 С. Проводить мероприятие по дозарядке дольше этого срока, крайне не рекомендуется. Аккумуляторная батарея постепенно начнёт терять свою эффективность и энергетическую ёмкость, а также снизится срок службы устройства.

Поддерживающая зарядка

Такой метод применяется только тогда, когда марганцевые элементы питания долгое время не использовались после того, как был произведён последний заряд. Для выполнения поддерживающей зарядки может потребоваться покупка нового зарядного устройства, которое способно поддерживать регулировку электроэнергии. А именно, потребуется функция с минимально возможной подачей электрического тока. Благодаря маленькому току можно постараться компенсировать саморазрядку аккумуляторной батареи.

Что такое сверхбыстрая зарядка Ni-MH аккумуляторов

Сверхбыстрая зарядка поддерживается далеко не во всех моделях никелевых аккумуляторных батарей. В основном на это способны только новые технологии производства.

Рекомендуется применять данную процедуру только в том случае, если есть опыт работы с электронными устройствами, а также при хороших знаниях и пониманиях их устройства.

После того, как аккумуляторная батарея достигнет 70-75 процентов требуется сразу же снизить подачу электроэнергии. Также если начнётся резкое увеличение температуры, процесс требуется сразу прекратить. При использовании метода сверхбыстрой зарядки нужно постоянно отслеживать весь процесс.Возникнуть может любая неполадка. Всё может дойти даже до пожара, что является не редкостью при резком повышении температуры. Производители рекомендуют не применять данный метод на старых аккумуляторах, а специалисты просят не делать самостоятельных процедур этим способом.

Как определить уровень заряда NiMH аккумуляторов

1. Уровень зарядки можно определить при помощи специальных инструментов. В их число входит мультиметр или нагрузочная вилка.
2. Нагрузочная вилка является популярным инструментом для измерения выдаваемого напряжения аккумулятором. Купить его можно в любом магазине автозапчастей.
3. Помимо этого понять сколько осталось заряда можно по специальным световым индикаторам в новых источниках питания. Рядом с лампочкой указывается цвет и подпись, что он значит. Обычно, зелёным обозначена полностью заряженная АКБ, а красным или отсутствием подсветки означает разряд.

Ni-MH аккумуляторы с низким саморазрядом

Данная модель аккумуляторов отличается своей низкой чувствительности к саморазрядке. То есть при долгом хранении, устройство медленно расходует электроэнергию. Происходит это за счёт небольших особенностей конструкции.

Восстановление аккумулятора

Наряду с дороговизной и быстрым саморазрядом, у аккумуляторов Ni-MH есть ещё один недостаток – ярко выраженный «эффект памяти». Его суть заключается в том, что при систематичной зарядке не полностью разряженной батареи она как бы запоминает это и с течением времени существенно теряет в своей ёмкости. Для нейтрализации подобных рисков владельцам подобных АКБ требуется заряжать максимально разряженные батареи, а также периодически «тренировать» их путём процесса восстановления.

Восстанавливать никель-металлогидридные аккумуляторы при «тренировке» или при их сильном разряде необходимо следующим образом:

1. В первую очередь, необходимо подготовиться. Для восстановления потребуются:
   • качественный и, желательно, умный зарядный прибор;
   • инструменты для замера напряжения и сила тока;
   • любое устройство, способное потреблять энергию с АКБ.
2. После подготовки можно уже задаться вопросом по поводу того, как восстановить батарею. Сначала необходимо по всем правилам зарядить аккумулятор, а затем его разрядить по напряжения на выходах батареи в 0,8-1 Вольт;
3. Затем начинается непосредственно восстановление, которое, опять же, должно проводится в соответствии со всеми правилами зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов. Стандартный процесс восстановления может быть проведён двумя способами:
   • Первый – если АКБ подаёт признаки «жизни» (как правило, при разряде на уровне 0,8-1 Вольт). Зарядка проходит с постоянным увеличением подаваемого напряжение с 0,3 до 1 Вольта с силой тока 0,1 С в течение 30-60 минут, после чего вольтаж остаётся неизменным, а сила тока увеличивается до 0,3-0,5 С;
   • Второй – если АКБ не подаёт признаков «жизни» (при разряде менее 0,8 Вольт). В таком случае зарядка осуществляется с 10-минутной пред-зарядкой высоким током на протяжении 10-15 минут. После этого проводятся описанные выше действия.

Стоит понимать, что восстановление никель-металлогидридных АКБ – это процедура, которую требуется периодически проводить для абсолютно всех аккумуляторов (и «живых», и «неживых»). Только такой подход к эксплуатации данного типа батарей поможет «выжать» из них максимум.

Пожалуй, на этом повествование по сегодняшней теме можно завершать. Надеемся, представленный выше материал был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы.

Особенности эксплуатации

Условия использования во многом определяют, сколько рабочих циклов выдержит АКБ и насколько долго она будет находиться в строю. Два этих показателя идут на спад при ускорении разряда и возрастании его глубины. Напрямую влияют также быстрота заряда и контроль завершения процедуры подзарядки.

Ni-Mh бывают разных типов и в зависимости от этого, а также от условий функционирования, девайс может обеспечить 500-1000 рабочих циклов. По времени — это три-пять лет. Такие показатели актуальны при 80-процентной глубине разряда.

Чтобы обеспечить никель-металлогидридному накопителю надёжное функционирование на протяжении всего срока его жизни, пользователь должен придерживаться всех рекомендаций разработчиков. Особое внимание нужно уделять температурному режиму, также, нельзя доводить аппаратуру до значительного разряда (меньше 1 В). Кроме того, недопустимо и короткое замыкание. Нельзя эксплуатировать новые Ni-Mh совместно с использованными. Нельзя припаивать к батареям проводки и другие приспособления.

Никель-металлогидрид гораздо более восприимчив к перезаряду, чем никель-кадмий. В перовом случае, можно ожидать теплового разгона. Чаще всего, Ni-Mh «заправляют» током 0,1 С на протяжении 15 ч. Если применяется компенсационная подзарядка, то величина тока будет составлять 0,01-0,03 C, а время затрачиваемое на данную процедуру — 30 часов.

Заряжать источник энергии можно ещё в ускоренном и быстром режимах. Первый вариант предусматривает 4-5 часов времени, второй — всего час. Такие скоростные процедуры годятся для Ni-Mh оснащённых высокоактивными электродами. Если в ход идут скоростные режимы, то пользователю придётся тщательно отслеживать процесс, по переменам напряжения, температуры и некоторых других параметров.

Производители советуют пользоваться быстрым зарядом в три этапа:

1.Ток 1 С и выше.

2. Ток 0,1 С. Время от 30 до 60 минут.

3. Ток 0,05-0,02 C. Это компенсационный подзаряд.

Информация о зарядке АКБ, находится, как правило, в инструкции по эксплуатации, прилагающейся к накопителю. Показатель рекомендуемого тока зарядки можно отыскать на корпусе накопителя. Если брать общий случай, то напряжение заряда при зарядном токе 0,3-1 С пребывает в пределах 1,4-1,5 V.

Хранение и утилизация

Сохраняйте девайс при температуре близкой к нулю — это оптимальные условия. Кроме того, учитывайте, что хранить источник энергии разумно только пока он годен. Срок годности можно посмотреть на упаковке, однако маркировка разных производителей часто расшифровывается по-разному.

Когда Ni Mh отработали своё, их желательно не выбрасывать, а сдавать на вторпереработку.

Достоинства и недостатки

Значительное повышение энергетических параметров никель-металлогидридных аккумуляторов не является единственным их достоинством перед кадмиевыми. Отказавшись от использования кадмия, производители начали использовать более экологически чистый металл. Гораздо легче решаются вопросы с утилизацией.

Благодаря этим достоинствам и тому, что в изготовлении используется металл — никель, производство Ni-MH устройств резко выросло, если сравнивать с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Удобны они и тем, что для уменьшения разрядного напряжения при длительных перезарядках проводить полную разрядку (до 1 вольта) надо раз в 20-30 дней.

Немного о недостатках:

1. Изготовители ограничили Ni-MH батареи десятью элементами, потому что с увеличением циклов заряд-разряд и срока службы появляется опасность перегрева и переполюсовки.
2. Эти аккумуляторы работают в более узком температурном диапазоне, нежели никель-кадмиевые. Уже при -10 и +40°С они теряют свою работоспособность.
3. При зарядке Ni-MH аккумулятора выделяют много тепла, поэтому нуждаются в предохранителях либо температурных реле.
4. Повышенный самозаряд, наличие которого обусловлено реакцией оксидно-никелевого электрода с водородом из электролита.

Деградация Ni-MH батарей определяется понижением сорбирующей способности отрицательного электрода при циклировании. В цикле разрядки-зарядки происходит изменение объема кристаллической решетки, что способствует образованию ржавчины, трещин во время реакции с электролитом. Появление коррозии происходит при поглощении батареей водорода и кислорода. Это приводит к уменьшению количества электролита и повышению внутреннего сопротивления.

Нужно учитывать, что характеристики батарей зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, его структуры и состава. Металл для сплавов тоже имеет значение. Все это заставляет производителей очень внимательно выбирать поставщиков сплавов, а потребителей — завод-изготовитель.

Что предпочесть — Ni-Mh или Ni-Cd?

Возьмём к примеру оборудование, которое будет работать при низких температурах, зимой на улице либо в не отапливаемом помещении. Чему отдать предпочтение в таких ситуациях? Никель-кадмию — его возможности окажутся более подходящими. Ni-Cd эффективнее функционируют на морозе, также их дозволяется заряжать при минусе.

А вот если равняться по работе в стандартных тепличных условиях, то никель-металлогидрид объективно переигрывает по свойствам своего древнего конкурента, который может разочаровать пользователя меньшей ёмкостью и присутствием эффекта запоминания.

Как вам статья?