Тип аккумулятора ni mh что это

Содержание

Взаимозаменяемы ли никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металл-гидридные (Ni-Mh) аккумуляторы? Какой из них лучше?

Основное отличие Ni-Cd аккумуляторов и Ni-Mh аккумуляторов — это состав. Основа аккумулятора одинаковая — это никель, он является катодом, а аноды разные. У Ni-Cd аккумулятора анодом является металлический кадмий, у Ni-Mh аккумулятора анодом является водородный металлогидридный электрод.

У каждого типа аккумулятора есть свои плюсы и минусы, зная их вы, сможете более точно подобрать необходимый вам аккумулятор.

Плюсы Минусы
Ni-Cd
  • Низкая цена.
  • Возможность отдавать большой ток нагрузки.
  • Широкий диапазон рабочих температур от -50°C до +40°C. Ni-Cd аккумуляторы даже могут заряжаться при отрицательной температуре.
  • До 1000 циклов заряда-разряда, при правильной эксплуатации.
  • Относительно высокий уровень саморазряда (примерно 8-10%% в первый месяц хранения)
  • После длительного хранения требуется 3-4 цикла полного заряда-разряда для полного восстановления аккумулятора.
  • Обязательно полный разряд аккумулятора перед зарядкой, для предотвращения «эффекта памяти»
  • Больший вес относительно Ni-Mh аккумулятора одинаковых габаритах и ёмкости.
Ni-Mh
  • Большая удельная емкость относительно Ni-Cd аккумулятора (т.е. меньший вес при той же емкости).
  • Практически отсутствует «эффект памяти».
  • Хорошая работоспособность при низких температурах, хотя и уступает Ni-Cd аккумулятору.
  • Более дорогие аккумуляторы в сравнении с Ni-Cd.
  • Большее время зарядки.
  • Меньший рабочий ток.
  • Меньшее количество циклов заряда-разряда (до 500).
  • Уровень саморазряда в 1,5-2 раза выше, чем у Ni-Cd.

Подойдёт ли старое зарядное устройство к новому аккумулятору если я поменяю Ni-Cd на Ni-Mh аккумулятор или наоборот?

Принцип заряда у обоих аккумуляторов абсолютно одинаковый, поэтому зарядное устройство можно использовать от предыдущего аккумулятора. Основное правило зарядки данных аккумуляторов заключается в том, что заряжать их можно только после полной разрядки. Это требование является следствием того, что оба типа аккумулятора подвержены «эффекту памяти», хотя у Ni-Mh аккумуляторов эта проблема сведена к минимуму.

Как правильно хранить Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторы?

Лучшее место для хранения аккумулятора — сухое прохладное помещение, так как чем выше температура хранения, тем быстрее происходит саморазряд аккумулятора. Хранить батарею можно в любом состоянии кроме полного разряда или полного заряда. Оптимальный заряд — 40-60%%. Раз в 2-3 месяца следует проводить дозаряд (по причине присутствующего саморазряда), разряд и снова заряд до 40-60%% ёмкости. Допустимо хранение сроком до пяти лет. После хранения батарею следует разрядить, зарядить и после этого использовать в обычном режиме.

Можно ли использовать аккумуляторы большей или меньшей ёмкости чем аккумулятор из первоначального комплекта?

Ёмкость аккумулятора — это время работы вашего электроинструмента от аккумулятора. Соответственно для электроинструмента нет абсолютно никакой разницы по ёмкости аккумулятора. Фактическая разница будет только во времени зарядки аккумулятора, и времени работы электроинструмента от аккумулятора. При выборе ёмкости аккумулятора следует отталкиваться от ваших требований, если требуется дольше работать, используя один аккумулятор — выбор в пользу более ёмких аккумуляторов, если комплектные аккумуляторы полностью устраивали, то следует остановиться на аккумуляторах равных или близких по ёмкости.

Никель-металлогидридный аккумулятор (Ni-MH или NiMH) — вторичный химический источник тока, в котором анодом является водородный металлогидридный электрод (обычно гидрид никель-лантан или никель-литий), электролитом — гидроксид калия, катодом — оксид никеля.

Содержание

История изобретения [ править | править код ]

Исследования в области технологии изготовления NiMH-аккумуляторов начались в 1970-е годы и были предприняты как попытка преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако, применяемые в то время металлогидридные соединения были нестабильны, и требуемые характеристики не были достигнуты. В результате процесс разработки NiMH-аккумуляторов застопорился. Новые металлогидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах, были разработаны в 1980 году. Начиная с конца 1980-х годов NiMH-аккумуляторы постоянно совершенствовались, главным образом по плотности запасаемой энергии. Их разработчики отмечали, что для NiMH-технологий имеется потенциальная возможность достижения ещё более высоких плотностей энергии.

Параметры [ править | править код ]

  • Теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): 300 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоёмкость: около — 60-72 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около — 150 Вт·ч/дм³.
  • ЭДС: 1,25 В.
  • Рабочая температура: −60…+55 °C (−40… +55). [источник не указан 178 дней]
  • Срок службы: около 300—500 циклов заряда/разряда (многие производители указывают 1000 циклов). [источник не указан 178 дней]
  • саморазряд: до 100 % в год (у старых типов аккумуляторов).

Описание [ править | править код ]

У никель-металлогидридных аккумуляторов типа «Крона», как правило, начальное напряжение равно 8,4 В, затем напряжение постепенно снижается до 7,2 В, а затем, когда энергия аккумулятора исчерпывается, напряжение снижается быстро. Этот тип аккумуляторов разработан для замены никель-кадмиевых аккумуляторов. Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют примерно на 20 % большую ёмкость при тех же габаритах, но меньший срок службы — от 200 до 300 циклов заряда/разряда. Саморазряд примерно в 1,5—2 раза выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов.

Читайте также:  Зачем ноль соединять с землей

NiMH-аккумуляторы практически избавлены от «эффекта памяти». Это означает, что заряжать не полностью разряженный аккумулятор можно, если он не хранился больше нескольких дней в таком состоянии. Если же аккумулятор был частично разряжен, а затем не использовался в течение длительного времени (более 30 дней), то перед зарядом его необходимо разрядить.

Наиболее благоприятный режим работы: заряд небольшим током, 0,1C (C — номинальная ёмкость), время заряда — 15—16 часов (типичная рекомендация производителя); максимальный допустимый ток — 0,3C — заявляется производителями. [ источник не указан 178 дней ]

Хранение [ править | править код ]

Аккумуляторы нужно хранить полностью заряженными в холодильнике, но не ниже 0 °C [1] . При хранении желательно регулярно (раз в 1—2 месяца) проверять напряжение. Оно не должно падать ниже 1 В [2] . Если же напряжение упало, необходимо зарядить аккумуляторы заново.

NiMH-аккумуляторы с низким саморазрядом (LSD NiMH) [ править | править код ]

Никель-металлогидридные аккумуляторы с низким саморазрядом (англ. low self-discharge nickel-metal hydride battery , LSD NiMH), впервые были представлены в ноябре 2005 года фирмой Sanyo под торговой маркой Eneloop. Позднее [ когда? ] многие мировые производители представили свои LSD NiMH-аккумуляторы.

Этот тип аккумуляторов имеет сниженный саморазряд, а значит обладает более длительным сроком хранения по сравнению с обычными NiMH. Аккумуляторы продаются как «готовые к использованию» или «предварительно заряженные» и позиционируются как замена щелочным батарейкам.

По сравнению с обычными аккумуляторами NiMH, LSD NiMH являются наиболее полезными, когда между зарядкой и использованием аккумулятора может пройти более трёх недель. Обычные NiMH-аккумуляторы теряют до 10 % ёмкости заряда в течение первых 24 часов после заряда, затем ток саморазряда стабилизируется на уровне до 0,5 % ёмкости в день. Для LSD NiMH этот параметр, как правило, находится в диапазоне от 0,04 % до 0,1 % ёмкости в день. [ источник не указан 178 дней ] Производители утверждают, [ источник не указан 178 дней ] что улучшив электролит и электрод, удалось добиться следующих преимуществ LSD NiMH относительно классической технологии:

  1. Возможность работать с высокими токами разряда, которые могут на порядок превышать ёмкость аккумулятора. Из-за этой особенности LSD NiMH очень хорошо справляются с мощными фонарями, фотовспышками, радиоуправляемыми моделями и любыми другими мобильными устройствами, которые требуют отдачи большого тока.
  2. Высокий коэффициент устойчивости к морозам. При −20 °C — потеря номинальной мощности составляет не более 12 %, в то время как лучшие экземпляры [источник не указан 398 дней] обычных NiMH-аккумуляторов теряют порядка 20—30 %.
  3. Лучшее сохранение рабочего напряжения. Многие устройства не имеют драйверов питания и выключаются при падении напряжения, характерного для Ni-MH — до 1,1 В, а предупреждение низкого питания наступает при 1,205 В.
  4. Большее время жизни: в 2—3 раза больше циклов заряда-разряда (до 1500 циклов) и лучше сохраняется ёмкость на протяжении жизни элемента.

Другим преимуществом NiMH-аккумуляторов с низким саморазрядом (LSD NiMH) является то, что они обычно имеют значительно более низкое внутреннее сопротивление, чем обычные NiMH-батареи. Это сказывается весьма положительно в устройствах с высоким токопотреблением:

  • Более стабильное напряжение
  • Уменьшенное тепловыделение, особенно на режимах быстрого заряда/разряда
  • Более высокая эффективность
  • Способность к высокой импульсной токоотдаче (пример: зарядка вспышки фотоаппарата происходит быстрее)
  • Возможность продолжительной работы в устройствах с низким энергопотреблением (примеры: пульт дистанционного управления, часы).

Методы заряда [ править | править код ]

Зарядка производится электрическим током при напряжении на элементе до 1,4—1,6 В. Напряжение на полностью заряженном элементе без нагрузки составляет 1,4 В. Напряжение при нагрузке меняется от 0,9 до 1,4 В. Напряжение без нагрузки на полностью разряженном аккумуляторе составляет 1,0—1,1 В (дальнейшая разрядка может испортить элемент). Для зарядки аккумулятора используется постоянный или импульсный ток с кратковременными отрицательными импульсами (для предотвращения эффекта «памяти», метод заряда аккумуляторов переменным асимметричным током). [ источник не указан 178 дней ]

Контроль окончания заряда по изменению напряжения [ править | править код ]

Одним из методов определения окончания заряда является метод -ΔV. На изображении показан график напряжения на элементе при заряде. Зарядное устройство заряжает аккумулятор постоянным током. После того, как аккумулятор полностью заряжен, напряжение на нём начинает падать. Эффект наблюдается только при достаточно больших токах зарядки (0,5C — 1C). Зарядное устройство должно определить это падение и выключить зарядку.

Существует ещё так называемый «inflexion» — метод определения окончания быстрой зарядки. Суть метода заключается в том, что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе, а изменение производной напряжения по времени. То есть быстрая зарядка прекратится в тот момент, когда скорость роста напряжения будет минимальной. Это позволяет завершить фазу быстрой зарядки раньше, когда температура аккумулятора ещё не успела значительно подняться. Однако метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений (вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения).

Контроль окончания заряда по изменению температуры [ править | править код ]

При зарядке элемента постоянным током бóльшая часть электрической энергии преобразуется в химическую энергию. Когда аккумулятор полностью заряжен, то подводимая электрическая энергия будет преобразовываться в тепло. При достаточно большом зарядном токе можно определить окончание заряда по резкому увеличению температуры элемента, установив датчик температуры аккумулятора. Максимальная допустимая температура аккумулятора — +60 °C.

Читайте также:  Схема управления точечной сваркой

Расчет времени заряда [ править | править код ]

Для расчета времени заряда аккумулятора используется следующая формула: t = 1.3*(ёмкость аккумулятора / ток заряда) [3]

Определяющим фактором для всех перечисленных элементов питания является не только портативность (т.е. небольшой объем и вес), но и высокая надежность, а также большое время работы. Основные параметры аккумулятора – это энергетическая плотность (или удельная энергия по массе), число циклов заряд/разряд, скорости зарядки и саморазряда.

Безусловно, это самый известный тип аккумуляторов на рынке электронной аппаратуры. Они нашли широкое применение с середины 50-х годов. Источники питания этого типа характеризуются энергетической плотностью около 40–60 Вт*ч/кг, обеспечивают порядка 1500 перезарядок, а их скорость саморазряда составляет не более 20% в месяц (причем до 10% разряда – в течение первых 24 часов и до 20% – в первый месяц после заряда). Несмотря на довольно высокий показатель тока утечки, они весьма дешевы и хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Основной их недостаток – это эффект памяти (memory effect) (смотри сноску*), проявляющийся в уменьшении полезной ёмкости аккумулятора. Хранить эти источники питания лучше разряженными и перед каждой следующей зарядкой полностью разряжать их. Одно из наиболее важных достоинств – уверенная работа и малый саморазряд при низких температурах. Только эти аккумуляторы могут выдержать довольно длительное нахождение на морозе практически без потери полезных качеств.

Никель-метал-гидридные элементы появились достаточно давно. Они имеют более высокую энергетическую плотность (до 75 Вт*ч/кг) и соответственно более высокую ёмкость (примерно на 30%). С другой стороны, они дороже Ni-Cd-аккумуляторов примерно на 20% и у них меньший срок службы – всего 500 циклов заряд/разряд. Кроме того, для зарядки требуется специальное зарядное устройство, следящее за температурой и напряжением. Дело в том, что Ni-MH-аккумуляторы боятся перегрева, переохлаждения и "переполюсовки". К их недостаткам также можно отнести вдвое большее время зарядки по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами и большую скорость саморазряда (до 30 % в месяц). Зато аккумуляторы этого типа совершенно безопасны для окружающей среды и относительно недороги. Кроме того, никель-металлгидридные аккумуляторы подвержены эффекту памяти в гораздо меньшей степени, чем Ni-Cd.

Это одни из самых дешевых аккумуляторов, характеризуются относительно невысокой энергетической плотностью – всего 30 Вт*ч/кг. Чаще всего их применяют там, где вес не является критичным параметром, а нужны большая мощность и низкая стоимость(источники бесперебойного питания, фонари, ИТД). Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А*час. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые ранние модели автомобильных спутниковых телефонов, но сейчас в современных мобильных устройствах они практически не применяются.

Были изобретены еще в 1940 году, но промышленный выпуск начался лишь в 1991 г. Считаются одними из самых перспективных источников автономного питания, но при этом до сих пор остаются одними из самых дорогих. Они имеют высокую энергетическую плотность, порядка 100 Вт*ч/кг, и обеспечивают примерно 300–500 циклов заряд/разряд. Аккумуляторы имеют очень низкую скорость саморазряда (примерно 3–5% в первый месяц, затем уменьшение до 1–3% в месяц, дополнительно около 3% потребляет схема управления). Кроме того, при одинаковых габаритах литиевые работают втрое дольше, по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами, и у них абсолютно отсутствует эффект памяти. О недостатках: прежде всего, это высокая цена; эти батареи необходимо хранить в заряженном состоянии, и у них имеется эффект старения, даже если аккумулятор не используется. Он проявляется в том, что через год после изготовления ухудшается ёмкость, а через два года он иногда выходит из строя. Источники питания этого типа требуют использования исключительно "родных" зарядных устройств, а для обеспечения безопасности каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвратить критичное понижение напряжения элемента при разряде. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда/разряда, и должна контролироваться температура элемента(подробнее см. сноску** ). Также к минусам можно отнести зависимость емкости от температуры(при низких температурах время работы существенно уменьшается).

Это одна из последних разработок в литиевой технологии. Потенциально они дешевле, чем Li-Ion-аккумуляторы, но на сегодняшний день все же остаются самыми дорогими источниками питания, несмотря на то, что уже запущено их массовое производство. Производят этот тип аккумуляторов лишь несколько крупных фирм. По конструкции они подобны своим предшественникам, но используют гелиевый электролит, поэтому могут иметь нетрадиционную форму. Эти источники обладают еще более высокой энергетической плотностью (до 160 Вт*ч/кг) и малым током разряда, причем нынешние образцы имеют очень большое количество циклов заряд/разряд – около 1000. И кроме всего прочего, эти аккумуляторы весьма компактны и легки.

Полимерно-литиевые аккумуляторы состоят из секций или стеков. Каждая из секций содержит три электрода и сепаратор с полимером, который действует как электролит и как связывающее вещество. Отрицательный электрод расположен между двумя положительными и с помощью термального воздействия все компоненты объединяют в стек. Толщина одной секции около 0,6 мм. В зависимости от количества стеков можно получить аккумулятор той или иной ёмкости. Снаружи источник питания запечатывают в полимерно-алюминиевую пленку (см. рисунки). Принципиально ионо-литиевые и полимерно-литиевые аккумуляторы не различаются, но последние имеют одно важное преимущество. Так как их рабочим веществом является гель, состоящий из смеси полимера и электролита, то утечка жидкости становится просто невозможной.

Читайте также:  Схема строительного фена интерскол фэ 2000э

Со временем рабочая ёмкость никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов уменьшается. Это так называемый эффект памяти, т.е. источник питания отдает только заряд, полученный в ходе последней подзарядки. Он развивается при многократном заряде недоразряженных батарей на основе никеля и сильнее всего проявляется в никель-кадмиевых аккумуляторах. Рабочее вещество нового аккумулятора имеет однородную структуру из микрочастиц и наибольшую площадь активной поверхности. По мере эксплуатации рабочее вещество постепенно изменяет свою структуру в сторону уменьшения площади активной поверхности и увеличения частиц рабочего вещества (см. рис.)

Объясняется это следующим образом: в момент, с которого начинается зарядка аккумулятора, в сепараторе аккумулятора образуется химическое соединение, которое мешает дальнейшей, глубокой разрядке. В настоящее время эта проблема успешно решается путем оснащения зарядного устройства функцией Refresh, действие которой сводится к предварительному разряду батареи до некоторой минимально допустимой величины емкости и последующей зарядке. Таким образом, при использовании этой функции аккумулятор всякий раз заряжается практически "с нуля".

**Метод заряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

Для заряда Li-ion аккумуляторов используется метод "постоянное напряжение / постоянный ток", суть которого заключается в ограничении напряжения на аккумуляторе. В этом он подобен методу заряда свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). Основные отличия заключаются в том, что для Li-ion аккумуляторов выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3.6 В против 2 В для SLA), более жесткий допуск на это напряжение (+ – 0.05 В) и отсутствие медленного подзаряда по окончании полного заряда.

Для примера приведем требования и рекомендации по заряду и разряду литий-ионных аккумуляторов фирмы Panasonic [1]:

  • максимальное напряжение заряда 4.2 или 4.1 вольта в зависимости от модели аккумулятора;
  • напряжение окончания разряда 3.0 вольта;
  • рекомендуемый ток заряда 0.7 С, ток разряда (нагрузки) – 1 С и меньше;
  • если напряжение на аккумуляторе менее 2.9 вольта, то рекомендуемый ток заряда 0.1 С;
  • глубокий разряд может привести к повреждению аккумулятора (т.е. должно соблюдаться общее правило – Li-ion аккумуляторы любят скорее находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном, и заряжать их можно в любое время, не дожидаясь разряда);
  • по мере приближения напряжения на аккумуляторе к максимальному значению, ток заряда уменьшается. Окончание разряда должно происходить при уменьшении тока заряда до (0.1 … 0.07) С в зависимости от модели аккумулятора. После окончания заряда ток заряда прекращается полностью.
  • диапазон температур при заряде от 0 до 45 градусов Цельсия, при разряде от минус 10 до 60 градусов Цельсия.

В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, для Li-ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-ion аккумуляторов 4.10 В или 4.20 В, допуск на установку для обоих типов + – 0.05 В на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-ion аккумуляторов, вероятно, будут определены другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.

Более высокое значение порога напряжения обеспечивает и большее значение емкости, поэтому в интересах изготовителя выбрать максимально возможный порог напряжения без нарушения безопасности. Однако на величину этого порога влияет температура аккумулятора, и его устанавливают достаточно низким для того, чтобы допустить повышенную температуру при заряде.

В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять значение этого порога напряжения, его правильная установка должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-ion типа. Однако, большинство изготовителей не обозначают тип Li-ion аккумулятора и напряжения окончания заряда. И, если напряжение установлено неправильно, то аккумулятор с более высоким напряжением выдаст более низкое значение емкости, а аккумулятор с более низким – будет немного перезаряжен. При умеренной температуре повреждения аккумуляторов не происходит.

Именно в этом, как правило, и заключается причина того, что аккумулятор, заряженный, например, в "родном" телефоне, работает меньшее или большее время, чем этот же аккумулятор, заряженный в настольном зарядном устройстве неизвестного производителя.

Повышение температуры аккумулятора при заряде незначительно (от 2 до 8 градусов в зависимости от типа и производителя).

Вмешательство потребителя в любое Li-ion зарядное устройство не рекомендуется.

Медленный подзаряд по окончании заряда, характерный для аккумуляторов на основе никеля, не применяется, потому что Li-ion аккумулятор не терпит перезаряда. Медленный заряд может вызвать металлизацию лития и привести к разрушению элемента. Вместо этого время от времени для компенсации маленького саморазряда аккумулятора из-за небольшого тока потребления устройством защиты может применяться кратковременный заряд.

Li-ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты: плавкий предохранитель, термопредохранитель и внутреннюю схему управления, которая отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения разряда и заряда.

Меры предосторожности: Никогда не пытайтесь заряжать литиевые батарейки! Попытка зарядить эти элементы может вызывать взрыв и воспламенение, которые распространяют ядовитые вещества и могут причинить повреждения оборудованию.

Меры безопасности: В случае разрушения литий-ионного аккумулятора, утечки электролита и попадания его на кожу или глаза, немедленно промойте эти места проточной водой. Если электролит попал в глаза, промойте их проточной водой в течение 15 минут и обратитесь к врачу.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector