بطارية قابلة للشحن ni mh. انظر ما هي "بطارية هيدريد النيكل والمعدن" في القواميس الأخرى. لا يبدو غبيا

وكالة فيدراليةمن التعليم

المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي

"جامعة تومسك البوليتكنيك"

المعهد الكهروتقني

اتجاه 551300 - الهندسة الكهربائية والميكانيكا الكهربائية 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.

تتشابه بطارية هيدريد النيكل والمعدن من الناحية الهيكلية مع 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 طريقة التشغيل المفترضة المثالية ، 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. بطارية كهربائية تتحول طاقة كهربائيةإلى مادة كيميائية ، وعند الحاجة ، يوفر التحويل العكسي. يتم شحن البطارية بالمرور من خلالها التيار الكهربائي. 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 عادةً بوحدات أمبير (

). يوضح عدد ساعات الأمبير الفترة الزمنية التي ستعمل خلالها هذه البطارية بتيار 1 أمبير. يجدر إضافة ذلك ، مع ذلك ، في الحديث أجهزة محمولةتُستخدم تيارات أقل بكثير ، لذلك تُقاس سعة البطارية غالبًا بالمللي أمبير في الساعة (أو ، أو مللي أمبير في الساعة). 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 تمامًا 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 ، وبالتالي يتم تقديره في اليوم الأول والشهر الأول بعد الشحن. يعتمد مقدار 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

اليابان وتايوان والصين وكوريا الجنوبية هي الرائدة 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 لأي سبب من الأسباب (يتجاوز التيار الشاحن، خفض درجة الحرارة) سيكون معدل تكوين الأكسجين الأنوديك أعلى من معدل التأين الكاثودي ، ومن ثم 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 البطاريات الملفوفة ، 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 معدن النيكل

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 في القطب الكهربي لهيدريد 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 ، تم تحسين تصميم بطاريات Ni-MH 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
	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 المميزةتتميز بطاريات NM بسعة عالية وخصائص (حرجة) عالية القدرة (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 وعدادات العقود الإلكترونية 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 ، تستخدم بطاريات Ni-MH 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 تدريجياً.

في بطارية تحتوي على كمية محدودة من الإلكتروليت ، يؤدي ذلك إلى 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 الفلز. 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 أقطاب من اللباد اللاميلالي وإلكترودات رغوة البوليمر.

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٪) ، في المسام التي توجد بها الكتلة النشطة. 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 التي تحتوي على المسحوق للمعالجة الحرارية في جو مختزل (عادة في جو هيدروجين) عند درجة حرارة 800-960 درجة مئوية ، بينما تتحلل كربونات الأمونيوم أو اليوريا وتتطاير ، ويتم تلبيد 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 ، مستحلب كحول من مسحوق كربونيل النيكل الذي يحتوي على مواد رابطة ، تلبيد والمزيد من التشريب الكيميائي أو الكهروكيميائي مع 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 مم. 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 المعجون 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 موجب

تستخدم بطاريات Ni-MH إلكتروليت قلوي 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. تُستخدم 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 لإلكترود 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 خفض درجة الحرارة على السعة بشكل خاص في معدلات التفريغ العالية وفي درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية. الشكل 9 - الاعتماد على سعة التفريغ لبطارية Ni-MH في وقت التخزين في درجات حرارة مختلفة: 1 - 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. الشحن الزائد يمكن أن يؤدي 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 وأدوات الطاقة ، 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 / t. باستخدام هذه الطريقة ، تتم مراقبة ميل منحنى درجة حرارة البطارية باستمرار أثناء عملية الشحن ، وعندما ترتفع هذه المعلمة عن قيمة معينة محددة ، يتم مقاطعة الشحن ؛

طريقة إنهاء دلتا الجهد السلبي -U. 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. يشيع استخدامها في المراكم المنشورية مقاسات كبيرةوالحاويات. 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 السهل 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 تفعله 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 لتنفيذ 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 أن تعديل الوصفات في بعض سلاسل البطاريات قد أدى 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 القطب الموجب لأكسيد 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 ، ونتيجة لذلك ينخفض ​​إجمالي كمية الإلكتروليت وتزداد 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 بالأحرف HR ، والمنشورية بالأحرف HF وبطاريات القرص بالأحرف HB. بعد الأحرف الخاصة ببطاريات NM الأسطوانية ، يُشار إلى قطر البطارية وارتفاعها بالمليمترات (تقريبًا إلى أقرب رقم صحيح) من خلال خط كسري ، وبالنسبة للبطاريات المنشورية ، يُشار إلى 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 تعيين 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 الشحن 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 جعل تدريب البطارية على الأقل مرة كل شهرين كقاعدة. 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 تيار عالي(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.

لكن هناك عيب واحد هنا. يجب تفريغ بطاريات النيكل الخاضعة لتأثير الذاكرة بشكل دوري تمامًا ، ومع ذلك ، فإن "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 من أجل تدمير 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 بنسبة 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 معدن النيكل الحديثة ، فإن السخونة الزائدة الناتجة تقلل من عمر البطارية. لذلك ، عند الشحن ، يجب مراعاة ثلاثة عوامل: الوقت ومقدار 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 تقريبًا 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 وينتقل الجهاز إلى وضع الشحن "النفاث" البطيء. هذه الأجهزة مثالية لبطاريات Ni-Cd و Ni-MH. الآن أكثر أجهزة الشحن شيوعًا باستخدام التكنولوجيا شحن النبض. كقاعدة عامة ، يمكن استخدامها لجميع أنواع البطاريات. هذا الشاحن مناسب بشكل خاص لإطالة عمر بطاريات Ni-Cd ، حيث يؤدي ذلك إلى تدمير التكوينات البلورية. المادة الفعالة(يتم تقليل "تأثير الذاكرة") الذي يحدث 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 أن تتعرف على إرشادات تخزين بطارية 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 ذلك 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 JSC (بطاريات أسطوانية بأربعة أحجام قياسية) و JSC AK Rigel (بطارية أسطوانية 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 الوقت الحالي. في الجدول. يبين الجدول 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
	الحجم ، مليون قطعة	الحجم ، مليون دولار أمريكي	متوسط ​​السعر ، دولار أمريكي / كمبيوتر.	الحجم ، مليون قطعة	الحجم ، مليون دولار أمريكي	متوسط ​​السعر ، دولار أمريكي / كمبيوتر.
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 لا يبدو مناسبًا نظرًا لارتفاع محتواها معادن ثقيلة. 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 وفلزات الأرض 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. إن في كوروفين وأيه إم سكوندين. - م: دار النشر MPEI ، 2003. 740 ص ، ص.

بدأ كل شيء بحقيقة أن صحن الصابون المصور الخاص بي رفض بشكل قاطع العمل مع البطاريات التي تم إزالتها حديثًا من الشاحن - أربع بطاريات NiMH بحجم AA. سيتم أخذهم ، كالعادة ، ورميهم بعيدًا. لكن لسبب ما ، هذه المرة ، ساد الفضول على الفطرة السليمة (أو ربما كان الضفدع هو الذي أعطى صوتًا) ، وأردت أن أفهم - هل من الممكن الضغط على شيء آخر على الأقل من هذه البطاريات. الكاميرا متعطشة جدًا للطاقة ، ولكن هناك أيضًا مستهلكون أكثر تواضعًا - فأرة لاسلكية أو لوحات مفاتيح ، على سبيل المثال.

في الواقع ، هناك نوعان من العوامل التي تهم المستهلك - سعة البطارية ومقاومتها الداخلية. هناك أيضًا عدد قليل من التلاعبات الممكنة - للتفريغ والشحن. من خلال قياس التيار والوقت أثناء التفريغ ، يمكنك تقدير سعة البطارية. الفرق في جهد البطارية تسكعوتحت الحمل ، يمكن تقدير المقاومة الداخلية. من خلال تكرار دورة شحن التفريغ (أي إكمال "التدريب") عدة مرات ، يمكن للمرء أن يفهم ما إذا كان هذا الإجراء منطقيًا على الإطلاق.

وفقًا لذلك ، تم تشكيل مثل هذه الخطة - نقوم بعمل فجوة شرارة متحكم بها وشاحن مع إمكانية القياس المستمر لمعلمات العملية ، وإجراء عمليات حسابية بسيطة على القيم المقاسة ، وتكرار العملية عدة مرات حسب الضرورة. نقارن ، نستخلص النتائج ، وأخيراً نتخلص من البطاريات.

قياس الوقوف

مجموعة كاملة من الدراجات. يتكون من جزء تمثيلي (في الرسم البياني أدناه) وجهاز تحكم دقيق. في حالتي ، كان اردوينو هو الجزء الفكري ، على الرغم من أن هذا ليس مهمًا على الإطلاق - طالما أن هناك مجموعة ضرورية من المدخلات / المخرجات.

تم صنع الحامل مما تم العثور عليه في دائرة نصف قطرها ثلاثة أمتار. إذا أراد شخص ما التكرار ، فليس من الضروري على الإطلاق اتباع المخطط بالضبط. يمكن أن يكون اختيار معلمات العنصر واسعًا جدًا ، وسأعلق على ذلك لاحقًا.

وحدة التفريغ عبارة عن مثبت تيار متحكم به على op-amp IC1B (LM324N) و حقل التأثير الترانزستورس 1. تقريبًا أي ترانزستور ، إذا كان هناك ما يكفي من الفولتية والتيارات وتبديد الطاقة المسموح بها. وكلهم صغيرون. المقاوم استجابةوفي نفس الوقت جزء من الحمل (مع Q1 و R20) للبطارية - R1. يجب أن تكون قيمته القصوى بحيث توفر المطلوب الحد الأقصى الحاليإبراء الذمة. إذا انطلقنا من حقيقة أن البطارية يمكن تفريغها حتى 1 فولت ، فعندئذ لضمان تيار التفريغ ، على سبيل المثال ، 500 مللي أمبير ، يجب ألا يزيد المقاوم R1 عن 2 أوم. يتم التحكم في المثبت بواسطة DAC مقاوم ثلاثي بت (R12-R17). هنا الحساب على النحو التالي - الجهد عند الإدخال المباشر لـ op-amp يساوي الجهد عند R1 (الذي يتناسب مع تيار التفريغ). نقوم بتغيير الجهد عند الإدخال المباشر - يتغير تيار التفريغ. لقياس ناتج DAC إلى النطاق المطلوب ، يوجد مقاوم ضبط R3. من الأفضل أن تكون متعددة الأدوار. يمكن أن تكون تصنيفات R12-R17 أي شيء (في منطقة عشرات الكيلو أوم) ، الشيء الرئيسي هو أن نسبة قيمها هي 1/2. الدقة الخاصة غير مطلوبة من DAC ، حيث يتم قياس تيار التفريغ (الجهد عبر R1) في العملية مباشرة بواسطة مضخم الأجهزة IC1D. كسبها هو K = R11 / R10 = R9 / R8. يتم تغذية الإخراج إلى ADC الخاص بالمتحكم الدقيق (A1). عن طريق تغيير قيم R8-R11 ، يمكن ضبط الكسب إلى القيمة المطلوبة. يتم قياس جهد البطارية بواسطة مكبر الصوت الثاني IC1C ، K = R5 / R4 = R7 / R6. لماذا تفريغ التحكم الحالي؟ النقطة هنا هي في الأساس هذا. إذا قمت بالتفريغ بتيار مرتفع ثابت ، فبسبب المقاومة الداخلية الكبيرة ، يكون للبطاريات البالية الحد الأدنى الجهد المسموح بهسيتم الوصول إلى 1 فولت (ولا توجد نقطة مرجعية أخرى لإيقاف التفريغ) قبل تفريغ البطارية بالفعل. إذا قمت بالتفريغ بتيار منخفض ثابت ، فستمتد العملية لفترة طويلة جدًا. لذلك ، يتم التفريغ تدريجياً. ثماني خطوات بدت كافية بالنسبة لي. إذا كان البحث أكثر / أقل ، فيمكنك تغيير عمق البت في DAC. بالإضافة إلى ذلك ، عند تشغيل الحمل وإيقاف تشغيله ، يمكنك تقدير المقاومة الداخلية للبطارية. أعتقد أن خوارزمية تشغيل وحدة التحكم أثناء التفريغ لا تتطلب مزيدًا من التوضيح. في نهاية العملية ، يتم قفل Q1 ، ويتم فصل البطارية تمامًا عن الحمل ، وتقوم وحدة التحكم بتشغيل وحدة الشحن.

كتلة الشحن. أيضًا عامل استقرار حالي ، غير متحكم فيه فقط ، لكن قابل للتحويل. يتم ضبط التيار بواسطة مرجع الجهد على IC2 (2.5 فولت ، دقة 1٪ وفقًا لورقة البيانات) والمقاوم R21. في حالتي ، كان تيار الشحن كلاسيكيًا - 1/10 من سعة البطارية الاسمية. مقاوم ردود الفعل - R20. يمكنك استخدام أي مصدر جهد مرجعي آخر - حسب ذوقك وتوافر التفاصيل. يعمل الترانزستور Q2 في وضع أكثر صلابة من Q1. نظرًا للاختلاف الملحوظ بين جهد Vcc والجهد الكهربائي للبطارية ، تتبدد طاقة ملحوظة عليه. هذا ثمن يجب دفعه مقابل بساطة المخطط. لكن المبرد ينقذ الموقف. يعمل الترانزستور Q3 على إجبار Q2 على إيقاف التشغيل ، أي إيقاف تشغيل وحدة الشحن. تسيطر عليها الإشارة 12 من متحكم. هناك حاجة إلى مصدر جهد مرجعي آخر (IC3) لتشغيل وحدة تحكم ADC. تعتمد دقة قياسات الحامل على معاييره. LED1 LED - للإشارة إلى حالة العملية. في حالتي ، لا يضيء أثناء عملية التفريغ ، يضيء عند الشحن ويومض عند اكتمال الدورة.
يتم اختيار جهد الإمداد لضمان فتح الترانزستورات وتشغيلها في النطاقات المرغوبة. في هذه الحالة ، لكلا الترانزستورات ، يكون جهد تحرير البوابة مرتفعًا جدًا - حوالي 2-4 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، يتم "دعم" Q2 بجهد البطارية و R20 ، لذلك يبدأ جهد تحرير البوابة عند حوالي 3.5-5.5 فولت بدوره ، لا يستطيع LM323 رفع جهد الخرج فوق Vcc ناقص 1.5V ، لذلك يجب أن يكون Vcc كبيرًا بدرجة كافية وفي حالتي هو 9V.

تم توجيه خوارزمية التحكم في الشحن بالإصدار الكلاسيكي للتحكم في اللحظة التي يبدأ فيها انخفاض الجهد على البطارية. ومع ذلك ، في الواقع ، تبين أن كل شيء ليس كذلك تمامًا ، ولكن المزيد عن ذلك لاحقًا.
تمت كتابة جميع الكميات التي تم قياسها في عملية "البحث" في ملف ، ثم تم إجراء الحسابات وإنشاء الرسوم البيانية.

أعتقد أن كل شيء واضح مع حامل القياس ، لذلك دعنا ننتقل إلى النتائج.

نتائج القياس

لذلك ، قمنا بشحن البطاريات (ولكن لا تعمل) ، والتي نقوم بتفريغها وقياس السعة المخزنة ، وفي نفس الوقت المقاومة الداخلية. تبدو هكذا.

الرسوم البيانية في المحاور الوقت والساعات (X) والطاقة ، W (Y) لأفضل وأسوأ البطاريات. يمكن ملاحظة أن الطاقة المخزنة (المنطقة الموجودة أسفل الرسوم البيانية) تختلف اختلافًا كبيرًا. من الناحية العددية ، كانت سعة البطارية المقاسة 1196 و 739 و 1237 و 1007 مللي أمبير في الساعة. ليس كثيرًا ، نظرًا لأن السعة الاسمية (المشار إليها في العلبة) تبلغ 2700 مللي أمبير في الساعة. وانتشار كبير جدا. ماذا عن المقاومة الداخلية؟ كانت 0.39 و 0.43 و 0.32 و 0.64 أوم على التوالي. رهيب. من الواضح سبب رفض صحن الصابون العمل - فالبطاريات ببساطة غير قادرة على إعطاء تيار كبير. حسنًا ، لنبدأ التدريب.

الدورة الأولى. مرة أخرى ، مخرجات الطاقة من أفضل البطاريات وأسوأها.

التقدم مرئي للعين المجردة! تؤكد الأرقام ذلك: 1715 و 1444 و 1762 و 1634 مللي أمبير. تحسنت المقاومة الداخلية أيضًا ، ولكن بشكل غير متساوٍ للغاية - 0.23 ، 0.40 ، 0.1 ، 0.43 أوم. يبدو أن هناك فرصة. لكن للأسف ، لم تعط دورات التفريغ / الشحن الإضافية أي شيء. اختلفت قيم السعة وكذلك المقاومة الداخلية من دورة إلى أخرى في حدود 10٪. هذا يقع في مكان ما بالقرب من حدود دقة القياس. أولئك. تمرين طويل ، على الأقل لبطارياتي ، لم أفعل شيئًا. ولكن من ناحية أخرى ، أصبح من الواضح أن البطاريات احتفظت بأكثر من نصف طاقتها وستظل تعمل بتيار منخفض. على الأقل بعض المدخرات الاقتصادية.

الآن أريد أن أسهب قليلاً في عملية الشحن. ربما ستكون ملاحظاتي مفيدة لشخص سيصمم شاحنًا ذكيًا.
فيما يلي رسم بياني نموذجي للشحن (يوجد على اليسار مقياس الجهد على البطارية بالفولت).

بعد بدء الشحن ، لوحظ انخفاض في الجهد. في الدورات المختلفة ، يمكن أن يكون عمقها أكثر أو أقل ، ومدة مختلفة قليلاً ، وغائبة في بعض الأحيان. علاوة على ذلك ، لمدة 10 ساعات تقريبًا ، هناك نمو موحد ثم الخروج إلى هضبة أفقية تقريبًا. تقول النظرية أنه مع تيار شحن صغير ، لا يوجد انخفاض في الجهد في نهاية الشحنة. كنت صبورة وما زلت أنتظر خريف هذا العام. إنه صغير (لا يمكن ملاحظته تقريبًا على الرسم البياني) ، تحتاج إلى الانتظار لفترة طويلة جدًا ، ولكنه موجود دائمًا. بعد عشر ساعات من الشحن وقبل السقوط ، فإن الجهد الكهربي للبطارية ، على الرغم من نموه ، ضئيل للغاية. هذا ليس له أي تأثير تقريبًا على الشحن النهائي ، ولا توجد ظواهر غير سارة مثل تسخين البطارية. وبالتالي ، عند تصميم أجهزة الشحن منخفضة التيار ، ليس من المنطقي تزويدها بالذكاء. يكفي وجود مؤقت من 10 إلى 12 ساعة ، ولا يلزم دقة خاصة.

ومع ذلك ، تم كسر هذا الشاعرة من قبل أحد العناصر. بعد حوالي 5-6 ساعات من الشحن ، كانت هناك تقلبات ملحوظة في الجهد.

في البداية ، كتبته على أنه عيب في التصميم في منصتي. تُظهر الصورة أن كل شيء تم تجميعه عن طريق التثبيت السطحي ، وأن وحدة التحكم كانت متصلة بأسلاك طويلة إلى حد ما. ومع ذلك ، فقد أظهرت التجارب المتكررة أن مثل هذا الهراء يحدث باستمرار مع نفس البطارية ولا يحدث أبدًا مع الآخرين. من المؤسف أنني لم أجد سبب هذا السلوك. ومع ذلك (وهذا واضح على الرسم البياني) ، فإن متوسط ​​قيمة الجهد ينمو كما ينبغي.

الخاتمة

نتيجة لذلك ، لدينا أربع بطاريات ، والتي وجدت مكانًا بيئيًا باستخدام طرق علمية دقيقة. نشعر بخيبة أمل في إمكانيات العملية التدريبية. ولدينا تأثير واحد غير مبرر يحدث عند الشحن.
بطارية أكبر بعد ذلك بطارية السيارة. ولكن هناك مقاومات تحميل أكثر قوة من حيث الحجم. في مكان ما يذهبون عبر مساحات أوراسيا.

هذا كل شئ. شكرا لاهتمامكم.