طاولة شحن لبطاريات الاصبع. انظر ما هي "بطارية هيدريد النيكل والمعدن" في القواميس الأخرى

وكالة فيدراليةمن التعليم

المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي

"جامعة تومسك البوليتكنيك"

المعهد الكهروتقني

إتجاه 551300 - الهندسة الكهربائية والميكانيكا الكهروميكانيكية والتقنية الكهربية

القسم - المحركات الكهربائية والمعدات الكهربائية

ملخص الانضباط

"مصادر إمدادات الطاقة المضمونة وغير المنقطعة للمؤسسات الصناعية"

حول موضوع بطاريات النيكل المعدنية

طلاب المجموعة 7M142

كروبينا إن في ________________

Kondrashov S.A ._____________

«_____»________________

أستاذ رئيس ، دكتوراه في العلوم التقنية

جارجانيف إيه جي ________________

"_____" ___________2009

تومسك - 2009

مقدمة

1. المصطلحات

8. شحن بطارية Ni-MH

13. التخلص

استنتاج

مقدمة

يكاد يكون من المستحيل تخيل العالم الحديث بدون أي نوع من التكنولوجيا الإلكترونية. لقد نجحت التقنيات الرقمية في استيعاب حياتنا ، مما جعلها أكثر ملاءمة وإثارة للاهتمام ، بحيث لا يمكننا ببساطة رفضها.

ومع ذلك ، لا تنس أن الأجهزة المحمولة تتطلب مصادر طاقة محمولة يمكنها تلبية الاحتياجات المتزايدة للإلكترونيات الحديثة. لدينا WiFi و Bluetooth ، نحرر أنفسنا من أسلاك البيانات ، لكننا ما زلنا مقيدين بالشبكات الكهربائية.

ومع ذلك ، فإن العلوم التطبيقية لا تقف مكتوفة الأيدي ، حيث تقدم المزيد والمزيد من أنواع مصادر الطاقة الجديدة. من ناحية أخرى ، لا يزال من الغريب أنه مع وجود العديد من التقنيات الجديدة ، لا تزال بطاريات الهواتف والهواتف الذكية وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وغيرها من الأدوات "تحتضر" في بلدنا. يحدث هذا لأن الناس لا يفكرون في التعامل الصحيح مع البطارية إلا عندما تكون خارج الخدمة تمامًا ويمكن التخلص منها براحة البال. يجب أن يكون مفهوما أن استبدال البطارية يمكن أن يكلف فلسا واحدا. نحن لا نجادل ، قلة من الناس يرغبون في اتباع قواعد التشغيل بدقة ، ولكن ، لسوء الحظ ، بهذه الطريقة فقط يمكن زيادة متانة البطارية إلى الحد الأقصى.

حتى الآن ، بطاريات من خمس دوائر كهروكيميائية مختلفة هي النيكل والكادميوم الشائع (Ni-Cd) وهيدريد معدن النيكل (Ni-MH) وحمض الرصاص (حمض الرصاص المختوم SLA) والليثيوم أيون (Li-Ion) و ليثيوم بوليمر (ليثيوم بوليمر). العامل المحدد لجميع البطاريات المدرجة ليس فقط قابلية النقل (أي الحجم الصغير والوزن) ، ولكن أيضًا الموثوقية العالية ، وكذلك لحظة عظيمةالشغل. معلمات البطارية الرئيسية هي كثافة الطاقة (أو الطاقة النوعية للكتلة) ، وعدد دورات الشحن / التفريغ ، ومعدلات الشحن والتفريغ الذاتي. تتكون بطارية الرصاص الحمضية عادة من لوحين (قطبين) موضوعين في إلكتروليت (محلول مائي من حمض الكبريتيك). في خلية النيكل والكادميوم ، يتم لف الصفائح السالبة والموجبة معًا ووضعها في أسطوانة معدنية. الصفيحة الموجبة هي هيدروكسيد النيكل واللوحة السلبية هي هيدروكسيد الكادميوم. يتم عزل الصفيحتين بفاصل مبلل بالكهرباء.

تشبه بطارية هيدريد النيكل والمعدن من الناحية الهيكلية بطارية النيكل والكادميوم ، ولكنها تحتوي على بطارية مختلفة التركيب الكيميائيالمنحل بالكهرباء والأقطاب. في بطارية ليثيوم أيون ، يتم وضع الأقطاب الكهربائية والفاصل (فاصل) في إلكتروليت من ملح الليثيوم.

هناك عدد كبير من الخرافات والأساطير حول الوضع المثالي المفترض للعملية ، وطرق "التدريب" ، والتخزين ، وطرق وأنماط شحن البطاريات واستعادتها ، ولكن دعونا نحاول معرفة ذلك.

1. المصطلحات

المُراكم (من مُجمّع خطوط العرض - مُجمّع ، مُجمّع - تجميع ، تجميع) - جهاز لتخزين الطاقة لغرض استخدامها اللاحق. تعمل البطارية الكهربائية على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية وتوفر ، حسب الحاجة ، التحويل العكسي. يتم شحن البطارية عن طريق تمرير تيار كهربائي من خلالها. نتيجة للتفاعلات الكيميائية الناتجة ، يكتسب أحد الأقطاب الكهربائية شحنة موجبة والآخر يصبح سالبًا.

مثل البطارية الأجهزة الكهربائية، يتميز بالمعلمات الرئيسية التالية: النظام الكهروكيميائي ، الجهد ، القدرة الكهربائية، المقاومة الداخلية ، التفريغ الذاتي الحالي وعمر الخدمة.

سعة البطارية - مقدار الطاقة الذي يجب أن تحتويه بطارية مشحونة بالكامل. في الحسابات العملية ، يتم التعبير عن السعة عادة بوحدات أمبير (

). يوضح عدد ساعات الأمبير الفترة الزمنية التي ستعمل خلالها هذه البطارية بتيار 1 أمبير. يجدر إضافة ذلك ، مع ذلك ، في الحديث أجهزة محمولةلذلك يتم استخدام تيارات أصغر بكثير قدرة البطاريةغالبًا ما يتم قياسه بالمللي أمبير (أو ، أو مللي أمبير). يشار دائمًا إلى السعة الاسمية (كما ينبغي أن تكون) على البطارية نفسها أو على عبوتها. لكن القدرة الحقيقيةلا يتطابق دائمًا مع الاسمي. من الناحية العملية ، تتراوح سعة البطارية الفعلية من 80٪ إلى 110٪ من القيمة الاسمية.

السعة المحددة - نسبة سعة البطارية إلى أبعادها أو وزنها.

الدورة هي تسلسل واحد لشحن البطارية وتفريغها.

تأثير الذاكرة - فقدان سعة البطارية أثناء تشغيلها. يتجلى ذلك في ميل البطارية للتكيف مع دورة العمل التي كانت البطارية تعمل بها لفترة زمنية معينة. بمعنى آخر ، إذا قمت بشحن البطارية عدة مرات دون تفريغها بالكامل من قبل ، فإنها نوعًا ما "تتذكر" حالتها وفي المرة التالية التي لا يمكن تفريغها تمامًا ، وبالتالي ، تقل قدرتها. مع زيادة عدد دورات الشحن والتفريغ ، يصبح تأثير الذاكرة أكثر وضوحًا.

في ظل ظروف التشغيل هذه ، تزداد البلورات الموجودة على اللوحة داخل البطارية (سيتم مناقشة هيكل البطاريات أدناه) ، مما يقلل من سطح القطب. مع التكوينات البلورية الصغيرة لمادة العمل الداخلية ، تكون مساحة سطح البلورات هي الحد الأقصى ، وبالتالي ، فإن كمية الطاقة المخزنة بواسطة البطارية تكون أيضًا بحد أقصى. مع توسيع التكوينات البلورية أثناء التشغيل ، تقل مساحة سطح القطب ، ونتيجة لذلك ، تقل السعة الحقيقية.

يوضح الشكل 1 كيف يعمل تأثير الذاكرة.

الشكل 1 - تأثير الذاكرة.

التفريغ الذاتي هو الفقد التلقائي للطاقة المخزنة بواسطة البطارية بمرور الوقت. هذه الظاهرة ناتجة عن عمليات الأكسدة والاختزال التي تحدث تلقائيًا وهي متأصلة في جميع أنواع البطاريات ، بغض النظر عن نظامها الكهروكيميائي. لتحديد مقدار التفريغ الذاتي ، يتم استخدام كمية الطاقة المفقودة بواسطة البطارية خلال فترة زمنية معينة ، معبرًا عنها كنسبة مئوية من القيمة التي تم الحصول عليها مباشرة بعد الشحن. يكون التفريغ الذاتي بحد أقصى في أول 24 ساعة بعد الشحن ، لذلك يتم تقديره في اليوم الأول والشهر الأول بعد الشحن. تعتمد كمية التفريغ الذاتي للبطارية إلى حد كبير على درجة الحرارة المحيطة. وبالتالي ، عندما ترتفع درجة الحرارة عن 100 درجة مئوية ، يمكن أن يتضاعف التفريغ الذاتي.

2. البطاريات: أنواعها ومنشأها

تحتل اليابان وتايوان والصين وكوريا الجنوبية مكانة رائدة في سوق إنتاج البطاريات ، وهي تعمل باستمرار على زيادة حجم تواجدها "المتواضع" في السوق العالمية.

هناك العشرات من تصميمات البطاريات المختلفة في السوق اليوم ، ويحاول كل مصنع تحقيق مزيج مثالي من الخصائص - السعة العالية والحجم الصغير والوزن والأداء على نطاق واسع من درجات الحرارة وفي ظل ظروف قاسية.

في الوقت نفسه ، تُظهر الدراسات أن أكثر من 65٪ من مستخدمي تقنية الأجهزة المحمولة والمحمولة يريدون المزيد من البطاريات الضخمة ، وهم على استعداد لدفع الكثير من المال مقابل فرصة استخدام "السيارة" (أو الهاتف) لعدة أيام بدون إعادة الشحن. لهذا السبب ، في معظم الحالات ، يلزم شراء بطارية أكثر اتساعًا من تلك التي تأتي مع المجموعة.

وفقًا للنظام الكهروكيميائي ، تنقسم البطاريات إلى عدة أنواع:

حمض الرصاص (حمض الرصاص المختوم ، جيش تحرير السودان) ؛

النيكل والكادميوم (Ni-Cd) ؛

هيدريد النيكل المعدني (Ni-MH) ؛

ليثيوم أيون (Li-Ion) ؛

بوليمر الليثيوم (Li-Pol) ؛

الوقود.

في الإلكترونيات المحمولة الحديثة بطاريات الرصاصلم تعد قيد الاستخدام ، لذلك سنبدأ جولتنا باستخدام بطاريات النيكل ، التي لا تزال تستخدم في بطاريات الكاميرات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وكاميرات الفيديو وغيرها من الأجهزة.

كان سلف بطاريات النيكل هو بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) ، التي اخترعها العالم السويدي فالديمار جانجنر في عام 1899. كان مبدأ عملهم أن النيكل يعمل كقطب موجب (كاثود) ، والكادميوم كقطب سالب (أنود). في البداية ، كانت بطارية مفتوحة ، حيث يذهب الأكسجين المنطلق أثناء الشحن مباشرة إلى الغلاف الجوي ، مما حال دون إنشاء علبة محكمة الإغلاق ، بالإضافة إلى التكلفة العالية المواد اللازمة، تباطأ بشكل ملحوظ في بدء الإنتاج الضخم.

منذ عام 1932 ، بذلت محاولات لاستئناف التجارب. في ذلك الوقت ، تم اقتراح فكرة إدخال قطب كهربائي مسامي من النيكل مصنوع من معادن نشطة بداخله ، مما يوفر حركة شحن أفضل ويقلل بشكل كبير من تكلفة إنتاج البطارية.

ولكن فقط بعد الحرب العالمية الثانية (في عام 1947) ، توصل المطورون إلى مخطط حديث تقريبًا من بطاريات Ni-Cd المغلقة. مع هذا التصميم ، تم امتصاص الغازات الداخلية المنبعثة أثناء الشحن بواسطة الجزء غير المتفاعل من الكاثود ، ولم يتم إطلاقها في الخارج ، كما في الإصدارات السابقة.

إذا كان معدل تكوين الأكسجين الأنوديك أعلى من معدل التأين الكاثودي لسبب ما (تجاوز تيار الشحن ، خفض درجة الحرارة) ، يمكن أن تؤدي الزيادة الحادة في الضغط الداخلي إلى انفجار البطارية. لمنع ذلك ، فإن علبة البطارية مصنوعة من الفولاذ ، وفي بعض الأحيان يوجد صمام أمان.

منذ ذلك الحين ، لم يتغير تصميم بطاريات Ni-Cd بشكل ملحوظ (الشكل 2).

الشكل 2 - هيكل بطارية Ni-Cd

أساس أي بطارية هو الأقطاب الموجبة والسالبة. في هذا المخطط ، يحتوي القطب الموجب (الكاثود) على هيدروكسيد النيكل NiOOH مع مسحوق الجرافيت (5-8٪) ، ويحتوي القطب السالب (الأنود) على كادميوم معدني Cd في شكل مسحوق.

غالبًا ما تسمى البطاريات من هذا النوع بالبطاريات الدوارة ، حيث يتم لف الأقطاب الكهربائية في أسطوانة (لفة) مع طبقة فاصلة ، توضع في علبة معدنية وتُملأ بالكهرباء. الفاصل (الفاصل) ، مبلل بالكهرباء ، يعزل الصفائح عن بعضها البعض. وهي مصنوعة من مادة غير منسوجة ، والتي يجب أن تكون مقاومة للقلويات. المنحل بالكهرباء الأكثر شيوعًا هو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH مع إضافة هيدروكسيد الليثيوم LiOH ، والذي يعزز تكوين نيكلات الليثيوم ويزيد السعة بنسبة 20٪.

الشكل 3 - جهد البطارية أثناء الشحن أو التفريغ ، اعتمادًا على مستوى الشحن الحالي.

أثناء التفريغ ، يتم تحويل النيكل والكادميوم النشطين إلى هيدروكسيدات Ni (OH) 2 و Cd (OH) 2.

تشمل المزايا الرئيسية لبطاريات Ni-Cd ما يلي:

منخفض الكلفة؛

العمل في نطاق درجات حرارة واسع ومقاومة للاختلافات (على سبيل المثال ، يمكن شحن بطاريات Ni-Cd عند درجة حرارة سالبة ، مما يجعلها لا غنى عنها عند العمل في أقصى الشمال) ؛

يمكن أن توفر تيارًا أكبر بكثير للحمل من أنواع البطاريات الأخرى ؛

مقاومة التيارات العالية الشحن والتفريغ ؛

وقت شحن قصير نسبيًا ؛

عدد كبير من دورات "الشحن والتفريغ" (مع العملية الصحيحةيتحملون أكثر من 1000 دورة) ؛

استعادتها بسهولة بعد تخزين طويل الأمد.

عيوب بطاريات Ni-Cd:

وجود تأثير الذاكرة - إذا قمت بوضع بطارية غير مكتملة الشحن بشكل منتظم في حالة الشحن ، فإن سعتها ستنخفض بسبب نمو البلورات على سطح الألواح والعمليات الفيزيائية والكيميائية الأخرى. حتى لا "تستسلم" البطارية في وقت مبكر ، يجب "تدريبها" مرة واحدة على الأقل شهريًا ، كما هو موضح أدناه ؛

الكادميوم مادة شديدة السمية ، لذا فإن إنتاج بطاريات Ni-Cd يضر بالبيئة. هناك أيضًا مشاكل في إعادة التدوير والتخلص من البطاريات نفسها.

قدرة محددة منخفضة ؛

وزن وأبعاد كبيرة مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى ذات السعة نفسها ؛

تفريغ ذاتي مرتفع (بعد الشحن لأول 24 ساعة من التشغيل ، يفقدون ما يصل إلى 10 ٪ ، وفي شهر - ما يصل إلى 20 ٪ من الطاقة المخزنة).

الشكل 4 - التفريغ الذاتي لبطاريات Ni-Cd

حاليًا ، يتناقص عدد بطاريات Ni-Cd المنتجة بسرعة ، وقد تم استبدالها ، على وجه الخصوص ، ببطاريات Ni-MH.

3. بطاريات هيدريد النيكل والمعدن

لعدة عقود ، تم استخدام بطاريات النيكل والكادميوم على نطاق واسع ، لكن السمية العالية للإنتاج أجبرت على البحث عن تقنيات بديلة. نتيجة لذلك ، تم إنشاء بطاريات هيدريد من النيكل والمعدن ، والتي لا تزال تنتج حتى اليوم.

على الرغم من حقيقة أن العمل على إنشاء بطاريات Ni-MH بدأ في السبعينيات ، إلا أنه تم العثور على مركبات هيدريد معدنية مستقرة قادرة على ربط كميات كبيرة من الهيدروجين بعد عشر سنوات فقط.

تم تسجيل براءة اختراع أول بطارية Ni-MH ، التي استخدمت LaNi5 كمواد نشطة رئيسية لقطب هيدريد المعدن ، بواسطة Will في عام 1975. في التجارب المبكرة لسبائك هيدريد المعدن ، كانت بطاريات هيدريد النيكل والمعدن غير مستقرة ، ويمكن أن تكون سعة البطارية المطلوبة لا تتحقق. لذلك ، بدأ الاستخدام الصناعي لبطاريات Ni-MH فقط في منتصف الثمانينيات بعد إنشاء سبيكة La-Ni-Co ، والتي تسمح بامتصاص الهيدروجين القابل للانعكاس كهربائيًا لأكثر من 100 دورة. منذ ذلك الحين التصميم Ni-MH قابلة لإعادة الشحنتم تحسين البطاريات باستمرار في اتجاه زيادة كثافة طاقتها.

تتشابه بطاريات هيدريد معدن النيكل في تصميمها مع بطاريات النيكل والكادميوم ، وفي العمليات الكهروكيميائية - بطاريات النيكل والهيدروجين. الطاقة المحددة لبطارية Ni-MH أعلى بكثير من الطاقة المحددة لبطاريات Ni-Cd و Ni-H2 (الجدول 1).

الجدول 1

معامل	بطاريات
معامل	ني سي دي	ني- H2	ني MH
اسم. الجهد ، الخامس	1,2	1,2	1,2
محددة في مجال الطاقة: h / kg · h / dm3
	20 – 40	40 – 55	50 – 80
	60 – 120	60 – 80	100 – 270
قوة محددة ، W / كجم	50 – 400	50 – 100	50 – 1100
حياة:
	1 – 5	2 – 7	1 – 5
	500 – 1000	2000 – 3000	500 – 2000
التفريغ الذاتي، ٪	20-30 (لمدة 28 يومًا)	20 - 30 (ليوم واحد)	20-40 (لمدة 28 يومًا)
درجة حرارة العمل,	- 50 - +60	- 20 - +30	- 40 - +60
مواد مؤذية	قرص مضغوط	لا	لا

يرتبط تشتت كبير لبعض المعلمات في الجدول 1 بأغراض (تصميمات) مختلفة للبطاريات. السمات المميزةتعد بطاريات NM ذات قدرة عالية وخصائص (حرجة) عالية الطاقة (القدرة على الشحن والتفريغ بتيارات عالية) ، والقدرة على تحمل الشحن الزائد والتفريغ العميق للغاية (انعكاس القطبية) ، وغياب التكوينات التغصنية. من المزايا المهمة جدًا لبطارية NM على بطارية NK عدم وجود عنصر ضار جدًا بالبيئة - الكادميوم. من حيث الجهد والحجم والتصميم والتكنولوجيا ، تتوافق بطارية NM مع بطارية NK ، ويمكن تبديلها في الإنتاج والتشغيل.

جعل استبدال القطب السالب من الممكن زيادة حمل الكتل النشطة للقطب الموجب بمقدار 1.3-2 مرة ، مما يحدد سعة البطارية. لذلك ، تتمتع بطاريات Ni-MH بخصائص طاقة نوعية أعلى بكثير مقارنة ببطاريات Ni-Cd.

نتيجة لذلك ، فإن مجال تطبيق بطاريات NM قريب من مجال تطبيق بطاريات NK ، وتستخدم بطاريات NM في الهواتف المحمولة وأجهزة الاستدعاء والهواتف اللاسلكية والماسحات الضوئية والمصابيح الكهربائية ومحطات الراديو والدراجات الكهربائية والمركبات الكهربائية والسيارات الهجينة وأجهزة ضبط الوقت الإلكترونية وعدادات العقود وأجهزة التخزين الاحتياطية (MBU) ووحدات المعالجة المركزية (CP) لأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكشف عن الحرائق والدخان وأجهزة الإنذار ضد السرقة وأجهزة التحليل البيئي للمياه والهواء ووحدات الذاكرة لآلات المعالجة التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا وأجهزة الراديو ، مسجلات الصوت ، الآلات الحاسبة ، ماكينات الحلاقة الكهربائية ، المعينات السمعية ، الألعاب الكهربائية ، إلخ.

على عكس Ni-Cd في بطاريات Ni-MHيتم أخذ سبيكة من المعادن التي تمتص الهيدروجين كأنود. لا يزال الإلكتروليت القلوي لا يشارك في التفاعل بناءً على حركة أيونات الهيدروجين بين الأقطاب الكهربائية. أثناء الشحن ، يتم تحويل هيدروكسيد النيكل Ni (OH) 2 إلى أوكسيهيدريت NiOOH ، مما يؤدي إلى التبرع بالهيدروجين إلى سبيكة القطب السالب. لا يعد امتصاص الهيدروجين تفاعلًا متساوي الحرارة ، لذلك يتم دائمًا اختيار معادن السبيكة بطريقة يطلق أحدها الحرارة عند ربط الغاز ، والآخر ، على العكس ، يمتص الحرارة. من الناحية النظرية ، كان من المفترض أن يوفر هذا التوازن الحراري ، ومع ذلك ، فإن بطاريات هيدريد معدن النيكل تسخن بدرجة أكبر بكثير من النيكل والكادميوم.

تم ضمان نجاح توزيع بطاريات هيدريد النيكل والمعدن من خلال كثافة الطاقة العالية وعدم سمية المواد المستخدمة في إنتاجها.

4. العمليات الأساسية لبطاريات Ni-MH

تستخدم بطاريات Ni-MH قطبًا كهربيًا من أكسيد النيكل كقطب موجب ، مثل بطارية النيكل والكادميوم ، وقطب كهربائي من سبائك النيكل النادرة الماصة للهيدروجين بدلاً من القطب السالب الكادميوم.

على القطب الموجب لأكسيد النيكل لبطارية Ni-MH ، يستمر التفاعل:

→ NiOOH + H2O + (الشحن) → Ni (OH) 2 + OH (التفريغ)

في القطب السالب ، يتم تحويل المعدن مع الهيدروجين الممتص إلى هيدريد معدني:

→ MH + OH (الشحن) → M + H2O + (التفريغ)

تتم كتابة التفاعل الكلي في بطارية Ni-MH على النحو التالي:

Ni (OH) 2 + M → NiOOH + MH (شحن)

NiOOH + MH → Ni (OH) 2 + M (التفريغ)

لا يشارك المنحل بالكهرباء في تفاعل تكوين التيار الرئيسي.

بعد الإبلاغ عن 70-80٪ من السعة وأثناء إعادة الشحن ، يبدأ إطلاق الأكسجين على قطب أكسيد النيكل:

→ 1/2 O2 + H2O + 2 (إعادة الشحن) ،

الذي يتم استعادته عند القطب السالب:

→ 2OH (إعادة الشحن)

يوفر التفاعلان الأخيران دورة أكسجين مغلقة. عندما يتم تقليل الأكسجين ، يتم أيضًا توفير زيادة إضافية في سعة قطب هيدريد المعدني بسبب تكوين مجموعة OH.

عند التفريغ بعد استنفاد قدرة القطب الموجب (أثناء التفريغ الزائد) ، يستمر تفاعل جانبي لتطور الهيدروجين عليه:

→ H2 + 2OH (الإفراط في التفريغ).

يصل الهيدروجين من خلال فاصل مسامي إلى القطب السالب ويتأكسد عليه:

→ 2H2O + 2 (الإفراط في التفريغ).

5. بناء أقطاب بطارية Ni-MH

قطب هيدروجين معدني.

المادة الرئيسية التي تحدد أداء بطارية Ni-MH هي سبيكة ماصة للهيدروجين يمكنها امتصاص 1000 ضعف حجمها الخاص من الهيدروجين.

السبائك الأكثر استخدامًا هي LaNi5 ، حيث يتم استبدال جزء من النيكل بالمنغنيز والكوبالت والألمنيوم لزيادة استقرار ونشاط السبيكة. لتقليل التكلفة ، تستخدم بعض الشركات المصنعة معدن مشوش بدلاً من اللانثانم (مم ، وهو خليط من العناصر الأرضية النادرة ، نسبتها في الخليط قريبة من النسبة في الخامات الطبيعية) ، والتي ، بالإضافة إلى اللانثانم ، تشمل أيضًا السيريوم والبراسيوديميوم والنيوديميوم.

أثناء دورة الشحن والتفريغ ، يحدث تمدد وانكماش بنسبة 15-25٪ من الشبكة البلورية لسبائك امتصاص الهيدروجين بسبب امتصاص وامتصاص الهيدروجين. تؤدي هذه التغييرات إلى تكوين تشققات في السبيكة بسبب زيادة الضغط الداخلي. يؤدي تكوين الشقوق إلى زيادة مساحة السطح ، والتي تتآكل عند التفاعل مع المنحل بالكهرباء القلوية. لهذه الأسباب ، تقل سعة تفريغ القطب السالب تدريجيًا.

في بطارية بها كمية محدودة من الإلكتروليت ، يتسبب هذا في حدوث مشكلات في إعادة توزيع الإلكتروليت. يؤدي تآكل السبيكة إلى سلبية كيميائية للسطح بسبب تكوين أكاسيد وهيدروكسيدات مقاومة للتآكل ، مما يزيد من الجهد الزائد للتفاعل الرئيسي لتوليد التيار الكهربائي لقطب هيدريد المعدن. يحدث تكوين منتجات التآكل مع استهلاك الأكسجين والهيدروجين من محلول الإلكتروليت ، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض كمية الإلكتروليت في البطارية وزيادة مقاومتها الداخلية.

لإبطاء عمليات التشتت والتآكل غير المرغوب فيها للسبائك ، والتي تحدد العمر التشغيلي لبطاريات Ni-MH ، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين (بالإضافة إلى تحسين تكوين السبائك ووضع إنتاجها). الطريقة الأولى هي الكبسلة الدقيقة لجزيئات السبيكة ، أي في تغطية سطحها بطبقة رقيقة مسامية (5-10٪) - بوزن النيكل أو النحاس. الطريقة الثانية ، والتي وجدت أوسع تطبيق في الوقت الحاضر ، تتمثل في معالجة سطح جزيئات السبيكة في المحاليل القلوية مع تكوين أغشية واقية قابلة للاختراق للهيدروجين.

قطب أكسيد النيكل.

يتم تصنيع أقطاب أكسيد النيكل في الإنتاج الضخم في تعديلات التصميم التالية: صفيحة ، صفائحية متكلسة (معدن-سيراميك) ومضغوطة ، بما في ذلك الكريات. في السنوات الأخيرة ، بدأ استخدام الأقطاب الكهربائية المصنوعة من اللباد اللاميلي والبوليمر.

الأقطاب الكهربائية الصفائحية عبارة عن مجموعة من الصناديق المثقبة (lamellae) المترابطة ببعضها البعض المصنوعة من شريط فولاذي رفيع (سمك 0.1 مم) مطلي بالنيكل.

تتكون الأقطاب الكهربائية الملبدة (معدن-سيراميك) من قاعدة سيرميت مسامية (بمسامية لا تقل عن 70٪) ، توجد بها الكتلة النشطة في المسام. القاعدة مصنوعة من مسحوق النيكل الكربوني الناعم ، والذي يتم خلطه مع كربونات الأمونيوم أو الكرباميد (60-65٪ نيكل ، والباقي حشو) ، يتم ضغطه أو دحرجته أو رشه على شبكة من الصلب أو النيكل. ثم تخضع الشبكة مع المسحوق للمعالجة الحرارية في جو مختزل (عادة في جو هيدروجين) عند درجة حرارة 800-960 درجة مئوية ، بينما تتحلل كربونات الأمونيوم أو الكرباميد وتتطاير ، ويتلبد النيكل. يبلغ سمك القواعد التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة 1-2.3 مم ، ومسامية من 80-85٪ ، ونصف قطر مسام من 5-20 ميكرومتر. يتم تشريب القاعدة بالتناوب بمحلول مركز من نترات النيكل أو كبريتات النيكل ومحلول قلوي يتم تسخينه إلى 60-90 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى ترسيب أكاسيد وهيدروكسيدات النيكل.

حاليًا ، يتم أيضًا استخدام طريقة التشريب الكهروكيميائية ، حيث يتعرض القطب للمعالجة الكاثودية في محلول نترات النيكل. بسبب تكوين الهيدروجين ، يكون المحلول في مسام الصفيحة قلويًا ، مما يؤدي إلى ترسب أكاسيد وهيدروكسيدات النيكل في مسام الصفيحة.

تصنف أقطاب الرقائق على أنها أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية الملبدة. يتم إنتاج الأقطاب الكهربائية عن طريق الرش على شريط نيكل مثقوب رفيع (0.05 مم) على كلا الجانبين عن طريق الرش ، ومستحلب كحول من مسحوق كربونيل النيكل الذي يحتوي على مواد رابطة ، وتلبيد ، والمزيد من التشريب الكيميائي أو الكهروكيميائي باستخدام الكواشف. سمك القطب هو 0.4-0.6 مم.

تصنع الأقطاب الكهربائية المضغوطة بالضغط تحت ضغط 35-60 ميجا باسكال من الكتلة النشطة على شبكة أو شريط فولاذي مثقوب. تتكون الكتلة النشطة من هيدروكسيد النيكل وهيدروكسيد الكوبالت والجرافيت والموثق.

تحتوي الأقطاب الكهربائية المصنوعة من اللباد المعدني على قاعدة مسامية للغاية مصنوعة من ألياف النيكل أو الكربون. مسامية هذه الأساسات 95٪ أو أكثر. يتم تصنيع القطب الكهربي على أساس البوليمر المطلي بالنيكل أو لباد الجرافيت. يتراوح سمك القطب ، حسب الغرض منه ، بين 0.8 - 10 ملم. يتم إدخال الكتلة النشطة في الشعور بطرق مختلفة ، اعتمادًا على كثافتها.

بدلاً من اللباد ، يمكن استخدام رغوة النيكل ، التي يتم الحصول عليها بواسطة رغوة البولي يوريثان المطلية بالنيكل ، متبوعة بالتلدين في بيئة مختزلة. عادة ما يتم إدخال عجينة تحتوي على هيدروكسيد النيكل ومادة رابطة في وسط مسامي للغاية عن طريق الانتشار. بعد ذلك ، يتم تجفيف قاعدة العجينة ولفها. تتميز أقطاب البوليمر المصنوعة من اللباد والرغوة بقدرة محددة عالية وعمر خدمة طويل.

6. تصميم بطاريات Ni-MH

بطاريات Ni-MH أسطوانية. يتم طي الأقطاب الموجبة والسالبة ، المفصولة بفاصل ، في لفافة ، يتم إدخالها في الهيكل وإغلاقها بغطاء مانع للتسرب مع حشية (الشكل 5). يحتوي الغطاء على صمام أمان يعمل بضغط 2-4 ميجا باسكال في حالة حدوث عطل في تشغيل البطارية.

الشكل 5 - تصميم بطارية هيدريد معدن النيكل (Ni-MH): 1 علبة ؛ 2 غطاء غطاء 3 صمام 4 صمام 5-مجمع القطب الموجب. 6-حلقة عازلة 7 قطب كهربائي سلبي 8 فاصل 9 قطب موجب 10-عازل.

في بطاريات Ni-MH المنشورية ، يتم وضع أقطاب موجبة وسالبة بالتناوب ، ويتم وضع فاصل بينهما. يتم إدخال كتلة الأقطاب الكهربائية في علبة معدنية أو بلاستيكية وتغلق بغطاء مانع للتسرب. على الغلاف ، كقاعدة عامة ، يتم تثبيت صمام أو مستشعر ضغط (الشكل 6).

الشكل 6 - تصميم بطارية Ni-MH: 1-case ؛ 2 غطاء غطاء 3 صمام 4 صمام 5-حشية عازلة. 6 عازل 7 قطب كهربائي سلبي ، 8 فاصل. 9 قطب كهربائي موجب

تستخدم بطاريات Ni-MH إلكتروليتًا قلويًا يتكون من KOH مع إضافة LiOH. كفاصل في بطاريات Ni-MH ، يتم استخدام مادة البولي بروبيلين غير المنسوجة والبولي أميد بسمك 0.12-0.25 مم ، والمعالجة بعامل ترطيب.

القطب الموجب. تستخدم بطاريات Ni-MH أقطابًا موجبة من أكسيد النيكل ، مماثلة لتلك المستخدمة في بطاريات Ni-Cd. في بطاريات Ni-MH ، تُستخدم الأقطاب الكهربائية المصنوعة من السيراميك والمعدن بشكل أساسي ، وفي السنوات الأخيرة ، تُستخدم أقطاب رغوة اللباد والبوليمر.

القطب السالب. وجدت خمسة تصميمات من قطب هيدريد المعدن السالب تطبيقًا عمليًا في بطاريات Ni-MH:

لاميلار ، عندما يتم ضغط مسحوق سبيكة ماصة للهيدروجين مع أو بدون مادة رابطة في شبكة نيكل ؛

رغوة النيكل ، عندما يتم إدخال عجينة مع سبيكة وموثق في مسام قاعدة رغوة النيكل ، ثم تجفيفها وضغطها (تدحرجت) ؛

رقائق معدنية ، عندما يتم وضع عجينة مع سبيكة ورابط على رقائق النيكل المثقبة أو رقائق الصلب المطلية بالنيكل ، ثم تجفيفها وضغطها ؛

تدحرجت ، عندما يتم تطبيق مسحوق الكتلة النشطة ، المكون من سبيكة ورابط ، عن طريق التدحرج (المتداول) على شبكة نيكل قابلة للشد أو شبكة نحاسية ؛

متكلس ، عندما يتم ضغط مسحوق السبيكة على شبكة نيكل ثم تلبيدها في جو من الهيدروجين.

السعات المحددة لأقطاب هيدريد المعدنية ذات التصميمات المختلفة قريبة من حيث القيمة ويتم تحديدها بشكل أساسي من خلال سعة السبيكة المستخدمة.

7. خصائص بطاريات Ni-MH

الخصائص الكهربائية

السعة النوعية لأقطاب هيدريد المعدن هي 0.24-0.3 أمبير / ساعة أو 1.2-1.5 أمبير / ساعة / سم 3 ، وهو ما يصل إلى 3 مرات أعلى من السعة المحددة لقطب كادميوم. تستخدم سبائك أو سبائك التيتانيوم والنيكل مع اللانثانم (LaNi5) كسبيكة ماصة للهيدروجين.

تتراوح الطاقة المحددة لبطاريات NM بين 50-60 واط / كجم أو 100-200 واط / لتر. وقت تشغيل معظم بطاريات HM عند ركوب الدراجات وفقًا لمعايير IEC (60٪ عمق التفريغ) هو 500-1000 دورة. حققت بعض الشركات 2000-2500 دورة وعمر خدمة 3-5 سنوات. يمكن تشغيل معظم بطاريات HM في وضع التخزين المؤقت عند شحنها بتيار مقدر من 0.01 إلى 0.03 درجة مئوية بدون حد زمني.

جهد الدائرة المفتوحة. قيمة جهد الدائرة المفتوحة Ur.c. يصعب تحديد أنظمة Ni-MH بدقة نظرًا لاعتماد إمكانات التوازن لإلكترود أكسيد النيكل على درجة أكسدة النيكل ، فضلاً عن اعتماد إمكانات التوازن لقطب هيدريد المعدن على درجة تشبع الهيدروجين. ومع ذلك ، بإمكانية تقريبية تبلغ 0.49 فولت لـ Ni (OH) 2 | NiOOH وقيمة محتملة تبلغ 0.828 فولت لقطب هيدريد معدني له قيمة توازن لضغط الهيدروجين 0.1 ميجا باسكال ، قيمة Ur.c. سيكون 1.318 فولت.إن انخفاض ضغط توازن الهيدروجين بمعامل 10 سيؤدي إلى زيادة في الجهد النظري للقطب (وبالتالي إلى انخفاض في Ur.c) بمقدار 29 مللي فولت فقط. بالنسبة لنظام NM الكهروكيميائي ، يتم قبوله الفولطية 1.2 فولت بعد 24 ساعة من شحن البطارية ، يكون جهد الدائرة المفتوحة لبطارية Ni-MH المشحونة في حدود 1.30-1.35 فولت.

قدرة البطارية. مع زيادة الحمل (انخفاض في وقت التفريغ) ومع انخفاض درجة الحرارة ، تنخفض قدرة بطارية Ni-MH (الشكل 8). يمكن ملاحظة تأثير انخفاض درجة الحرارة على السعة بشكل خاص في معدلات التفريغ العالية وفي درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية. 2 - 20 درجة مئوية ؛ 3-40 ° قيم

في السنوات الأخيرة ، بدأ عدد من الشركات في إنتاج بطاريات HM قوية من الأشكال الأسطوانية والمنشورية بسعة 3.6 - 14 آه للمركبات الهجينة. هذه البطاريات قادرة على التفريغ بتيارات مصنفة تزيد عن 20 درجة مئوية. تحتوي البطاريات المصنوعة من هذه البطاريات (حتى 240 بطارية لكل بطارية) كثافة الطاقة 0.9 - 1.1 كيلو واط / كجم. أمثلة نموذجية: بطارية باناسونيك من 240 بطارية موشورية بسعة 6.5 آه بقوة 1080 واط / كجم ، بطارية ماكيفيل من البطاريات الأسطوانية بسعة 3.4 أمبير - 870 واط / كجم ، بطارية فارتا 1100 واط / كجم عند 20 درجة مئوية و 500 واط / كجم عند -25 درجة مئوية. عمر بطارية Varta هو 2400 دورة بنسبة 100٪ DOD ، و 5000 دورة بنسبة 80٪ ، و 78000 دورة بنسبة 12٪ ، و 255000 دورة بنسبة 5٪ ، و 360.000 دورة بعمق 4٪.

8. شحن بطارية Ni-MH

يتم تحديد وقت التشغيل (عدد دورات الشحن والتفريغ) وعمر الخدمة لبطارية Ni-MH إلى حد كبير من خلال ظروف التشغيل. يقل وقت التشغيل مع زيادة عمق وسرعة التفريغ. يعتمد وقت التشغيل على سرعة الشحن وطريقة التحكم في اكتماله. اعتمادًا على نوع بطاريات Ni-MH ووضع التشغيل وظروف التشغيل ، توفر البطاريات من 500 إلى 1000 دورة شحن تفريغ على عمق تفريغ 80٪ ولها عمر خدمة من 3 إلى 5 سنوات.

لضمان التشغيل الموثوق به لبطارية Ni-MH خلال الفترة المضمونة ، يجب اتباع توصيات وتعليمات الشركة المصنعة. ينبغي إيلاء أكبر قدر من الاهتمام نظام درجة الحرارة. من المستحسن تجنب الإفراط في التفريغ (أقل من 1 فولت) وقصر الدائرة. يوصى باستخدام بطاريات Ni-MH للغرض المقصود منها ، وتجنب خلط البطاريات المستعملة وغير المستخدمة ، ولا تقم بلحام الأسلاك أو الأجزاء الأخرى مباشرة بالبطارية.

تعد بطاريات Ni-MH أكثر حساسية للشحن الزائد من Ni-Cd. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد إلى هروب حراري. عادة ما يتم الشحن بتيار Iz \ u003d 0.1C لمدة 15 ساعة. يتم تنفيذ رسوم التعويض باستخدام Iz الحالي = 0.01-0.03C لمدة 30 ساعة أو أكثر.

يمكن تسريع الشحن (في 4-5 ساعات) والشحن السريع (في ساعة واحدة) لبطاريات Ni-MH ذات الأقطاب الكهربائية عالية النشاط. مع هذه الشحنات ، يتم التحكم في العملية من خلال التغيرات في درجة الحرارة ΔТ والجهد ΔU وغيرها من المعلمات. يتم استخدام الشحن السريع ، على سبيل المثال ، لبطاريات Ni-MH التي تشغل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأدوات الكهربائية ، على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة تستخدم الآن في الغالب بطاريات ليثيوم أيون وبوليمر الليثيوم. يوصى أيضًا باستخدام طريقة شحن ثلاثية المراحل: المرحلة الأولى من الشحن السريع (1 درجة مئوية وما فوق) ، وشحنة بمعدل 0.1 درجة مئوية لمدة 0.5-1 ساعة لإعادة الشحن النهائي ، وشحنة بمعدل 0.05- 0.02C كرسم تعويض. عادةً ما يتم تضمين معلومات حول كيفية شحن بطاريات Ni-MH في إرشادات الشركة المصنعة ، ويشار إلى تيار الشحن الموصى به على علبة البطارية.

يقع جهد الشحن Uz عند Iz = 0.3-1C في نطاق 1.4-1.5V. بسبب إطلاق الأكسجين عند القطب الموجب ، فإن كمية الكهرباء المنقولة أثناء الشحن (Q3) أكبر من سعة التفريغ (Cp). في الوقت نفسه ، يبلغ العائد على السعة (100 Ср / QЗ) 75-80٪ و 85-90٪ ، على التوالي ، للبطاريات الأسطوانية Ni-MH.

التحكم في الشحن والتفريغ. لمنع الشحن الزائد لبطاريات Ni-MH ، يمكن استخدام طرق التحكم في الشحن التالية مع المستشعرات المناسبة المثبتة في البطاريات أو أجهزة الشحن:

طريقة إنهاء الشحنة على درجة الحرارة المطلقة Tmax. تتم مراقبة درجة حرارة البطارية باستمرار أثناء عملية الشحن ، وعندما يتم الوصول إلى القيمة القصوى ، يتم قطع الشحن السريع ؛

طريقة إنهاء الشحن عن طريق معدل تغير درجة الحرارة ΔT / Δt. بهذه الطريقة ، انحدار منحنى درجة الحرارة البطاريةتتم مراقبتها باستمرار أثناء عملية الشحن ، وعندما ترتفع هذه المعلمة عن قيمة محددة معينة ، تتم مقاطعة الشحن ؛

طريقة إنهاء دلتا الجهد السلبي -ΔU. في نهاية شحن البطارية ، أثناء دورة الأكسجين ، تبدأ درجة حرارتها في الارتفاع ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد ؛

طريقة إنهاء الشحن عن طريق الحد الأقصى لوقت الشحن t ؛

طريقة إنهاء الشحنة بالضغط الأقصى Pmax. يستخدم عادة في البطاريات المنشورية ذات الأحجام والسعات الكبيرة. يعتمد مستوى الضغط المسموح به في المجمع المنشوري على تصميمه ويقع في نطاق 0.05-0.8 ميجا باسكال ؛

طريقة إنهاء الرسوم أقصى جهداوماكس. يتم استخدامه لفصل شحن البطاريات ذات المقاومة الداخلية العالية ، والتي تظهر في نهاية العمر التشغيلي بسبب نقص الإلكتروليت أو عند درجة حرارة منخفضة.

عند استخدام طريقة Tmax ، قد يتم شحن البطارية بشكل زائد إذا انخفضت درجة الحرارة المحيطة ، أو قد لا تكون البطارية مشحونة بشكل كاف إذا ارتفعت درجة الحرارة المحيطة بشكل ملحوظ. يمكن استخدام طريقة ΔT / t بشكل فعال للغاية لإنهاء الشحن في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة. ولكن إذا تم استخدام هذه الطريقة فقط في درجات حرارة أعلى ، فستتعرض البطاريات الموجودة داخل البطاريات لدرجات حرارة عالية غير مرغوب فيها قبل الوصول إلى قيمة ΔT / t للإغلاق. للحصول على قيمة معينة من ΔT / t ، يمكن الحصول على سعة إدخال أكبر عند درجة حرارة محيطة أقل من درجة حرارة أعلى. في بداية شحن البطارية (وكذلك في نهاية الشحن) ، هناك ارتفاع سريع في درجة الحرارة ، مما قد يؤدي إلى إيقاف الشحن المبكر عند استخدام طريقة ΔT / t. للتخلص من ذلك ، يستخدم مطورو الشاحن مؤقتات لتأخير استجابة المستشعر الأولي باستخدام طريقة ΔT / Δt.

طريقة -ΔU فعالة لإنهاء الشحن في درجات حرارة محيطة منخفضة بدلاً من درجات حرارة مرتفعة. بهذا المعنى ، فإن الطريقة مشابهة لطريقة ΔT / t. من أجل ضمان إنهاء الرسوم في الحالات التي تمنع فيها ظروف غير متوقعة الانقطاع الطبيعي للرسوم ، يوصى أيضًا باستخدام عنصر تحكم مؤقت ينظم مدة عملية الشحن (الطريقة t).

وبالتالي ، لشحن البطاريات بسرعة بتيارات مصنفة 0.5-1 درجة مئوية عند درجات حرارة من 0-50 درجة مئوية ، يُنصح بتطبيق طرق Tmax في وقت واحد (مع درجة حرارة إيقاف التشغيل من 50-60 درجة مئوية ، اعتمادًا على تصميم البطاريات والبطاريات) ، -ΔU (5-15 مللي فولت لكل بطارية) ، t (عادةً للحصول على 120٪ من السعة المقدرة) و Umax (1.6-1.8 فولت لكل بطارية). بدلاً من طريقة -ΔU ، يمكن استخدام طريقة ΔT / Δt (1-2 درجة مئوية / دقيقة) مع مؤقت تأخير أولي (5-10 دقائق).

بعد إجراء شحن سريع للبطارية ، توفر أجهزة الشحن تحويلها إلى إعادة شحن بتيار معدل 0.1 درجة مئوية - 0.2 درجة مئوية لفترة معينة.

لا يوصى بشحن بطاريات Ni-MH في الجهد المستمريمكن أن يحدث "عطل حراري" للبطاريات. هذا لأنه في نهاية الشحن هناك زيادة في التيار ، والتي تتناسب مع الفرق بين جهد إمداد الطاقة وفولتية البطارية ، وينخفض جهد البطارية في نهاية الشحن بسبب زيادة درجة الحرارة.

في درجات الحرارة المنخفضة ، يجب تقليل معدل الشحن. خلاف ذلك ، لن يتوفر للأكسجين وقت لإعادة الاتحاد ، مما سيؤدي إلى زيادة الضغط في المجمع. للتشغيل في مثل هذه الظروف ، يوصى باستخدام بطاريات Ni-MH ذات الأقطاب الكهربائية عالية المسامية.

9. مزايا وعيوب بطاريات Ni-MH

إن الزيادة الكبيرة في معلمات الطاقة المحددة ليست الميزة الوحيدة لبطاريات Ni-MH على بطاريات Ni-Cd. الابتعاد عن الكادميوم يعني أيضًا التحرك نحو الإنتاج الأنظف. من الأسهل أيضًا حل مشكلة إعادة تدوير البطاريات الفاشلة. حددت مزايا بطاريات Ni-MH هذه المزيد نمو سريعحجم إنتاجها من جميع شركات البطاريات الرائدة في العالم مقارنة ببطاريات Ni-Cd.

لا تحتوي بطاريات Ni-MH على "تأثير الذاكرة" الذي تحدثه بطاريات Ni-Cd بسبب تكوين النيكل في القطب السالب للكادميوم. ومع ذلك ، فإن الآثار المرتبطة بالشحن الزائد لقطب أكسيد النيكل لا تزال قائمة.

يمكن التخلص من الانخفاض في جهد التفريغ ، الذي يتم ملاحظته مع عمليات إعادة الشحن المتكررة والطويلة بنفس الطريقة كما هو الحال مع بطاريات Ni-Cd ، عن طريق إجراء عدة عمليات تفريغ بشكل دوري حتى 1 فولت. وهو ما يكفي لإجراء عمليات التفريغ هذه مرة واحدة في الشهر.

ومع ذلك ، فإن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن أدنى من بطاريات النيكل والكادميوم ، والتي تم تصميمها لتحل محلها ، في بعض خصائص الأداء:

تعمل بطاريات Ni-MH بكفاءة في نطاق أضيق من تيارات التشغيل ، وهو ما يرتبط بامتصاص محدود للهيدروجين من قطب هيدريد المعدن بمعدلات تفريغ عالية جدًا ؛

تتميز بطاريات Ni-MH بنطاق درجة حرارة تشغيل أضيق: معظمها غير قابل للتشغيل في درجات حرارة أقل من -10 درجة مئوية وما فوق + 40 درجة مئوية ، على الرغم من أنه في بعض سلاسل البطاريات ، أدى تعديل الوصفات إلى زيادة حدود درجة الحرارة ؛

أثناء شحن بطاريات Ni-MH ، يتم إطلاق المزيد من الحرارة مقارنة بشحن بطاريات Ni-Cd ، وبالتالي ، من أجل منع ارتفاع درجة حرارة البطارية من بطاريات Ni-MH أثناء الشحن السريع و / أو الشحن الزائد أو الصمامات الحرارية أو المرحلات الحرارية مثبتة فيها ، والتي توجد على جدار إحدى البطاريات في الجزء المركزي من البطارية ؛

تتميز بطاريات Ni-MH بتفريغ ذاتي متزايد (الشكل 10) ، والذي يتم تحديده من خلال حتمية تفاعل الهيدروجين المذاب في الإلكتروليت مع قطب موجب من أكسيد النيكل (ولكن بفضل استخدام سبائك القطب السالب الخاصة ، كان من الممكن تحقيق انخفاض في معدل التفريغ الذاتي لقيم قريبة من تلك الخاصة ببطاريات Ni-Cd ؛

يزداد خطر ارتفاع درجة الحرارة عند شحن إحدى بطاريات Ni-MH للبطارية ، وكذلك عكس البطارية ذات السعة المنخفضة عند تفريغ البطارية ، مع عدم تطابق معلمات البطارية نتيجة الدوران الطويل ، لذلك لا ينصح جميع الشركات المصنعة بإنشاء بطاريات من أكثر من 10 بطاريات ؛

فقدان قدرة القطب السالب الذي يحدث في بطارية Ni-MH عند التفريغ أقل من 0 فولت أمر لا رجعة فيه ، مما يضع متطلبات أكثر صرامة لاختيار البطاريات في البطارية والتحكم في عملية التفريغ مما في حالة الاستخدام بطاريات Ni-Cd ، كقاعدة عامة ، تفريغ يصل إلى 1 V / ak في بطاريات الجهد المنخفض وما يصل إلى 1.1 V / ak في بطارية من 7-10 بطاريات.

كما ذكرنا سابقًا ، يتم تحديد تدهور بطاريات Ni-MH بشكل أساسي من خلال انخفاض قدرة الامتصاص للقطب السالب أثناء ركوب الدراجات. في دورة تفريغ الشحنات ، يتغير حجم الشبكة البلورية للسبيكة ، مما يؤدي إلى تكوين تشققات والتآكل اللاحق عند التفاعل مع الإلكتروليت. يحدث تكوين منتجات التآكل مع امتصاص الأكسجين والهيدروجين ، مما يؤدي إلى انخفاض إجمالي كمية الإلكتروليت وزيادة المقاومة الداخلية للبطارية.

وتجدر الإشارة إلى أن خصائص بطاريات Ni-MH تعتمد بشكل كبير على سبيكة القطب السالب وتكنولوجيا معالجة السبيكة لتحسين استقرار تركيبها وهيكلها. وهذا يجبر مصنعي البطاريات على توخي الحذر بشأن اختيار موردي السبائك ومستهلكي البطاريات - لاختيار الشركة المصنعة.

10. معايير وتسميات بطاريات HM

وفقًا لمعايير اللجنة الكهروكيميائية الدولية IEC 61436 و IEC 61951-2 ، يتم تحديد بطاريات HM الأسطوانية بالحرفين HR ، والمنشورية بالأحرف HF وبطاريات القرص بالأحرف HB. بعد الأحرف الخاصة ببطاريات NM الأسطوانية ، يُشار إلى قطر وارتفاع البطارية بالمليمترات (تقريبًا إلى أقرب رقم صحيح) من خلال شريط كسري ، وبالنسبة للبطاريات المنشورية ، يتم تحديد العرض والسماكة والارتفاع. على سبيل المثال ، HR15 / 51 ، HF15 / 09/49. بالنسبة لبطاريات القرص ، يُشار إلى القطر والارتفاع من خلال خط كسري ، ولكن ليس بالمليمترات ، ولكن باستخدام وحدة 1/10 من المليمتر. على سبيل المثال ، تم تحديد بطارية القرص التي يبلغ قطرها 15.6 مم وارتفاعها 6.4 مم على أنها HB 156/064.

نلاحظ أهم متطلبات بطاريات HM وفقًا لهذه المعايير:

وضع الشحن بتيار مقدر 0.1 درجة مئوية لمدة 16 ساعة عند درجة حرارة (20 ± 5) درجة مئوية ؛

مدة التفريغ عند درجة حرارة (20 ± 5) درجة مئوية مع تيار مقداره 0.2 درجة مئوية إلى جهد 0.9 فولت هي 42 دقيقة على الأقل لبطاريات NM الأسطوانية والمنشورية و 35 دقيقة على الأقل لبطاريات القرص ؛

يجب ألا يقل عمر الخدمة عن 500 دورة ؛

لا تحدد هذه المعايير متطلبات بطاريات HM في درجات حرارة مرتفعة وفي درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية.

11. تخزين ومناولة بطاريات Ni-MH

قبل البدء في استخدام بطاريات Ni-MH الجديدة ، يجب أن تتذكر أنه يجب "تأرجح" أولاً للحصول على أقصى سعة. للقيام بذلك ، من المستحسن أن يكون لديك شاحن قادر على تفريغ البطاريات: اضبط الشحنة على الحد الأدنى للتيار وشحن البطارية ، ثم قم بتفريغها فورًا بالضغط على الزر المناسب في الشاحن. إذا لم يكن هناك مثل هذا الجهاز في متناول اليد ، يمكنك ببساطة "تحميل" البطارية بكامل طاقتها والانتظار.

قد تكون هناك حاجة إلى 2-5 مثل هذه الدورات ، اعتمادًا على مدة ودرجة حرارة التخزين في المستودعات وفي المتجر. في كثير من الأحيان ، تكون ظروف التخزين بعيدة عن المثالية ، لذلك سيكون التدريب المتكرر موضع ترحيب كبير.

من أجل التشغيل الأكثر كفاءة وإنتاجية للبطارية لأطول فترة ممكنة ، من الضروري ، إن أمكن ، تفريغها بالكامل (يوصى بوضع الجهاز قيد الشحن فقط بعد إيقاف تشغيله بسبب تفريغ البطارية) و اشحن البطارية لتجنب "تأثير الذاكرة" وتقليل عمر البطارية. لاستعادة سعة البطارية الكاملة (قدر الإمكان) ، من الضروري أيضًا إجراء التدريب الموضح أعلاه. في هذه الحالة ، يتم تفريغ البطارية إلى الحد الأدنى المسموح به من الجهد لكل خلية ، ويتم تدمير التكوينات البلورية. من الضروري جعلها قاعدة لتدريب البطارية مرة واحدة على الأقل كل شهرين. ولكن لا يجب أن تذهب بعيدًا أيضًا - فالاستخدام المتكرر لهذه الطريقة يؤدي إلى نفاد البطارية. بعد التفريغ ، يوصى بترك الجهاز مشمولاً بالشحن لمدة 12 ساعة على الأقل.

يمكن أيضًا التخلص من تأثير الذاكرة عن طريق التفريغ بتيار كبير (2-3 مرات أعلى من الاسمي).

"أردنا الأفضل ، ولكن اتضح كما هو الحال دائمًا"

القاعدة الأولى والأبسط لشحن أي بطارية بشكل صحيح هي استخدام الشاحن (المشار إليه فيما يلي باسم الشاحن) الذي تم بيعه في المجموعة (على سبيل المثال ، هاتف محمول) ، أو عندما تفي شروط الشحن بمتطلبات الشركة المصنعة للبطاريات (على سبيل المثال ، لبطاريات Ni-MH من نوع الإصبع).

على أي حال ، من الأفضل شراء البطاريات وأجهزة الشحن التي أوصت بها الشركة المصنعة. كل شركة لديها تقنيات الإنتاج الخاصة بها وميزات تشغيل البطارية. يرجى قراءة جميع التعليمات المرفقة والمعلومات الأخرى بعناية قبل استخدام البطاريات وأجهزة الشحن.

كما كتبنا أعلاه ، عادةً ما يتم تضمين أبسط ذاكرة في الحزمة. هذه الشواحن ، كقاعدة عامة ، تمنح المستخدمين حدًا أدنى من القلق: يحاول مصنعو الهواتف تنسيق تقنية الشحن مع جميع أنواع البطاريات الممكنة المصممة للعمل مع هذه العلامة التجارية للجهاز. هذا يعني أنه إذا كان الجهاز مصممًا للعمل مع Ni-Cd و Ni-MH و بطاريات ليثيوم أيون، سيقوم هذا الشاحن بشحن جميع البطاريات المذكورة أعلاه بكفاءة متساوية ، حتى لو كانت ذات سعات مختلفة.

ولكن هناك عيب واحد هنا. يجب تفريغ شحن بطاريات النيكل الخاضعة لتأثير الذاكرة بشكل دوري ، ولكن "الجهاز" غير قادر على ذلك: عند الوصول إلى حد جهد معين ، يتم إيقاف تشغيله. الجهد الذي يحدث عنده الإغلاق التلقائي أكبر من الجهد الذي يجب تفريغ البطارية به لتدمير البلورات التي تقلل من قدرة البطارية. في مثل هذه الحالات ، لا يزال من الأفضل استخدام ذاكرة ذات وظيفة تفريغ.

هناك رأي مفاده أن بطاريات Ni-MH لا يمكن شحنها إلا بعد تفريغها بالكامل (100٪). ولكن في الواقع ، فإن التفريغ الكامل للبطارية أمر غير مرغوب فيه ، وإلا ستفشل البطارية قبل الأوان. يوصى بعمق تصريف 85-90٪ - ما يسمى بتفريغ السطح.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن بطاريات Ni-MH تتطلب أوضاع شحن خاصة ، على عكس Ni-Cd ، وهي الأقل تطلبًا في وضع الشحن.

على الرغم من إمكانية زيادة شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن الحديثة ، فإن السخونة الزائدة الناتجة تقلل من عمر البطارية. لذلك ، عند الشحن ، يجب مراعاة ثلاثة عوامل: الوقت وكمية الشحن ودرجة حرارة البطارية. اليوم هناك عدد كبير منشاحن يتحكم في وضع الشحن.

هناك ذاكرة بطيئة وسريعة ونبض. من الجدير بالذكر على الفور أن التقسيم تعسفي إلى حد ما ويعتمد على الشركة المصنعة للبطاريات. نهج مشكلة الشحن هو ما يلي تقريبًا: تطور الشركة أنواع مختلفةبطاريات لتطبيقات مختلفة ويضع توصيات ومتطلبات لكل نوع لطرق الشحن الأكثر ملاءمة. نتيجة لذلك ، قد تتطلب البطاريات المتطابقة في الشكل (الحجم) طرق شحن مختلفة.

تختلف الذاكرة "البطيئة" و "السريعة" في سرعة شحن البطاريات. السابق يشحن البطارية بتيار يساوي حوالي 1/10 من التيار الاسمي ، ووقت الشحن هو 10-12 ساعة ، بينما ، كقاعدة عامة ، لا يتم التحكم في حالة البطارية ، وهي ليست جيدة جدًا (تمامًا والبطاريات التي تم تفريغها جزئيًا في أوضاع مختلفة).

اشحن البطارية "سريعًا" بتيار في حدود 1/3 إلى 1 من قيمتها الاسمية. وقت الشحن - 1-3 ساعات. في كثير من الأحيان ، يكون هذا جهازًا ثنائي الوضع يستجيب للتغيرات في الجهد عند أطراف البطارية أثناء الشحن. أولاً ، تتراكم الشحنة في وضع "السرعة العالية" ، عندما يصل الجهد إلى مستوى معين ، يتوقف الشحن عالي السرعة ويتحول الجهاز إلى وضع الشحن "النفاث" البطيء. هذه الأجهزة مثالية لبطاريات Ni-Cd و Ni-MH. الآن أكثر أجهزة الشحن شيوعًا باستخدام التكنولوجيا الشحن النبضي. كقاعدة عامة ، يمكن استخدامها لجميع أنواع البطاريات. يعتبر هذا الشاحن مناسبًا بشكل خاص لإطالة عمر بطاريات Ni-Cd ، حيث يؤدي ذلك إلى تدمير التكوينات البلورية للمادة الفعالة (يقلل "تأثير الذاكرة") التي تحدث أثناء التشغيل. ومع ذلك ، بالنسبة للبطاريات ذات "تأثير الذاكرة" الكبير ، فإن استخدام طريقة الشحن النبضي فقط لا يكفي - مطلوب تفريغ عميق (استرداد) وفقًا لخوارزمية خاصة من أجل تدمير التكوينات البلورية الكبيرة. أجهزة الشحن التقليدية ، حتى مع وظيفة التفريغ ، غير قادرة على ذلك. يمكن القيام بذلك في قسم الخدمة باستخدام معدات خاصة.

بالنسبة لأولئك الذين يقضون الكثير من الوقت خلف عجلة القيادة ، فإن خيار شاحن السيارة أمر لا بد منه بالتأكيد. أبسطها مصنوعة في شكل سلك متصل هاتف محمولمع مقبس ولاعة سجائر السيارة (جميع الخيارات "القديمة" مصممة فقط لشحن بطاريات Ni-Cd و Ni-MH). ومع ذلك ، يجب ألا تسيء استخدام طريقة الشحن هذه: تؤثر ظروف التشغيل هذه سلبًا على عمر البطارية.

إذا كنت قد اخترت بالفعل الشاحن الذي يناسبك ، فاقرأ التوصيات التالية لشحن بطاريات Ni-Cd و Ni-Mh:

لا تشحن سوى البطاريات التي تم تفريغها بالكامل ؛

يجب ألا تضع بطارية مشحونة بالكامل لإعادة الشحن الإضافية ، لأن ذلك سيقلل من عمرها بشكل كبير ؛

لا تترك بطاريات Ni-Cd و Ni-MH في الشاحن بعد انتهاء الشحن لفترة طويلة ، حيث يستمر الشاحن في شحنها حتى بعد الشحن الكامل ، ولكن فقط بتيار أقل بكثير. يؤدي وجود بطاريات Ni-Cd- و Ni-MH على المدى الطويل في الشاحن إلى زيادة الشحن وتدهور المعلمات ؛

يجب أن تكون البطاريات في درجة حرارة الغرفة قبل الشحن. يكون الشحن أكثر فاعلية في درجة حرارة محيطة تتراوح من + 10 درجة مئوية إلى + 25 درجة مئوية.

قد تصبح البطاريات ساخنة أثناء الشحن. هذا ينطبق بشكل خاص على سلسلة عالية السعة مع شحن مكثف (سريع). درجة الحرارة القصوى لبطاريات التدفئة هي + 55 درجة مئوية. في تصميم أجهزة الشحن السريعة (من 30 دقيقة إلى ساعتين) ، يتم توفير التحكم في درجة حرارة كل بطارية. عند تسخين علبة البطارية إلى + 55 درجة مئوية ، ينتقل الجهاز من وضع الشحن الرئيسي إلى وضع الشحن الإضافي ، حيث تنخفض درجة الحرارة خلاله. يوفر تصميم البطاريات نفسها أيضًا حماية ضد ارتفاع درجة الحرارة في شكل صمام أمان (يمنع تدمير البطارية) ، والذي يفتح إذا تجاوز ضغط بخار الإلكتروليت داخل العلبة الحدود المسموح بها.

تخزين

إذا كنت قد اشتريت بطارية ولن تستخدمها على الفور ، فمن الأفضل لك أن تتعرف على قواعد تخزين بطاريات Ni-MH.

بادئ ذي بدء ، يجب إزالة البطارية من الجهاز والعناية بالحماية من الرطوبة ودرجات الحرارة المرتفعة. من المستحيل السماح بانخفاض قوي في الجهد على البطارية بسبب التفريغ الذاتي ، أي أثناء التخزين طويل الأجل ، يجب شحن البطارية بشكل دوري.

لا تقم بتخزين البطارية في درجات حرارة عالية ، حيث يؤدي ذلك إلى تسريع تدهور المواد النشطة داخل البطارية. على سبيل المثال ، سيؤدي التشغيل والتخزين المستمر عند 45 درجة مئوية إلى تقليل عدد دورات بطارية Ni-MH بحوالي 60٪.

في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون ظروف التخزين هي الأفضل ، لكننا نلاحظ أنها مخصصة للتخزين ، حيث ينخفض إنتاج الطاقة عند درجات حرارة دون الصفر لأي بطاريات ، ولا يمكن شحنها على الإطلاق. سيؤدي التخزين في درجات حرارة منخفضة إلى تقليل التفريغ الذاتي (على سبيل المثال ، يمكنك وضعها في الثلاجة ، ولكن لا يمكن وضعها في المجمد بأي حال من الأحوال).

بالإضافة إلى درجة الحرارة ، يتأثر عمر البطارية بشكل كبير بدرجة شحنها. يقول البعض أنه من الضروري التخزين في حالة مشحونة ، والبعض الآخر يصر على التفريغ الكامل. الخيار الأفضل هو شحن البطارية قبل التخزين بنسبة 40٪.

12. مصنعي وآفاق بطاريات HM

وفقًا للدراسات التي أجرتها شركة Avicenne Development (فرنسا) ، في عام 2005 ، تجاوز إنتاج بطاريات HM (1621 مليون وحدة) بالفعل إنتاج بطاريات NK (1170 مليون وحدة). الشركة الرائدة في إنتاج بطاريات HM كانت سانيو (56٪). في روسيا ، تم إتقان الإنتاج التسلسلي للمراكم NM بواسطة MEZON Plant OJSC (بطاريات أسطوانية بأربعة أحجام قياسية) و JSC AK Rigel (بطارية أسطوانية بحجم AA وبطاريات موشورية وقرصية).

نظرًا للزيادة في إنتاج بطاريات NM وانخفاض سعر المواد المستخدمة ، فإن أسعار بطاريات 1A ∙ h NK و NM متساوية تقريبًا. في الجدول. يوضح الشكل 2 بيانات عن الأسعار وأحجام الإنتاج للبطاريات المحمولة NM- و NK- و lithium-ion و lithium-polymer في عام 2000. و 2005

الجدول 2

بطارية	2000			2005
بطارية	الحجم ، مليون قطعة	الحجم ، مليون دولار أمريكي	متوسط السعر بالدولار الأمريكي / القطعة	الحجم ، مليون قطعة	الحجم ، مليون دولار أمريكي	متوسط السعر بالدولار الأمريكي / القطعة
NK	1360	1401	1,03	1170	1107	0,95
NM	1325	1078	0,81	1621	1043	0,64
Li-Ion	545	2869	5,26	933	2976	3,19
لي بول	19	138	7,26	350	1240	3,54
المجموع	3249	5486	1,69	4074	6366	1,56

13. التخلص

تعد بطاريات HM صديقة للبيئة ، حيث لا تحتوي على عناصر سامة وضارة مثل الكادميوم والرصاص والزئبق. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية لانتشار استخدام بطاريات HM.

يتم تجميع بطاريات HM ، التي تتطابق أبعادها المادية مع بطاريات NK ، بشكل طبيعي بعد استخدامها مع بطاريات NK. على الرغم من أن بطاريات HM لا تحتوي على الكادميوم ، إلا أن ترميدها أو التخلص منها في مدافن النفايات غير ممكن بسبب محتواها العالي من المعادن الثقيلة. من الصعب الفصل التلقائي لـ NM- من NK- المراكم ، على سبيل المثال ، وفقًا لمبدأ الاختلاف في كثافتها. لذلك ، تخضع بطاريات NM و NK لإعادة التدوير المشتركة من أجل استخراج الكوبالت والنيكل أولاً وقبل كل شيء (يتم أحيانًا استخراج المعادن الأرضية النادرة).

يجري العمل حاليًا للحصول على Co ، و Ni ، والمعادن الأرضية النادرة من بطاريات NM باستخدام عملية الفصل في الحلول.

قائمة المصادر المستخدمة

1. http://www.PowerInfo.ru

2. http://www.ladoshki.com

3. http://battery.newlist.ru

4. http://old.aktex.ru

5. المصادر الكيميائيةالحالي: كتيب / محرر. كوروفين و أ.م.سكوندين. - م: دار النشر MPEI ، 2003. 740 ص ، ص.

من خبرة التشغيل

يتم الإعلان على نطاق واسع عن خلايا NiMH على أنها خلايا عالية الطاقة وباردة وخالية من الذاكرة. بعد أن اشتريت كاميرا Canon PowerShot A 610 الرقمية ، قمت بتجهيزها بشكل طبيعي بذاكرة واسعة لـ 500 لقطة عالية الجودة ، ولزيادة مدة التصوير ، اشتريت 4 خلايا NiMH بسعة 2500 مللي أمبير * ساعة من Duracell.

دعونا نقارن خصائص العناصر التي تنتجها الصناعة:

خيارات		أيون الليثيوم ليثيوم أيون	نيكل كادميوم NiCd	نيكل- هيدريد المعدن NiMH	حمض الرصاص الرصاص
مدة الخدمة ، دورات الشحن / التفريغ		1-1.5 سنة	500-1000		3 00-5000
سعة الطاقة ، W * h / kg
تيار التفريغ ، مللي أمبير * سعة البطارية
جهد عنصر واحد ، V
معدل التفريغ الذاتي		2-5٪ شهريا	10٪ في اليوم الأول ، 10٪ عن كل شهر تالٍ	2 مرات أعلى النيكل كادميوم	40% في العام
نطاق درجة الحرارة المسموح بها ، درجة مئوية	الشحن
نطاق درجة الحرارة المسموح بها ، درجة مئوية	انفراج		-20... +65
نطاق الجهد المسموح به ، V		2,5-4,3 (فحم الكوك), 3,0-4,3 (الجرافيت)			5,25-6,85 (للبطاريات 6 فولت) ، 10,5-13,7 (للبطاريات 12 فولت)

الجدول 1.

من الجدول ، نرى أن عناصر NiMH تتمتع بقدرة طاقة عالية ، مما يجعلها مفضلة عند الاختيار.

لشحنها ، تم شراء شاحن DESAY Full-Power Harger الذكي ، والذي يوفر شحن خلايا NiMH مع تدريبهم. تم شحن عناصرها بجودة عالية ، لكن ... ومع ذلك ، في الشحنة السادسة ، أمرت بعمر طويل. إلكترونيات محترقة.

بعد استبدال الشاحن والعديد من دورات تفريغ الشحن ، بدأت البطاريات في النفاد في اللقطات العشر الثانية أو الثالثة.

اتضح أنه على الرغم من التأكيدات ، فإن عناصر NiMH لها ذاكرة أيضًا.

وتحتوي معظم الأجهزة المحمولة الحديثة التي تستخدمها على حماية مدمجة تعمل على إيقاف تشغيل الطاقة عند الوصول إلى حد أدنى معين من الجهد. هذا لا يسمح التفريغ الكاملالبطارية. هنا تبدأ ذاكرة العناصر في لعب دورها. الخلايا التي لم يتم تفريغها بالكامل لا يتم شحنها بالكامل وتنخفض سعتها مع كل إعادة شحن.

تسمح لك الشواحن عالية الجودة بالشحن دون فقد السعة. لكن لم أجد شيئًا كهذا للبيع لعناصر بسعة 2500 مللي أمبير. يبقى لإجراء تدريبهم بشكل دوري.

تدريب عناصر NiMH

كل ما هو مكتوب أدناه لا ينطبق على خلايا البطارية ذات التفريغ الذاتي القوي . لا يمكن التخلص منهم إلا ، وتظهر التجربة أنه لا يمكن تدريبهم.

يتكون تدريب عناصر NiMH من عدة (1-3) دورات شحن تفريغ.

يتم التفريغ حتى ينخفض الجهد على خلية البطارية إلى 1 فولت. من المستحسن تفريغ العناصر بشكل فردي. والسبب هو أن القدرة على تحصيل الرسوم يمكن أن تكون مختلفة. وتتكثف عند الشحن بدون تدريب. لذلك ، هناك عملية سابقة لأوانها لحماية الجهد لجهازك (المشغل ، الكاميرا ، ...) والشحن اللاحق لعنصر غير مفرغ. والنتيجة هي فقدان تدريجي للقدرة.

يجب أن يتم التفريغ في جهاز خاص (الشكل 3) ، والذي يسمح بإجراء التفريغ بشكل فردي لكل عنصر. إذا لم يكن هناك تحكم في الجهد ، فسيتم التفريغ حتى انخفاض ملحوظ في سطوع المصباح الكهربائي.

وإذا اكتشفت وقت احتراق المصباح الكهربائي ، يمكنك تحديد سعة البطارية ، ويتم حسابها بالصيغة:

السعة = تيار التفريغ x وقت التفريغ = I x t (A * ساعة)

بطارية بسعة 2500 مللي أمبير قادرة على توصيل تيار 0.75 أمبير للحمل لمدة 3.3 ساعة ، إذا كان الوقت الذي يتم الحصول عليه نتيجة التفريغ أقل ، وبالتالي فإن السعة المتبقية أقل. ومع انخفاض السعة ، تحتاج إلى مواصلة تدريب البطارية.

الآن ، لتفريغ خلايا البطارية ، أستخدم جهازًا مصنوعًا وفقًا للمخطط الموضح في الشكل 3.

إنه مصنوع من شاحن قديم ويبدو كالتالي:

يوجد الآن 4 لمبات فقط ، كما في الشكل 3. يجب ذكر المصابيح بشكل منفصل. إذا كان المصباح الكهربائي يحتوي على تيار تفريغ يساوي الاسمي لبطارية معينة أو أقل قليلاً ، فيمكن استخدامه كحمل ومؤشر ، وإلا فإن المصباح الكهربائي هو مؤشر فقط. ثم يجب أن يكون للمقاوم قيمة بحيث تكون المقاومة الكلية لـ El 1-4 والمقاوم R 1-4 الموازي له في حدود 1.6 أوم ، ولا يُقبل استبدال المصباح الكهربائي بمصباح LED.

مثال على المصباح الكهربائي الذي يمكن استخدامه كحمل هو مصباح يدوي 2.4 فولت كريبتون.

حالة خاصة.

انتباه! لا يضمن المصنعون التشغيل العادي للبطاريات عند شحن التيارات التي تتجاوز التيار شحن سريعيجب أن يكون الشحن أقل من سعة البطارية. لذا بالنسبة للبطاريات التي تبلغ سعتها 2500 مللي أمبير في الساعة ، يجب أن تكون أقل من 2.5 أمبير.

يحدث أن يكون جهد خلايا NiMH بعد التفريغ أقل من 1.1 فولت. في هذه الحالة ، من الضروري تطبيق التقنية الموضحة في المقالة أعلاه في مجلة PC MIR. يتم توصيل عنصر أو سلسلة من العناصر بمصدر طاقة من خلال مصباح سيارة بقوة 21 واط.

مرة أخرى ، ألفت انتباهكم! يجب فحص هذه العناصر من أجل التفريغ الذاتي! في معظم الحالات ، تكون العناصر ذات الجهد المنخفض هي التي تزيد من التفريغ الذاتي. هذه العناصر أسهل في التخلص منها.

يفضل أن يكون الشحن فرديًا لكل عنصر.

لخليتين 1.2 فولت جهد الشحنيجب ألا يتجاوز 5-6 فولت. مع الشحن القسري ، يعد الضوء أيضًا مؤشرًا. عن طريق تقليل سطوع المصباح الكهربائي ، يمكنك فحص الجهد على عنصر NiMH. سيكون أكبر من 1.1 فولت. عادةً ما تستغرق شحنة التعزيز الأولية هذه من 1 إلى 10 دقائق.

إذا كان عنصر NiMH ، أثناء الشحن القسري ، لا يزيد الجهد لعدة دقائق ، ويتم تسخينه ، فهذا سبب لإزالته من الشحن ورفضه.

أوصي باستخدام أجهزة الشحن فقط مع القدرة على تدريب (تجديد) العناصر عند إعادة الشحن. إذا لم يكن هناك أي شيء ، فبعد 5-6 دورات تشغيل في الجهاز ، دون انتظار فقد كامل للقدرة ، قم بتدريبهم ورفض العناصر ذات التفريغ الذاتي القوي.

ولن يخذلكم.

في أحد المنتديات علق على هذا المقال "مكتوبة بشكل سيئ ولكن لا شيء آخر". إذن ، هذا ليس" غبيًا "، ولكنه بسيط ويمكن الوصول إليه لكل من يحتاج إلى مساعدة في المطبخ. وهذا هو ، بأكبر قدر ممكن. يمكن للمتقدمين وضع وحدة تحكم ، وتوصيل جهاز كمبيوتر ، ...... ، ولكن هذه بالفعل قصة أخرى.

لا يبدو غبيا

توجد أجهزة شحن "ذكية" لخلايا NiMH.

يعمل هذا الشاحن مع كل بطارية على حدة.

هو يستطيع:

تعمل بشكل فردي مع كل بطارية في أوضاع مختلفة ،

شحن البطاريات في الوضع السريع والبطيء ،

شاشة LCD فردية لكل منها حجرة البطارية,

اشحن كل بطارية بشكل مستقل ،

شحن من واحد إلى أربع بطاريات بسعات وأحجام مختلفة (AA أو AAA) ،

حماية البطارية من الحرارة الزائدة ،

حماية كل بطارية من الشحن الزائد ،

تحديد نهاية الشحن عن طريق انخفاض الجهد ،

تحديد البطاريات المعيبة

تفريغ البطارية مسبقًا إلى الجهد المتبقي ،

استعادة البطاريات القديمة (تدريب الشحن والتفريغ) ،

تحقق من سعة البطارية

العرض على شاشة LCD: - التهمة الحاليةالجهد يعكس السعة الحالية.

الأهم من ذلك ، أؤكد أن هذا النوع من الأجهزة يسمح لك بالعمل بشكل فردي مع كل بطارية.

وفقًا لتعليقات المستخدمين ، يسمح لك هذا الشاحن باستعادة معظم البطاريات قيد التشغيل ، ويمكن استخدام البطاريات الصالحة للخدمة طوال فترة الخدمة المضمونة بالكامل.

لسوء الحظ ، لم أستخدم مثل هذا الشاحن ، لأنه من المستحيل ببساطة شرائه في المقاطعات ، ولكن يمكنك العثور على الكثير من المراجعات في المنتديات.

الشيء الرئيسي هو عدم الشحن التيارات العالية، على الرغم من الوضع المعلن مع التيارات من 0.7 - 1A ، لا يزال هذا الجهاز صغير الحجم ويمكن أن يبدد 2-5 واط من الطاقة.

استنتاج

أي استعادة لبطاريات NiMh هي عمل فردي (مع كل عنصر على حدة). مع المراقبة المستمرة ورفض العناصر التي لا تقبل الشحن.

وأفضل طريقة للتعامل مع تعافيها هي استخدام أجهزة الشحن الذكية التي تسمح لك برفض دورة التفريغ والشحن بشكل فردي مع كل خلية. ونظرًا لعدم وجود مثل هذه الأجهزة التي تعمل تلقائيًا مع البطاريات بأي سعة ، فهي مصممة لعناصر ذات سعة محددة بدقة أو يجب أن تتحكم في تيارات الشحن والتفريغ!

ميزات شحن بطاريات Ni─MH ومتطلبات الشاحن والمعلمات الرئيسية

تنتشر بطاريات هيدريد النيكل والمعدن تدريجياً في السوق ، ويتم تحسين تكنولوجيا إنتاجها. يقوم العديد من الشركات المصنعة بتحسين خصائصها تدريجياً. على وجه الخصوص ، يزداد عدد دورات الشحن والتفريغ ويقل التفريغ الذاتي لبطاريات Ni─MH. تم إنتاج هذا النوع من البطاريات لاستبدال بطاريات Ni─Cd وشيئًا فشيئًا يتم إخراجها من السوق. ولكن لا تزال هناك بعض الاستخدامات حيث لا يمكن لبطاريات هيدريد النيكل والمعدن أن تحل محل بطاريات الكادميوم. خاصة عندما تكون التيارات عالية التفريغ مطلوبة. يتطلب كلا النوعين من البطاريات شحنًا مناسبًا لإطالة عمرها التشغيلي. لقد تحدثنا بالفعل عن شحن بطاريات النيكل والكادميوم ، والآن حان الوقت لشحن بطاريات Ni-MH.

في عملية الشحن ، تخضع البطارية لسلسلة من التفاعلات الكيميائية ، يذهب إليها جزء من الطاقة الموردة. يتم تحويل بقية الطاقة إلى حرارة. كفاءة عملية الشحن هي ذلك الجزء من الطاقة المزودة الذي يبقى في "احتياطي" البطارية. قد تختلف قيمة الكفاءة اعتمادًا على ظروف الشحن ، ولكنها لا تصل أبدًا إلى 100 بالمائة. وتجدر الإشارة إلى أن الكفاءة عند أعلى مما هي عليه في حالة هيدريد معدن النيكل. تحدث عملية شحن بطاريات Ni─MH مع إطلاق حرارة كبير ، مما يفرض قيودًا وميزات خاصة بها.

تعتمد سرعة الشحن بشكل كبير على مقدار التيار المزود. يتم تحديد التيارات لشحن بطاريات Ni─MH حسب نوع الشحن المحدد. في هذه الحالة ، يتم قياس التيار بأجزاء من السعة (C) لبطاريات Ni─MH. على سبيل المثال ، بسعة 1500 مللي أمبير الحالي 0.5C سيكون 750 مللي أمبير. اعتمادًا على معدل شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن ، هناك ثلاثة أنواع من الشحن:

بالتنقيط (تيار الشحن 0.1C) ؛
سريع (0.3 درجة مئوية) ؛
متسارع (0.5 - 1 درجة مئوية).

بشكل عام ، هناك نوعان فقط من الشحن: بالتنقيط والمتسارع. السرعة والمتسارعة هما عمليا نفس الشيء. تختلف فقط في طريقة إيقاف عملية الشحن.

بشكل عام ، أي شحن لبطاريات Ni─MH بتيار أكبر من 0.1 درجة مئوية يكون سريعًا ويتطلب مراقبة بعض معايير إنهاء العملية. لا يتطلب الشحن بالتنقيط ذلك ويمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى.

أنواع شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن

الآن دعونا نلقي نظرة على الميزات أنواع مختلفةتفاصيل الشحن.

الشحن بالتنقيط لبطاريات Ni─MH

الجدير بالذكر هنا أن هذا النوع من الشحن لا يزيد من عمر بطاريات Ni─MH. نظرًا لأن الشحن الهزيل لا ينطفئ حتى بعد الشحن الكامل ، يتم اختيار التيار صغيرًا جدًا. يتم ذلك حتى لا ترتفع درجة حرارة البطاريات أثناء الشحن المطول. في حالة بطاريات Ni─MH ، يمكن حتى تقليل القيمة الحالية إلى 0.05 درجة مئوية. بالنسبة للنيكل والكادميوم ، فإن 0.1 درجة مئوية مناسبة.

مع الشحن بالتنقيط ، لا يوجد حد أقصى مميز للجهد ويمكن أن يكون الوقت فقط بمثابة قيود على هذا النوع من الشحن. لتقدير الوقت المطلوب ، ستحتاج إلى معرفة سعة البطارية وشحنها الأولي. لحساب وقت الشحن بشكل أكثر دقة ، تحتاج إلى تفريغ شحن البطارية. سيؤدي هذا إلى القضاء على تأثير الشحنة الأولية. تبلغ كفاءة الشحن بالتنقيط بطاريات Ni─MH مستوى 70 بالمائة ، وهي نسبة أقل من الأنواع الأخرى. لا ينصح العديد من مصنعي بطاريات هيدريد النيكل والمعدن بالشحن الهزيل. على الرغم من أن المزيد والمزيد من المعلومات قد ظهرت في الآونة الأخيرة الموديلات الحديثةلا تتحلل بطاريات Ni─MH أثناء الشحن بالتنقيط.

بطاريات هيدريد النيكل والمعدن سريعة الشحن

يعطي مصنعو بطاريات Ni─MH في توصياتهم خصائص للشحن بقيمة حالية في حدود 0.75 درجة مئوية. ضع هذه القيم في الاعتبار عند اختيار مقدار التيار لشحن بطاريات Ni─MH. لا ينصح بشحن التيارات فوق هذه القيم لأن ذلك قد يتسبب في فتح صمام الأمان لتخفيف الضغط. يوصى بشحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن بسرعة عند درجة حرارة من 0-40 درجة مئوية وبجهد كهربائي يبلغ 0.8 - 0.8 فولت.

كفاءة العملية شحن سريعأكثر بكثير من بالتنقيط. إنها حوالي 90 بالمائة. ومع ذلك ، في نهاية العملية ، تنخفض الكفاءة بشكل حاد ، وتتحول الطاقة إلى حرارة. داخل البطارية ، ترتفع درجة الحرارة والضغط بشكل حاد. لديك صمام طوارئ يمكن فتحه عند زيادة الضغط. في هذه الحالة ، ستفقد خصائص البطارية بشكل لا رجعة فيه. ودرجة الحرارة المرتفعة نفسها لها تأثير ضار على بنية أقطاب البطارية. لذلك ، هناك حاجة إلى معايير واضحة لتتوقف عملية فرض الرسوم.

فيما يلي متطلبات الشاحن (الشاحن) لبطاريات Ni─MH. في الوقت الحالي ، نلاحظ أن أجهزة الشحن هذه تتقاضى رسومًا وفقًا لخوارزمية معينة. الخطوات العامة لهذه الخوارزمية هي كما يلي:

تحديد وجود البطارية ؛
تأهيل البطارية
الشحن المسبق
الانتقال إلى الشحن السريع ؛
شحن سريع
إعادة الشحن
دعم الشحن.

في هذه المرحلة ، يتم تطبيق تيار مقداره 0.1 درجة مئوية ويتم إجراء اختبار الجهد عند القطبين. لبدء عملية الشحن ، يجب ألا يزيد الجهد عن 1.8 فولت. خلاف ذلك ، لن تبدأ العملية.

وتجدر الإشارة إلى أن التحقق من وجود البطارية يتم في مراحل أخرى. يعد ذلك ضروريًا في حالة إخراج البطارية من الشاحن.

إذا حدد منطق الذاكرة أن قيمة الجهد أكبر من 1.8 فولت ، فإن هذا يُنظر إليه على أنه عدم وجود بطارية أو تلفها.

تأهيل البطارية

هنا ، يتم تحديد تقدير تقريبي لشحنة البطارية. إذا كان الجهد أقل من 0.8 فولت ، فلا يمكن بدء الشحن السريع للبطارية. في هذه الحالة ، سيقوم الشاحن بتشغيل وضع الشحن المسبق. نادراً ما تفرغ بطاريات Ni─MH أقل من 1 فولت أثناء الاستخدام العادي. لذلك ، لا يتم تنشيط الشحن المسبق إلا في حالة التفريغ العميق وبعد تخزين البطاريات لفترة طويلة.

قبل الشحن

كما هو مذكور أعلاه ، يتم تمكين الشحن المسبق عندما يتم تفريغ شحن بطاريات Ni─MH بعمق. يتم ضبط التيار في هذه المرحلة عند 0.1 ÷ 0.3 درجة مئوية. هذه المرحلة محدودة الوقت وتستغرق حوالي 30 دقيقة. إذا لم تستعيد البطارية خلال هذا الوقت الجهد البالغ 0.8 فولت ، فإن الشحن ينقطع. في هذه الحالة ، من المرجح أن تكون البطارية تالفة.

الانتقال إلى الشحن السريع

في هذه المرحلة ، هناك زيادة تدريجية في تيار الشحن. الزيادة في التيار تحدث بسلاسة في غضون 2-5 دقائق. في هذه الحالة ، كما هو الحال في المراحل الأخرى ، يتم التحكم في درجة الحرارة وإيقاف الشحن عند القيم الحرجة.

تيار الشحن في هذه المرحلة في حدود 0.5 1C. أهم شيء في مرحلة الشحن السريع هو إغلاق التيار في الوقت المناسب. للقيام بذلك ، عند شحن بطاريات Ni─MH ، يتم استخدام التحكم وفقًا لعدة معايير مختلفة.

بالنسبة لأولئك الذين ليسوا على دراية ، عند الشحن ، يتم استخدام طريقة التحكم في دلتا الجهد. في عملية الشحن ، ينمو باستمرار ، وفي نهاية العملية يبدأ في السقوط. عادةً ما يتم تحديد نهاية الشحنة بانخفاض الجهد بمقدار 30 مللي فولت. لكن طريقة التحكم هذه باستخدام بطاريات هيدريد معدن النيكل لا تعمل بشكل جيد. في هذه الحالة ، لا يكون انخفاض الجهد واضحًا كما في حالة Ni─Cd. لذلك ، لبدء الرحلة ، تحتاج إلى زيادة الحساسية. ومع زيادة الحساسية ، يزداد احتمال حدوث إنذارات خاطئة بسبب ضوضاء البطارية. بالإضافة إلى ذلك ، عند شحن عدة بطاريات ، تحدث العملية في أوقات مختلفة ويتم تلطيخ العملية برمتها.

ولكن مع ذلك ، فإن إيقاف الشحن بسبب انخفاض الجهد هو السبب الرئيسي. عند الشحن بتيار 1 درجة مئوية ، يكون انخفاض الجهد لإيقاف التشغيل 2.5 ÷ 12 مللي فولت. في بعض الأحيان ، لا يقوم المصنعون بتعيين عملية الكشف عن طريق الانخفاض ، ولكن من خلال عدم وجود تغيير في الجهد في نهاية الشحنة.

في نفس الوقت ، خلال أول 5-10 دقائق من الشحن ، يتم إيقاف تشغيل التحكم في دلتا الجهد. هذا يرجع إلى حقيقة أنه عند بدء الشحن السريع ، يمكن أن يختلف جهد البطارية بشكل كبير نتيجة لعملية التقلب. لذلك ، في المرحلة الأولية ، يتم إيقاف تشغيل التحكم للتخلص من الإيجابيات الخاطئة.

نظرًا لعدم موثوقية الشحن عن طريق دلتا الجهد ، يتم استخدام التحكم أيضًا وفقًا لمعايير أخرى.

في نهاية عملية شحن بطارية Ni─MH ، تبدأ درجة حرارتها في الارتفاع. وفقًا لهذه المعلمة ، يتم إيقاف الشحن. لاستبعاد قيمة درجة حرارة نظام التشغيل ، لا تتم المراقبة بالقيمة المطلقة ، ولكن بواسطة دلتا. عادة ، يتم أخذ زيادة درجة الحرارة بأكثر من 1 درجة في الدقيقة كمعيار لإنهاء الشحن. لكن هذه الطريقة قد لا تعمل في تيارات شحن أقل من 0.5 درجة مئوية ، عندما ترتفع درجة الحرارة ببطء نوعًا ما. وفي هذه الحالة يمكن إعادة شحن بطارية Ni-MH.

هناك أيضًا طريقة للتحكم في عملية الشحن من خلال تحليل مشتق الجهد. في هذه الحالة ، لا يتم رصد دلتا الجهد ، ولكن معدل نموها الأقصى. تسمح لك الطريقة بإيقاف الشحن السريع في وقت أبكر بقليل من اكتمال الشحن. لكن هذا التحكم يرتبط بعدد من الصعوبات ، على وجه الخصوص ، قياس جهد أكثر دقة.

لا تستخدم بعض أجهزة الشحن الخاصة ببطاريات Ni─MH التيار المباشر للشحن ، ولكنها تستخدم التيار النبضي. يتم تسليمه لمدة ثانية واحدة على فترات تتراوح من 20 إلى 30 مللي ثانية. نظرًا لمزايا مثل هذه الرسوم ، يسمي الخبراء توزيعًا أكثر اتساقًا المواد الفعالةمن خلال حجم البطارية وتقليل تكوين البلورات الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الإبلاغ عن قياس جهد أكثر دقة في الفترات الفاصلة بين التطبيقات الحالية. كامتداد لهذه الطريقة ، تم اقتراح الشحن العكسي. في هذه الحالة ، عند تطبيق تيار نبضي ، تتبادل الشحنة (ثانية واحدة) والتفريغ (5 ثوانٍ). تيار التفريغ أقل بمقدار 1-2.5 مرة من الشحن. كمزايا ، يمكن للمرء تحديد درجة حرارة منخفضة أثناء الشحن والقضاء على التكوينات البلورية الكبيرة.

عند شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن ، من المهم للغاية التحكم في نهاية عملية الشحن بمعلمات مختلفة. يجب أن تكون هناك طرق لإجهاض التهمة. لهذا ، يمكن استخدام القيمة المطلقة لدرجة الحرارة. غالبًا ما تكون هذه القيمة 45-50 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يجب قطع الشحن واستئنافه بعد التبريد. يتم تقليل القدرة على قبول الشحن في بطاريات Ni─MH عند درجة الحرارة هذه.

من المهم تعيين حد زمني للشحن. يمكن تقديره من خلال سعة البطارية وحجم تيار الشحن وكفاءة العملية. يتم تعيين الحد في الوقت المقدر زائد 5-10 بالمائة. في هذه الحالة ، إذا لم تنجح أي من طرق التحكم السابقة ، فسيتم إيقاف الشحن في الوقت المحدد.

مرحلة الشحن

في هذه المرحلة ، يتم ضبط تيار الشحن على 0.1-0.3 درجة مئوية. المدة حوالي 30 دقيقة. لا يُنصح بإعادة الشحن لفترة أطول لأنها تقصر من عمر البطارية. تساعد مرحلة إعادة الشحن على معادلة شحن الخلايا في البطارية. من الأفضل ، بعد الشحن السريع ، أن تبرد البطاريات إلى درجة حرارة الغرفة ، ثم تبدأ إعادة الشحن. ثم تستعيد البطارية قدرتها الكاملة.

غالبًا ما تضع شواحن بطاريات Ni─Cd البطاريات في وضع الشحن بالتنقيط بعد اكتمال عملية الشحن. بالنسبة لبطاريات Ni-MH ، سيكون هذا مفيدًا فقط إذا تم تطبيق تيار صغير جدًا (حوالي 0.005 درجة مئوية). سيكون هذا كافيًا لتعويض التفريغ الذاتي للبطارية.

من الناحية المثالية ، يجب أن يكون للشحن وظيفة تشغيل شحنة الصيانة عندما ينخفض جهد البطارية. لا يكون الشحن الاحتياطي منطقيًا إلا إذا انقضى وقت طويل بما فيه الكفاية بين شحن البطاريات واستخدامها.

شحن فائق السرعة لبطاريات Ni-MH

والجدير بالذكر أن شحن البطارية فائق السرعة. من المعروف أنه عند شحن بطارية هيدريد النيكل والمعدن بنسبة 70 في المائة من سعتها ، فإن كفاءة الشحن تقترب من 100 في المائة. لذلك ، في هذه المرحلة ، من المنطقي زيادة التيار لمروره المتسارع. التيارات في مثل هذه الحالات تقتصر على 10 درجات مئوية. تكمن المشكلة الرئيسية هنا في تحديد 70 بالمائة من الشحنة التي يجب عندها تخفيض التيار إلى شحنة سريعة عادية. هذا يعتمد بشكل كبير على درجة التفريغ التي بدأ منها شحن البطارية. يمكن أن يؤدي التيار العالي بسهولة إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية وتدمير هيكل أقطابها. لذلك ، يوصى باستخدام الشحن فائق السرعة فقط إذا كانت لديك المهارات والخبرة المناسبة.

المتطلبات العامة لشواحن بطاريات هيدريد معدن النيكل

لا يُنصح بفك أي طرازات فردية لشحن بطاريات Ni─MH في إطار هذه المقالة. يكفي أن نقول إن هذه يمكن أن تكون شواحن ضيقة التركيز لشحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن. لديهم خوارزمية شحن سلكية (أو عدة) ويعملون عليها باستمرار. هل هناك أجهزة عالمية، مما يسمح لك بضبط معلمات الشحن. فمثلا، . يمكن استخدام هذه الأجهزة لشحن البطاريات المختلفة. بما في ذلك ، ومن أجل ، ما إذا كان هناك محول طاقة من الطاقة المناسبة.

من الضروري قول بضع كلمات حول الخصائص والوظائف التي يجب أن يتمتع بها شاحن بطاريات Ni─MH. يجب أن يكون الجهاز قادرًا على ضبط تيار الشحن أو ضبطه تلقائيًا ، اعتمادًا على نوع البطاريات. لماذا هو مهم؟

يوجد الآن العديد من موديلات بطاريات هيدريد النيكل ، وقد تختلف سعة العديد من البطاريات من نفس عامل الشكل. وفقًا لذلك ، يجب أن يكون تيار الشحن مختلفًا. إذا كنت تشحن بتيار أعلى من المعتاد ، فسيكون هناك تدفئة. إذا كان أقل من المعتاد ، فستستغرق عملية الشحن وقتًا أطول من المتوقع. في معظم الحالات ، يتم إجراء التيارات على أجهزة الشحن في شكل "إعدادات مسبقة" للبطاريات النموذجية. بشكل عام ، عند الشحن ، لا توصي الشركات المصنعة لبطاريات Ni-MH بضبط تيار يزيد عن 1.3-1.5 أمبير للنوع AA ، بغض النظر عن السعة. إذا كنت بحاجة إلى زيادة هذه القيمة لسبب ما ، فأنت بحاجة إلى الاهتمام بالتبريد القسري للبطاريات.

هناك مشكلة أخرى تتعلق بانقطاع طاقة الشاحن أثناء عملية الشحن. في هذه الحالة ، عند تشغيل الطاقة ، ستبدأ مرة أخرى من مرحلة اكتشاف البطارية. لا يتم تحديد اللحظة التي ينتهي فيها الشحن السريع بالوقت ، ولكن بعدد من المعايير الأخرى. لذلك ، إذا مر ، فسيتم تخطيه عند تشغيله. لكن مرحلة إعادة الشحن ستتم مرة أخرى ، إذا كانت بالفعل. نتيجة لذلك ، تتلقى البطارية شحنًا زائدًا غير مرغوب فيه وتسخين مفرط. من بين المتطلبات الأخرى لشواحن بطاريات Ni-MH ، انخفاض التفريغ عند إيقاف تشغيل الشاحن. يجب ألا يتجاوز تيار التفريغ في شاحن غير نشط 1 مللي أمبير.

تجدر الإشارة إلى وجود وظيفة مهمة أخرى في الشاحن. يجب أن يتعرف على المصادر الأولية الحالية. ببساطة ، المنغنيز والزنك والبطاريات القلوية.

عند تركيب وشحن مثل هذه البطاريات في الشاحن ، قد تنفجر جيدًا ، نظرًا لعدم وجود صمام طوارئ لتخفيف الضغط. يجب أن يكون الشاحن قادرًا على التعرف على هذه المصادر الحالية الأولية وعدم بدء الشحن.

على الرغم من أنه من الجدير بالذكر هنا أن تعريف البطاريات والمصادر الحالية الأولية لديه عدد من الصعوبات. لذلك ، لا يقوم مصنعو الذاكرة دائمًا بتزويد نماذجهم بوظائف مماثلة.

كيف يجب تجديد بطارية Ni─MH ولماذا هي مهمة؟

يتم الإعلان عن بطاريات Ni─MH من قبل الشركات المصنعة على أنها عالية السعة ومقاومة للبرودة وخالية من عيوب الكادميوم. في الواقع ، لا يحتوي هذا النوع من البطاريات على مادة ضارة مثل الكادميوم. لا يواجه إنتاج ومعالجة بطاريات Ni─MH نفس الصعوبات التي تواجه Ni─Cd. لكن لا يزال لديهم بعض عيوب بطاريات الكادميوم. على سبيل المثال ، تم الحفاظ على "تأثير الذاكرة". بشكل عام ، تعتبر Ni─MH حساسة جدًا لأوضاع الشحن والتفريغ. تتطلب إعادة شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن أجهزة متطورة. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل إطالة عمر خدمة هذه العناصر ، يجب استعادتها بشكل دوري. دعنا نتحدث عن كيفية القيام بذلك.

على الرغم من مزايا بطاريات هيدريد النيكل والمعدن على النيكل والكادميوم ، إلا أن لها عددًا من العيوب. ويجب أخذها في الاعتبار أثناء العملية.

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن Ni─Cd أغلى. صحيح أن التكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي ويتم مقارنة أسعار هذه الأنواع من البطاريات تدريجياً. في هذه الحالة ، نتحدث عن بطاريات من عامل الشكل الشائع AA ("الإصبع") و AAA ("الإصبع الصغير"). يكون "تأثير الذاكرة" أكثر وضوحًا ، ولكن مع ذلك ، تواجه بطاريات هيدريد معدن النيكل هذه المشكلة أيضًا.

تحتوي بطاريات هيدريد النيكل والمعدن على عدد أقل من دورات الشحن والتفريغ. لوحظ التدهور الأول في أدائها بعد 200-300 دورة شحن-تفريغ. يتميز هذا النوع من البطاريات بتفريغ ذاتي أعلى مقارنة ببطاريات Ni─Cd (حوالي 1.5 مرة).

تجدر الإشارة إلى شيء آخر. يمكن لبطاريات هيدريد النيكل والمعدن أن توفر تيارًا عاليًا ، ولكن لا يوصى بتعيين قيم أكبر من 0.5 * درجة مئوية عند التفريغ. هذا يؤدي إلى انخفاض كبير في عدد دورات الشحن والتفريغ وانخفاض في عمر الخدمة. حتى الآن ، حيث تتطلب تيارات عالية التفريغ ، لا تزال بطاريات Ni─Cd مستخدمة.

ضع في اعتبارك أن شاحن بطارية Ni-MH سيعمل مع بطاريات النيكل والكادميوم دون مشاكل ، ولكن ليس العكس.

شحن بطاريات هيدريد نيكل ومعدن

يمكن أن يكون شحن بطاريات هيدريد النيكل والمعدن بالتنقيط وبسرعة. لا ينصح المصنعون بشحن الوشل نظرًا لوجود صعوبة في تحديد إنهاء إمداد التيار بالبطارية. نتيجة لذلك ، يمكن أن يحدث شحن زائد قوي وتدهور للبطاريات. كقاعدة عامة ، يتم شحن بطاريات Ni─MH باستخدام خيار الشحن السريع أو السريع. في الوقت نفسه ، تكون كفاءة الشحن أعلى من الشحن بالتنقيط. تم ضبط تيار الشحن في هذه الحالة على 0.5 ÷ 1C.

بسبب "تأثير الذاكرة" ، يمكن أن تفقد خلايا هيدريد معدن النيكل جزءًا كبيرًا من قدرتها. يبدو أقل مما هو عليه في النيكل والكادميوم ، لكنه لا يزال موجودًا. يحدث تأثير الذاكرة مع دورات متعددة من التفريغ غير الكامل والشحن اللاحق. نتيجة لمثل هذه العملية ، "تتذكر" البطارية حد تفريغ أقل أصغر من أي وقت مضى ، بسبب انخفاض السعة. يسقط جزء من الكتلة النشطة للبطارية من العملية.

للقضاء على هذا التأثير ، يوصى باستعادة البطاريات أو تدريبها بانتظام. للقيام بذلك ، يقوم الشاحن أو المصباح الكهربائي بتفريغ البطارية إلى 0.8-1 فولت ، ثم عملية الشحن الكاملة. إذا لم تتم استعادة البطارية لفترة طويلة ، يوصى بإجراء عدة دورات من هذا القبيل. التكرار الموصى به لهذا التدريب هو مرة واحدة في الشهر.

يدعي مصنعو بطاريات Ni─MH أن "تأثير الذاكرة" يشغل حوالي 5 بالمائة من السعة. إن استعادة هذا القدر من السعة كنتيجة للتدريب أمر حقيقي تمامًا. من حيث المبدأ ، يمكن قياس ذلك عن طريق تفريغ بطارية مشحونة بالكامل. للقيام بذلك ، سوف تحتاج إلى اكتشاف وقت التفريغ وضربه في تيار التفريغ. ستكون هذه هي السعة التي يجب مقارنتها بالقيمة الاسمية. بعض الأجهزة ، على سبيل المثال ، تأخذ القياسات تلقائيًا.

من النقاط المهمة عند استعادة بطاريات Ni─MH أن الشاحن لديه وظيفة تفريغ البطارية مع التحكم في الحد الأدنى من الجهد. يعد ذلك ضروريًا لمنع التفريغ العميق للبطارية أثناء الاسترداد (أقل من 0.8-1 فولت). هذا أمر لا غنى عنه لتلك الحالات عندما لا تعرف درجة الشحن الأولية للبطارية ، ولا يمكن تقدير وقت التفريغ التقريبي.

عندما لا تعرف حالة شحن البطارية ، فأنت بحاجة إلى تفريغها بمصباح كهربائي أو أي مقاومة أخرى تحت تحكم ثابت في الجهد. خلاف ذلك ، سينتهي هذا الاسترداد للبطارية بتفريغها العميق. إذا كنت تقوم باستعادة بطارية كاملة من الخلايا المتصلة بالسلسلة ، فمن الأفضل شحنها بالكامل أولاً لمعادلة درجة الشحن.

بشكل عام ، يجب ملاحظة النقطة التالية فيما يتعلق باستعادة بطاريات هيدريد معدن النيكل. إذا كانت البطارية تعمل بالفعل لعدة سنوات ، فقد تكون هذه الاستعادة من خلال التفريغ الكامل والشحن غير مجدية. هذا الاسترداد مفيد كصيانة وقائية دورية أثناء تشغيل البطارية. الحقيقة هي أنه أثناء تشغيل بطاريات Ni─MH ، بالتوازي مع حدوث "تأثير الذاكرة" ، يحدث تغيير في تكوين وحجم المنحل بالكهرباء. بالنسبة لبطاريات النيكل والكادميوم ، هناك أمثلة على الاستعادة بإضافة الماء المقطر إلى الخلايا. نوقش هذا في مقال عن.

أود أيضًا أن أشير إلى أنه من الأفضل استعادة العناصر بشكل فردي ، وليس البطارية بأكملها.

بطاريات هيدريد من النيكل والمعدن

بطارية هيدريد معدن النيكل(Ni-MH) - ثانوي ، حيث يكون الأنود عبارة عن قطب هيدريد فلز هيدروجين (عادة ما يكون هجينًا من النيكل واللانثانوم أو هجين من النيكل والليثيوم) ، والإلكتروليت هو هيدروكسيد البوتاسيوم ، والكاثود هو أكسيد النيكل.

تاريخ الاختراع

بدأ البحث في مجال تكنولوجيا تصنيع بطاريات NiMH في السبعينيات من القرن العشرين وتم إجراؤه كمحاولة للتغلب على أوجه القصور. ومع ذلك ، فإن مركبات هيدريد المعدن المستخدمة في ذلك الوقت كانت غير مستقرة ولم يتم تحقيق الأداء المطلوب. نتيجة لذلك ، توقفت عملية تطوير بطارية NiMH. تم تطوير مركبات هيدريد معدنية جديدة مستقرة بدرجة كافية لتطبيقات البطاريات في الثمانينيات.منذ أواخر الثمانينيات ، تم تحسين بطاريات NiMH باستمرار ، خاصة من حيث كثافة تخزين الطاقة. لاحظ مطوروها أن تقنية NiMH لديها القدرة على تحقيق كثافة طاقة أعلى.

خيارات

كثافة الطاقة النظرية (Wh / kg): 300 Wh / kg.
استهلاك الطاقة النوعي: حوالي - 60-72 واط ساعة / كجم.
كثافة الطاقة النوعية (Wh / dm³): تقريبًا - 150 واط / ديسيكل.
EMF: 1.25.
درجة حرارة التشغيل: -60 ... + 55 درجة مئوية (- 40 ... +55)
عمر الخدمة: حوالي 300-500 دورة شحن / تفريغ.

وصف

تعمل بطاريات هيدريد النيكل والمعدن من عامل الشكل كرونا ، كقاعدة عامة ، بجهد أولي يبلغ 8.4 فولت ، على تقليل الجهد تدريجياً إلى 7.2 فولت ، وبعد ذلك ، عندما تنفد طاقة البطارية ، ينخفض الجهد بسرعة. تم تصميم هذا النوع من البطاريات ليحل محل بطاريات النيكل والكادميوم. تحتوي بطاريات هيدريد النيكل والمعدن على حوالي 20٪ سعة كبيرةبنفس الأبعاد ، ولكن عمر خدمة أقصر - من 200 إلى 300 دورة شحن / تفريغ. التفريغ الذاتي أعلى بحوالي 1.5-2 مرة من بطاريات النيكل والكادميوم.

بطاريات NiMH خالية عمليا من "تأثير الذاكرة". هذا يعني أنه يمكنك شحن بطارية لم يتم تفريغها بالكامل إذا لم يتم تخزينها لأكثر من بضعة أيام في هذه الحالة. إذا تم تفريغ شحن البطارية جزئيًا ثم عدم استخدامها لفترة طويلة (أكثر من 30 يومًا) ، فيجب تفريغها قبل الشحن.

صديق للبيئة.

طريقة التشغيل الأكثر ملاءمة: الشحن بتيار صغير ، 0.1 من السعة المقدرة ، وقت الشحن - 15-16 ساعة (توصية الشركة المصنعة النموذجية).

تخزين

يجب تخزين البطاريات مشحونة بالكامل في الثلاجة ، ولكن لا تقل عن 0 درجة. أثناء التخزين ، يُنصح بفحص الجهد بانتظام (كل شهر إلى شهرين). لا ينبغي أن تنخفض إلى ما دون 1.37. إذا انخفض الجهد ، فأنت بحاجة إلى شحن البطاريات مرة أخرى. النوع الوحيد من البطاريات التي يمكن تخزينها فارغة هي بطاريات Ni-Cd.

بطاريات NiMH ذات التفريغ الذاتي المنخفض (LSD NiMH)

تم تقديم بطارية هيدريد النيكل والمعدن المنخفضة التفريغ الذاتي ، LSD NiMH ، لأول مرة في نوفمبر 2005 بواسطة Sanyo تحت الاسم التجاري Eneloop. في وقت لاحق ، قدم العديد من الشركات المصنعة في العالم بطاريات LSD NiMH.

يتمتع هذا النوع من البطاريات بتفريغ ذاتي منخفض ، مما يعني أن عمر تخزينها أطول من NiMH التقليدية. يتم تسويق البطاريات على أنها "جاهزة للاستخدام" أو "مشحونة مسبقًا" ويتم تسويقها كبديل للبطاريات القلوية.

بالمقارنة مع بطاريات NiMH التقليدية ، تكون LSD NiMH أكثر فائدة عندما ينقضي أكثر من ثلاثة أسابيع بين الشحن واستخدام البطارية. تفقد بطاريات NiMH التقليدية ما يصل إلى 10٪ من السعة خلال الـ 24 ساعة الأولى بعد شحنها ، ثم يستقر تيار التفريغ الذاتي عند 0.5٪ من السعة يوميًا. بالنسبة إلى LSD NiMH ، يتراوح هذا الإعداد عادةً من 0.04٪ إلى 0.1٪ من السعة في اليوم. يدعي المصنعون أنه من خلال تحسين الإلكتروليت والقطب الكهربائي ، كان من الممكن تحقيق المزايا التالية لـ LSD NiMH مقارنة بالتقنية الكلاسيكية:

من بين أوجه القصور ، ينبغي ملاحظة قدرة أصغر نسبيًا. في الوقت الحاضر (2012) الحد الأقصى لسعة LSD هو 2700 مللي أمبير في الساعة.

ومع ذلك ، عند اختبار بطاريات Sanyo Eneloop XX بسعة اسمية تبلغ 2500 مللي أمبير (بحد أدنى 2400 مللي أمبير في الساعة) ، اتضح أن جميع البطاريات في مجموعة مكونة من 16 قطعة (مصنوعة في اليابان وتباع في كوريا الجنوبية) تتمتع بسعة أكبر - من من 2550 مللي أمبير إلى 2680 مللي أمبير. تم الاختبار بشحن LaCrosse BC-9009.

قائمة غير كاملة لبطاريات التخزين طويلة المدى (ذات التفريغ الذاتي المنخفض):

Prolife بواسطة Fujicell
Ready2Use Accu by Varta
AccuEvolution من AccuPower
هجين ، بلاتيني ، و OPP مشحون مسبقًا بواسطة Rayovac
Eneloop بواسطة سانيو
eniTime بواسطة Yuasa
Infinium من باناسونيك
ReCyko من Gold Peak
فوري بواسطة Vapex
Hybrio بواسطة Uniross
دورة الطاقة من سوني
MaxE و MaxE Plus من Ansmann
EnergyOn بواسطة NexCell
ActiveCharge / StayCharged / الشحن المسبق / Accu من Duracell
مشحونة مسبقًا بواسطة Kodak
nx جاهز بواسطة طاقات ENIX
Imedion من
Pleomax E-Lock من سامسونج
سينتورا من تينيرجي
ايكوماكس بواسطة CDR King
R2G بواسطة Lenmar
LSD جاهز للاستخدام من قبل Turnigy

الفوائد الأخرى لبطاريات NiMH منخفضة التفريغ الذاتي (LSD NiMH)

عادةً ما تتمتع بطاريات NiMH منخفضة التفريغ الذاتي بمقاومة داخلية أقل بكثير من بطاريات NiMH التقليدية. هذا له تأثير إيجابي للغاية في التطبيقات ذات الاستهلاك الحالي العالي:

جهد أكثر استقرارًا
تقليل تبديد الحرارة خاصة في أوضاع الشحن / التفريغ السريع
كفاءة أعلى
القدرة الحالية ذات النبضات العالية (مثال: شحن فلاش الكاميرا أسرع)
إمكانية التشغيل المستمر في الأجهزة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة (مثال: أجهزة التحكم عن بعد ، والساعات.)

طرق الشحن

جاري الشحن صدمة كهربائيةعند جهد خلية يصل إلى 1.4 - 1.6 فولت. الجهد في خلية مشحونة بالكامل بدون حمل هو 1.4 فولت.يتراوح الجهد عند الحمل من 1.4 إلى 0.9 فولت. الجهد عند عدم التحميل على بطارية فارغة تمامًا هو 0.10 - 1.1 فولت (قد يؤدي التفريغ الإضافي إلى تلف العنصر). لشحن البطارية ثابت أو تيار الدافعمع نبضات سلبية قصيرة المدى (لاستعادة تأثير "الذاكرة" ، طريقة "FLEX Negative Pulse Charging" أو "Reflex Charging").

التحكم في نهاية الشحن عن طريق تغيير الجهد

إحدى طرق تحديد نهاية الشحنة هي طريقة -V. تُظهر الصورة رسمًا بيانيًا للجهد على الخلية عند الشحن. الشاحنيشحن البطارية التيار المباشر. بعد شحن البطارية بالكامل ، يبدأ الجهد الكهربي عليها في الانخفاض. يُلاحظ التأثير فقط عند تيارات الشحن العالية بدرجة كافية (0.5 درجة مئوية. 1 درجة مئوية). يجب أن يكتشف الشاحن هذا الانخفاض ويوقف الشحن.

هناك أيضًا ما يسمى بـ "الانقلاب" - طريقة لتحديد نهاية الشحن السريع. جوهر الطريقة هو أنه لا يتم تحليل أقصى جهد للبطارية ، ولكن أقصى مشتق للجهد فيما يتعلق بالوقت. أي أن الشحن السريع سيتوقف في الوقت الذي يكون فيه معدل نمو الجهد أقصى. يتيح لك ذلك إكمال مرحلة الشحن السريع مبكرًا ، عندما لا ترتفع درجة حرارة البطارية بشكل ملحوظ. ومع ذلك ، تتطلب الطريقة قياس الجهد بدقة أكبر وبعض الحسابات الرياضية (حساب المشتق والترشيح الرقمي للقيمة التي تم الحصول عليها).

التحكم في نهاية الشحنة عن طريق تغير درجة الحرارة

عند شحن خلية بتيار مباشر ، يتم تحويل معظم الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية. عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل ، يكون الإدخال الطاقة الكهربائيةسوف تتحول إلى حرارة. مع كبير بما فيه الكفاية التيار الشاحنيمكنك تحديد نهاية الشحن عن طريق زيادة حادة في درجة حرارة الخلية عن طريق تركيب مستشعر درجة حرارة البطارية. أقصى درجة الحرارة المسموح بهابطارية 60 درجة مئوية.

مجالات الاستخدام

استبدال الخلية الجلفانية القياسية ، والمركبات الكهربائية ، وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، وتكنولوجيا الصواريخ والفضاء ، وأنظمة الإمداد بالطاقة الذاتية ، ومعدات الراديو ، ومعدات الإضاءة.

اختيار سعة البطارية

عند استخدام بطاريات NiMH ، ليس من الضروري دائمًا المطاردة سعة كبيرة. كلما زادت سعة البطارية ، زاد تيار التفريغ الذاتي (مع افتراض ثبات العوامل الأخرى). على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك بطاريات بسعة 2500 مللي أمبير و 1900 مللي أمبير. البطاريات مشحونة بالكامل وغير مستخدمة لمدة شهر ، على سبيل المثال ، ستفقد بعضًا منها القدرة الكهربائيةبسبب التفريغ الذاتي. تفقد البطارية الأكبر حجمًا شحنتها أسرع بكثير من البطارية الأصغر. وبالتالي ، بعد شهر ، على سبيل المثال ، ستحصل البطاريات على نفس الشحنة تقريبًا ، وبعد وقت أطول ، ستحتوي البطارية الأكثر اتساعًا في البداية على شحنة أصغر.