федерална агенцияна образованието

Държавна образователна институция за висше професионално образование

"ТОМСКИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ"

Електротехнически институт

Направление 551300 – Електротехника, електромеханика и електротехнологии

Катедра - Електрозадвижване и електрообзавеждане

Резюме на дисциплината

"Източници на гарантирано и непрекъснато захранване на промишлени предприятия"

на тема НИКЕЛ-МЕТАЛХИДРИДНИ БАТЕРИИ

Студенти от група 7M142

Крупина Н.В._____________

Кондрашов С.А._____________

«_____»________________

Главен професор, доктор на техническите науки

Гарганеев А.Г._______________

"_____" ___________2009 г

Томск - 2009 г

Въведение

1. Терминология

8. Зареждане на Ni-MH батерия

13. Изхвърляне

Заключение

Въведение

Почти невъзможно е да си представим съвременния свят без каквито и да е електронни технологии. Цифровите технологии толкова успешно се вписаха в живота ни, правейки го по-удобен и интересен, че просто не можем да им откажем.

Не забравяйте обаче, че мобилните устройства изискват преносими захранвания, които биха могли да отговорят на непрекъснато нарастващите нужди на съвременната електроника. Имаме WiFi и Bluetooth, освобождавайки се от кабели за данни, но все още сме привързани към електрическите мрежи.

Приложната наука обаче не стои неподвижна, предлагайки все повече и повече нови видове енергийни източници. От друга страна, все още е странно, че с толкова много нови технологии, батериите на телефони, смартфони, PDA и други джаджи все още „умират“ у нас. Това се случва, защото хората се замислят за правилното боравене с батерията едва когато тя е напълно развалена и може спокойно да бъде бракувана. Трябва да се разбере, че подмяната на батерията може да струва доста стотинка. Не спорим, малко хора обичат стриктно да спазват правилата за работа, но, за съжаление, само по този начин може да се увеличи максимално издръжливостта на батерията.

Към днешна дата батериите с пет различни електрохимични вериги са обикновени никел-кадмиеви (Ni-Cd), никел-метал хидридни (Ni-MH), оловно-киселинни (Sealed Lead Acid, SLA), литиево-йонни (Li-Ion) и литиево-полимерни (Li-Polymer). Определящият фактор за всички изброени батерии е не само преносимостта (т.е. малък обем и тегло), но и високата надеждност, както и многоработа. Основните параметри на батерията са енергийна плътност (или специфична енергия по маса), брой цикли на зареждане/разреждане, скорости на зареждане и саморазреждане. Оловно-киселинната батерия обикновено се състои от две пластини (електроди), поставени в електролит (воден разтвор на сярна киселина). В никел-кадмиева клетка отрицателната и положителната плоча се навиват заедно и се поставят в метален цилиндър. Положителната плоча е никелов хидроксид, а отрицателната плоча е кадмиев хидроксид. Двете плочи са изолирани със сепаратор, който е намокрен с електролит.

Никел-метал-хидридната батерия е структурно подобна на никел-кадмиевата батерия, но има различна химичен съставелектролит и електроди. В литиево-йонна батерия електродите и сепараторът (сепаратор) се поставят в електролит от литиева сол.

Има огромен брой митове и легенди за предполагаемия идеален режим на работа, за методите на "обучение", съхранение, методи и режими на зареждане и възстановяване на батерии, но нека се опитаме да го разберем.

1.Терминология

Акумулатор (от лат. акомулатор - събирач, accumulo - събирам, натрупвам) - устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. Електрическата батерия преобразува електрическата енергия в химическа енергия и, ако е необходимо, осигурява обратното преобразуване. Батерията се зарежда чрез преминаване на електрически ток през нея. В резултат на предизвиканите химични реакции единият електрод придобива положителен заряд, а другият става отрицателен.

Батерия като електрически уред, се характеризира със следните основни параметри: електрохимична система, напрежение, електрически капацитет, вътрешно съпротивление, ток на саморазреждане и експлоатационен живот.

Капацитет на батерията - количеството енергия, което трябва да има една напълно заредена батерия. В практическите изчисления капацитетът обикновено се изразява в амперчасове (

). Броят амперчасове показва периода от време, през който тази батерия ще работи при ток от 1 ампер. Струва си да добавим обаче, че в съвр мобилни устройстваследователно се използват много по-малки токове капацитет на батериятачесто се измерва в милиамперчасове (или , или mAh). Номиналният капацитет (какъвто трябва да бъде) винаги е посочен върху самата батерия или върху нейната опаковка. въпреки това реален капацитетне винаги съвпада с номинала. На практика действителният капацитет на батерията варира от 80% до 110% от номиналната стойност.

Специфичен капацитет - съотношението на капацитета на батерията към нейните размери или тегло.

Цикълът е една последователност от зареждане и разреждане на батерия.

Ефект на паметта - загуба на капацитет на батерията по време на нейната работа. Проявява се в тенденцията на батерията да се адаптира към работния цикъл, който батерията е работила за определен период от време. С други думи, ако заредите батерията няколко пъти, без да я разредите напълно преди това, тя някак си "запомня" състоянието си и следващия път просто не може да бъде напълно разредена, следователно капацитетът й намалява. С увеличаване на броя на циклите на зареждане-разреждане, ефектът на паметта става по-изразен.

При такива условия на работа кристалите върху плочата се увеличават вътре в батерията (структурата на батериите ще бъде разгледана по-долу), което намалява повърхността на електрода. При малки кристални образувания на вътрешното работно вещество повърхността на кристалите е максимална, следователно количеството енергия, съхранявано от батерията, също е максимално. С увеличаването на кристалните образувания по време на работа, повърхността на електрода намалява и в резултат на това реалният капацитет намалява.

Фигура 1 показва как работи ефектът на паметта.

Фигура 1 - Ефект на паметта.

Саморазреждането е спонтанна загуба на съхранена енергия от батерията с течение на времето. Това явление се причинява от редокс процеси, протичащи спонтанно и е присъщо на всички видове батерии, независимо от тяхната електрохимична система. За количествено определяне на саморазряда се използва количеството енергия, загубено от батерията за определено време, изразено като процент от стойността, получена веднага след зареждане. Саморазреждането е максимално през първите 24 часа след зареждането, така че се изчислява както за първия ден, така и за първия месец след зареждането. Степента на саморазреждане на батерията до голяма степен зависи от температурата на околната среда. Така, когато температурата се повиши над 100°C, саморазрядът може да се удвои.

2. Батерии: видове и произход

Япония, Тайван, Китай, Южна Корея заемат водеща позиция на пазара за производство на батерии и непрекъснато увеличават мащаба на своето „скромно“ присъствие на световния пазар.

Днес на пазара има десетки различни дизайни на батерии и всеки производител се опитва да постигне оптималната комбинация от характеристики - голям капацитет, малък размер и тегло, работа в широк температурен диапазон и при екстремни условия.

В същото време проучванията показват, че повече от 65% от потребителите на мобилни и преносими технологии искат още по-капацитетни батерии и са готови да платят много пари за възможността да използват „колата“ (или телефона) в продължение на няколко дни без презареждане. Ето защо в повечето случаи се изисква закупуване на по-капаметна батерия от тази, която идва с комплекта.

Според електрохимичната система батериите се разделят на няколко вида:

Оловна киселина (Sealed Lead Acid, SLA);

Никел-кадмиев (Ni-Cd);

никел метал хидрид (Ni-MH);

Литиево-йонни (Li-Ion);

Литиев полимер (Li-Pol);

гориво.

В съвременната преносима електроника оловни батериивече не се използват, така че ще започнем нашата обиколка с никелови батерии, които все още се използват в батериите за фотоапарати, лаптопи, видеокамери и други устройства.

Прародителят на никеловите батерии са никел-кадмиевите (Ni-Cd) батерии, изобретени през 1899 г. от шведския учен Валдемар Юнгнер. Принципът на тяхната работа е, че никелът действа като положителен електрод (катод), а кадмият като отрицателен (анод). Първоначално това беше отворена батерия, в която кислородът, отделен по време на зареждане, отиваше направо в атмосферата, което предотвратяваше създаването на запечатан корпус и, съчетано с високата цена необходими материали, значително забави началото на масовото производство.

От 1932 г. се правят опити за възобновяване на експериментите. По това време беше предложена идеята да се въведе никелов електрод с пореста плоча, изработен от активни метали вътре, което би осигурило по-добро движение на заряда и значително намаляване на разходите за производство на батерии.

Но едва след Втората световна война (през 1947 г.) разработчиците стигнаха до почти модерна схема на запечатани Ni-Cd батерии. При този дизайн вътрешните газове, освободени по време на зареждането, се абсорбират от нереагиралата част на катода и не се освобождават навън, както в предишните версии.

Ако по някаква причина (превишаване на тока на зареждане, понижаване на температурата) скоростта на анодното образуване на кислород е по-висока от скоростта на нейната катодна йонизация, тогава рязкото повишаване на вътрешното налягане може да доведе до експлозия на батерията. За да се предотврати това, кутията на батерията е изработена от стомана, а понякога дори има предпазен клапан.

Оттогава дизайнът на Ni-Cd батериите не се е променил значително (Фигура 2).

Фигура 2 - Структурата на Ni-Cd батерията

Основата на всяка батерия са положителните и отрицателните електроди. В тази схема положителният електрод (катод) съдържа никелов хидроксид NiOOH с графитен прах (5-8%), а отрицателният електрод (анод) съдържа метален кадмий Cd под формата на прах.

Батериите от този тип често се наричат ​​ролкови батерии, тъй като електродите са навити в цилиндър (ролка) заедно с разделителен слой, поставени в метален корпус и напълнени с електролит. Сепараторът (сепаратор), навлажнен с електролит, изолира плочите един от друг. Изработен е от нетъкан материал, който трябва да е устойчив на алкали. Най-често срещаният електролит е калиев хидроксид KOH с добавка на литиев хидроксид LiOH, който насърчава образуването на литиеви никелати и увеличава капацитета с 20%.

Фигура 3 - Напрежение на батерията по време на зареждане или разреждане, в зависимост от текущото ниво на зареждане.

По време на разреждане активните никел и кадмий се трансформират в хидроксиди Ni(OH)2 и Cd(OH)2.

Основните предимства на Ni-Cd батериите включват:

Ниска цена;

Работа в широк температурен диапазон и устойчивост на неговите разлики (например Ni-Cd батериите могат да се зареждат при отрицателна температура, което ги прави незаменими при работа в Далечния север);

Те могат да доставят значително повече ток към товара, отколкото други видове батерии;

Устойчивост на високи зарядни и разрядни токове;

Сравнително кратко време за зареждане;

Голям брой цикли на "зареждане-разреждане" (с правилна работате издържат повече от 1000 цикъла);

Лесно се възстановява след дългосрочно съхранение.

Недостатъци на Ni-Cd батериите:

Наличието на ефект на паметта - ако редовно зареждате ненапълно разредена батерия, нейният капацитет ще намалее поради растежа на кристали на повърхността на плочите и други физични и химични процеси. За да не се „предаде” батерията преди време, тя трябва да бъде „обучена” поне веднъж месечно, както е обсъдено по-долу;

Кадмият е много токсично вещество, така че производството на Ni-Cd батерии е вредно за околната среда. Проблеми има и при рециклирането и изхвърлянето на самите батерии.

Нисък специфичен капацитет;

Голямо тегло и размери в сравнение с други видове батерии със същия капацитет;

Висок саморазряд (след зареждане за първите 24 часа работа губят до 10%, а за един месец - до 20% от съхранената енергия).

Фигура 4 - Саморазреждане на Ni-Cd батерии

В момента броят на произведените Ni-Cd батерии бързо намалява, те са заменени по-специално от Ni-MH батерии.

3. Никел-метал хидридни батерии

В продължение на няколко десетилетия никел-кадмиевите батерии се използват доста широко, но високата токсичност на производството принуди търсенето на алтернативни технологии. В резултат на това са създадени никел-металхидридни батерии, които се произвеждат и до днес.

Въпреки факта, че работата по създаването на Ni-MH батерии започна през 70-те години на миналия век, стабилни метални хидридни съединения, способни да свързват големи обеми водород, бяха открити едва десет години по-късно.

Първата Ni-MH батерия, която използва LaNi5 като основен активен материал на металохидриден електрод, е патентована от Will през 1975 г. В ранните експерименти с металохидридни сплави никел-металхидридни батерии са нестабилни и необходимият капацитет на батерията може не може да се постигне. Следователно индустриалната употреба на Ni-MH батерии започва едва в средата на 80-те години след създаването на сплавта La-Ni-Co, която позволява електрохимично обратимо усвояване на водород за повече от 100 цикъла. Оттогава дизайнът Ni-MH презареждаембатериите непрекъснато се подобрява в посока на увеличаване на тяхната енергийна плътност.

Никел-метал-хидридните батерии по своя дизайн са аналогични на никел-кадмиевите батерии, а в електрохимичните процеси - никел-водородните батерии. Специфичната енергия на Ni-MH батерия е много по-висока от специфичната енергия на Ni-Cd и Ni-H2 батерии (Таблица 1).

маса 1

Параметър	Батерии
	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
Ном. напрежение, V	1,2	1,2	1,2
Специфична енергия: h/kg h/dm3
	20 – 40	40 – 55	50 – 80
	60 – 120	60 – 80	100 – 270
Специфична мощност, W/kg	50 – 400	50 – 100	50 – 1100
Живот:
	1 – 5	2 – 7	1 – 5
	500 – 1000	2000 – 3000	500 – 2000
Саморазреждане, %	20 - 30 (за 28 дни)	20 - 30 (за 1 ден)	20 - 40 (за 28 дни)
Работна температура,	- 50 - +60	- 20 - +30	- 40 - +60
Вредни вещества	CD	Не	Не

Значителното разсейване на някои параметри в таблица 1 е свързано с различни цели (дизайн) на батериите. Отличителни черти NM батериите имат висок капацитет, висока мощност (критични) характеристики (способност за зареждане и разреждане с високи токове), способност да издържат на презареждане и ултра-дълбок разряд (обръщане на полярността) и липса на дендритни образувания. Много важно предимство на батерията NM пред батерията NK е липсата на много вреден за околната среда елемент - кадмий. По отношение на напрежението, размерите, дизайна и технологията батерията NM съответства на батерията NK и те могат да се сменят както в производството, така и в експлоатация.

Замяната на отрицателния електрод позволи да се увеличи натоварването на активните маси на положителния електрод с 1,3-2 пъти, което определя капацитета на батерията. Поради това Ni-MH батериите имат значително по-високи специфични енергийни характеристики в сравнение с Ni-Cd батериите.

В резултат на това областта на приложение на NM батериите е близка до областта на приложение на NK батериите, NM батериите се използват в мобилни телефони, пейджъри, безжични телефони, скенери, фенерчета, радиостанции, електрически велосипеди, електрически превозни средства, хибридни автомобили , електронни таймери и броячи на десетилетия, резервни устройства за съхранение (MBU) и централни процесори (CP) на компютри и лаптопи, устройства за откриване на пожар и дим, аларми срещу взлом, устройства за анализ на околната среда на водата и въздуха, памети на електронно управлявани обработващи машини, радиостанции , диктофони, калкулатори, електрически самобръсначки, слухови апарати, електрически играчки и др.

За разлика от Ni-Cd в Ni-MH батериикато анод се приема сплав от метали, които абсорбират водород. Алкалният електролит все още не участва в реакцията, основана на движението на водородни йони между електродите. По време на зареждането никеловият хидроксид Ni(OH)2 се превръща в оксихидрит NiOOH, отдавайки водород към сплавта на отрицателния електрод. Абсорбцията на водород не е изотермична реакция, поради което металите за сплавта винаги се избират по такъв начин, че единият от тях да отделя топлина при свързване на газа, а другият, напротив, да абсорбира топлина. На теория това трябваше да осигури топлинен баланс, но никел-метал-хидридните батерии се нагряват значително повече от никел-кадмиевите.

Успехът на разпространението на никел-метал хидридни батерии беше осигурен от високата енергийна плътност и нетоксичността на материалите, използвани при производството им.

4. Основни процеси на Ni-MH батерии

Ni-MH батериите използват никелов оксиден електрод като положителен електрод, като никел-кадмиева батерия, и електрод от никелова и редкоземна сплав, абсорбиращ водород, вместо отрицателния кадмиев електрод.

Върху положителния електрод от никелов оксид на Ni-MH батерията реакцията протича:

→ NiOOH + H2O + (заряд) → Ni(OH)2 + OH (разряд)

При отрицателния електрод металът с абсорбиран водород се превръща в метален хидрид:

→ MH + OH (заряд) → M + H2O + (разряд)

Общата реакция в Ni-MH батерия се записва, както следва:

Ni(OH)2 + M → NiOOH + MH (заряд)

NiOOH + MH → Ni(OH)2 + M (разряд)

Електролитът не участва в основната токообразуваща реакция.

След отчитане на 70-80% от капацитета и по време на презареждане, кислородът започва да се отделя на оксидно-никеловия електрод:

→ 1/2 O2 + H2O + 2 (презареждане),

който се възстановява на отрицателния електрод:

→ 2OH (презареждане)

Последните две реакции осигуряват затворен цикъл на кислорода. При намаляване на кислорода се осигурява допълнително увеличение на капацитета на металния хидридния електрод поради образуването на ОН групата.

.

При разреждане след изчерпване на капацитета на положителния електрод (по време на преразреждане) върху него протича странична реакция на отделяне на водород:

→ H2 + 2OH (преразреждане).

Водородът през порест сепаратор достига до отрицателния електрод и се окислява върху него:

→2H2O + 2 (преразреждане).

5. Конструкция на Ni-MH акумулаторни електроди

метален водороден електрод.

Основният материал, който определя производителността на Ni-MH батерия, е абсорбираща водород сплав, която може да абсорбира 1000 пъти собствения си обем водород.

Най-широко използваните сплави са LaNi5, в които част от никела е заменен с манган, кобалт и алуминий за повишаване на стабилността и активността на сплавта. За да намалят разходите, някои производители използват миш метал вместо лантан (Mm, който е смес от редкоземни елементи, съотношението им в сместа е близко до съотношението в естествените руди), който освен лантан включва и церий , празеодим и неодим.

По време на цикъла заряд-разряд има разширение и свиване на 15-25% от кристалната решетка на водород-абсорбиращите сплави поради абсорбцията и десорбцията на водорода. Такива промени водят до образуване на пукнатини в сплавта поради увеличаване на вътрешното напрежение. Образуването на пукнатини води до увеличаване на повърхността, която е корозирала при взаимодействие с алкален електролит. Поради тези причини разрядният капацитет на отрицателния електрод постепенно намалява.

В батерия с ограничено количество електролит това причинява проблеми с преразпределението на електролита. Корозията на сплавта води до химическа пасивност на повърхността поради образуването на устойчиви на корозия оксиди и хидроксиди, които повишават пренапрежението на основната токогенерираща реакция на металохидриден електрод. Образуването на корозионни продукти става с консумацията на кислород и водород от електролитния разтвор, което от своя страна води до намаляване на количеството електролит в батерията и увеличаване на нейното вътрешно съпротивление.

За забавяне на нежеланите процеси на дисперсия и корозия на сплавите, които определят експлоатационния живот на Ni-MH батериите, се използват два основни метода (в допълнение към оптимизирането на състава и начина на производство на сплавта). Първият метод е микрокапсулиране на частици от сплав, т.е. при покриване на повърхността им с тънък порест слой (5-10%) - от теглото на никел или мед. Вторият метод, който е намерил най-широко приложение в момента, се състои в обработка на повърхността на частиците на сплавта в алкални разтвори с образуването на защитни филми, пропускливи за водород.

Електрод от никелов оксид.

Оксидно-никеловите електроди в масовото производство се произвеждат в следните конструктивни модификации: ламелни, безламелни синтеровани (металокерамични) и пресовани, включително пелети. През последните години започнаха да се използват електроди от безламелен филц и полимерна пяна.

Ламелните електроди са набор от свързани помежду си перфорирани кутии (ламели), изработени от тънка (0,1 mm дебелина) никелирана стоманена лента.

Спечените (металокерамични) електроди се състоят от пореста (с порьозност най-малко 70%) металокерамична основа, в порите на която се намира активната маса. Основата е направена от фин прах от карбонилникел, който, смесен с амониев карбонат или карбамид (60-65% никел, останалото е пълнител), се пресова, валцува или напръсква върху стоманена или никелова мрежа. След това мрежата с праха се подлага на топлинна обработка в редуцираща атмосфера (обикновено във водородна атмосфера) при температура 800–960 ° C, докато амониевият карбонат или карбамид се разлага и изпарява, а никелът се синтерова. Така получените основи са с дебелина 1-2,3 mm, порьозност 80-85% и радиус на порите 5-20 µm. Основата се импрегнира последователно с концентриран разтвор на никелов нитрат или никелов сулфат и алкален разтвор, загрят до 60–90 ° C, което предизвиква утаяване на никелови оксиди и хидроксиди.

Понастоящем се използва и методът на електрохимично импрегниране, при който електродът се подлага на катодна обработка в разтвор на никелов нитрат. Поради образуването на водород, разтворът в порите на плочата се алкализира, което води до отлагане на оксиди и хидроксиди на никел в порите на плочата.

Фолиевите електроди се класифицират като разновидности на синтеровани електроди. Електродите се произвеждат чрез пръскане върху тънка (0,05 mm) перфорирана никелова лента от двете страни чрез пръскане, алкохолна емулсия от никелов карбонил на прах, съдържаща свързващи вещества, синтероване и по-нататъшно химично или електрохимично импрегниране с реагенти. Дебелината на електрода е 0,4-0,6 mm.

Пресованите електроди се изработват чрез пресоване под налягане 35-60 МРа на активната маса върху мрежа или стоманена перфорирана лента. Активната маса се състои от никелов хидроксид, кобалтов хидроксид, графит и свързващо вещество.

Металните филцови електроди имат силно пореста основа, изработена от никелови или въглеродни влакна. Порьозността на тези основи е 95% или повече. Филцовият електрод е изработен на базата на никелиран полимер или графитен филц. Дебелината на електрода, в зависимост от предназначението му, е в диапазона 0,8 - 10 mm. Активната маса се въвежда в филца по различни методи, в зависимост от плътността му.

Вместо филц може да се използва никелова пяна, получена чрез никелиране на полиуретанова пяна с последващо отгряване в редуцираща среда. Паста, съдържаща никелов хидроксид и свързващо вещество, обикновено се въвежда в силно пореста среда чрез разпръскване. След това основата с пастата се изсушава и навива. Филцовите и пенополимерните електроди се характеризират с висок специфичен капацитет и дълъг експлоатационен живот.

6. Проектиране на Ni-MH батерии

Ni-MH батериите са цилиндрични. Положителните и отрицателните електроди, разделени със сепаратор, се сгъват на ролка, която се вкарва в корпуса и се затваря с уплътнителна капачка с уплътнение (Фигура 5). Капакът има предпазен клапан, който работи при налягане 2-4 MPa в случай на повреда в работата на батерията.

Фигура 5 - Дизайн на никел-метал хидрид (Ni-MH) батерия: 1 корпус; 2-капак; 3-клапанна капачка; 4-клапан; 5-положителен електроден колектор; 6-изолационен пръстен; 7-отрицателен електрод; 8-сепаратор; 9-положителен електрод; 10-изолатор.

При призматичните Ni-MH батерии се редуват положителни и отрицателни електроди, а между тях се поставя разделител. Блокът от електроди се поставя в метална или пластмасова кутия и се затваря с уплътнителен капак. На капака, като правило, е монтиран клапан или сензор за налягане (Фигура 6).

Фигура 6 - Дизайн на Ni-MH батерия: 1 корпус; 2-капак; 3-клапанна капачка; 4-клапан; 5-изолиращо уплътнение; 6-изолатор; 7-отрицателен електрод;, 8-сепаратор; 9-положителен електрод

Ni-MH батериите използват алкален електролит, състоящ се от KOH с добавяне на LiOH. Като сепаратор в Ni-MH батерии се използват нетъкан полипропилен и полиамид с дебелина 0,12-0,25 мм, обработени с омокрящ агент.

положителен електрод. Ni-MH батериите използват положителни електроди от никелов оксид, подобни на тези, използвани в Ni-Cd батериите. В Ni-MH батериите се използват основно керамично-метални електроди, а през последните години електроди от филц и полимерна пяна.

отрицателен електрод. Пет дизайна на отрицателни метални хидридни електроди са намерили практическо приложение в Ni-MH батерии:

Ламеларен, когато прахът от абсорбираща водород сплав със или без свързващо вещество се пресова в никелова мрежа;

Никелова пяна, когато паста със сплав и свързващо вещество се въвежда в порите на основата от никелова пяна и след това се изсушава и пресова (валцува);

Фолио, когато паста със сплав и свързващо вещество се нанася върху перфорирано никелово или никелирано стоманено фолио, след което се изсушава и пресова;

Валцуван, когато прахът на активната маса, състоящ се от сплав и свързващо вещество, се нанася чрез валцуване (валцоване) върху опъната никелова решетка или медна решетка;

Спечен, когато сплавта на прах се пресова върху никелова мрежа и след това се синтерува във водородна атмосфера.

Специфичните капацитети на металохидридни електроди с различни конструкции са близки по стойност и се определят главно от капацитета на използваната сплав.

7. Характеристики на Ni-MH батерии

Електрически характеристики

Специфичният капацитет на металохидридни електроди е 0,24-0,3 A∙h/g или 1,2-1,5 A∙h/cm3, което е до 3 пъти по-високо от специфичния капацитет на кадмиев електрод. Като водород-абсорбираща сплав се използват титаниево-никелови сплави или сплави с лантан (LaNi5).

Специфичната енергия на NM батериите е в диапазона 50-60 Wh/kg или 100-200 Wh/l. Времето на работа на повечето HM батерии при цикличност според IEC стандартите (60% дълбочина на разреждане) е 500-1000 цикъла. Някои фирми са постигнали 2000-2500 цикъла и експлоатационен живот от 3-5 години. Повечето HM батерии могат да работят в буферен режим, когато се зареждат с номинален ток от 0,01–0,03 C без ограничение във времето.

Напрежение на отворена верига. Стойност на напрежението на отворена верига Ur.c. Ni-MH системите са трудни за точно определяне поради зависимостта на равновесния потенциал на електрода от никелов оксид от степента на окисляване на никела, както и зависимостта на равновесния потенциал на електрода от метален хидрид от степента на насищане с водород. Въпреки това, при приблизителен потенциал от 0,49 V за Ni(OH)2 | NiOOH и при потенциална стойност от 0,828 V за електрод от метален хидрид с равновесна стойност на налягането на водорода от 0,1 MPa, стойността на Ur.c. ще бъде 1,318 V. Намаляването на равновесното налягане на водорода с коефициент 10 ще доведе до увеличаване на теоретичния потенциал на електрода (и следователно до намаляване на Ur.c) само с 29 mV. За NM-електрохимична система е прието Номинално напрежение 1,2 V. 24 часа след зареждане на батерията напрежението на отворена верига на заредената Ni-MH батерия е в диапазона 1,30-1,35 V.

Капацитет на батерията. С увеличаване на натоварването (намаляване на времето за разреждане) и с понижаване на температурата капацитетът на Ni-MH батерия намалява (Фигура 8). Ефектът от намаляване на температурата върху капацитета е особено забележим при високи скорости на разреждане и при температури под 0°C. 2 - 20°С; 3 – 40°C Стойности

.

През последните години редица компании започнаха да произвеждат мощни HM-батерии с цилиндрична и призматична форма с капацитет от 3,6 - 14 Ah за хибридни превозни средства. Тези батерии могат да се разреждат с номинални токове над 20C. Батериите, направени от такива батерии (до 240 батерии на батерия), имат плътност на мощността 0,9 - 1,1 kW / kg. Типични примери: батерия Panasonic от 240 призматични батерии с капацитет 6,5 Ah има мощност 1080 W / kg, батерия Makevell от цилиндрични батерии с капацитет 3,4 Ah - 870 W / kg, батерия Varta от 1100 W / kg при 20°C и 500 W/kg при -25°C. Животът на батерията Varta е 2400 цикъла при 100% DOD, 5000 цикъла при 80%, 78 000 цикъла при 12%, 255 000 цикъла при 5% и 360 000 цикъла при 4% дълбочина на разреждане.

8. Зареждане на Ni-MH батерия

Времето на работа (броят цикли на разреждане-зареждане) и експлоатационният живот на Ni-MH батерия до голяма степен се определят от условията на работа. Времето на работа намалява с увеличаване на дълбочината и скоростта на изпразване. Времето на работа зависи от скоростта на зареждането и начина на контрол на завършването му. В зависимост от вида на Ni-MH батериите, режима на работа и условията на работа, батериите осигуряват от 500 до 1000 цикъла разряд-заряд при дълбочина на разреждане 80% и имат експлоатационен живот от 3 до 5 години.

За да осигурите надеждна работа на Ni-MH батерията през гарантирания период, трябва да следвате препоръките и инструкциите на производителя. Трябва да се обърне най-голямо внимание температурен режим. Желателно е да се избягват преразряди (под 1V) и къси съединения. Препоръчително е да използвате Ni-MH батерии по предназначение, избягвайте смесването на използвани и неизползвани батерии и не запоявайте проводници или други части директно към батерията.

Ni-MH батериите са по-чувствителни към презареждане от Ni-Cd. Презареждането може да доведе до термично изтичане. Зареждането обикновено се извършва с ток Iz \u003d 0,1C за 15 часа. Компенсационното зареждане се извършва с ток Iz = 0,01-0,03C за 30 часа или повече.

Възможни са ускорени (за 4 - 5 часа) и бързи (за 1 час) зареждания за Ni-MH батерии с високоактивни електроди. При такива заряди процесът се контролира от промените в температурата ΔТ и напрежението ΔU и други параметри. Бързото зареждане се използва например за Ni-MH батерии, които захранват лаптопи, мобилни телефони и електрически инструменти, въпреки че лаптопите и мобилните телефони сега използват предимно литиево-йонни и литиево-полимерни батерии. Препоръчва се и триетапен метод на зареждане: първият етап на бързо зареждане (1C и повече), зареждане със скорост 0,1C за 0,5-1 h за окончателното презареждане и зареждане със скорост 0,05- 0,02C като компенсационна такса. Информацията за това как да зареждате Ni-MH батерии обикновено се съдържа в инструкциите на производителя, а препоръчителният заряден ток е посочен върху кутията на батерията.

Зарядното напрежение Uz при Iz=0,3-1C е в диапазона 1,4-1,5V. Поради освобождаването на кислород при положителния електрод, количеството електричество, прехвърлено по време на зареждане (Q3), е по-голямо от капацитета на разреждане (Cp). В същото време възвръщаемостта на капацитета (100 Ср/QЗ) е съответно 75-80% и 85-90% за дискови и цилиндрични Ni-MH батерии.

Контрол на зареждането и разреждането. За да се предотврати презареждането на Ni-MH батерии, могат да се използват следните методи за контрол на зареждането с подходящи сензори, инсталирани в батерии или зарядни устройства:

Методът за прекратяване на заряда при абсолютна температура Tmax. Температурата на батерията се следи постоянно по време на процеса на зареждане, като при достигане на максималната стойност бързото зареждане се прекъсва;

Метод за прекратяване на зареждането чрез скорост на промяна на температурата ΔT/Δt. С този метод, стръмността на температурната крива батерияпостоянно се наблюдава по време на процеса на зареждане и когато този параметър се повиши над определена зададена стойност, зареждането се прекъсва;

Метод за завършване на делта с отрицателно напрежение -ΔU. В края на зареждането на батерията, по време на кислородния цикъл, нейната температура започва да се повишава, което води до намаляване на напрежението;

Метод за прекратяване на зареждането чрез максимално време на зареждане t;

Методът за прекратяване на заряда чрез максимално налягане Pmax. Обикновено се използва в призматични батерии с големи размери и капацитет. Нивото на допустимото налягане в призматичен акумулатор зависи от неговия дизайн и е в диапазона 0,05-0,8 MPa;

Метод за прекратяване на таксуването максимално напрежение Umax. Използва се за прекъсване на заряда на акумулатори с високо вътрешно съпротивление, което се появява в края на експлоатационния живот поради липса на електролит или при ниска температура.

Когато използвате метода Tmax, батерията може да бъде презаредена, ако температурата на околната среда спадне, или батерията може да не е достатъчно заредена, ако температурата на околната среда се повиши значително. Методът ΔT/Δt може да се използва много ефективно за прекратяване на зареждането при ниски температури на околната среда. Но ако само този метод се използва при по-високи температури, батериите вътре в батериите ще бъдат изложени на нежелано високи температури, преди да може да се достигне стойността ΔT/Δt за изключване. За определена стойност на ΔT/Δt може да се получи по-голям входен капацитет при по-ниска температура на околната среда, отколкото при по-висока температура. В началото на зареждането на батерията (както и в края на зареждането) има бързо повишаване на температурата, което може да доведе до преждевременно спиране на зареждането при използване на метода ΔT/Δt. За да елиминират това, разработчиците на зарядни устройства използват таймери за първоначалното забавяне на реакцията на сензора с метода ΔT / Δt.

Методът -ΔU е ефективен за прекратяване на зареждането при ниски температури на околната среда, а не при повишени температури. В този смисъл методът е подобен на метода ΔT/Δt. За да се гарантира, че зареждането ще бъде прекратено в случаите, когато непредвидени обстоятелства възпрепятстват нормалното прекъсване на зареждането, се препоръчва също така да се използва контрол на таймера, който регулира продължителността на операцията по зареждане (метод t).

По този начин, за бързо зареждане на батерии с номинални токове от 0,5-1 ° C при температури от 0-50 ° C, препоръчително е едновременно да се прилагат методите Tmax (с температура на изключване от 50-60 ° C, в зависимост от дизайна на батериите и батерии), -ΔU (5-15mV на батерия), t (обикновено за получаване на 120% от номиналния капацитет) и Umax (1,6-1,8 V на батерия). Вместо метода -ΔU може да се използва методът ΔT/Δt (1-2 °C/min) с таймер за първоначално забавяне (5-10 min).

След извършване на бързо зареждане на акумулатора зарядните устройства предвиждат превключването им на презареждане с номинален ток 0,1C - 0,2C за определено време.

Ni-MH батериите не се препоръчват за зареждане при постоянно напрежениетъй като може да възникне "термична повреда" на батериите. Това е така, защото в края на зареждането има увеличение на тока, което е пропорционално на разликата между захранващото напрежение и напрежението на батерията, а напрежението на батерията в края на зареждането намалява поради повишаването на температурата.

При ниски температури скоростта на зареждане трябва да се намали. В противен случай кислородът няма да има време да се рекомбинира, което ще доведе до повишаване на налягането в акумулатора. За работа в такива условия се препоръчват Ni-MH батерии със силно порьозни електроди.

9. Предимства и недостатъци на Ni-MH батерии

Значителното увеличение на специфичните енергийни параметри не е единственото предимство на Ni-MH батериите пред Ni-Cd батериите. Отдалечаването от кадмия също означава преминаване към по-чисто производство. Проблемът с рециклирането на повредени батерии също е по-лесен за решаване. Тези предимства на Ni-MH батериите са определили повече бърз растежобеми на тяхното производство от всички водещи световни компании за батерии в сравнение с Ni-Cd батерии.

Ni-MH батериите нямат "ефекта на паметта", който имат Ni-Cd батериите поради образуването на никелат в отрицателния кадмиев електрод. Въпреки това ефектите, свързани с презареждането на електрода от никелов оксид, остават.

Намаляването на разрядното напрежение, наблюдавано при чести и дълги презареждания по същия начин, както при Ni-Cd батериите, може да се елиминира чрез периодично извършване на няколко разреждания до 1 V. Достатъчно е да се извършват такива разреждания веднъж месечно.

Въпреки това, никел-метал-хидридните батерии са по-ниски от никел-кадмиевите батерии, които са предназначени да заменят, по отношение на някои работни характеристики:

Ni-MH батериите работят ефективно в по-тесен диапазон от работни токове, което е свързано с ограничена десорбция на водород от металния хидрид електрод при много високи скорости на разреждане;

Ni-MH батериите имат по-тесен работен температурен диапазон: повечето от тях са неработещи при температури под -10°C и над +40°C, въпреки че в някои серии батерии коригирането на рецептите осигури разширяване на температурните граници;

По време на зареждането на Ni-MH батерии се отделя повече топлина, отколкото при зареждане на Ni-Cd батерии, следователно, за да се предотврати прегряване на батерията от Ni-MH батерии по време на бързо зареждане и / или значително презареждане, термични предпазители или термични релета в тях са монтирани, които са разположени на стената на една от батериите в централната част на батерията;

Ni-MH батериите имат повишен саморазряд (Фигура 10), което се определя от неизбежността на реакцията на водород, разтворен в електролита, с положителен оксидно-никелов електрод (но благодарение на използването на специални отрицателни електродни сплави, беше възможно да се постигне намаляване на скоростта на саморазреждане до стойности, близки до тези за Ni-Cd батерии;

Рискът от прегряване при зареждане на една от Ni-MH батериите на батерията, както и обръщане на батерията с по-нисък капацитет, когато батерията е разредена, се увеличава с несъответствието на параметрите на батерията в резултат на дълго циклиране, така че създаването на батерии от повече от 10 батерии не се препоръчва от всички производители;

Загубата на капацитет на отрицателния електрод, която възниква в Ni-MH батерия при разреждане под 0V, е необратима, което поставя по-строги изисквания за избор на батерии в батерията и контрол на процеса на разреждане, отколкото в случай на използване Ni-Cd батерии, като правило, разряд до 1 V / ak в батерии с ниско напрежение и до 1,1 V / ak в батерия от 7-10 батерии.

Както беше отбелязано по-рано, разграждането на Ni-MH батериите се определя главно от намаляване на сорбционния капацитет на отрицателния електрод по време на цикъл. В цикъла заряд-разряд обемът на кристалната решетка на сплавта се променя, което води до образуване на пукнатини и последваща корозия при реакция с електролита. Образуването на корозионни продукти става с абсорбцията на кислород и водород, в резултат на което общото количество електролит намалява и вътрешното съпротивление на батерията се увеличава.

Трябва да се отбележи, че характеристиките на Ni-MH батериите значително зависят от сплавта на отрицателния електрод и технологията на обработка на сплавта за подобряване на стабилността на нейния състав и структура. Това принуждава производителите на батерии да внимават при избора на доставчици на сплави, а потребителите на батерии - към избора на производителя.

10. Стандарти и обозначения на HM батерии

В съответствие със стандартите на Международната електрохимична комисия IEC 61436 и IEC 61951-2, цилиндричните HM батерии се обозначават с буквите HR, призматичните с буквите HF и дисковите батерии с буквите HB. След буквите за цилиндрични NM батерии, диаметърът и височината на батерията в милиметри (закръглени до най-близкото цяло число) са посочени чрез дробна лента, а за призматичните батерии - ширината, дебелината и височината. Например HR15/51, HF15/09/49. За дисковите батерии диаметърът и височината са посочени чрез дробна линия, но не в милиметри, а с единица 1/10 от милиметъра. Например, дискова батерия с диаметър 15,6 mm и височина 6,4 mm е обозначена като HB 156/064.

Отбелязваме най-важните изисквания за HM батерии според тези стандарти:

Режим на зареждане с номинален ток 0.1C за 16 часа при температура (20±5) °C;

Продължителността на разреждането при температура (20 ± 5) ° C с номинален ток 0,2 C до напрежение 0,9 V е най-малко 42 минути за цилиндрични и призматични NM батерии и най-малко 35 минути за дискови батерии;

Срокът на експлоатация трябва да бъде най-малко 500 цикъла;

Тези стандарти не установяват изисквания за HM батерии при повишени температури и при температури под 0°C.

11. Съхранение и работа с Ni-MH батерии

Преди да започнете да използвате нови Ni-MH батерии, трябва да запомните, че те трябва първо да бъдат "залюлени" за максимален капацитет. За да направите това, е желателно да имате зарядно устройство, което може да разрежда батериите: настройте заряда на минимален ток и заредете батерията, след което незабавно я разредете, като натиснете съответния бутон на зарядното устройство. Ако няма такова устройство под ръка, можете просто да „заредите“ батерията с пълен капацитет и да изчакате.

Може да отнеме 2-5 такива цикъла, в зависимост от продължителността и температурата на съхранение в склада и в магазина. Много често условията за съхранение далеч не са идеални, така че повторното обучение ще бъде добре дошло.

За най-ефективна и продуктивна работа на батерията възможно най-дълго, е необходимо допълнително, ако е възможно, да я разредите напълно (препоръчва се устройството да се зарежда само след като е изключено поради разреждане на батерията) и заредете батерията, за да избегнете "ефекта на паметта" и да намалите живота на батерията. За да възстановите пълния (доколкото е възможно) капацитет на батерията, също е необходимо да извършите обучението, описано по-горе. В този случай батерията се разрежда до минимално допустимото напрежение на клетка, а кристалните образувания се разрушават. Необходимо е да се направи правило да тренирате батерията поне веднъж на всеки два месеца. Но не трябва да отивате твърде далеч - честото използване на този метод износва батерията. След разреждането е препоръчително да оставите устройството включено в режим на зареждане поне 12 часа.

Ефектът на паметта може да се елиминира и чрез разреждане с голям ток (2-3 пъти по-висок от номиналния).

„Искахме най-доброто, но се получи както винаги“

Първото и най-просто правило за правилно зареждане на всяка батерия е да използвате зарядното устройство (наричано по-нататък зарядно), което се продава в комплекта (напр. мобилен телефон), или когато условията на зареждане отговарят на изискванията на производителя на батерията (например за пръстови Ni-MH батерии).

Във всеки случай е по-добре да закупите батерии и зарядни устройства, препоръчани от производителя. Всяка компания има свои собствени производствени технологии и характеристики на работа на батерията. Моля, прочетете внимателно всички приложени инструкции и друга информация, преди да използвате батерии и зарядни устройства.

Както писахме по-горе, най-простата памет обикновено е включена в пакета. Такива зарядни устройства като правило дават на потребителите минимално безпокойство: производителите на телефони се опитват да координират технологията за зареждане с всички възможни видове батерии, предназначени да работят с тази марка устройство. Това означава, че ако устройството е проектирано да работи с Ni-Cd, Ni-MH и Li-ion батерии, това зарядно устройство ще зареди еднакво ефективно всички изброени по-горе батерии, дори ако са с различен капацитет.

Но тук има един недостатък. Никеловите батерии, подложени на ефекта на паметта, трябва периодично да се разреждат напълно, но „устройството“ не е в състояние на това: когато се достигне определен праг на напрежението, то се изключва. Напрежението, при което се случва автоматичното изключване, е по-голямо от напрежението, до което трябва да се разреди батерията, за да се разрушат кристалите, които намаляват капацитета на батерията. В такива случаи все още е по-добре да използвате памет с функция за разреждане.

Има мнение, че Ni-MH батериите могат да се зареждат само след като са напълно (100%) разредени. Но всъщност пълното разреждане на батерията е нежелателно, в противен случай батерията ще се повреди преждевременно. Препоръчва се дълбочина на изпразване 85-90% - така нареченото повърхностно изпразване.

Освен това трябва да се има предвид, че Ni-MH батериите изискват специални режими на зареждане, за разлика от Ni-Cd, които са най-малко взискателни към режима на зареждане.

Въпреки че съвременните никел-метал хидридни батерии могат да бъдат презаредени, полученото прегряване намалява живота на батерията. Следователно, когато зареждате, трябва да имате предвид три фактора: време, количество зареждане и температура на батерията. Днес има голям бройЗарядно устройство, което контролира режима на зареждане.

Има бавна, бърза и импулсна памет. Веднага си струва да споменем, че разделението е доста произволно и зависи от производителя на батериите. Подходът към проблема с таксуването е приблизително следният: компанията се развива различни видовебатерии за различни приложения и установява за всеки тип препоръки и изисквания за най-благоприятните методи за зареждане. В резултат на това батерии, които са идентични на външен вид (размер), може да изискват различни методи на зареждане.

„Бавната“ и „бързата“ памет се различават по скоростта на зареждане на батериите. Първите зареждат батерията с ток, равен на около 1/10 от номиналния ток, времето за зареждане е 10 - 12 часа, докато по правило състоянието на батерията не се контролира, което не е много добро (напълно а частично разредените батерии трябва да се зареждат в различни режими).

"Бързо" зареждане на акумулатора с ток в диапазона от 1/3 до 1 от номиналната му стойност. Време за зареждане - 1-3 часа. Много често това е устройство с двоен режим, което реагира на промените в напрежението на клемите на батерията по време на зареждане. Първо, зарядът се натрупва в режим "висока скорост", когато напрежението достигне определено ниво, високоскоростното зареждане спира и устройството се прехвърля в режим на бавно "струйно" зареждане. Именно тези устройства са идеални за Ni-Cd и Ni-MH батерии. Сега най-често срещаните зарядни устройства, използващи технология импулсно зареждане. По правило те могат да се използват за всички видове батерии. Това зарядно устройство е особено подходящо за удължаване живота на Ni-Cd батерии, тъй като това разрушава кристалните образувания на активното вещество (намалява "ефекта на паметта"), който се получава по време на работа. Въпреки това, за батерии със значителен „ефект на паметта“ използването само на импулсен метод на зареждане не е достатъчно - необходимо е дълбоко разреждане (възстановяване) по специален алгоритъм, за да се унищожат големи кристални образувания. Конвенционалните зарядни устройства, дори и с функцията за разреждане, не са способни на това. Това може да се направи в сервизния отдел с помощта на специално оборудване.

За тези, които прекарват много време зад волана, опцията за зарядно за кола определено е задължителна. Най-простият е направен под формата на свързващ кабел клетъчен телефонс гнездо за автомобилна запалка (всички "стари" опции са предназначени само за зареждане на Ni-Cd и Ni-MH батерии). Въпреки това, не трябва да злоупотребявате с този метод на зареждане: такива условия на работа влияят негативно на живота на батерията.

Ако вече сте избрали зарядното устройство, което ви подхожда, прочетете следните препоръки за зареждане на Ni-Cd и Ni-Mh батерии:

Зареждайте само напълно разредени батерии;

Не трябва да поставяте напълно заредена батерия за допълнително презареждане, тъй като това значително ще намали живота й;

Не трябва да оставяте Ni-Cd и Ni-MH батерии в зарядното устройство след края на зареждането за дълго време, тъй като зарядното продължава да ги зарежда дори след пълно зареждане, но само с много по-малък ток. Продължителното присъствие на Ni-Cd- и Ni-MH батерии в зарядното води до тяхното презареждане и влошаване на параметрите;

Батериите трябва да са на стайна температура преди зареждане. Зареждането е най-ефективно при околна температура от +10°C до +25°C.

Батериите може да се нагорещят по време на зареждане. Това важи особено за серия с голям капацитет с интензивно (бързо) зареждане. Граничната температура за отоплителните батерии е +55°C. При проектирането на бързи зарядни устройства (от 30 минути до 2 часа) е предвиден контрол на температурата на всяка батерия. Когато кутията на батерията се нагрее до +55°C, устройството преминава от режим на основно зареждане към режим на допълнително зареждане, при което температурата намалява. Дизайнът на самите батерии също така осигурява защита срещу прегряване под формата на предпазен клапан (предотвратяващ разрушаването на батерията), който се отваря, ако налягането на електролитните пари вътре в кутията надвишава допустимите граници.

Съхранение

Ако сте закупили батерия и няма да я използвате веднага, тогава е по-добре да се запознаете с правилата за съхранение на Ni-MH батерии.

На първо място, батерията трябва да бъде извадена от устройството и да се погрижи за защита от влага и високи температури. Невъзможно е да се допусне силно намаляване на напрежението на батерията поради саморазреждане, т.е. по време на дългосрочно съхранение батерията трябва периодично да се зарежда.

Не съхранявайте батерията при високи температури, тъй като това ускорява разграждането на активните материали в батерията. Например, непрекъсната работа и съхранение при 45°C ще намали броя на циклите на Ni-MH батериите с около 60%.

При ниски температури условията за съхранение са най-добри, но отбелязваме, че е за съхранение, тъй като мощността на енергия при минусови температури за всякакви батерии пада и изобщо не може да се зарежда. Съхранението при ниски температури ще намали саморазреждането (например можете да поставите в хладилника, но в никакъв случай във фризера).

В допълнение към температурата, животът на батерията се влияе значително от степента на нейния заряд. Някои казват, че е необходимо да се съхранява в заредено състояние, други настояват за пълно разреждане. Най-добрият вариант е да заредите батерията преди съхранение с 40%.

12. Производители и перспективи на HM батерии

Според проучвания, проведени от Avicenne Development (Франция), през 2005 г. производството на батерии HM (1621 милиона единици) вече е надминало производството на батерии NK (1170 милиона единици). Лидер в производството на HM батерии беше SANYO (56%). В Русия серийното производство на NM-акумулатори беше усвоено от завод MEZON OJSC (цилиндрични батерии с четири стандартни размера) и JSC AK Rigel (цилиндрична батерия с размер AA, призматични и дискови батерии).

Поради увеличаването на производството на NM-батерии и намаляването на цената на използваните материали, в момента цените на 1A∙h NK- и NM-батерии са почти изравнени. В табл. 2 са показани данни за цените и обемите на производство на преносими NM-, NK-, литиево-йонни и литиево-полимерни батерии през 2000 г. и 2005г

таблица 2

Батерия	2000 г			2005 г
	Обем, милион бройки	Обем, млн. USD	Средна цена, USD/бр	Обем, милион бройки	Обем, млн. USD	Средна цена, USD/бр
НК	1360	1401	1,03	1170	1107	0,95
NM	1325	1078	0,81	1621	1043	0,64
Литиево-йонна	545	2869	5,26	933	2976	3,19
Li-Pol	19	138	7,26	350	1240	3,54
Обща сума	3249	5486	1,69	4074	6366	1,56

13. Изхвърляне

Батериите HM са екологични, тъй като не съдържат токсични и вредни елементи като кадмий, олово и живак. Това е една от основните причини за широкото разпространение на HM батериите.

HM батериите, чиито физически размери са същите като NK батериите, се сглобяват естествено след употреба с NK батерии. Въпреки че HM батериите не съдържат кадмий, тяхното изгаряне или изхвърляне на сметища не е осъществимо поради високото им съдържание на тежки метали. Автоматичното разделяне на NM- от NK-акумулатори, например, по принципа на разликата в тяхната плътност, е трудно. Следователно батериите NM и NK подлежат на съвместно рециклиране, за да се извлекат преди всичко кобалт и никел (понякога се извличат и редкоземни метали).

В момента се работи за получаване на Co, Ni и редкоземни метали от NM батерии, като се използва процес на разделяне в разтвори.

Списък на използваните източници

1. http://www.PowerInfo.ru

2. http://www.ladoshki.com

3. http://battery.newlist.ru

4. http://old.aktex.ru

5. Химически източнициток: Наръчник / Ред. Н. В. Коровин и А. М. Скундин. - М .: Издателство MPEI, 2003. 740 с., ил.

От експлоатационен опит

NiMH клетките са широко рекламирани като високоенергийни, студени и без памет. След като купих цифров фотоапарат Canon PowerShot A 610, естествено го оборудвах с обемна памет за 500 висококачествени снимки и за да увелича продължителността на снимане, купих 4 NiMH клетки с капацитет 2500 mA * час от Duracell.

Нека сравним характеристиките на елементите, произведени от индустрията:

Настроики		Литиево-йонни Литиево-йонна	Никел Кадмий NiCd	никел- метален хидрид NiMH	Оловна киселина Pb
продължителност на услугата, цикли на зареждане/разреждане		1-1,5 години	500-1000		3 00-5000
Енергиен капацитет, W*h/kg
Ток на разреждане, mA * капацитет на батерията
Напрежение на един елемент, V
Скорост на саморазреждане		2-5% на месец	10% за първия ден, 10% за всеки следващ месец	2 пъти по-висока NiCd	40% през годината
Допустим температурен диапазон, градуси по Целзий	зареждане
	разведряване		-20... +65
Допустим диапазон на напрежението, V		2,5-4,3 (Кока Кола), 3,0-4,3 (графит)			5,25-6,85 (за батерии 6 V), 10,5-13,7 (за батерии 12V)

Маса 1.

От таблицата виждаме, че NiMH елементите имат висок енергиен капацитет, което ги прави предпочитани при избор.

За зареждането им е закупено интелигентно зарядно DESAY Full-Power Harger, което осигурява зареждане на NiMH клетки с тяхното обучение. Елементите му бяха заредени качествено, но ... Въпреки това, на шестото зареждане, той нареди дълъг живот. Изгоряла електроника.

След смяна на зарядното устройство и няколко цикъла зареждане-разреждане, батериите започнаха да се изтощават на втория или третия десет изстрела.

Оказа се, че въпреки уверенията, NiMH елементите също имат памет.

И повечето модерни преносими устройства, които ги използват, имат вградена защита, която изключва захранването при достигане на определено минимално напрежение. Това не позволява пълно освобождаване от отговорностбатерия. Тук паметта на елементите започва да играе своята роля. Клетките, които не са напълно разредени, не са напълно заредени и капацитетът им пада с всяко презареждане.

Висококачествените зарядни устройства ви позволяват да зареждате без загуба на капацитет. Но не можах да намеря нещо подобно за продажба за елементи с капацитет 2500 mah. Остава периодично да се провежда тяхното обучение.

Тренировъчни NiMH елементи

Всичко написано по-долу не се отнася за акумулаторни клетки със силен саморазряд . Могат само да се изхвърлят, опитът показва, че не могат да се обучават.

Обучението на NiMH елементи се състои от няколко (1-3) цикъла разряд-заряд.

Разреждането се извършва докато напрежението на акумулаторната клетка падне до 1V. Препоръчително е елементите да се разреждат поотделно. Причината е, че възможността за получаване на такса може да бъде различна. И се засилва при зареждане без тренировка. Следователно има преждевременно сработване на защитата по напрежение на вашето устройство (плейър, камера, ...) и последващо зареждане на неразреден елемент. Резултатът от това е прогресивна загуба на капацитет.

Разреждането трябва да се извършва в специално устройство (фиг. 3), което позволява да се извършва индивидуално за всеки елемент. Ако няма контрол на напрежението, тогава разреждането се извършва до забележимо намаляване на яркостта на електрическата крушка.

И ако откриете времето на горене на електрическата крушка, можете да определите капацитета на батерията, той се изчислява по формулата:

Капацитет = Ток на разреждане x Време на разреждане = I x t (A * час)

Батерия с капацитет 2500 mAh е в състояние да достави ток от 0,75 A към товара за 3,3 часа, ако времето, получено в резултат на разреждане, е по-малко и съответно остатъчният капацитет е по-малък. И с намаляване на капацитета, трябва да продължите да тренирате батерията.

Сега, за да разредя клетките на батерията, използвам устройство, направено по схемата, показана на фиг. 3.

Направен е от старо зарядно и изглежда така:

Само сега има 4 крушки, както на фиг. 3. Електрическите крушки трябва да се споменат отделно. Ако крушката има разряден ток, равен на номиналния за дадена батерия или малко по-малък, тя може да се използва като товар и индикатор, в противен случай крушката е само индикатор. Тогава резисторът трябва да има такава стойност, че общото съпротивление на El 1-4 и успоредния му резистор R 1-4 да е от порядъка на 1,6 ома.Замяната на електрическа крушка със светодиод е неприемлива.

Пример за електрическа крушка, която може да се използва като товар, е 2,4 V криптонова крушка за фенерче.

Специален случай.

внимание! Производителите не гарантират нормалната работа на батериите при токове на зареждане, надвишаващи тока бързо зарежданеЗареждането трябва да е по-малко от капацитета на батерията. Така че за батерии с капацитет 2500 ma * h, той трябва да бъде под 2,5A.

Случва се NiMH клетките след разреждане да имат напрежение под 1,1 V. В този случай е необходимо да се приложи техниката, описана в горната статия в списание MIR PC. Елемент или поредица от елементи е свързан към източник на енергия чрез 21 W крушка за кола.

Още веднъж ви обръщам внимание! Такива елементи трябва да се проверяват за саморазреждане! В повечето случаи това са елементи с ниско напрежение, които имат повишен саморазряд. Тези елементи са по-лесни за изхвърляне.

Зареждането е за предпочитане индивидуално за всеки елемент.

За две клетки 1,2 V зарядно напрежениене трябва да надвишава 5-6V. При принудително зареждане лампичката е и индикатор. Като намалите яркостта на електрическата крушка, можете да проверите напрежението на NiMH елемента. То ще бъде по-голямо от 1,1 V. Обикновено това първоначално усилващо зареждане отнема от 1 до 10 минути.

Ако NiMH елементът по време на принудително зареждане не повишава напрежението в продължение на няколко минути, нагрява се, това е причина да го премахнете от зареждане и да го отхвърлите.

Препоръчвам да използвате зарядни устройства само с възможност за обучение (регенериране) на елементи при презареждане. Ако няма такива, след 5-6 работни цикъла в оборудването, без да чакате пълна загуба на капацитет, обучете ги и отхвърлете елементи със силен саморазряд.

И те няма да ви подведат.

В един от форумите коментира тази статия "зле написано, но нищо друго". Така че това не е "глупаво", а просто и достъпно за всеки, който има нужда от помощ в кухнята. Тоест, възможно най-просто. Напредналите могат да сложат контролер, да свържат компютър, ......, но това вече е друга история.

За да не изглежда глупаво

Има "умни" зарядни устройства за NiMH клетки.

Това зарядно работи с всяка батерия поотделно.

Той може:

1. работа индивидуално с всяка батерия в различни режими,
2. зареждане на батерии в бърз и бавен режим,
3. индивидуален LCD дисплей за всеки отделение за батерии,
4. зарежда всяка батерия независимо,
5. зарежда от една до четири батерии с различен капацитет и размер (AA или AAA),
6. защита на батерията от прегряване,
7. защита на всяка батерия от презареждане,
8. определяне на края на зареждането чрез спад на напрежението,
9. идентифицирайте дефектни батерии
10. предварително разредете батерията до остатъчното напрежение,
11. възстановяване на стари батерии (обучение зареждане-разреждане),
12. проверете капацитета на батерията
13. дисплей на LCD: - заряден ток, напрежение, отразява текущия капацитет.

Най-важното, подчертавам, че този тип устройство ви позволява да работите индивидуално с всяка батерия.

Според прегледите на потребителите, такова зарядно устройство ви позволява да възстановите повечето от работещите батерии, а обслужваните могат да се използват за целия гарантиран експлоатационен живот.

За съжаление не използвах такова зарядно устройство, тъй като е просто невъзможно да го купите в провинциите, но можете да намерите много отзиви във форумите.

Основното нещо е да не се зарежда големи токове, въпреки декларирания режим с токове от 0,7 - 1A, това все още е малогабаритно устройство и може да разсее 2-5 вата мощност.

Заключение

Всяко възстановяване на NiMh батерии е строго индивидуална (с всеки отделен елемент) работа. С постоянен мониторинг и отхвърляне на елементи, които не приемат зареждане.

И най-добрият начин да се справите с възстановяването им е с помощта на интелигентни зарядни устройства, които ви позволяват индивидуално да отхвърляте и цикъл на зареждане-разреждане с всяка клетка. И тъй като няма такива устройства, работещи автоматично с батерии с всякакъв капацитет, те са предназначени за елементи със строго определен капацитет или трябва да имат контролирани токове на зареждане и разреждане!

Характеристики на зареждане на Ni─MH батерии, изисквания към зарядното устройство и основни параметри

Никел-метал-хидридните батерии постепенно се разпространяват на пазара и технологията на тяхното производство се подобрява. Много производители постепенно подобряват характеристиките си. По-специално, броят на циклите на зареждане-разреждане се увеличава и саморазреждането на Ni─MH батериите намалява. Този тип батерии са произведени, за да заменят Ni─Cd батериите и малко по малко ги изтласкват от пазара. Но остават някои приложения, при които никел-метал хидридни батерии не могат да заменят кадмиевите батерии. Особено там, където са необходими високи разрядни токове. И двата типа батерии изискват правилно зареждане, за да се удължи експлоатационният им живот. Вече говорихме за зареждане на никел-кадмиеви батерии и сега е ред да зареждаме Ni-MH батерии.

В процеса на зареждане батерията претърпява редица химични реакции, към които отива част от подадената енергия. Останалата част от енергията се превръща в топлина. Ефективността на процеса на зареждане е тази част от подадената енергия, която остава в „резерва“ на батерията. Стойността на ефективността може да варира в зависимост от условията на зареждане, но никога не е 100 процента. Трябва да се отбележи, че ефективността при е по-висока, отколкото в случая на никел-метален хидрид. Процесът на зареждане на Ni─MH батерии протича с голямо отделяне на топлина, което налага своите ограничения и характеристики.

Скоростта на зареждане зависи най-много от количеството на подавания ток. Какви токове да зареждате Ni─MH батерии се определя от избрания тип заряд. В този случай токът се измерва в части от капацитета (C) на Ni─MH батерии. Например с капацитет 1500 mAh ток 0,5C ще бъде 750 mA. В зависимост от скоростта на зареждане на никел-метал хидридни батерии има три вида зареждане:

• Drip (заряден ток 0.1C);
• Бързо (0.3C);
• Ускорен (0,5─1С).

Като цяло има само два вида зареждане: капково и ускорено. Бързо и ускорено са практически едно и също нещо. Те се различават само по метода за спиране на процеса на зареждане.

Като цяло всяко зареждане на Ni─MH батерии с ток над 0,1C е бързо и изисква наблюдение на някои критерии за прекратяване на процеса. Капковото зареждане не изисква това и може да продължи безкрайно дълго.

Видове зареждане на никел-метал хидридни батерии

Сега нека да разгледаме характеристиките различни видовеподробности за зареждането.

Капково зареждане на Ni─MH батерии

Тук си струва да споменем, че този тип зареждане не увеличава живота на Ni─MH батериите. Тъй като бавното зареждане не се изключва дори след пълно зареждане, токът е избран много малък. Това се прави, за да не се прегряват батериите при продължително зареждане. В случай на Ni─MH батерии стойността на тока дори може да бъде намалена до 0,05C. За никел-кадмий е подходящ 0,1C.

При капковото зареждане няма характерно максимално напрежение и само времето може да действа като ограничение на този тип зареждане. За да изчислите необходимото време, ще трябва да знаете капацитета и първоначалния заряд на батерията. За да изчислите по-точно времето за зареждане, трябва да разредите батерията. Това ще елиминира влиянието на първоначалното зареждане. Ефективността на Ni─MH батериите с капково зареждане е на ниво от 70%, което е по-ниско от другите видове. Много производители на никел-метал хидридни батерии не препоръчват бавно зареждане. Въпреки че напоследък се появява все повече информация, че модерни модели Ni─MH батериите не се разграждат по време на капково зареждане.

Бързо зареждащи се никел-метал хидридни батерии

Производителите на Ni─MH батерии в своите препоръки дават характеристики за зареждане със стойност на тока в диапазона от 0,75─1C. Ръководете се от тези стойности, когато избирате с какъв ток да зареждате Ni─MH батерии. Зарядни токове над тези стойности не се препоръчват, тъй като това може да доведе до отваряне на аварийния клапан за освобождаване на налягането. Препоръчва се бързо зареждане на никел-метал хидридни батерии при температура 0-40 градуса по Целзий и напрежение 0,8-.8 волта.

Ефективност на процеса бързо зарежданемного повече от капково. Това е около 90 процента. До края на процеса обаче ефективността рязко пада и енергията се превръща в топлина. Вътре в батерията температурата и налягането се повишават рязко. имат авариен клапан, който може да се отвори при повишаване на налягането. В този случай свойствата на батерията ще бъдат безвъзвратно загубени. А самата висока температура има пагубен ефект върху структурата на електродите на батерията. Следователно са необходими ясни критерии, по които процесът на таксуване ще спре.

Изискванията към зарядното устройство (зарядно устройство) за Ni─MH батерии са представени по-долу. Засега отбелязваме, че такива зарядни устройства се зареждат по определен алгоритъм. Общите стъпки на този алгоритъм са както следва:

• определяне наличието на батерия;
• квалификация на батерията;
• предварително зареждане;
• преход към бързо зареждане;
• бързо зареждане;
• презареждане;
• поддържа зареждане.

На този етап се прилага ток от 0,1C и се извършва тест за напрежение на полюсите. За да започнете процеса на зареждане, напрежението трябва да бъде не повече от 1,8 волта. В противен случай процесът няма да започне.

Струва си да се отбележи, че проверката за наличие на батерия се извършва на други етапи. Това е необходимо в случай, че батерията е извадена от зарядното устройство.

Ако логиката на паметта определи, че стойността на напрежението е по-голяма от 1,8 волта, това се възприема като липса на батерия или нейната повреда.

Квалификация на батерията

Тук се определя приблизителна оценка на заряда на батерията. Ако напрежението е под 0,8 волта, тогава бързото зареждане на батерията не може да започне. В този случай зарядното устройство ще включи режима на предварително зареждане. Ni─MH батериите рядко се разреждат под 1 волт при нормална употреба. Следователно предварителното зареждане се активира само в случай на дълбоко разреждане и след дългосрочно съхранение на батериите.

Предварително зареждане

Както бе споменато по-горе, предварителното зареждане е активирано, когато Ni─MH батериите са дълбоко разредени. Токът на този етап е настроен на 0,1÷0,3C. Този етап е ограничен във времето и е около 30 минути. Ако през това време батерията не възстанови напрежението от 0,8 волта, тогава зареждането се прекъсва. В този случай батерията най-вероятно е повредена.

Преход към бързо зареждане

На този етап има постепенно увеличаване на тока на зареждане. Увеличаването на тока става плавно в рамките на 2-5 минути. В този случай, както и в други етапи, температурата се контролира и зарядът се изключва при критични стойности.

Зарядният ток на този етап е от порядъка на 0,5÷1C. Най-важното на етапа на бързо зареждане е навременното изключване на тока. За да направите това, когато зареждате Ni─MH батерии, управлението се използва според няколко различни критерия.

За тези, които не са запознати, при зареждане се използва методът за контрол на напрежението делта. В процеса на зареждане той непрекъснато расте, а в края на процеса започва да пада. Обикновено краят на заряда се определя от спад на напрежението от 30 mV. Но този метод на контрол с никел-метал хидридни батерии не работи много добре. В този случай спадът на напрежението не е толкова изразен, колкото при Ni─Cd. Следователно, за да задействате пътуване, трябва да увеличите чувствителността. И с повишена чувствителност, вероятността от фалшиви аларми поради шума на батерията се увеличава. Освен това при зареждане на няколко батерии операцията става по различно време и целият процес се размазва.

Но все пак спирането на зареждането поради спад на напрежението е основното. При зареждане с ток 1C падът на напрежението за изключване е 2,5÷12 mV. Понякога производителите определят откриването не чрез спад, а чрез липсата на промяна на напрежението в края на зареждането.

В същото време, през първите 5-10 минути на зареждане, делта контролът на напрежението е изключен. Това се дължи на факта, че когато започне бързо зареждане, напрежението на батерията може да варира значително в резултат на процеса на колебание. Следователно в началния етап контролът е изключен, за да се елиминират фалшивите положителни резултати.

Поради не твърде високата надеждност на зареждането чрез делта на напрежението, управлението се използва и по други критерии.

В края на процеса на зареждане на Ni─MH батерията, нейната температура започва да се повишава. Според този параметър зареждането е изключено. За да се изключи стойността на температурата на OS, мониторингът се извършва не по абсолютна стойност, а по делта. Обикновено повишаването на температурата с повече от 1 градус в минута се приема като критерий за прекратяване на зареждането. Но този метод може да не работи при зарядни токове по-малки от 0,5C, когато температурата се повишава доста бавно. И в този случай е възможно да презаредите Ni-MH батерията.

Съществува и метод за контролиране на процеса на зареждане чрез анализиране на производната на напрежението. В този случай не се следи делтата на напрежението, а скоростта на максималното му нарастване. Методът ви позволява да спрете бързото зареждане малко по-рано от завършването на зареждането. Но такъв контрол е свързан с редица трудности, по-специално с по-точно измерване на напрежението.

Някои зарядни устройства за Ni─MH батерии не използват постоянен ток за зареждане, а импулсен ток. Доставя се за 1 секунда на интервали от 20-30 милисекунди. Като предимства на такова зареждане експертите наричат ​​по-равномерно разпределение на активните вещества в целия обем на батерията и намаляване на образуването на големи кристали. Освен това се отчита по-точно измерване на напрежението в интервалите между текущите приложения. Като разширение на този метод е предложено рефлексно зареждане. В този случай, когато се прилага импулсен ток, зарядът (1 секунда) и разрядът (5 секунди) се редуват. Токът на разреждане е 1-2,5 пъти по-нисък от заряда. Като предимства може да се открои по-ниска температура по време на зареждане и премахване на големи кристални образувания.

Когато зареждате никел-метал хидридни батерии, е много важно да контролирате края на процеса на зареждане чрез различни параметри. Трябва да има начини за прекратяване на зареждането. За това може да се използва абсолютната стойност на температурата. Често тази стойност е 45-50 градуса по Целзий. В този случай зареждането трябва да се прекъсне и да се възобнови след охлаждане. Способността за приемане на заряд в Ni─MH батерии при тази температура е намалена.

Важно е да зададете времеви лимит за зареждане. Може да се оцени от капацитета на батерията, големината на зарядния ток и ефективността на процеса. Лимитът се определя в очакваното време плюс 5-10 процента. В този случай, ако нито един от предишните методи за управление не работи, зареждането ще се изключи в зададеното време.

Етап на презареждане

На този етап токът на зареждане е настроен на 0,1─0,3C. Продължителност около 30 минути. Не се препоръчва по-дълго презареждане, тъй като скъсява живота на батерията. Етапът на презареждане помага за изравняване на заряда на клетките в батерията. Най-добре е след бързо зареждане батериите да се охладят до стайна температура и след това да започне презареждането. След това батерията ще възстанови пълния си капацитет.

Зарядните устройства за Ni─Cd батерии често поставят батериите в режим на капково зареждане след завършване на процеса на зареждане. За Ni-MH батерии това ще бъде полезно само ако се прилага много малък ток (около 0,005C). Това ще бъде достатъчно, за да компенсира саморазреждането на батерията.

В идеалния случай зареждането трябва да има функцията за включване на поддържащото зареждане, когато напрежението на батерията падне. Резервното зареждане има смисъл само ако измине достатъчно дълго време между зареждането на батериите и използването им.

Изключително бързо зареждане на Ni-MH батерии

И заслужава да се спомене ултра бързото зареждане на батерията. Известно е, че когато е заредена до 70 процента от капацитета си, никел-метал хидридната батерия има ефективност на зареждане, близка до 100 процента. Следователно на този етап има смисъл да се увеличи токът за неговото ускорено преминаване. Токове в такива случаи са ограничени до 10C. Основният проблем тук е определянето на онези 70 процента от заряда, при които токът трябва да бъде намален до нормално бързо зареждане. Това силно зависи от степента на разреждане, от която е започнало зареждането на батерията. Силният ток може лесно да доведе до прегряване на батерията и разрушаване на структурата на нейните електроди. Ето защо използването на ултрабързо зареждане се препоръчва само ако имате съответните умения и опит.

Общи изисквания към зарядните устройства за никел-металхидридни батерии

Не е препоръчително да разглобявате отделни модели за зареждане на Ni─MH батерии в рамките на тази статия. Достатъчно е да се каже, че това могат да бъдат тясно фокусирани зарядни устройства за зареждане на никел-метал хидридни батерии. Те имат алгоритъм за кабелно зареждане (или няколко) и постоянно работят върху него. Е там универсални устройства, които ви позволяват да прецизирате параметрите на зареждане. Например, . Такива устройства могат да се използват за зареждане на различни батерии. Включително и за, ако има захранващ адаптер с подходяща мощност.

Необходимо е да кажем няколко думи за това какви характеристики и функционалност трябва да има зарядното устройство за Ni─MH батерии. Устройството трябва да може да регулира тока на зареждане или да го настройва автоматично в зависимост от вида на батериите. Защо е важно?

Сега има много модели никел-метал хидридни батерии и много батерии от един и същ форм-фактор може да се различават по капацитет. Съответно токът на зареждане трябва да е различен. Ако зареждате с ток над нормата, ще има отопление. Ако е под нормата, процесът на зареждане ще отнеме повече от очакваното. В повечето случаи токовете на зарядните устройства се правят под формата на "предварителни настройки" за типични батерии. По принцип при зареждане производителите на Ni-MH батерии не препоръчват настройка на ток над 1,3-1,5 ампера за тип АА, независимо от капацитета. Ако по някаква причина трябва да увеличите тази стойност, тогава трябва да се погрижите за принудителното охлаждане на батериите.

Друг проблем е свързан с прекъсването на захранването на зарядното по време на процеса на зареждане. В този случай, когато захранването е включено, то ще започне отново от етапа на откриване на батерията. Моментът на приключване на бързото зареждане не се определя от времето, а от редица други критерии. Следователно, ако е преминал, тогава ще бъде пропуснат, когато е включен. Но етапът на презареждане ще се проведе отново, ако вече е бил. В резултат на това батерията получава нежелано презареждане и прекомерно нагряване. Сред другите изисквания към зарядните устройства за Ni-MH батерии е нисък разряд, когато зарядното устройство е изключено. Токът на разреждане в изтощено зарядно устройство не трябва да надвишава 1 mA.

Заслужава да се отбележи наличието на друга важна функция в зарядното устройство. Трябва да разпознава първичните източници на ток. Просто казано, манганово-цинкови и алкални батерии.

При инсталиране и зареждане на такива батерии в зарядното устройство те могат да експлодират, тъй като нямат авариен клапан за освобождаване на налягането. Зарядното устройство трябва да може да разпознава такива първични източници на ток и да не започва зареждане.

Въпреки че тук си струва да се отбележи, че определението за батерии и първични източници на ток има редица трудности. Поради това производителите на памети не винаги оборудват своите модели с подобни функции.

Как трябва да се реновира Ni─MH батерия и защо е важно?

Ni─MH батериите се рекламират от производителите като висококапацитетни, студоустойчиви и лишени от недостатъците на кадмия. Всъщност този тип батерии не съдържат такова вредно вещество като кадмий. Производството и обработката на Ni─MH батерии няма същите трудности като Ni─Cd. Но те все още имат някои недостатъци на кадмиевите батерии. Например, „ефектът на паметта“ е запазен. Като цяло Ni─MH са много чувствителни към режимите на зареждане и разреждане. Презареждането на никел-метал хидридни батерии изисква модерни устройства. Освен това, за да се удължи експлоатационният живот на такива елементи, те трябва периодично да се възстановяват. Нека поговорим как може да стане това.

Въпреки предимствата на никел-метал-хидридните батерии пред никел-кадмиевите, те имат редица недостатъци. И те трябва да се вземат предвид по време на работа.

Като начало трябва да се отбележи, че Ni─Cd е по-скъп. Вярно е, че технологията не стои неподвижна и цената на тези видове батерии постепенно се сравнява. В този случай говорим за батерии с общ форм-фактор AA („пръст“) и AAA („малък пръст“). „Ефектът на паметта“ е по-изразен, но въпреки това никел-метал-хидридните батерии също са изправени пред този проблем.

Никел-метал хидридните батерии имат по-малко цикли на зареждане-разреждане. Първото влошаване на работата им се наблюдава след 200-300 цикъла на зареждане-разреждане. Този тип батерии имат по-висок саморазряд в сравнение с Ni─Cd батерии (около 1,5 пъти).

Струва си да се отбележи още нещо. Никел-метал-хидридните батерии могат да доставят висок ток, но не се препоръчва да задавате стойности, по-големи от 0,5 * C при разреждане. Това води до значително намаляване на броя на циклите на зареждане-разреждане и намаляване на експлоатационния живот. Досега там, където са необходими високи токове на разреждане, все още се използват Ni─Cd батерии.

Имайте предвид, че Ni-MH зарядното ще работи с никел-кадмиеви батерии без проблеми, но не и обратното.

Зареждане на никел-металхидридни батерии

Зареждането на никел-металхидридни батерии може да бъде капково и бързо. Капковото зареждане не се препоръчва от производителите поради факта, че при него има трудност при определяне на прекратяването на подаването на ток към батерията. В резултат на това може да възникне силно презареждане и разграждане на батериите. По правило Ni─MH батериите се зареждат чрез опция за бързо или ускорено зареждане. В същото време ефективността на зареждане е по-висока, отколкото при капково зареждане. Зарядният ток в този случай е настроен на 0,5÷1C.

Поради "ефекта на паметта" никел-метал хидридните клетки могат да загубят значителна част от капацитета си. Изглежда по-малко, отколкото в никел-кадмий, но все още присъства. Ефектът на паметта възниква при множество цикли на непълно разреждане и последващо зареждане. В резултат на такава работа батерията “запомня” все по-малка долна граница на разреждане, поради което капацитетът намалява. Част от активната маса на батерията изпада от процеса.

За да премахнете този ефект, се препоръчва редовно да възстановявате или тренирате батериите. За да направите това, зарядно устройство или електрическа крушка разрежда батерията до 0,8-1 волта и след това пълното зареждане. Ако батерията не е била възстановена дълго време, препоръчително е да направите няколко такива цикъла. Препоръчителната честота на такова обучение е веднъж месечно.

Производителите на Ni─MH батерии твърдят, че "ефектът на паметта" заема около 5 процента от капацитета. Възстановяването на това количество капацитет в резултат на обучение е съвсем реално. По принцип това може да се измери чрез разреждане на напълно заредена батерия. За да направите това, ще трябва да откриете времето за разреждане и да го умножите по тока на разреждане. Това ще бъде капацитетът, който трябва да се сравни с номиналната стойност. Някои устройства, например, правят измервания автоматично.

Важен момент при възстановяване на Ni─MH батерии е, че зарядното устройство има функцията да разрежда батерията с контрол върху минималното напрежение. Това е необходимо, за да се предотврати дълбоко разреждане на батерията по време на възстановяване (под 0,8-1 волта). Това е необходимо в случаите, когато не знаете първоначалната степен на заряд на батерията и не можете да определите приблизителното време за разреждане.

Когато не знаете степента на заряд на батерията, трябва да я разредите с електрическа крушка или друго съпротивление под постоянен контрол на напрежението. В противен случай подобно възстановяване на батерията ще завърши с дълбоко разреждане. Ако възстановявате цяла батерия от последователно свързани клетки, тогава е най-добре първо да ги заредите напълно, за да изравните степента на заряд.

Като цяло трябва да се отбележи следната точка по отношение на възстановяването на никел-метал хидридни батерии. Ако батерията вече е работила няколко години, тогава такова възстановяване чрез пълно разреждане и зареждане може да е безполезно. Такова възстановяване е полезно като периодична профилактика по време на работа на батерията. Факт е, че по време на работа на Ni─MH батерии, успоредно с появата на „ефекта на паметта“, настъпва промяна в състава и обема на електролита. За никел-кадмиевите батерии има примери за възстановяване чрез добавяне на дестилирана вода към клетките. Това беше обсъдено в статия за.

Бих искал също да отбележа, че е най-добре да възстановите елементите поотделно, а не цялата батерия като цяло.

Никел-метал хидридни батерии

Никел метал хидридна батерия(Ni-MH) - вторичен, при който анодът е водороден металохидриден електрод (обикновено никел-лантанов или никел-литиев хибрид), електролитът е калиев хидроксид, а катодът е никелов оксид.

История на изобретението

Изследванията в областта на технологията за производство на NiMH батерии започват през 70-те години на ХХ век и са предприети като опит за преодоляване на недостатъците. Използваните по това време метални хидридни съединения обаче са нестабилни и изискваната производителност не е постигната. В резултат на това процесът на разработване на NiMH батерии спря. Нови метални хидридни съединения, достатъчно стабилни за приложения в батерии, са разработени през 1980 г. От края на 1980 г. NiMH батериите постоянно се подобряват, главно по отношение на плътността на съхранение на енергия. Техните разработчици отбелязаха, че NiMH технологията има потенциала да постигне още по-висока енергийна плътност.

Настроики

• Теоретичен енергиен интензитет (Wh / kg): 300 Wh / kg.
• Специфична консумация на енергия: около - 60-72 Wh / kg.
• Специфична енергийна плътност (Wh/dm³): приблизително - 150 Wh/dm³.
• ЕМП: 1,25.
• Работна температура: -60…+55 °C .(-40… +55)
• Срок на експлоатация: около 300-500 цикъла на зареждане/разреждане.

Описание

Никел-метал хидридни батерии с форм фактор Krona, като правило, с първоначално напрежение от 8,4 волта, постепенно намаляват напрежението до 7,2 волта и след това, когато енергията на батерията е изчерпана, напрежението намалява бързо. Този тип батерии са предназначени да заменят никел-кадмиевите батерии. Никел-метал хидридни батерии имат около 20% голям капацитетсъс същите размери, но по-кратък експлоатационен живот - от 200 до 300 цикъла на зареждане / разреждане. Саморазрядът е около 1,5-2 пъти по-висок от този на никел-кадмиевите батерии.

NiMH батериите са практически лишени от "ефекта на паметта". Това означава, че можете да зареждате батерия, която не е напълно разредена, ако не е била съхранявана повече от няколко дни в това състояние. Ако батерията е била частично разредена и след това не е използвана дълго време (повече от 30 дни), тогава тя трябва да се разреди преди зареждане.

Природосъобразен.

Най-благоприятният режим на работа: зареждане с малък ток, 0,1 от номиналния капацитет, време за зареждане - 15-16 часа (типична препоръка на производителя).

Съхранение

Батериите трябва да се съхраняват напълно заредени в хладилник, но не под 0 градуса. По време на съхранение е препоръчително редовно да проверявате напрежението (на всеки 1-2 месеца). Не трябва да пада под 1,37. Ако напрежението падне, трябва да заредите батериите отново. Единственият вид батерии, които могат да се съхраняват разредени, са Ni-Cd батериите.

NiMH батерии с нисък саморазряд (LSD NiMH)

Никел-метал хидридна батерия с нисък саморазряд, LSD NiMH, беше представена за първи път през ноември 2005 г. от Sanyo под марката Eneloop. По-късно много световни производители представиха своите LSD NiMH батерии.

Този тип батерия има намален саморазряд, което означава, че има по-дълъг срок на годност от конвенционалните NiMH. Батериите се продават като "готови за употреба" или "предварително заредени" и се продават като заместител на алкални батерии.

В сравнение с конвенционалните NiMH батерии, LSD NiMH са най-полезни, когато могат да изминат повече от три седмици между зареждането и използването на батерията. Конвенционалните NiMH батерии губят до 10% от капацитета през първите 24 часа след зареждане, след което токът на саморазреждане се стабилизира до 0,5% от капацитета на ден. За LSD NiMH тази настройка обикновено варира от 0,04% до 0,1% капацитет на ден. Производителите твърдят, че чрез подобряване на електролита и електрода е възможно да се постигнат следните предимства на LSD NiMH в сравнение с класическата технология:

От недостатъците трябва да се отбележи сравнително малко по-малък капацитет. В момента (2012 г.) максималният постигнат капацитет на LSD е 2700 mAh.

При тестване на батерии Sanyo Eneloop XX с капацитет от 2500 mAh (мин. 2400 mAh) се оказа, че всички батерии в партида от 16 броя (произведени в Япония, продавани в Южна Корея) имат още по-голям капацитет - от 2550 mAh до 2680 mAh. Тестван чрез зареждане на LaCrosse BC-9009.

Непълен списък на батерии за дългосрочно съхранение (с нисък саморазряд):

• Prolife от Fujicell
• Ready2Use Accu от Varta
• AccuEvolution от AccuPower
• Hybrid, Platinum и OPP Pre-Charged от Rayovac
• Eneloop от Sanyo
• eniTime от Yuasa
• Infinium от Panasonic
• ReCyko от Gold Peak
• Незабавно от Vapex
• Hybrio от Uniross
• Cycle Energy от Sony
• MaxE и MaxE Plus от Ansmann
• EnergyOn от NexCell
• ActiveCharge/StayCharged/Pre-Charged/Accu от Duracell
• Предварително заредено от Kodak
• nx-ready от ENIX energies
• Имедион от
• Pleomax E-Lock от Samsung
• Centura от Tenergy
• Ecomax от CDR King
• R2G от Lenmar
• LSD готов за употреба от Turnigy

Други предимства на NiMH (LSD NiMH) батерии с нисък саморазряд

NiMH батериите с нисък саморазряд обикновено имат значително по-ниско вътрешно съпротивление от конвенционалните NiMH батерии. Това има много положителен ефект при приложения с висока консумация на ток:

• По-стабилно напрежение
• Намалено разсейване на топлина, особено в режими на бързо зареждане/разреждане
• По-висока ефективност
• Възможност за висок импулсен ток (Пример: зареждането на светкавицата на камерата е по-бързо)
• Възможност за продължителна работа в устройства с ниска консумация на енергия (Пример: дистанционни управления, часовници.)

Методи за таксуване

Зареждането е в ход токов ударпри напрежение на клетката до 1,4 - 1,6 V. Напрежението при напълно заредена клетка без товар е 1,4 V. Напрежението при натоварване варира от 1,4 до 0,9 V. Напрежението без товар при напълно разредена батерия е 1,0 - 1,1 V (по-нататъшно разреждане може да повреди елемента). За да заредите батерията, постоянен или импулсен токс краткотрайни отрицателни импулси (за възстановяване на ефекта на "паметта", методът "FLEX Negative Pulse Charging" или "Reflex Charging").

Контрол на края на заряда чрез промяна на напрежението

Един от методите за определяне на края на заряда е методът -ΔV. Изображението показва графика на напрежението на клетката при зареждане. зарядно устройствозарежда батерията постоянен ток. След като батерията е напълно заредена, напрежението върху нея започва да пада. Ефектът се наблюдава само при достатъчно високи зарядни токове (0.5C..1C). Зарядното устройство трябва да открие това падане и да изключи зареждането.

Съществува и т. нар. "инфлексия" - метод за определяне края на бързото зареждане. Същността на метода е, че се анализира не максималното напрежение на батерията, а максималната производна на напрежението по време. Тоест, бързото зареждане ще спре в момента, когато скоростта на нарастване на напрежението е максимална. Това ви позволява да завършите фазата на бързо зареждане по-рано, когато температурата на батерията все още не се е повишила значително. Методът обаче изисква измерване на напрежението с по-голяма точност и някои математически изчисления (изчисляване на производната и цифрово филтриране на получената стойност).

Контрол на края на зареждането чрез промяна на температурата

При зареждане на клетка с постоянен ток по-голямата част от електрическата енергия се преобразува в химическа енергия. Когато батерията е напълно заредена, входът Електрическа енергияще се преобразува в топлина. С достатъчно голям заряден токможете да определите края на зареждането чрез рязко повишаване на температурата на клетката, като инсталирате сензор за температура на батерията. Максимум допустима температурабатерия 60°C.

Области на използване

Подмяна на стандартен галваничен елемент, електромобили, дефибрилатори, ракетно-космическа техника, автономни системи за захранване, радиоапаратура, осветителна техника.

Избор на капацитет на батерията

Когато използвате NiMH батерии, далеч не винаги е необходимо да гоните голям капацитет. Колкото по-капацитет е батерията, толкова по-висок (при равни други условия) е нейният ток на саморазреждане. Например, помислете за батерии с капацитет 2500 mAh и 1900 mAh. Батериите, които са напълно заредени и не са използвани един месец например, ще загубят част от своите електрически капацитетпоради саморазреждане. По-голямата батерия ще загуби заряд много по-бързо от по-малката. Така например след месец батериите ще имат приблизително еднакъв заряд, а след още повече време първоначално по-капацитетната батерия ще съдържа по-малък заряд.