Меню

Заряд разряд никель металлгидридного аккумулятора



Как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы: способы и инструкции

Как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы? Этот вопрос, а также многие другие, тесно связанные с ним, будут рассмотрены в данной статье. Тема является актуальной, так как в настоящее время существует множество электрических устройств, работающих от батарей.

Разные виды аккумуляторов

Электрические батареи существуют с разным объемом заряда. Их размеры варьируются от тех, что не больше пуговицы, до гигантов, использующихся на промышленных предприятиях. Казалось бы, между некоторыми аккумуляторами, значительно отличающимися по внешнему виду и по габаритам, нет ничего общего.

Однако это не так. Все они работают по схожему принципу и изготавливаются из одних и тех же материалов.

Немного истории

Первые аккумуляторы появились в 19 столетии. Они изготавливались из никеля и кадмия. Поэтому такие батареи получили соответствующее название. Первоначально их работа вполне удовлетворяла пользователей. Но со временем возникла потребность в более долговечных батареях. К тому же специалисты, занятые в области разработки электрических приборов, стали задумываться о том, чтобы ускорить процесс зарядки. Материалами, которые способны обеспечить аккумуляторам наличие таких характеристик, были признаны никель и металлогидрид.

Но процесс создания нового типа батарей затянулся на несколько десятилетий. Впервые об аккумуляторах нового поколения заговорили в пятидесятые годы двадцатого века, а пробные их образцы появились только в конце семидесятых.

Особенности

Устройство никель-металлогидридного аккумулятора позволяет накапливать водород, чьи объемы в несколько раз превышают габариты батареи. К тому же он всегда образуется в определенной части изделия. Его запасы накапливаются ближе к контактам никель-металлогидридных аккумуляторов.

Эти, а также ряд других характеристик позволяют заряжать такие устройства до нескольких тысяч раз. Однако у никель-металлогидридных аккумуляторов есть и свои недостатки, о которых пойдет речь в следующем разделе.

Быстрое нагревание

Никель-металлогидридные батареи, из-за особенностей их конструкции и характеристик материалов, из которых они изготовляются, обладают высокой степенью нагреваемости. Поэтому процесс их зарядки требует особого, более «деликатного» подхода, чем у их кадмиевых предшественников. Специалисты рекомендуют серьезно отнестись к выбору зарядных устройств.

На это нужно обратить внимание

Зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов, как и любой другой процесс, можно оценить в виде коэффициента полезного действия. Как он рассчитывается в данном случае? При зарядке никель-металлогидридных аккумуляторов электрическая энергия, затрачиваемая на данный процесс, вызывает выделение тепла. Кроме того, она способствует протеканию определенных химических реакций. КПД зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов — это и есть количество энергии, потраченной на химические процессы. Стоит отметить, что никогда этот коэффициент не равен 100%, даже если речь идет о самых современных батареях и наиболее совершенных ЗУ.

Еще стоит упомянуть о том, что этот показатель у кадмиевых аккумуляторов значительно выше, чем у их более современных аналогов.

Скорость зарядки зависит от величины тока. Для нее были придуманы отдельные единицы — доля от всего объема. Они обозначаются латинской буквой C. Различают три варианта осуществления зарядки никель-металлогидридных батарей:

  1. Капельный.
  2. Быстрый.
  3. С повышенной скоростью.

Фактически можно говорить только о двух видах, поскольку первый и второй мало отличаются друг от друга.

Капельной можно считать ту зарядку, скорость которой равна 0,1 C. При быстром варианте этот показатель выше.

Для использования последнего типа требуются более сложные устройства, которые способны распознать завершение процесса и автоматически отключиться. При этом предотвращается перегрев батарей и их повреждение. Капельная зарядка из-за использования низкого напряжения не приводит к чрезмерному повышению температуры изделия. А значит, она не может стать причиной деформации никель-металлогидридных аккумуляторов (Ni-MH).

У каждого вида зарядки есть свои плюсы и минусы. Некоторые из них будут рассмотрены ниже.

Быстрая зарядка

При таком варианте работоспособность аккумуляторов сохраняется на более длительный срок. Кроме того, как видно из названия, скорость этого процесса довольно быстрая. И поэтому на зарядку тратится меньше времени, чем при капельном варианте. Однако такой сценарий требует использования более сложного устройства со встроенными датчиками, определяющими уровень заряда батарей. Нередко подобные приборы, пригодные для быстрой зарядки, оснащены дисплеем, на котором показывается время, необходимое для завершения зарядки, использующееся напряжение, а также некоторые другие сведения.

А значит, и стоимость такой техники выше, чем той, что требуется для капельной зарядки.

Медленный вариант

При медленном процессе для никель-металлогидридного аккумулятора ААА не требуется устройства, оснащенного датчиками окончания заряда.

Поэтому оно, как правило, стоит дешевле. Но с его помощью аккумуляторы будут заряжаться дальше. У данного способа есть еще один серьезный недостаток. Чем дольше на батарею воздействует электрический ток, тем быстрее она выходит из строя. А значит, экономя на зарядном устройстве, можно потерять из-за необходимости часто покупать новые аккумуляторы.

Если говорить о кадмиевых батареях, то именно такой вариант является для них наиболее предпочтительным. КПД данного вида зарядки чаще всего не превышает отметки в 70%. В связи с негативным влиянием на работоспособность аккумуляторов ее не рекомендует использовать большинство производителей никель-металлогидридных аккумуляторов АА, а также других видов батареек.

Однако в последнее время в специализированной литературе по электронике все чаще стали появляться статьи о безвредности медленной зарядки для аккумуляторов всех видов, производимых по новым технологиям.

Технология зарядки

Как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы?

Большинство производителей таких изделий пишет в инструкциях к ним следующие показатели, при которых должен проходить этот процесс. Ток нужно выбирать, не превышающий 1C. Если это правило не соблюдено, то это может привести к тому, что аварийный клапан, сдерживающий излишнее давление, сработает, и батарея выйдет из строя.

Заряжая аккумуляторы, следует следить также и за соблюдением определенного температурного режима. Обычно в инструкциях указывается интервал от 0 до 40 градусов Цельсия. Если температура не выходит за эти рамки, то зарядка, скорее всего, будет протекать благополучно. Впрочем, такое предупреждение касается скорее использования промышленных аккумуляторов. Вряд ли зарядка батарейки для обыкновенного бытового прибора часто осуществляется при температуре выше 40 и ниже 0 градусов Цельсия.

О напряжении и других параметрах

Напряжение, подаваемое на батареи при их зарядке, не должно выходить за рамки 0,8-8 вольт. Коэффициент полезного действия быстрого варианта этого процесса равен примерно 90%, что считается высоким значением. Но ближе к окончанию КПД резко уменьшается из-за того, что все больше энергии начинает тратиться на выделение тепла. Поэтому важно, чтобы отключение устройства происходило своевременно, без значительного запаздывания. В противном случае высока вероятность срабатывания аварийного клапана, служащего для понижения давления.

Стадии зарядки

Для того чтобы лучше понять, как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы, следует сначала рассмотреть подробно, как происходит этот процесс, осуществляемый при помощи специального электрического устройства.

Итак, сначала прибор определяет, присутствует в нем аккумулятор или нет. Затем он идентифицирует уровень заряда батареи. После этого происходит предварительная зарядка, которая перетекает в быструю и дополнительную.

Далее будет подробно раскрыта сущность каждого из данных этапов.

Присутствие аккумулятора

Чтобы определить, вставлена ли батарейка в соответствующие разъемы устройства, аппарат подает напряжение в 0,1 C на контакты. Чтобы началась зарядка, напряжение не должно превышать отметку в 1,8 вольта. Если оно больше, то устройство воспринимает это как отсутствие аккумуляторной батареи или ее выход из строя. Во время зарядки аппарат несколько раз проверяет наличие в нем элементов питания. Для чего это делается? Иногда пользователи, не дождавшись окончания процесса, вынимают батарейки. В таком случае, чтобы не растрачивать энергию впустую, устройство прекращает ее подачу. Отключение делается и по другой причине. Если батарея неисправна, то дальнейшая зарядка может привести к нежелательным последствиям, например, к пожару. Именно поэтому и происходит его преждевременное отключение.

Определение уровня заряда

Данное действие выполняется устройством также для предотвращения его возможного повреждения. Известно, что при низком уровне нельзя включать быстрый режим зарядки. Поэтому если устройство определило, что этот показатель у батарейки достаточно высокий, то оно сначала запустит подготовительный режим. Обычно этого не требуется. Чаще всего батарея не разряжается до предела, при котором включается предварительный этап. Но он может понадобиться, если элемент питания не использовался в течение длительного времени либо является изношенным и не держит в необходимой мере заряд.

Предварительная стадия

Как уже было сказано, она требуется, только если никель-металлогидридная батарея сильно разряжена. Данный процесс занимает не более получаса. Если за это время батарейка не накапливает нужного уровня энергии, то она воспринимается устройством как поврежденная. Если это произошло, то зарядка прекращается.

Читайте также:  Аккумулятор для микромакс q440

Основной этап

Переход на эту стадию осуществляется не сразу, а постепенно. Обычно он длится не более пяти минут. Здесь, как и на протяжении всего процесса зарядки NiMH-аккумулятора, осуществляется замер температуры. Если она превышает критический уровень, то устройство отключается. Но самое главное, из того, что происходит на данном этапе, это постепенное усиление зарядного тока.

На основной стадии постоянно осуществляется контроль над уровнем заряда. Это необходимо для своевременного отключения устройства и прекращения процесса. Насколько в данный момент заряжена батарея, определяется по нескольким параметрам.

Отличие от никель-кадмиевых образцов

Уровень разряда в аккумуляторах Ni-Cd обычно определяется по графику напряжения. Известно, что оно растет в начале и середине процесса, а ближе к его концу начинает ослабевать. Когда напряжение достигает установленного минимума, устройство прекращает свою работу. Так происходит при зарядке никель-кадмиевых аккумуляторов. Но в случае с никель-металлогидридными образцами этот вариант не подходит. Точнее, при измерении заряда здесь тоже учитывается уменьшение напряжения, но к данному параметру добавляется еще и температура батарейки. Чтобы не допустить перегревания аккумулятора, выключение происходит не при достижении какой-то конкретной температуры, а когда ее рост начинает превышать 1 градус в минуту.

Но и такое прекращение зарядки тоже не является идеальным вариантом.

В последнее время появились модели ЗУ, в которых используется не обыкновенный ток, а подаваемый импульсами. Эксперты говорят, что у таких устройств есть ряд преимуществ, в том числе и равномерное распределение заряда по всей батарее. Активные вещества, накапливающиеся в результате данного процесса, не образуют слишком крупных кристаллов.

Как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы? Для этого лучше всего использовать устройство, оснащенное описанными выше методами контроля. К тому же нелишним будет и таймер отключения зарядки, который иногда есть в таких приборах. Необходимое время можно легко рассчитать, зная емкость аккумулятора, величину тока и коэффициент полезного действия прибора. К полученному времени обычно прибавляется запас, составляющий 5-10 процентов от всего срока. Отключение произойдет, если до этого ни один из других методов контроля не прервет работу устройства.

Дополнительная зарядка

Этот этап начинается после окончания основного процесса. Он необходим для того, чтобы все находящиеся в устройстве никель-металлогидридные аккумуляторы получили одинаковую степень заряда. Это делает работу приборов, использующих аккумуляторы, более стабильной.

Экстренная зарядка

Как быть, если вы вспомнили в самый последний момент, что для работы какого-либо прибора понадобятся батарейки? Можно воспользоваться ускоренной зарядкой.

Как заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы таким способом? Эксперты утверждают, что до того момента, как уровень заряда достигнет отметки в 70 процентов, КПД процесса равняется почти 100%. Это значит, что энергия затрачивается в основном на накопление в аккумуляторе активных веществ, а не на повышение температуры. Поэтому на данном этапе можно увеличить ток. Однако не рекомендуется превышать отметку 10C. Главное при таком виде зарядки — определить, когда закончатся те самые 70 процентов. Поэтому нужно точно знать, какой заряд уже присутствовал в батарее до начала ускоренного процесса. Такой вариант, безусловно, подходит только людям, хорошо разбирающимся в электронике.

Как хранить никель-металлогидридные аккумуляторы? Таким вопросом тоже задаются многие пользователи электрических приборов, работающих от батареек. Известно, что при длительном перерыве в использовании аккумуляторы начинают деградировать — снижается способность держать заряд. Эксперты дают следующие советы на этот счет.

Во-первых, оставлять без использования можно только аккумуляторы, разряженные более чем наполовину. Во-вторых, при хранении оптимальным считается комнатный температурный режим. Лучше всего не дожидаться полной разрядки аккумулятора, иначе его работоспособность придется восстанавливать.

Вторая жизнь батареек

Как восстановить никель-металлогидридные аккумуляторы?

Наверняка многие уже знают о примерном принципе такой операции. Необходимо несколько раз произвести цикл зарядки и почти полной разрядки (не ниже 0,9 вольта). Но у этого правила есть и некоторые нюансы. Лучше всего проводить такую «тренировку» для каждой батарейки отдельно. Поскольку в силу особенностей производства этих изделий характеристики отдельных аккумуляторов могут отличаться друг от друга. Поэтому зарядка и разрядка будут проходить у них тоже с различной скоростью. Особенно этот совет касается никель-металлогидридных аккумуляторов для шуруповерта.

Как правило, в подобных электрических приборах используется не одна батарея, а набор из нескольких штук. Эти элементы питания лучше всего восстанавливать по отдельности. Стоит отметить, что существуют модели ЗУ, которые способны проводить разрядку батарей. Но такие образцы стоят дороже, чем их более простые аналоги. Экономить ли на аккумуляторах или зарядных устройствах — решать пользователям.

Заключение

Данная статья была посвящена вопросу «как правильно зарядить никель-металлогидридный аккумулятор». В ней рассмотрены некоторые тонкости этого процесса. Также приведены основные отличия NiMH-аккумуляторов от других.

Источник

Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-MH аккумуляторов

Для нормальной работы любого аккумулятора нужно всегда помнить «Правило «Трёх П»:
— Не перегревать!
— Не перезаряжать!
— Не переразряжать!

Для вычисления времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора или батареи из нескольких элементов можно использовать следующую формулу:

Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)

Пример:
Мы имеем аккумулятор с ёмкостью 2000mAh. Ток заряда в нашем зарядном устройстве — 500mA. Делим ёмкость аккумулятора на ток заряда и получаем 2000/500=4. Это означает, что при токе в 500 миллиампер наш аккумулятор с ёмкостью 2000 миллиамперчасов будет заряжаться до полной ёмкости 4 часа!

А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:

Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
Никель-металлогидридные аккумуляторы более чувствительны к нагреву, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd), поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на токоотдаче аккумулятора (способности аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд). Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak» (прерывание заряда аккумулятора по достижению пика напряжения), то вы можете заряжать аккумуляторы практически без риска перезарядки и разрушения оных.
Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы после покупки можно (но не обязательно!) подвергать «тренировке». 4-6 циклов заряда/разряда для аккумуляторов в качественном зарядном устройстве позволяет достичь придела ёмкости, которая была растеряна в процессе перевозки и хранения аккумуляторов в сомнительных условиях после выхода с конвейера завода-производителя. Количество подобных циклов может быть совершенно разным для аккумуляторов от разных производителей. Качественные аккумуляторы достигают предела ёмкости уже после 1-2 циклов, а аккумуляторы сомнительного качества с искусственно завышенной ёмкостью не могут достигнуть своего предела и после 50-100 циклов заряда/разряда.
После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (

20o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5oC или выше 50oC может значительно отразиться на сроке службы батареи.
Если хотите разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его менее, чем до 0.9В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых аккумуляторов падает ниже 0.9В на элемент, большинство зарядных устройств, обладающих «минимальным интеллектом», не могут активировать режим заряда. Если Ваше зарядное устройство не может опознать глубоко разряженный элемент (разряженный менее 0.9В), то стоит прибегнуть к помощи более «тупого» зарядника или подключить аккумулятор на короткое время к источнику питания с током 100-150мА до достижения напряжения на аккумуляторе 0.9В.
Если вы постоянно используете одну и ту же сборку из аккумуляторов в электронном устройстве в режиме дозаряда, то иногда стоит разряжать каждый аккумулятор из сборки до напряжения 0,9В и производить его полный заряд во внешнем зарядном устройстве. Подобную процедуру полного циклирования стоит производить один раз на 5-10 циклов дозаряда аккумуляторов.

Источник

Что нужно знать о Ni-MH аккумуляторах

Содержание

  1. Немного истории
  2. Как используются эти устройства
  3. Зарядка Ni-MH устройств
  4. Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке
  5. Восстановление Ni-MH аккумуляторов
  6. Достоинства и недостатки

Ni-MH аккумуляторы (никель-металлогидридные) входят в группу щелочных. Представляют собой источники тока химического типа, где в качестве катода выступает оксид никеля, анода — водородный металлгидридный электрод. Щелочь является электролитом. Они похожи на никель-водородные аккумуляторы, но превосходят их по энергоемкости.

Немного истории

Производство Ni-MH аккумуляторов началось в середине двадцатого века. Разрабатывались они с учетом недостатков устаревших никель-кадмиевых батарей. В NiNH могут использоваться разные комбинации металлов. Для их производства были разработаны специальные сплавы и металл, работающие при комнатной температуре и низком водородном давлении.

Промышленное производство началось в восьмидесятых годах. Изготавливаются и совершенствуются сплавы и металл для Ni-MH и сегодня. Современные устройства подобного типа могут обеспечивать до 2 тысяч циклов заряд-разряд. Подобный результат достижим по причине применения никелевых сплавов с редкоземельными металлами.

Читайте также:  Дэу джентра аккумулятор с завода

Как используются эти устройства

Никель-металлогидридные аппараты широко используются для питания разного вида электроники, которая функционирует в автономном режиме. Обычно они делаются в виде ААА либо АА батарей. Имеются и другие исполнения. Например, промышленные батареи. Сфера использования Ni-MH аккумуляторов немного шире, чем у никель-кадмиевых, потому что в их составе нет токсичных материалов.

В данный момент реализуемые на отечественном рынке никель-металлогидридные батареи по емкости делятся на 2 группы — 1500-3000 мАч и 300-1000 мАч:

  1. Первая применяется в устройствах, имеющих повышенное энергопотребление за короткое время. Это всевозможные плееры, модели с радиоуправлением, фотоаппараты, видеокамеры. В общем, приборы, быстро расходующие энергию.
  2. Вторая используется при расходе энергии, который начинается после определенного интервала времени. Это игрушки, фонари, рации. На аккумуляторе работают приборы, умеренно употребляющие электроэнергию, находящиеся в автономном режиме продолжительное время.

Зарядка Ni-MH устройств

Зарядка бывает капельной и быстрой. Изготовители не рекомендуют первую, потому что при ней появляются сложности с точным определением прекращения подачи тока на устройство. По этой причине может возникнуть мощный перезаряд, что приведет к деградации аккумулятора. Заряжается Ni-MH аккумулятор при помощи быстрого варианта. Коэффициент полезного действия тут несколько выше, чем у капельного вида зарядки. Ток выставляется — 0,5-1 С.

Как заряжается гидридный аккумулятор:

  • определяется наличие батареи;
  • квалификация устройства;
  • предварительная зарядка;
  • быстрая зарядка;
  • дозарядка;
  • поддерживающая зарядка.

При быстрой зарядке нужно иметь хорошее ЗУ. Оно должно контролировать окончание процесса по разным, независимым друг от друга критериям. К примеру, у Ni-Cd аппаратов достаточно контроля по дельте напряжения. А у NiMH нужно, чтобы аккумулятор следил за температурой и дельтой как минимум.

Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке

Для правильной работы Ni-MH следует помнить «Правило трех П»: «Не перегревать», «Не перезаряжать», «Не переразряжать».

Чтобы предупредить перезарядку батарей, используются такие методы контролирования:

  1. Прекращение заряда по скорости изменения температуры. При использовании данной методики во время зарядки температура батареи находится под постоянным контролем. Когда показатели поднимаются быстрее, чем нужно, зарядка прекращается.
  2. Метод прекращения заряда по максимальному его времени.
  3. Прекращение заряда по абсолютной температуре. Тут температура аккумуляторной батареи контролируется в процессе заряда. При достижении максимального значения быстрый заряд прекращается.
  4. Метод прекращения по отрицательной дельте напряжения. Перед завершением зарядки батареи при осуществлении кислородного цикла повышается температура NiMH устройства, что приводит к понижению напряжения.
  5. Максимальное напряжение. Метод используется для отключения заряда устройств с повышенным внутренним сопротивлением. Последнее появляется в конце срока службы батареи по причине недостатка электролита.
  6. Максимальное давление. Метод применяется для призматических аккумуляторов большой емкости. Уровень разрешенного давления в таком устройстве зависит от его размера и конструкции и находится в интервале 0,05-0,8 МПа.

Для уточнения времени зарядки Ni-MH аккумулятора с учетом всех характеристик можно применить формулу: время зарядки (ч) = емкость (мАч) / сила тока зарядного устройства (мА). Например, имеется аккумулятор с емкостью 2000 миллиамперчасов. Ток заряда в ЗУ — 500 мА. Емкость делится на ток и получается 4. То есть батарея будет заряжаться 4 часа.

Обязательные правила, которых нужно придерживаться для правильного функционирования никель-металлогидридного устройства:

  1. Эти аккумуляторы гораздо чувствительнее к нагреву, нежели никель-кадмиевые, перегружать их нельзя. Перегрузка отрицательно скажется на токоотдаче (способности держать и выдавать накопленный заряд).
  2. Металлогидридные аккумуляторы после приобретения можно «потренировать». Сделать 3-5 циклов зарядки/разрядки, что позволит достигнуть придела емкости, потерянной при перевозке и хранении устройства после выхода с конвейера.
  3. Хранить нужно аккумуляторы с небольшим количеством заряда, примерно 20-40% от номинальной емкости.
  4. После разрядки либо зарядки следует дать устройству остыть.
  5. Если в электронном устройстве используется одинаковая сборка аккумуляторов в режиме дозаряда, то время от времени нужно разряжать каждый из них до напряжения 0,98, а потом полностью заряжать. Эту процедуру циклирования рекомендуется выполнять один раз на 7-8 циклов дозарядки аккумуляторов.
  6. Если нужно разрядить NiMH, то следует придерживаться минимального показателя 0,98. Если напряжение упадет ниже 0,98, то он может перестать заряжаться.

Восстановление Ni-MH аккумуляторов

Из-за «эффекта памяти» данные устройства иногда теряют некоторые характеристики и большую часть емкости. Это происходит при многократных циклах неполной разрядки и последующей зарядке. В результате такой работы устройство «запоминает» меньшую границу разрядки, по этой причине понижается его емкость.

Чтобы избавиться от данной проблемы, нужно постоянно выполнять тренировку и восстановление. Лампочкой либо зарядным устройством разряжается до 0,801 вольта, далее батарея полностью заряжается. Если долгое время аккумулятор не проходил процесс восстановления, то желательно произвести 2-3 подобных цикла. Тренировать его желательно раз в 20-30 дней.

Изготовители аккумуляторов Ni-MH утверждают, что «эффект памяти» отнимает примерно 5% емкости. Восстановить ее можно с помощью тренировок. Важным моментом при восстановлении Ni-MH является наличие у ЗУ функции разрядки с контролем минимального напряжения. Что нужно для недопущения сильного разряда устройства при восстановлении. Это незаменимо, когда неизвестна начальная степень заряда, и предположить ориентировочное время разряда невозможно.

Если неизвестна степень заряженности батареи, разряжать ее следует под полным контролем напряжения, иначе подобное восстановление приведет к глубокой разрядке. При восстановлении целой батареи сначала рекомендуется провести полную зарядку, чтобы выровнять степень заряда.

Если аккумулятор отработал несколько лет, то восстановление зарядом и разрядом может быть бесполезным. Полезно оно для профилактики в процессе работы устройства. При эксплуатации NiMH вместе с появлением «эффекта памяти» происходит изменения объема и состава электролита. Стоит помнить, что разумнее восстанавливать элементы аккумулятора по отдельности, чем всю батарею целиком. Срок годности аккумуляторов — от одного года до пяти (зависит от конкретной модели).

Достоинства и недостатки

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

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

Немного о недостатках:

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

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

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

Источник

Как правильно заряжать аккумуляторный электроинструмент

Процесс зарядки аккумуляторного инструмента довольно тривиален и достаточно неинформативен: аккумулятор устанавливается в зарядное устройство, после чего последнее включается в розетку. Как только индикатор укажет на полный заряд — все, процесс можно считать завершенным.

Это видимая сторона медали. На самом деле, в зависимости от типа используемых источников питания, в паре «аккумулятор/зарядное устройство» протекают процессы, сильно разнящиеся друг от друга. Рассмотрим их более детально.

Как правильно заряжать NiCd аккумуляторы

Никель-кадмиевые источники питания до сих пор можно встретить во многих видах аккумуляторного инструмента. Они достаточно дешевы, неприхотливы и просты в использовании.

К сильным сторонам NiCd батарей можно смело отнести:

  • долговечность. Аккумуляторы этого типа способны без особых потерь выдержать порядка 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости, позволяя ей оставаться на уровне 80 %. Пик производительности NiCd элемента питания приходится на первые 300-400 циклов заряда/разряда;
  • высока нагрузочная способность. Источник питания выдает стабильный ток разряда практически во всем диапазоне своей емкости.

Из графика видно, что при токе разряда величиной 1С стабильность напряжения на клеммах аккумулятора сохраняется в диапазоне 80 % его емкости. Падение напряжения проявляется при расходе оставшихся 20 % заряда.

Читайте также:  Самодельный выпрямитель для зарядки аккумулятора для автомобиля

Здесь следует сделать одно очень важное отступление.

Ток заряда и ток разряда аккумулятора принято «привязывать» к емкости источника питания, которая обозначается символом «С». К примеру, у аккумулятора емкостью 1000 мА∙ч ток разряда, обозначенный как 1С, составит 1 А.

  • сохранение рабочих характеристик при отрицательных температурах. Пожалуй, это единственные представители аккумуляторных систем, которые без проблем могут как работать, так и заряжаться на морозе;
  • длительное хранения без потери рабочих характеристик. Только NiCd аккумуляторы позволительно хранить долгое время полностью разряженными;
  • невысокая стоимость аккумуляторных элементов.

К недостаткам никель-кадмиевых источников питания относятся:

  • необходимость в первоначальном обслуживании. Для «вывода» аккумулятора на номинальное значение его емкости потребуется произвести 5–7 полных циклов заряда/разряда;
  • наличие «эффекта памяти», существенно снижающего емкость аккумулятора. Источник питания не рекомендуется заряжать при его неполном разряде, поскольку это чревато деградацией элемента и существенной потерей эксплуатационных характеристик.

«Эффект памяти» — потеря емкости аккумулятора вследствие кристаллизации электролита, ведущей к уменьшению площади активной поверхности для протекания электрохимических реакций.

  • высокий саморазряд. Неиспользуемая аккумуляторная батарея теряет до 10 % заряда в первые сутки хранения, и до 20 % своей емкости в течение месяца;
  • необходимость технического обслуживания. Чтобы аккумуляторы долгое время сохраняли свои эксплуатационные характеристики, их нужно раз в три месяца подвергать циклу полного заряда/разряда, даже если они не используются;
  • рост давления при высокой температуре. При нагреве «банки» элемента до 70˚С в области электродов активно выделяется кислород. В конструкции элемента предусмотрен защитный клапан, стравливающий чрезмерное давление, но характеристики аккумулятора при его срабатывании безвозвратно снижаются;
  • токсичность кадмия. Элементы этого типа требуют соблюдения особых условий утилизации.

Для качественного заряда и использования имеющейся мощности NiCd аккумулятора по максимуму, его следует заряжать малым зарядным током, величина которого составляет порядка 0,1С. Да, подготовка аккумулятора к работе займет уйму времени (порядка 14–16 часов), но это исключит его нагрев и порчу.

Ускорить зарядку можно используя следующую схему:

  • первые 10 % емкости — зарядка током 2С;
  • с 10 % до 70 % — током 1,5С;
  • остаток до 100 % — током 0,5С.

Такая схема позволит получить полностью заряженный источник питания по прошествии 5–6 часов. Главное, чтобы зарядное устройство было качественным и обеспечивало такой алгоритм зарядки (умело отслеживать наполнение емкости банок аккумулятора по росту температуры и/или росту напряжения на выводах элемента) и своевременно меняло величины зарядных токов.

Как правильно заряжать NiMH аккумуляторы

Довольно схожи с NiCd источниками питания по параметрам и эксплуатационным характеристикам никель-металл гидридные аккумуляторы. Но они более экологичны, поскольку не содержат кадмия.

NiMH источники питания обладают практически теми же «плюсами», что и их предшественники. При этом «эффект памяти» у них менее выражен, им присуща большая емкость при тех же массогабаритных показателях.

Без нескольких ложек дегтя тоже не обошлось. Во-первых, NiMH аккумуляторы несколько дороже никель-кадмиевых собратьев. Во-вторых, жизненный цикл источников питания ограничен 500 циклами. В-третьих, у металл гидридных аккумуляторов больший саморазряд, достигающий 30 % потерь в месяц.

Чтобы сохранить работоспособность элементов, неиспользуемых длительное время, хранить их нужно в полностью заряженном состоянии, периодически устраивая им полный цикл разряда с последующим зарядом.

Методология зарядки NiMH аккумуляторов схожа с зарядкой никель-кадмиевых элементов, но имеет свои особенности. Во-первых, заряжать их малыми токами (0,1С–0,3С) довольно проблематично, поскольку зарядному устройству сложно «отследить» полный заряд батареи, а большие токи приводят к чрезмерному нагреву элемента и его ускоренной деградации. Оптимальным считается зарядка аккумуляторов токами 0,5С. Во-вторых, следует четко контролировать время заряда рекомендованное производителем. Дело в том, что никель-металл гидридные аккумуляторы очень любят перезаряд и возникающий вследствие него перегрев.

Нужно четко контролировать температуру аккумуляторов! При ее превышении значения в 45 ˚С зарядку следует прервать полностью или остановить на время, необходимое для остывания элементов. Это действие существенно продлит их срок службы.

Поскольку NiMH аккумуляторы более привередливы к режиму зарядки, категорически запрещается использовать для их пополнения энергией зарядное устройство, предназначенное для NiCd аккумуляторов. Его более «топорные» алгоритмы заряда гарантированно выведут металл-гидридный элемент из строя.

Обратная совместимость зарядок позволительна. Никель-кадмиевые источники питания без проблем заряжаются зарядными станциями от NiMH аккумуляторов.

Как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы

Новые модели электроинструмента, в большинстве своем оснащаются Li-Ion источниками питания. Сильными сторонами литиевых аккумуляторов являются:

  • малый вес. Это очень важное свойство, поскольку речь идет о ручном инструменте, который приходится держать в руках по несколько часов кряду;
  • высокая удельная емкость литиевых элементов. При одинаковых габаритных размерах с аккумуляторами предыдущих поколений, емкость Li-Ion батареи будет превышать их в 1,5–3 раза;
  • низкий саморазряд. При длительном хранении неиспользуемый аккумулятор разряжается ориентировочно на 5 % в месяц;
  • практически отсутствует «эффект памяти», что дает конечному пользователю возможность подзаряжать аккумулятор по мере необходимости, не особо заморачиваясь с контролем остатка заряда;
  • высокая энергоэффективность. Пиковые токи нагрузки могут превышать 30С, хотя наилучшие результаты в плане отдачи энергии достигаются при значениях, не превышающих 10С.

Недостатки тоже имеются:

  • крайне плохая переносимость низких температур. Емкость падает просто катастрофически;
  • высокая стоимость, обусловленная ценой материалов, используемых при изготовлении элементов и необходимостью наличия в схеме BMS-контроллера батареи (BMS — Battery Monitoring System), отслеживающего параметры «здоровья» аккумулятора;

BMS-контроллер отслеживает уровень напряжения на каждом элементе аккумуляторной сборки и принудительно отключает его при достижении значения 4,2 В. Превышение этого порога может привести к возгоранию аккумулятора.

  • ограниченный жизненный цикл. Li-Ion аккумулятор, как правило, может пережить 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости.

На длительное хранение литиевые аккумуляторы рекомендуется отправлять наполовину заряженными.

Для зарядки Li-Ion источников питания применяется так называемый алгоритм CC/CV (constant current/constant voltage), означающий сначала зарядку постоянным по величине током, а затем напряжением с постоянным значением.

На первом этапе поддерживается постоянное значение тока заряда, которое находится в диапазоне 0,5С-1С.

Производители Li-Ion аккумуляторов рекомендуют заряжать их изделия током 0,8С и ниже, для продления срока службы элементов.

На этом этапе напряжение на контактах довольно быстро растет. При достижении значения в 4,2 В на один элемент, что составляет порядка 80 % от полной емкости батареи, начинается второй этап зарядки, при котором напряжение поддерживается на достигнутом уровне, а ток постепенно снижается до значений 0,05С–0,1С. При их достижении зарядка считается оконченной.

Как правило, стандартное время зарядки Li-Ion аккумулятора составляет 2–3 часа, но оно во многом зависит от емкости используемой в электроинструменте батареи и имеющегося в арсенале мастера зарядного устройства.

Чтобы ориентировочно оценить время зарядки, нужно емкость аккумулятора разделить на ток заряда, выдаваемый зарядным устройством.

Быстрая зарядка аккумуляторного инструмента

Теоретически, возможность быстрой зарядки присутствует во всех рассмотренных типах аккумуляторов. В случае с NiCd и NiMH источниками питания, возможна быстрая зарядка большими токами (1С–3С) до 70 % от заявленной емкости, но краеугольным камнем является необходимость контроля температуры заряжаемых источников питания, поскольку существует огромная вероятность лавинообразного роста давления внутри элемента и его физического повреждения.

В лагере литиевых аккумуляторов ситуация несколько иная. В продаже можно встретить достаточное количество «быстрых зарядок», с номинальными значениями зарядных токов 8 А и даже 16 А.

Но здесь важно понимать, что их максимальные величины будут использоваться лишь на первом этапе зарядки, до достижения элементами порога в 4,2 В, а далее зарядка идет по обычному сценарию.

Конечно, быстрые зарядки существенно экономят время, но производители крайне неохотно идут по пути увеличения тока, прекрасно понимая, что такие режимы (зарядные токи достигают 2С или даже 3С) существенно снижают жизненный цикл аккумулятора. Репутация дороже.

Внимательный читатель возразит, что, мол, в мобилках давно и повсеместно используются технологии быстрой зарядки, и они практически никак не сказываются на снижении жизненного цикла аккумулятора! И будет прав, но лишь отчасти. Здесь мы сталкиваемся с большой маркетинговой уловкой, которая под видом «быстрой зарядки» предлагает пользователю щадящую аккумулятор технологию с зарядными токами уровня 0,9С–1,1С (при стандартных 0,5С–0,8С). Когда как в настоящей «быстрой зарядке» речь идет о значениях зарядных токов, начиная от 2С.

Но пора остыть и вернуться к последнему графику, чтобы понять, что производителю просто невыгодно «убивать» аккумулятор смартфона, ставя под сомнение надежность своей марки.

Более наглядно о технологии быстрой зарядки рассказано в видеоблоге:

Хотя в ролике речь идет о мобильных устройствах, озвученные в нем тезисы, справедливы и для литий-ионных аккумуляторов для электроинструмента.

Источник