充電式バッテリー ni mh. 他の辞書で「ニッケル水素電池」とは？ 馬鹿にされないように

連邦機関教育の

高等専門教育の州立教育機関

「トムスク工科大学」

電気学会

方向 551300 – 電気工学、電気機械および電気工学

部門 - 電気駆動および電気機器

分野の要約

「産業企業の保証された中断のない電力供給源」

ニッケル水素電池について

グループ7M142の学生

クルピナ N.V._______________

Kondrashov S.A.______________

«_____»________________

主任教授、技術科学博士

Garganeev A.G._______________

「______」___________2009年

トムスク - 2009

序章

1. 用語

8. ニッケル水素電池の充電

13. 廃棄

結論

序章

あらゆる種類の電子技術なしで現代の世界を想像することはほとんど不可能です. デジタル技術は私たちの生活にうまく溶け込み、より便利で興味深いものになっているため、拒否することはできません。

ただし、モバイル デバイスには、増え続ける最新の電子機器のニーズを満たすことができるポータブル電源が必要であることを忘れないでください。 私たちは WiFi と Bluetooth を手に入れ、データ配線から解放されましたが、それでも送電網につながれたままです。

しかし、応用科学は立ち止まることなく、ますます新しいタイプのエネルギー源を提供しています。 一方で、非常に多くの新技術が登場したにもかかわらず、携帯電話、スマートフォン、PDA、その他のガジェットのバッテリーがまだ我が国で「死にかけている」のは不思議です。 これは、バッテリーが完全に故障して安心して廃棄できる場合にのみ、バッテリーの適切な取り扱いについて人々が考えるために起こります。 バッテリーの交換にはかなりの費用がかかる可能性があることを理解する必要があります。 操作のルールに厳密に従うことを好む人はほとんどいませんが、残念ながら、この方法でのみバッテリーの耐久性を最大化できます。

今日まで、5 つの異なる電気化学回路のバッテリーは、一般的なニッケルカドミウム (Ni-Cd)、ニッケル水素 (Ni-MH)、鉛酸 (密閉型鉛酸、SLA)、リチウムイオン (Li-Ion)、およびリチウムポリマー (Li-Polymer)。 リストされているすべてのバッテリーの決定要因は、携帯性 (つまり、小さい体積と重量) だけでなく、高い信頼性と同様に、 ビッグタイム仕事。 主なバッテリー パラメータは、エネルギー密度 (または質量比エネルギー)、充電/放電サイクル数、充電および自己放電率です。 鉛蓄電池は、通常、電解液（硫酸水溶液）に入れられた 2 枚のプレート（電極）で構成されています。 ニッケルカドミウム電池では、負極板と正極板が一緒に巻かれ、金属シリンダーに入れられます。 陽極板は水酸化ニッケル、陰極板は水酸化カドミウムです。 2 つのプレートは、電解液で湿らせたセパレーターで絶縁されています。

ニッケル水素電池はニッケルカドミウム電池と構造は似ていますが、 化学組成電解質と電極。 リチウムイオン電池では、電極とセパレーター（セパレーター）がリチウム塩の電解質に入れられます。

おそらく理想的な操作モード、「トレーニング」の方法、バッテリーの充電と復元の方法とモードについて、膨大な数の神話と伝説がありますが、それを理解しようとしましょう。

1. 用語

アキュムレータ（緯度アキュムレータから - コレクター、アキュムロ - 収集、蓄積） - その後の使用のためにエネルギーを貯蔵するための装置。 電池変換 電気エネルギー化学的なものに変換し、必要に応じて逆変換を提供します。 そこを通過することでバッテリーが充電される 電流. 引き起こされた化学反応の結果として、電極の一方は正電荷を獲得し、もう一方は負電荷を帯びます。

バッテリーライク 電気器具、次の主なパラメーターによって特徴付けられます: 電気化学システム、電圧、 電気容量、内部抵抗、自己放電電流、寿命。

バッテリー容量 - 完全に充電されたバッテリーに必要なエネルギー量。 実際の計算では、静電容量は通常アンペアアワーで表されます (

）。 アンペア時の数値は、このバッテリーが 1 アンペアの電流で動作する時間を示します。 ただし、現代ではそれを追加する価値があります モバイルデバイスはるかに低い電流が使用されるため、バッテリ容量はミリアンペア時 ( または 、または mAh) で測定されることがよくあります。 公称容量 (あるべき姿) は、常にバッテリー自体またはそのパッケージに表示されています。 でも 実容量公称値とは必ずしも一致しません。 実際には、実際のバッテリー容量は公称値の 80% から 110% の範囲です。

比容量 - バッテリー容量とその寸法または重量の比率。

サイクルとは、バッテリーの充電と放電の 1 つのシーケンスです。

メモリ効果 - 動作中のバッテリー容量の損失。 これは、バッテリーが一定期間動作しているデューティサイクルにバッテリーが適応する傾向に現れます。 つまり、バッテリーを完全に放電せずに数回充電すると、バッテリーはその状態を一種の「記憶」し、次回は完全に放電できないため、容量が減少します。 充放電の回数が増えるほど、メモリー効果は顕著になります。

このような動作条件下では、プレート上の結晶が電池の内部で増加し（電池の構造については後述します）、電極の表面が減少します。 内部作業物質の小さな結晶形成では、結晶の表面積が最大になるため、バッテリーに蓄えられるエネルギー量も最大になります。 動作中の結晶形成の拡大に伴い、電極の表面積が減少し、その結果、実容量が減少します。

図 1 は、メモリ効果がどのように機能するかを示しています。

図 1 - メモリー効果。

自己放電とは、バッテリーに蓄えられたエネルギーが時間とともに自然に失われることです。 この現象は、自発的に発生する酸化還元プロセスによって引き起こされ、電気化学システムに関係なく、すべてのタイプのバッテリーに固有のものです。 自己放電を定量化するために、一定時間にバッテリによって失われたエネルギーの量が使用され、充電直後に得られた値のパーセンテージとして表されます。 自己放電は充電後 24 時間が最大になるため、充電後 1 日目と最初の 1 か月間で推定されます。 バッテリーの自己放電量は周囲温度に大きく依存します。 したがって、温度が 100°C を超えると、自己放電が 2 倍になる可能性があります。

2. 電池: 種類と起源

日本、台湾、中国、韓国は、バッテリーの生産市場で主導的な地位を占めており、世界市場での「ささやかな」プレゼンスの規模を絶えず拡大しています。

今日、市場には数十種類の異なるバッテリー設計があり、各メーカーは、大容量、小型で軽量、広い温度範囲および極端な条件下での性能など、特性の最適な組み合わせを実現しようとしています。

同時に、調査によると、モバイルおよびポータブル テクノロジ ユーザーの 65% 以上が、さらに大容量のバッテリーを望んでおり、「車」(または電話) を数日間使用する機会のために多額のお金を払っても構わないと思っています。充電せずに。 そのため、ほとんどの場合、キットに付属のバッテリーより容量の大きいバッテリーを購入する必要があります。

電気化学システムによると、バッテリーはいくつかのタイプに分けられます。

鉛酸 (密閉型鉛酸、SLA);

ニッケルカドミウム (Ni-Cd);

ニッケル水素 (Ni-MH);

リチウムイオン (Li-Ion);

リチウムポリマー (Li-Pol);

燃料。

現代のポータブル電子機器では 鉛バッテリーはもはや使用されていないため、カメラ、ラップトップ、ビデオカメラ、その他のデバイスのバッテリーにまだ使用されているニッケルバッテリーからツアーを開始します.

ニッケル電池の祖先は、1899 年にスウェーデンの科学者 Waldemar Jungner によって発明されたニッケル - カドミウム (Ni-Cd) 電池でした。 彼らの仕事の原理は、ニッケルが正極 (カソード) として機能し、カドミウムが負極 (アノード) として機能するというものでした。 最初は、充電中に放出された酸素が大気中に直接放出される開放型バッテリーであったため、密閉されたケースの作成が妨げられ、高コストと相まって 必要な資料、大量生産の開始を著しく遅らせました。

1932年以来、実験を再開する試みがなされてきました。 当時、内部に活性金属で作られた多孔板ニッケル電極を導入するというアイデアが提案されました。これにより、充電の動きが改善され、バッテリーの製造コストが大幅に削減されます。

しかし、第二次世界大戦後 (1947 年) になって初めて、開発者は密閉された Ni-Cd バッテリーのほぼ近代的な方式にたどり着きました。 この設計では、充電中に放出された内部ガスはカソードの未反応部分に吸収され、以前のバージョンのように外部に放出されませんでした。

何らかの理由（超過 充電電流、温度を下げる）陽極酸素形成の速度は陰極イオン化の速度よりも高くなり、内部圧力の急激な上昇はバッテリーの爆発につながる可能性があります. これを防ぐためにバッテリーケースはスチール製で、時には安全弁まであります。

それ以来、Ni-Cd 電池の設計は大きく変わっていません (図 2)。

図 2 - ニカド電池の構造

電池の基本は正極と負極です。 この方式では、正極 (カソード) にはグラファイト粉末 (5 ～ 8%) を含む水酸化ニッケル NiOOH が含まれ、負極 (アノード) には粉末状の金属カドミウム Cd が含まれます。

このタイプのバッテリーは、電極が分離層と一緒にシリンダー (ロール) に丸められ、金属ケースに入れられ、電解質で満たされているため、ロール型バッテリーと呼ばれることがよくあります。 電解質で湿らせたセパレーター（セパレーター）は、プレートを互いに分離します。 それはアルカリに抵抗力がなければならない不織布材料でできています。 最も一般的な電解質は水酸化カリウム KOH に水酸化リチウム LiOH を加えたもので、ニッケル酸リチウムの形成を促進し、容量を 20% 増加させます。

図 3 - 現在の充電レベルに応じた、充電中または放電中のバッテリー電圧。

放電中、活性ニッケルとカドミウムは水酸化物 Ni(OH)2 と Cd(OH)2 に変換されます。

ニカド電池の主な利点は次のとおりです。

低価格;

広い温度範囲で動作し、その違いに耐性があります (たとえば、Ni-Cd バッテリーは負の温度で充電できるため、極北での作業には不可欠です)。

他のタイプのバッテリーよりも大幅に多くの電流を負荷に供給できます。

高充電および放電電流に対する耐性;

比較的短い充電時間;

多数の「充放電」サイクル ( 正しい操作 1000 サイクル以上に耐えます);

長期保管後の復元も容易です。

ニカド電池の欠点:

メモリ効果の存在 - 不完全に放電されたバッテリーを定期的に充電すると、プレートの表面での結晶の成長やその他の物理的および化学的プロセスにより、その容量が減少します。 バッテリーが事前に「あきらめ」ないように、以下で説明するように、少なくとも月に 1 回は「トレーニング」する必要があります。

カドミウムは非常に有毒な物質であるため、ニカド電池の生産は環境に悪い. また、バッテリー自体のリサイクルと廃棄にも問題があります。

低比容量;

同じ容量の他のタイプのバッテリーと比較して、重量と寸法が大きい。

高い自己放電（最初の24時間の動作で充電した後、最大10％、1か月で-蓄積されたエネルギーの最大20％を失います）。

図 4 - Ni-Cd バッテリーの自己放電

現在、Ni-Cd 電池の生産数は急速に減少しており、特に Ni-MH 電池に置き換えられています。

3. ニッケル水素電池

数十年にわたり、ニッケルカドミウム電池は非常に広く使用されてきましたが、製造時の毒性が高いため、代替技術の探索を余儀なくされました。 その結果、現在も生産されているニッケル水素電池が誕生しました。

ニッケル水素電池の開発は 1970 年代に始まりましたが、大量の水素を結合できる安定した金属水素化物化合物が発見されたのは、わずか 10 年後のことです。

LaNi5 を金属水素化物電極の主な活物質として使用した最初の Ni-MH バッテリーは、1975 年に Will によって特許が取得されました。金属水素化物合金の初期の実験では、ニッケル水素バッテリーは不安定であり、必要なバッテリー容量が達成されません。 したがって、Ni-MH 電池の工業的使用は、100 サイクル以上の水素の電気化学的可逆吸収を可能にする La-Ni-Co 合金の作成後、80 年代半ばにのみ開始されました。 それ以来、ニッケル水素電池の設計は、エネルギー密度を高める方向に継続的に改善されてきました。

ニッケル水素電池の設計は、ニッケルカドミウム電池に似ており、電気化学プロセスではニッケル水素電池に似ています。 Ni-MH バッテリの比エネルギーは、Ni-Cd および Ni-H2 バッテリの比エネルギーよりもはるかに高くなっています (表 1)。

表1

パラメータ	電池
	ニカド	Ni-H2	ニッケル水素
公称 電圧、V	1,2	1,2	1,2
比エネルギー: h/kg h/dm3
	20 – 40	40 – 55	50 – 80
	60 – 120	60 – 80	100 – 270
比出力、W/kg	50 – 400	50 – 100	50 – 1100
一生：
	1 – 5	2 – 7	1 – 5
	500 – 1000	2000 – 3000	500 – 2000
自己放電、%	20 - 30 (28 日間)	20～30名（1日）	20 - 40 (28 日間)
作業温度、	- 50 - +60	- 20 - +30	- 40 - +60
有害物質	CD	いいえ	いいえ

表 1 のいくつかのパラメーターの大きなばらつきは、バッテリーのさまざまな目的 (設計) に関連しています。 特徴的な機能 NM バッテリーは、大容量、高出力 (クリティカル) 特性 (高電流の充電および放電能力)、過充電および超深放電 (極性反転) に耐える能力、および樹枝状形成がないことを特徴としています。 NKバッテリーに対するNMバッテリーの非常に重要な利点は、環境に非常に有害な要素であるカドミウムがないことです。 電圧、サイズ、デザイン、技術の点で、NM バッテリーは NK バッテリーに対応し、生産と運用の両方で交換できます。

負極の交換により、正極の活性質量の負荷を1.3〜2倍に増やすことができ、これがバッテリーの容量を決定します。 したがって、Ni-MH 電池は、Ni-Cd 電池と比較して非常に高い比エネルギー特性を持っています。

その結果、NM 電池の適用分野は NK 電池の適用分野に近く、NM 電池は携帯電話、ポケットベル、コードレス電話、スキャナー、懐中電灯、ラジオ局、電動自転車、電気自動車、ハイブリッド車で使用されています。 、電子タイマーとディケードカウンター、コンピューターとラップトップのバックアップストレージデバイス（MBU）と中央処理装置（CP）、火災と煙の検出装置、盗難警報器、水と空気の環境分析装置、電子制御処理機械のメモリユニット、ラジオ、ボイスレコーダー、電卓、電気シェーバー、補聴器、電気玩具など

Ni-Cd とは異なり、Ni-MH バッテリーは水素を吸収する金属の合金をアノードとして使用します。 アルカリ電解液は、電極間の水素イオンの移動に基づく反応にはまだ参加していません。 充電中、水酸化ニッケル Ni(OH)2 はオキシハイドライト NiOOH に変換され、負極合金に水素を供与します。 水素の吸収は等温反応ではないため、合金の金属は常に、ガスを結合するときに一方が熱を放出し、逆に他方が熱を吸収するように選択されます。 理論的には、これは熱バランスを提供することになっていましたが、ニッケル水素電池はニッケルカドミウム電池よりも大幅に熱くなります。

ニッケル水素電池の流通の成功は、その製造に使用される材料の高エネルギー密度と非毒性によって保証されました。

4. ニッケル水素電池の基本工程

ニッケル水素電池は、ニッケルカドミウム電池と同様に酸化ニッケル電極を正極とし、カドミウム負極の代わりに水素を吸収するニッケル希土類合金電極を使用しています。

ニッケル水素電池の酸化ニッケル正極では、次の反応が進行します。

→ NiOOH + H2O + (充電) → Ni(OH)2 + OH (放電)

負極では、吸収された水素を含む金属が金属水素化物に変換されます。

→ MH + OH (充電) → M + H2O + (放電)

ニッケル水素電池の全体的な反応は次のように書かれています。

Ni(OH)2 + M → NiOOH + MH (電荷)

NiOOH + MH → Ni(OH)2 + M (放電)

電解質は、主な電流形成反応には関与しません。

容量の 70 ～ 80% を報告した後、再充電中に、酸化物 - ニッケル電極で酸素が放出され始めます。

→ 1/2 O2 + H2O + 2 (充電),

これは負極で復元されます。

→2OH（充電）

最後の 2 つの反応は、閉じた酸素サイクルを提供します。 酸素が還元されると、OH基の形成により、金属水素化物電極の静電容量がさらに増加し​​ます。

.

正極の容量を使い切った後（過放電時）に放電すると、正極で水素発生の副反応が進行します。

→ H2 + 2OH (過放電)。

水素は多孔性セパレーターを通って負極に到達し、そこで酸化されます。

→2H2O + 2 (過放電)。

5. ニッケル水素電池電極の構築

金属水素電極。

ニッケル水素電池の性能を決める主な材料は、体積の1000倍の水素を吸蔵できる水素吸蔵合金です。

最も広く使用されている合金は LaNi5 で、ニッケルの一部をマンガン、コバルト、およびアルミニウムに置き換えて、合金の安定性と活性を高めています。 コストを削減するために、一部のメーカーはランタンの代わりにミッシュ メタルを使用しています (Mm は希土類元素の混合物であり、混合物中の比率は天然鉱石の比率に近いです)。ランタンに加えて、セリウムも含まれています。 、プラセオジム、ネオジム。

充放電サイクル中、水素の吸収と脱着により、水素吸蔵合金の結晶格子の 15 ～ 25% の膨張と収縮があります。 このような変化は、内部応力の増加による合金の亀裂の形成につながります。 クラックが形成されると表面積が増加し、アルカリ電解液と相互作用すると腐食します。 これらの理由により、負極の放電容量は徐々に低下する。

電解液の量が限られているバッテリーでは、これが電解液の再分配の問題を引き起こします。 合金の腐食は、耐腐食性酸化物および水酸化物の形成による表面の化学的不活性化につながり、金属水素化物電極の主な電流発生反応の過電圧を増加させます。 腐食生成物の形成は、電解液からの酸素と水素の消費に伴い発生します。これにより、バッテリー内の電解液の量が減少し、内部抵抗が増加します。

ニッケル水素電池の耐用年数を決定する合金の分散と腐食の望ましくないプロセスを遅らせるために、2 つの主な方法が使用されます (合金の組成と製造モードの最適化に加えて)。 最初の方法は、合金粒子のマイクロカプセル化です。 ニッケルまたは銅の重量で、薄い多孔質層（5〜10％）で表面を覆うこと。 現在最も広く適用されている第2の方法は、アルカリ溶液中で合金粒子の表面を処理し、水素を透過する保護膜を形成する方法です。

ニッケル酸化物電極。

大量生産の酸化物ニッケル電極は、次の設計変更で製造されます：ラメラ、ラメラレス焼結（金属セラミック）およびペレットを含むプレス。 近年、ラメラレスフェルトやポリマーフォーム電極が使用され始めています。

ラメラ電極は、薄い (厚さ 0.1 mm) ニッケルメッキのスチール テープでできた、相互接続された穴あきボックス (ラメラ) のセットです。

焼結 (金属セラミック) 電極は、多孔質 (少なくとも 70% の気孔率を持つ) サーメット ベースで構成され、その細孔内に活性物質が配置されます。 ベースは、炭酸アンモニウムまたはカルバミド (60 ～ 65% ニッケル、残りはフィラー) と混合されたカルボニル ニッケル微粉末でできており、スチールまたはニッケル メッシュにプレス、圧延、または噴霧されます。 次に、粉末が付着したメッシュを還元性雰囲気中（通常は水素雰囲気中）、温度800～960℃で熱処理し、炭酸アンモニウムやカルバミドを分解・揮発させ、ニッケルを焼結させます。 このようにして得られた基材は、厚さ１～２．３ｍｍ、気孔率８０～８５％、細孔半径５～２０μｍを有する。 ベースに硝酸ニッケルまたは硫酸ニッケルの濃縮溶液と60～90℃に加熱したアルカリ溶液を交互に含浸させ、ニッケルの酸化物と水酸化物の沈殿を誘導します。

現在、電極を硝酸ニッケル溶液中で陰極処理する電気化学的含浸法も使用されています。 水素の形成により、プレートの細孔内の溶液はアルカリ化され、プレートの細孔内にニッケルの酸化物と水酸化物が堆積します。

箔電極は焼結電極の一種に分類されます。 電極は、薄い (0.05 mm) 穴の開いたニッケル テープの両面に、バインダーを含むニッケル カルボニル粉末のアルコール エマルジョンを噴霧し、焼結し、さらに試薬を化学的または電気化学的に含浸させることによって製造されます。 電極の厚みは0.4～0.6mmです。

プレス電極は、35～60 MPa の圧力下で活性物質をメッシュまたはスチールの穴あきテープにプレスすることによって作成されます。 活性物質は、水酸化ニッケル、水酸化コバルト、グラファイト、バインダーで構成されています。

金属フェルト電極は、ニッケルまたは炭素繊維でできた非常に多孔性のベースを持っています。 これらのファンデーションの気孔率は 95% 以上です。 フェルト電極は、ニッケルメッキのポリマーまたはグラファイトフェルトをベースに作られています。 電極の厚さは、その目的に応じて、0.8 ～ 10 mm の範囲です。 アクティブな質量は、その密度に応じて、さまざまな方法でフェルトに導入されます。

フェルトの代わりに、ポリウレタンフォームをニッケルメッキし、続いて還元環境でアニールすることによって得られるニッケルフォームを使用することができる。 水酸化ニッケルと結合剤を含むペーストは、通常、拡散によって高度に多孔性の媒体に導入されます。 その後、ペーストの付いた土台を乾燥させて丸めます。 フェルトおよび発泡ポリマー電極は、高い比容量と長い耐用年数が特徴です。

6. ニッケル水素電池の設計

ニッケル水素電池は円筒形です。 セパレーターで分離された正と負の電極はロール状に折り畳まれ、ハウジングに挿入され、ガスケット付きのシーリング キャップで閉じられます (図 5)。 カバーには、バッテリーの動作に障害が発生した場合に 2 ～ 4 MPa の圧力で作動する安全弁があります。

図 5 - ニッケル水素 (Ni-MH) 電池の設計: 1 ケース。 2ふた; 3バルブキャップ; 4バルブ; 5-正極集電体; 6絶縁リング; 7 負極; 8セパレーター; 9-正極; 10インシュレーター。

角型ニッケル水素電池は、正極と負極を交互に配置し、その間にセパレーターを挟みます。 電極のブロックは、金属またはプラスチックのケースに挿入され、密閉カバーで閉じられます。 カバーには、原則として、バルブまたは圧力センサーが取り付けられています（図6）。

図 6 - ニッケル水素電池の設計: 1 ケース。 2ふた; 3バルブキャップ; 4バルブ; 5絶縁ガスケット; 6絶縁体; 7 負極;、8 セパレーター; 9-正極

Ni-MH バッテリーは、KOH に LiOH を加えたアルカリ電解液を使用します。 Ni-MHバッテリーのセパレーターとして、湿潤剤で処理された厚さ0.12〜0.25mmの不織布ポリプロピレンとポリアミドが使用されています。

正極。 Ni-MH 電池は、Ni-Cd 電池で使用されるものと同様に、正の酸化ニッケル電極を使用します。 ニッケル水素電池では、主にセラミック金属電極が使用され、近年ではフェルトやポリマーフォーム電極が使用されています。

負極。 金属水素化物負極の 5 つの設計が、ニッケル水素電池で実用化されています。

ラメラ、バインダーの有無にかかわらず、水素吸蔵合金の粉末をニッケルメッシュにプレスした場合。

ニッケルフォーム、合金と結合剤を含むペーストをニッケルフォームベースの細孔に導入し、乾燥させてプレス（圧延）した場合。

箔、合金とバインダーを含むペーストを、穴の開いたニッケルまたはニッケルメッキ鋼箔に塗布し、乾燥させてプレスしたもの。

合金と結合剤からなる活物質の粉末が圧延（圧延）によって引張ニッケルグリッドまたは銅グリッド上に適用される場合、圧延。

合金粉末をニッケルメッシュに押し付け、水素雰囲気中で焼結したもの。

異なる設計の金属水素化物電極の比静電容量は値が近く、主に使用される合金の静電容量によって決まります。

7. ニッケル水素電池の特徴

電気的特性

金属水素化物電極の比容量は 0.24 ～ 0.3 A･h/g または 1.2 ～ 1.5 A･h/cm3 で、カドミウム電極の比容量の最大 3 倍です。 水素吸蔵合金としては、チタン・ニッケル合金やランタンを含む合金（LaNi5）が使用されています。

NM バッテリーの比エネルギーは、50 ～ 60 Wh/kg または 100 ～ 200 Wh/l の範囲です。 IEC 規格 (60% の放電深度) に従ってサイクリングした場合、ほとんどの HM バッテリーの動作時間は 500 ～ 1000 サイクルです。 一部の企業は、2000 ～ 2500 サイクルと 3 ～ 5 年の耐用年数を達成しています。 ほとんどの HM バッテリーは、時間制限なしで 0.01 ～ 0.03 C の定格電流で充電すると、バッファー モードで動作できます。

開回路電圧。 開放電圧値 Ur.c. ニッケル水素電極の平衡電位はニッケルの酸化度に依存し、金属水素化物電極の平衡電位は水素飽和度に依存するため、Ni-MH システムを正確に決定することは困難です。 ただし、Ni(OH)2 | の約 0.49 V の電位で ０．１ＭＰａの水素圧力の平衡値を有する金属水素化物電極の０．８２８Ｖの電位値で、Ｕｒ． 1.318 V になります。水素の平衡圧力が 10 分の 1 に減少すると、電極の理論電位が 29 mV だけ増加します (したがって、Ur.c が減少します)。 NM-電気化学システムの場合、それは受け入れられます 定格電圧 1.2 V. バッテリの充電後 24 時間、充電された Ni-MH バッテリの開回路電圧は 1.30 ～ 1.35 V の範囲にあります。

バッテリー容量。 負荷の増加 (放電時間の減少) と温度の低下に伴い、ニッケル水素電池の容量は減少します (図 8)。 容量に対する温度低下の影響は、高い放電率と 0 ° C 未満の温度で特に顕著です。 異なる温度: 1 - 0°С; 2 - 20°С; 3～40℃値

.

近年、多くの企業が、ハイブリッド車用に 3.6 ～ 14 Ah の容量を持つ、円筒形および角形の強力な HM バッテリーの製造を開始しています。 これらのバッテリーは、20C 以上の定格電流で放電することができます。 そのような電池から作られた電池 (電池あたり最大 240 個の電池) は、 電力密度 0.9～1.1kW/kg。 典型的な例: 容量 6.5 Ah の 240 個の角形電池の Panasonic バッテリーは 1080 W / kg の電力を持ち、容量 3.4 Ah の円筒形電池の Makevell バッテリー - 870 W / kg、Varta バッテリー 1100 W / 20°C で kg、-25°C で 500 W/kg。 Varta のバッテリー寿命は、100% DOD で 2,400 サイクル、80% で 5,000 サイクル、12% で 78,000 サイクル、5% で 255,000 サイクル、4% で 360,000 サイクルです。

8. ニッケル水素電池の充電

ニッケル水素電池の使用時間（充放電回数）や寿命は、使用条件によって大きく左右されます。 動作時間は、放電の深さと速度の増加とともに減少します。 動作時間は、充電の速度とその完了を制御する方法によって異なります。 ニッケル水素電池の種類、動作モード、および動作条件に応じて、電池は 80% の放電深度で 500 ～ 1000 回の放電と充電のサイクルを提供し、3 ～ 5 年の耐用年数があります。

保証期間中にニッケル水素電池を確実に動作させるには、製造元の推奨事項と指示に従う必要があります。 最大の注意を払うべき 温度レジーム. 過放電 (1V 未満) と短絡を避けることが望ましいです。 ニッケル水素電池は本来の用途に合わせて使用​​し、使用済みと未使用の電池を混在させず、ワイヤやその他の部品を電池に直接はんだ付けしないことをお勧めします。

Ni-MH バッテリーは、Ni-Cd よりも過充電に敏感です。 過充電は熱暴走につながる可能性があります。 充電は通常、Iz \u003d 0.1C の電流で 15 時間行われます。 補償充電は電流Ｉｚ＝０．０１～０．０３Ｃで３０時間以上行う。

高活性電極を備えた Ni-MH バッテリーでは、加速 (4 ～ 5 時間) および高速 (1 時間) の充電が可能です。 このような電荷では、プロセスは温度 ΔТ と電圧 ΔU およびその他のパラメーターの変化によって制御されます。 急速充電は、たとえば、ラップトップ、携帯電話、および電動工具に電力を供給する Ni-MH バッテリーに使用されますが、ラップトップおよび携帯電話は現在、主にリチウムイオンおよびリチウムポリマーバッテリーを使用しています。 急速充電（1C以上）の1段目、0.1Cで0.5～1時間の充電で最終充電、0.05～1時間で充電の3段階の充電方法もおすすめです。補償料金として0.02C。 ニッケル水素電池の充電方法に関する情報は通常、製造元の説明書に記載されており、推奨される充電電流は電池ケースに記載されています。

Ｉｚ＝０．３〜１Ｃでの充電電圧Ｕｚは、１．４〜１．５Ｖの範囲にある。 正極での酸素の放出により、充電中に移動する電気量 (Q3) は放電容量 (Cp) よりも大きくなります。 同時に、ディスクおよび円筒型ニッケル水素電池の場合、容量 (100 Ср/QЗ) の収益率は、それぞれ 75 ～ 80% および 85 ～ 90% です。

充放電制御。 ニッケル水素電池の過充電を防ぐために、電池または充電器に適切なセンサーを取り付けて、次の充電制御方法を使用できます。

絶対温度Tmaxで充電を終了する方法。 充電プロセス中はバッテリー温度が常に監視され、最大値に達すると急速充電が中断されます。

温度変化率ΔT/Δtによる充電終了方式。 この方法では、充電プロセス中にバッテリー温度曲線の傾きが常に監視され、このパラメーターが特定の設定値を超えると、充電が中断されます。

負電圧デルタ終端法 -ΔU。 バッテリーの充電が終了すると、酸素サイクル中に温度が上昇し始め、電圧が低下します。

最大充電時間ｔによる充電終了方法；

最大圧力Pmaxによる充電の終了方法。 角柱アキュムレータで一般的に使用される 大きいサイズそしてコンテナ。 プリズム アキュムレータの許容圧力レベルは、その設計によって異なり、0.05 ～ 0.8 MPa の範囲です。

充電終了方法 最大電圧ウマックス。 電解液の不足または低温による耐用年数の終わりに現れる、高い内部抵抗を持つバッテリーの充電を切断するために使用されます。

Tmax 方式を使用する場合、周囲温度が低下するとバッテリーが過充電になったり、周囲温度が大幅に上昇するとバッテリーが十分に充電されない場合があります。 ΔT/Δt 法は、低い周囲温度で充電を終了するために非常に効果的に使用できます。 しかし、この方法だけを高温で使用すると、シャットダウンの ΔT/Δt 値に達する前に、バッテリー内のバッテリーが望ましくない高温にさらされます。 ΔT/Δt のある値に対して、より高い周囲温度よりも低い周囲温度で、より大きな入力容量を得ることができます。 バッテリ充電の開始時 (および充電終了時) に温度が急激に上昇するため、ΔT/Δt 法を使用すると、充電が早期にシャットダウンする可能性があります。 これを解消するために、充電器の開発者は、ΔT / Δt メソッドを使用してセンサーの初期応答遅延にタイマーを使用します。

-ΔU 方式は、高温ではなく、周囲温度が低いときに充電を終了するのに効果的です。 この意味で、この方法は ΔT/Δt 法に似ています。 不測の事態により充電が正常に中断されない場合に充電を確実に終了させるために、充電動作の継続時間を調整するタイマー制御を使用することもお勧めします (方法 t)。

したがって、0 ～ 50°C の温度で 0.5 ～ 1C の定格電流でバッテリを急速充電するには、Tmax メソッドを同時に適用することをお勧めします (バッテリの設計に応じて、50 ～ 60°C のシャットダウン温度で)。およびバッテリー)、-ΔU (バッテリーあたり 5 ～ 15mV)、t (通常、定格容量の 120% を取得するため)、および Umax (バッテリーあたり 1.6 ～ 1.8 V)。 -ΔU メソッドの代わりに、初期遅延タイマー (5-10 分) を備えた ΔT/Δt メソッド (1-2 °C/分) を使用できます。

バッテリーの急速充電を実行した後、充電器は、一定時間、0.1C - 0.2C の定格電流で再充電に切り替えることができます。

ニッケル水素電池は、充電にはお勧めできません。 定電圧バッテリーの「熱故障」が発生する可能性があるためです。 これは、充電終了時には電源電圧と電池電圧の差に比例して電流が増加し、温度上昇により充電終了時の電池電圧が低下するためです。

低温では、充電率を下げる必要があります。 そうしないと、酸素が再結合する時間がなくなり、アキュムレータ内の圧力が上昇します。 このような条件下での動作には、多孔性の高い電極を備えたニッケル水素電池をお勧めします。

9. ニッケル水素電池のメリットとデメリット

Ni-Cd 電池に対する Ni-MH 電池の利点は、比エネルギー パラメータの大幅な増加だけではありません。 カドミウムから離れるということは、よりクリーンな生産に移行することも意味します。 故障したバッテリーのリサイクルの問題も解決が容易です。 ニッケル水素電池のこれらの利点は、より多くを決定しました 急成長 Ni-Cd 電池と比較して、世界のすべての主要な電池会社からの生産量。

Ni-MH 電池には、カドミウムの負極にニッケル酸塩が形成されるため、Ni-Cd 電池が持つ「メモリー効果」がありません。 しかしながら、酸化ニッケル電極の過充電に伴う影響は残る。

Ni-Cd 電池のように頻繁かつ長時間の再充電で見られる放電電圧の低下は、1 V までの放電を定期的に数回行うことで解消できます。このような放電は月に 1 回で十分です。

ただし、ニッケル水素電池は、交換用に設計されたニッケルカドミウム電池よりもいくつかの性能特性が劣ります。

ニッケル水素電池は、非常に高い放電率で金属水素化物電極からの水素の脱離が制限されることに関連して、より狭い範囲の動作電流で効率的に動作します。

Ni-MH バッテリーの動作温度範囲はより狭く、ほとんどのバッテリーは -10°C 未満および +40°C を超える温度では動作しませんが、一部のバッテリー シリーズでは、レシピの調整により温度制限が拡張されています。

Ni-MH バッテリーの充電中は、Ni-Cd バッテリーの充電時よりも多くの熱が放出されるため、急速充電中および/または大幅な過充電中に Ni-MH バッテリーからバッテリーが過熱するのを防ぐために、温度ヒューズまたはサーマル リレーを使用します。それらは、バッテリーの中央部にあるバッテリーの1つの壁に取り付けられています。

Ni-MH 電池では自己放電が増加します (図 10)。これは、電解液に溶解した水素と酸化物ニッケルの正極電極との必然的な反応によって決まります (ただし、特殊な負極合金の使用により、ニカド電池の値に近い値まで自己放電率を下げることができました。

バッテリーのNi-MHバッテリーの1つを充電するときの過熱の危険性、およびバッテリーが放電されたときの容量の低いバッテリーの反転は、長いサイクリングの結果としてのバッテリーパラメーターの不一致により増加します。 10 個を超えるバッテリーからバッテリーを作成することは、すべてのメーカーで推奨されているわけではありません。

0V以下で放電する際にNi-MHバッテリーで発生する負極の容量の損失は元に戻せません。これは、バッテリーを使用する場合よりも、バッテリーのバッテリーの選択と放電プロセスの制御に対するより厳しい要件を提唱します。 Ni-Cd バッテリーは、原則として、低電圧バッテリーで最大 1 V / ak、7 ～ 10 個のバッテリーで最大 1.1 V / ak の放電です。

前述のように、Ni-MH バッテリーの劣化は、主にサイクル中の負極の収着容量の減少によって決まります。 充放電サイクルでは、合金の結晶格子の体積が変化し、電解質との反応によりクラックが形成され、その後腐食が発生します。 腐食生成物の形成は、酸素と水素の吸収によって発生し、その結果、電解液の総量が減少し、バッテリーの内部抵抗が増加します。

ニッケル水素電池の特性は、負極の合金と、その組成と構造の安定性を向上させるための合金の処理技術に大きく依存することに注意する必要があります。 これにより、バッテリー メーカーは、合金サプライヤーの選択、およびバッテリーの消費者、つまりメーカーの選択に注意を払う必要があります。

10.HM電池の規格と呼称

国際電気化学委員会 IEC 61436 および IEC 61951-2 の規格に従って、円筒型 HM 電池は文字 HR で、角型電池は文字 HF で、円盤型電池は文字 HB で指定されます。 円筒型 NM バッテリーの文字の後に、バッテリーの直径と高さ (mm) (最も近い整数に切り上げ) が分数バーで示され、角型バッテリーの場合は、幅、厚さ、高さが示されます。 たとえば、HR15/51、HF15/09/49 などです。 円盤型電池の場合、直径と高さは分数で表示されますが、ミリ単位ではなく、1/10 ミリ単位で表示されます。 たとえば、直径 15.6 mm、高さ 6.4 mm のディスク型電池は HB 156/064 と指定されます。

これらの規格によるHMバッテリーの最も重要な要件に注意してください。

(20±5) °C の温度で 16 時間、定格電流 0.1C の充電モード。

温度（20±5）°C、定格電流0.2C、電圧0.9Vでの放電時間は、円筒形および角形NMバッテリーの場合は少なくとも42分、ディスクバッテリーの場合は少なくとも35分です。

耐用年数は少なくとも 500 サイクルでなければなりません。

これらの規格は、高温および 0°C 未満の温度での HM バッテリーの要件を確立していません。

11. ニッケル水素電池の保管と取り扱い

新しいニッケル水素電池の使用を開始する前に、最大容量を得るためにまず電池を「振る」必要があることを覚えておく必要があります。 これを行うには、バッテリーを放電できる充電器が必要です。充電を最小電流に設定してバッテリーを充電し、充電器の適切なボタンを押してすぐに放電します。 手元にそのようなデバイスがない場合は、バッテリーを全容量で「ロード」して待つことができます。

倉庫や店舗での保管の期間と温度によっては、このようなサイクルが 2 ～ 5 回必要になる場合があります。 多くの場合、保管条件は理想からかけ離れているため、トレーニングを繰り返すことは大歓迎です。

バッテリーをできるだけ長く効率的かつ生産的に動作させるには、可能であれば将来的に完全に放電する必要があります (バッテリーの放電により電源がオフになった後にのみデバイスを充電することをお勧めします)。 「メモリ効果」を回避してバッテリーの寿命を縮めるために、バッテリーを充電してください。 完全な（可能な限り）バッテリー容量を回復するには、上記のトレーニングも実行する必要があります。 この場合、バッテリーはセルあたりの最小許容電圧まで放電され、結晶構造が破壊されます。 少なくとも2か月に1回はバッテリーをトレーニングすることを原則にする必要があります。 ただし、やりすぎないようにしてください。この方法を頻繁に使用すると、バッテリーが消耗します。 放電後、少なくとも 12 時間はデバイスを充電したままにしておくことをお勧めします。

メモリー効果も放電で解消できる 大電流（公称より2〜3倍高い）。

「私たちは最高のものを望んでいましたが、いつものようになりました」

バッテリーを適切に充電するための最初の最も簡単なルールは、キットで販売されている充電器 (以下、充電器と呼びます) を使用することです (たとえば、 携帯電話）、または充電条件がバッテリーメーカーの要件を満たしている場合（たとえば、フィンガータイプのNi-MHバッテリーの場合）。

いずれにせよ、メーカーが推奨するバッテリーと充電器を購入することをお勧めします。 各企業には、独自の生産技術とバッテリー動作の特徴があります。 バッテリーと充電器を使用する前に、同封の説明書とその他の情報をすべてよくお読みください。

上で書いたように、通常、最も単純なメモリがパッケージに含まれています。 このような充電器は、原則として、ユーザーに最小限の不安を与えます。電話メーカーは、このブランドのデバイスで動作するように設計された、考えられるすべてのタイプのバッテリーと充電技術を調整しようとしています。 これは、デバイスが Ni-Cd、Ni-MH、および リチウムイオン電池、この充電器は、容量が異なっていても、上記のすべてのバッテリーを均等に効率的に充電します。

しかし、ここには 1 つの欠点があります。 メモリー効果の影響を受けるニッケル電池は定期的に完全に放電する必要がありますが、「装置」はこれができません。特定の電圧しきい値に達すると、電源が切れます。 自動シャットダウンが発生する電圧は、バッテリーの容量を減少させるクリスタルを破壊するためにバッテリーを放電しなければならない電圧よりも高くなります。 そのような場合は、放電機能付きのメモリを使用するとなお良いでしょう。

ニッケル水素電池は完全放電（100％）してから充電するという意見があります。 しかし、実際には、バッテリーの完全な放電は望ましくありません。そうしないと、バッテリーが早期に故障します。 85 ～ 90% の排出深度が推奨されます - いわゆる表面排出です。

さらに、Ni-MH バッテリには特別な充電モードが必要であることを考慮する必要があります。これは、Ni-Cd とは異なり、充電モードに対する要求が最も少ないことです。

最新のニッケル水素電池は過充電される可能性がありますが、過熱により電池の寿命が短くなります。 したがって、充電するときは、時間、充電量、バッテリーの温度の 3 つの要素を考慮する必要があります。 今日は たくさんの充電モードを制御する充電器。

低速メモリ、高速メモリ、パルス メモリがあります。 分割はかなり恣意的であり、バッテリーのメーカーに依存することにすぐに言及する価値があります. 充電の問題へのアプローチは、おおよそ次のとおりです。 他の種類さまざまなアプリケーション向けのバッテリーを提供し、最も好ましい充電方法の推奨事項と要件をタイプごとに確立します。 そのため、外観（サイズ）が同じバッテリーでも、異なる充電方法が必要になる場合があります。

「遅い」メモリと「速い」メモリでは、バッテリーの充電速度が異なります。 前者は、公称電流の約 1/10 に等しい電流でバッテリーを充電します。充電時間は 10 ～ 12 時間ですが、原則として、バッテリーの状態は制御されておらず、あまり良くありません (完全に部分的に放電したバッテリーは別のモードで充電する必要があります)。

公称値の 1/3 から 1 の範囲の電流でバッテリーを「高速」充電します。 充電時間 - 1～3時間。 多くの場合、これは充電中のバッテリー端子の電圧変化に応答するデュアルモード デバイスです。 まず、「高速」モードで電荷を蓄積し、電圧が一定のレベルに達すると、高速充電を停止し、デバイスを低速の「ジェット」充電モードに切り替えます。 Ni-CdおよびNi-MHバッテリーに最適なのはこれらのデバイスです。 現在、テクノロジーを使用した最も一般的な充電器 パルス充電. 原則として、すべてのタイプのバッテリーに使用できます。 この充電器は、結晶形成を破壊するため、Ni-Cd バッテリーの寿命を延ばすのに特に適しています。 活性物質（「メモリー効果」が軽減されます）。 ただし、重大な「メモリ効果」のあるバッテリーの場合、パルス充電方式だけでは十分ではありません。大きな結晶構造を破壊するには、特別なアルゴリズムに従って深い放電（回復）が必要です。 従来の充電器は、放電機能を備えていても、これができません。 これは、特別な機器を使用してサービス部門で行うことができます。

車の後ろで多くの時間を過ごす人にとって、カーチャージャーのオプションは間違いなく必須です。 最も単純なものは、コード接続の形で作られています 携帯電話車のシガレット ライター ソケット付き (すべての「古い」オプションは、Ni-Cd および Ni-MH バッテリーの充電専用に設計されています)。 ただし、この充電方法を乱用しないでください。このような動作条件は、バッテリーの寿命に悪影響を及ぼします。

自分に合った充電器をすでに選択している場合は、Ni-Cd および Ni-Mh バッテリーの充電に関する次の推奨事項をお読みください。

完全に放電したバッテリーのみを充電してください。

完全に充電されたバッテリーを追加の再充電のために配置しないでください。寿命が大幅に短くなります。

充電器はフル充電後も充電を続けますが、電流ははるかに小さくなります。 充電器に Ni-Cd および Ni-MH バッテリが長期間存在すると、過充電とパラメータの劣化につながります。

充電する前に、バッテリーを室温にする必要があります。 充電は、周囲温度 +10°C ～ +25°C で最も効率的です。

充電中はバッテリーが熱くなることがあります。 これは、集中的な (急速な) 充電を行う大容量シリーズの場合に特に当てはまります。 バッテリーを加熱するための制限温度は +55°C です。 急速充電器（30分から2時間）の設計では、各バッテリーの温度制御が提供されます。 バッテリーケースが+55°Cに加熱されると、デバイスはメイン充電モードから追加充電モードに切り替わり、その間に温度が下がります。 バッテリー自体の設計は、ケース内の電解液の蒸気圧が許容限界を超えた場合に開く安全弁の形で過熱に対する保護も提供します (バッテリーの破壊を防ぎます)。

ストレージ

バッテリーを購入してすぐに使用する予定がない場合は、ニッケル水素バッテリーの保管規則に慣れておくことをお勧めします。

まず、バッテリーをデバイスから取り外し、湿気や高温から保護する必要があります。 自己放電によるバッテリーの電圧の大幅な低下を許容することは不可能です。つまり、長期保管中は、バッテリーを定期的に充電する必要があります。

バッテリーを高温で保管しないでください。バッテリー内部の活物質の劣化が加速します。 たとえば、45°C で連続動作および保管すると、Ni-MH バッテリのサイクル数が約 60% 減少します。

低温での保管条件が最適ですが、バッテリーの氷点下の温度ではエネルギー出力が低下し、まったく充電できないため、保管用であることに注意してください。 低温で保管すると、自己放電が減少します（たとえば、冷蔵庫に入れることはできますが、冷凍庫には入れることはできません）。

温度に加えて、バッテリーの寿命は充電の程度によって大きく影響されます。 充電した状態で保管する必要があると言う人もいれば、主張する人もいます 完全放電. 最良のオプションは、保管前にバッテリーを 40% 充電することです。

12. HM電池のメーカーと展望

アビセンヌ・デベロップメント（フランス）の調査によると、2005年にはHM電池の生産量（16億2100万本）がすでにNK電池の生産量（11億7000万本）を上回っています。 HM 電池の生産のリーダーは、SANYO (56%) でした。 ロシアでは、NM バッテリーの連続生産は、MEZON Plant OJSC (4 つの標準サイズの円筒形バッテリー) と JSC AK Rigel (AA 円筒形バッテリー、プリズムおよびディスク バッテリー) によって習得されました。

NM電池の増産と使用材料の価格低下により、現在、1A・hのNK電池とNM電池の価格はほぼ同等となっています。 表で。 図2は、2000年のポータブルNM、NK、リチウムイオン、リチウムポリマー電池の価格と生産量のデータを示しています。 そして2005年

表 2

バッテリー	2000年			2005年
	ボリューム、百万個	出来高、百万米ドル	平均価格、米ドル/個	ボリューム、百万個	出来高、百万米ドル	平均価格、米ドル/個
NK	1360	1401	1,03	1170	1107	0,95
NM	1325	1078	0,81	1621	1043	0,64
リチウムイオン	545	2869	5,26	933	2976	3,19
リポル	19	138	7,26	350	1240	3,54
合計	3249	5486	1,69	4074	6366	1,56

13. 廃棄

HM バッテリーは、カドミウム、鉛、水銀などの有毒で有害な要素を含まないため、環境にやさしいです。 これが、HM バッテリーが広く使用される主な理由の 1 つです。

HM電池は外形寸法がNK電池と同じですが、NK電池を使用すると自然に組み立てられます。 HM バッテリーにはカドミウムが含まれていませんが、含有量が多いため、焼却または埋立地での処分は適切ではないようです。 ヘビーメタル. 例えばＮＫアキュムレータからＮＭアキュムレータを自動的に分離することは、それらの密度の差の原理に従って困難である。 そのため、NM 電池と NK 電池は共同リサイクルの対象となり、まずコバルトとニッケルを抽出します (希土類金属も抽出される場合があります)。

現在、溶液中での分離プロセスを使用して、NM 電池から Co、Ni、希土類金属を取得する作業が進行中です。

使用したソースのリスト

1. http://www.PowerInfo.ru

2. http://www.ladoshki.com

3. http://battery.newlist.ru

4. http://old.aktex.ru

5. ケミカルソース current: ハンドブック / Ed. N. V. コロビンと A. M. スクンディン。 - M .: MPEI 出版社、2003 年。740 ページ、病気。

それはすべて、私の写真用石鹸皿が、充電器から取り出したばかりの電池 (単 3 サイズの NiMH 電池 4 本) で動作することをきっぱりと拒否したという事実から始まりました。 いつものように、彼らは連れて行かれ、捨てられました。 しかし、何らかの理由で、今回は好奇心が常識よりも勝っていたので（または、声を出したのはヒキガエルだったのかもしれません）、私は理解したかったのです-これらのバッテリーから少なくとも何か他のものを絞り出すことは可能ですか. カメラは非常にエネルギーを必要としますが、ワイヤレスマウスやキーボードなど、より控えめな消費者もいます。

実際には、消費者にとって興味深い 2 つのパラメータがあります。それは、バッテリー容量とその内部抵抗です。 可能な操作もほとんどありません-放電と充電。 放電中の電流と時間を測定することで、バッテリーの容量を推定できます。 バッテリー電圧の違い アイドリング負荷がかかると、内部抵抗を推定できます。 放電と充電のサイクルを数回繰り返す（つまり、「トレーニング」を完了する）ことで、このアクションがまったく意味があるかどうかを理解できます。

したがって、そのような計画が形成されました-プロセスパラメーターの連続測定の可能性を備えた制御されたスパークギャップと充電器を作成し、測定値に対して簡単な算術演算を実行し、必要な回数だけプロセスを繰り返します。 比較して結論を​​出し、最後に電池を捨てます。

測定台

自転車の完全なコレクション。 アナログ部分（下図）とマイクロコントローラで構成されています。 私の場合、arduino は知的部分でしたが、必要な入力/出力のセットがある限り、これはまったく重要ではありません。

スタンドは、半径3メートル以内で見つかったものから作られました。 誰かが繰り返したい場合は、スキームに正確に従う必要はまったくありません。 要素パラメータの選択肢は非常に広い場合があります。これについては後でコメントします。

放電ユニットは、オペアンプIC1B（LM324N）の制御された電流安定器であり、 電界効果トランジスタ Q1. 十分な許容電圧、電流、および消費電力があれば、ほとんどすべてのトランジスタ。 そして、それらはすべて小さいです。 抵抗器 フィードバック同時に、バッテリーの負荷の一部（Q1およびR20とともに）-R1。 その最大値は、必要な 最大電流放電。 バッテリを 1 V まで放電できるという事実から進めると、たとえば 500 mA の放電電流を確保するために、抵抗 R1 は 2 オームを超えないようにする必要があります。 スタビライザーは、3 ビットの抵抗 DAC (R12 ～ R17) によって制御されます。 ここでの計算は次のとおりです。オペアンプの直接入力の電圧は、R1の電圧に等しくなります（放電電流に比例します）。 直接入力の電圧を変更すると、放電電流が変化します。 DAC の出力を目的の範囲にスケーリングするために、調整抵抗 R3 があります。 マルチターンの方がいいです。 R12-R17の定格は（数十キロオームの範囲で）何でもかまいません。主なことは、それらの値の比率が1/2であることです。 処理中の放電電流 (R1 両端の電圧) は計装アンプ IC1D によって直接測定されるため、DAC に特別な精度は必要ありません。 そのゲインは K=R11/R10=R9/R8 です。 出力は、マイクロコントローラ (A1) の ADC に供給されます。 R8～R11の値を変えることで、お好みのゲインに調整できます。 バッテリ電圧は、2 番目の増幅器 IC1C、K=R5/R4=R7/R6 によって測定されます。 なぜ放電電流制御なのか? ここでのポイントは基本的にこれです。 一定の高電流で放電すると、内部抵抗が大きいため、使い古したバッテリーの寿命は最小限に抑えられます。 許容電圧バッテリーが実際に放電される前に、1 V (放電を停止するための他の基準点はありません) に達します。 一定の低電流で放電すると、プロセスが長くなりすぎます。 したがって、放電は段階的に行われる。 私には8つのステップで十分に思えました。 ハントが多い/少ない場合は、DAC のビット深度を変更できます。 また、負荷をオン・オフすることで、バッテリーの内部抵抗を推定することができます。 放電中のコントローラー動作のアルゴリズムは、これ以上の説明は不要だと思います。 プロセスの最後に、Q1 がロックされ、バッテリが負荷から完全に切り離され、コントローラが充電ユニットをオンにします。

チャージブロック。 また、現在のスタビライザーであり、制御されていませんが、切り替え可能です。 電流は、IC2 の基準電圧 (2.5 V、データシートによると 1% の精度) と抵抗 R21 によって設定されます。 私の場合、充電電流は古典的で、公称バッテリー容量の 1/10 でした。 フィードバック抵抗 - R20。 好みや詳細の入手可能性に応じて、他の基準電圧源を使用できます。 トランジスタ Q2 は、Q1 よりも厳格なモードで動作します。 Vcc 電圧とバッテリー電圧の顕著な違いにより、かなりの電力が消費されます。 これは、スキームの単純さに対して支払う代償です。 しかし、ラジエーターは状況を救います。 トランジスタ Q3 は、Q2 を強制的にオフにする、つまり充電ユニットをオフにする働きをします。 マイクロコントローラの信号 12 によって制御されます。 ADC コントローラの動作には、別の基準電圧源 (IC3) が必要です。 スタンドの測定精度は、そのパラメータによって異なります。 LED1 LED - プロセスのステータスを示します。 私の場合、放電中は点灯せず、充電中は点灯し、サイクルが完了すると点滅します。
電源電圧は、トランジスタの開放と必要な範囲での動作を保証するように選択されます。 この場合、両方のトランジスタのゲート リリース電圧は非常に高く、約 2 ～ 4 V です。さらに、Q2 はバッテリ電圧と R20 によって「バックアップ」されるため、ゲート リリース電圧は約 3.5 ～ 5.5 V で開始します。 . 同様に、LM323 は Vcc から 1.5V を引いた値よりも出力電圧を上げることができないため、Vcc は十分大きくする必要があり、私の場合は 9V です。

充電制御アルゴリズムは、バッテリーの電圧降下が始まる瞬間を制御する古典的なバージョンによって導かれました。 しかし、実際には、すべてがそうではないことが判明しましたが、それについては後で詳しく説明します。
「研究」の過程で測定されたすべての量はファイルに書き込まれ、計算が行われ、グラフが作成されました。

測定台ですべてクリアできたと思いますので、結果に移りましょう。

測定結果

そのため、充電した（ただし動作​​していない）バッテリーを放電し、蓄えられた容量を測定すると同時に、内部抵抗を測定します。 このように見えます。

最高のバッテリーと最悪のバッテリーの時間軸 (X) と電力 W (Y) のグラフ。 蓄えられたエネルギー (グラフの下の領域) が大幅に異なることがわかります。 数値的には、測定されたバッテリー容量は1196、739、1237、および1007 mAhでした。 公称容量（ケースに表示されています）が2700 mAhであることを考えると、それほど多くはありません。 そして、スプレッドは非常に大きいです。 内部抵抗はどうですか？ それぞれ 0.39、0.43、0.32、0.64 Ω でした。 ひどい。 ソープディッシュが機能しなかった理由は明らかです-バッテリーは単に大電流を流すことができません。 さて、トレーニングを始めましょう。

サイクル 1。 繰り返しますが、最高のバッテリーと最悪のバッテリーの出力です。

進捗状況が肉眼で見える！ 数字はこれを確認します：1715、1444、1762、および1634 mAh。 内部抵抗も改善されましたが、0.23、0.40、0.1、0.43 オームと非常に不均一でした。 チャンスがあるようです。 しかし、残念ながら、それ以上の放電/充電サイクルでは何も得られませんでした。 キャパシタンス値と内部抵抗は、サイクルごとに約 10% 以内で変動しました。 これは、測定精度の限界に近いところにあります。 それらの。 少なくとも私のバッテリーについては、長時間のトレーニングは何もしませんでした。 しかし一方で、バッテリーは容量の半分以上を保持し、低電流でも動作することが明らかになりました。 少なくともいくらかの経済的節約。

ここで、充電プロセスについて少し説明したいと思います。 おそらく、私の観察は、インテリジェントな充電器を設計しようとしている人にとって役立つでしょう.
これは典型的な充電グラフです (左側はバッテリーのボルト単位の電圧スケールです)。

充電開始後、電圧ディップが観察されます。 異なるサイクルでは、多かれ少なかれ深さ、期間がわずかに異なり、場合によっては存在しない場合があります。 さらに、約 10 時間、均一な成長があり、ほぼ水平なプラトーに出ます。 理論上、充電電流が小さい場合、充電終了時の電圧降下はありません。 私は辛抱強く、この秋を待っていました。 それは小さく（チャートではほとんど目立ちません）、非常に長い間待つ必要がありますが、常にそこにあります。 10 時間の充電後、低下する前に、バッテリーの電圧は上昇しますが、非常に重要ではありません。 これは最終的な充電にほとんど影響を与えず、バッテリーの加熱などの不快な現象は見られません。 したがって、低電流充電器を設計する場合、インテリジェンスを提供しても意味がありません。 10〜12時間のタイマーで十分で、特別な精度は必要ありません。

しかし、この牧歌は要素の 1 つによって壊されました。 約5〜6時間充電した後、非常に顕著な電圧変動がありました。

最初は、スタンドの設計上の欠陥としてそれを書き留めました。 写真は、すべてが表面実装で組み立てられていることを示しており、コントローラーはかなり長いワイヤーで接続されています。 しかし、実験を繰り返した結果、このようなナンセンスは同じバッテリーで一貫して発生し、他のバッテリーでは決して発生しないことが示されています。 残念ながら、この動作の理由はわかりませんでした。 それにもかかわらず（これはグラフにはっきりと表示されます）、電圧の平均値は当然のことながら増加します。

エピローグ

その結果、正確な科学的方法を使用して生態学的ニッチを見つけた4つのバッテリーがあります。 トレーニングプロセスの可能性に失望しています。 そして、充電時に発生する説明のつかない効果が 1 つあります。
次に大きなバッテリー 車電池. しかし、負荷抵抗器は数桁強力です。 どこかで彼らはユーラシアの広がりを通り抜けます。

それで全部です。 ご清聴ありがとうございました。