Устройство никель металлогидридного аккумулятора

Содержание

Среди прочих элементов питания часто используются аккумуляторы Ni Mh. Эти батареи отличаются высокими техническими характеристиками, которые позволяют максимально эффективно их использовать. Применяется такой тип АКБ практически повсеместно, ниже мы рассмотрим все особенности таких батарей, а также разберем нюансы эксплуатации и широко известных производителей.

Что такое никель-металлгидридный аккумулятор

Для начала стоит отметить, что никель-металлгидридный относится к вторичным источникам питания. Он не производит энергию, перед работой требуется подзарядка.

Состоит он из двух компонентов:

  • анод – гидрид никель-литий или никель-лантан;
  • катод – оксид никеля.

Также используется электролит для возбуждения системы. Оптимальным электролитом считается гидроксид калия. Это щелочной источник питания по современной классификации.

Этот тип батарей пришел на смену никель-кадмиевым АКБ. Разработчикам удалось минимизировать недостатки характерные для более ранних типов аккумуляторов. Первые промышленные образцы были поставлены на рынок в конце 80-х годов.

На данный момент удалось значительно повысить плотность запасаемой энергии в сравнении с первыми прототипами. Некоторые специалисты считают, что предел плотности еще не достигнут.

Принцип работы и устройство Ni Mh аккумулятора

Для начала стоит рассмотреть, как работает NiMh-батарея. Как уже упоминалось, состоит этот элемент питания из нескольких компонентов. Разберем их более подробно.

Анодом тут является водородо-абсорбирующий состав. Он способен принимать в себя большое количество водорода, в среднем количество поглощенного элемента может превышать объем электрода в 1000 раз. Для достижения полной стабилизации в сплав добавляют литий или лантан.

Катоды производятся из оксида никеля. Это позволяет получить качественный заряд между катодом и анодом. На практике могут применяться самые разные типы катодов по техническому исполнению:

  • ламельные;
  • металлокерамические;
  • металловойлочные;
  • прессованные;
  • пеноникель (пенополимер).

Наибольшей емкостью и сроком службы отличаются пенополимерные и металловойлочные катоды.

Проводником между ними является щелочь. Тут использован концентрированный гидроксид калия.

Конструкция батареи может отличатся в зависимости от целей и задач. Чаще всего, это свернутые рулоном анод и катод, между которых находится сепаратор. Также встречаются варианты, где пластины размещаются поочередное, переложенные сепаратором. Обязательным элементом конструкции является предохранительный клапан, он срабатывает при аварийном повышении давления внутри АКБ до 2-4 МПа.

Какие бывают Ni-Mh АКБ и их технические характеристики

Все Ni-Mh аккумуляторы — Rechargeable Battery (переводится, как аккумуляторная батарея). АКБ данного типа производятся разных видов и форм. Все они предназначаются для самых разных целей и задач.

Есть такие батареи, которые на данный момент почти не применяются, или используются ограниченно. К таким АКБ можно отнести тип «Крона» ее маркировали 6KR61, раньше они применялись повсеместно, сейчас встретить их можно только в старом оборудовании. Батареи типа 6KR61 имели напряжение 9v.

Мы же разберем основные типы батарей и их характеристики, которые применяются сейчас.

  • АА.Пальчиковые аккумуляторы. Емкость колеблется в пределах 1700-2900 мА/ч.
  • ААА.Мизинчиковые аккумуляторы. Иногда маркируются MN2400 или MX2400. Емкость – 800-1000 мА/ч.
  • С. Средние по размерам батареи. Имеют емкость в пределах 4500-6000 мА/ч.
  • D. Наиболее мощный тип батарей. Емкость от 9000 до 11500 мА/ч.

Все перечисленные батареи имеют напряжение 1,5v. Также есть некоторые модели с напряжением 1,2v. Максимальное напряжение 12v (за счет соединения 10 батареек 1,2v).

Плюсы и минусы Ni-Mh аккумулятора

Как уже упоминалось, этот тип АКБ пришел на смену более старым разновидностям. В отличие от аналогов, значительно снизили «эффект памяти». Также снизили количество используемых вредных для природы веществ в процессе создания.

Аккумуляторный блок из 8 батареек на 1,2v

К плюсам можно отнести следующие нюансы.

  • Хорошо работают при низких температурах. Особенно это важно для оборудования, эксплуатируемого на улице.
  • Сниженный «эффект памяти». Но, все же он присутствует.
  • Нетоксичные батареи.
  • Более высокая емкость в сравнении с аналогами.

Также у аккумуляторов этого типа имеются и недостатки.

  • Более высокая величина саморазряда.
  • Дороже в производстве.
  • Примерно через 250-300 циклов заряд/разряд емкость начинает снижаться.
  • Ограниченный срок эксплуатации.

Где применяются никель металлгидридные АКБ

Благодаря большой емкости использовать подобные батареи можно повсеместно. Будь-то шуруповерт, или сложный измерительный прибор, в любом случае подобный аккумулятор без проблем обеспечит его энергией в должном количестве.

В быту чаще всего такие батареи используются в портативных осветительных приборах и радиоаппаратуре. Тут они показывают хорошие показатели, сохраняя оптимальные потребительские свойства длительное время. Причем могут использоваться как одноразовые элементы, так и многоразовые, регулярно подзаряжаемые от внешних источников питания.

Еще одно применение – приборы. Благодаря достаточной емкости их можно применять в том числе в переносном медицинском оборудовании. Они хорошо работают в тонометрах и глюкометрах. Так как не возникает скачков напряжения, никакого влияния на результат измерения не оказывается.

Многие измерительные приборы в технике приходится применять на улице, в том числе и зимой. Тут металлгидридные батареи просто незаменимы. Благодаря малой реакции на отрицательные температуры, они могут использоваться в самых сложных условиях.

Правила эксплуатации

Нужно учитывать, что у новых батарей достаточно большое внутреннее сопротивление. Чтобы добиться некоторого снижения этого параметра следует в начале использования несколько раз «в ноль» разрядить АКБ. Для этого следует применять зарядные устройства с такой функцией.

Внимание! Это не относится к одноразовым элементам питания.

Часто можно услышать вопрос до скольких вольт можно разряжать Ni-Mh аккумулятор. На самом деле его можно разряжать практически до нулевых параметров, в этом случае напряжения будет недостаточно до поддержания работы подключенного прибора. Даже рекомендуется иногда дожидаться полного разряда. Это позволяет снизить «эффект памяти». Соответственно продлевается срок службы батареи.

В остальном эксплуатация элементов питания данного типа не отличается от аналогов.

Нужно ли раскачивать Ni-Mh аккумуляторы

Важным этапом эксплуатации является раскачка АКБ. Никель-металлгидридные батареи также требуют такой процедуры. Особенно это важно после длительного хранения, чтобы восстановить емкость и максимальное напряжение.

Для этого необходимо разряжать до нуля элемент питания. Обратите внимание, что требуется разряжать током. В итоге, вы должны получить минимальное напряжение. Так можно оживить АКБ, даже если с даты изготовления прошло достаточно много времени. Чем дольше лежала батарея, тем больше циклов раскачки требуется. Обычно, чтобы восстановить емкость и сопротивление требуется 2-5 цикла.

Как восстановить Ni Mh аккумулятор

Несмотря на все преимущества и особенности у таких элементов питания все же присутствует «эффект памяти». Если батарея стала терять показатели, значит следует ее восстановить.

Перед началом работы требуется проверить емкость батареи. Иногда оказывается, что практически невозможно добиться улучшения характеристик, в таком случае требуется просто заменить аккумулятор. Также проверяем батарею на предмет неисправности.

Непосредственно сама работа схожа с раскачкой. Но, тут добиваются не полного разряда, а просто снижения напряжения до уровня в 1v. Требуется сделать 2-3 цикла. Если за это время не удалось добиться оптимального результата, стоит признать батарейку негодной. При зарядке нужно выдерживать параметр Дельта Пик для конкретного АКБ.

Хранение и утилизация

Стоит хранить АКБ при температуре, приближенной к 0°C. Это оптимальное состояние. Также необходимо учитывать, что хранение должно происходить только в течение срока годности, эти данные указаны на упаковке, но у разных производителей расшифровка может отличаться.

Этот тип батареек перерабатывается. Рекомендуется не выбрасывать аккумуляторы, а сдавать их на переработку, так редкие элементы попадут на вторичную переработку.

Производители на которых стоит обратить внимание

Выпускают Ni-Mh аккумуляторы все производители элементов питания. В списке ниже можно увидеть наиболее известные компании предлагающие подобную продукцию.

Читайте также:  Средство для очистки инструмента от ржавчины

Если смотреть на качество, у всех оно примерно одинаковое. Но, можно выделить батарейки Varta и Panasonic, у них соотношение цены и качества наиболее оптимальное. В остальном можно использовать любые из перечисленных аккумуляторов без всяких ограничений.

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.

Читайте также:  Разводной станок для ленточных пил автомат

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.

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.

Сфера применения электрических аккумуляторов довольно-таки широка. Небольшими батареями комплектуются привычные для всех бытовые приборы, АКБ слегка больших размеров оснащаются автомобили, ну а уж очень крупные и ёмкостные аккумуляторы монтируют в нагруженные работой промышленные станции. Казалось бы, что помимо пользовательского назначения у разных видов АКБ может быть общего? Однако на самом деле сходств у подобных батарей более чем достаточно. Пожалуй, одним из основных среди возможных сходств аккумуляторов является принцип организации их работы. В сегодняшнем материале наш ресурс решил рассмотреть именно один из таковых. Если быть точнее, то ниже речь пойдет о функционировании и правилах эксплуатации никель-металлогидридных батарей.

История появления никель-металлогидридных АКБ

Создание никель-металлогидридных аккумуляторов начало вызывать немалый интерес у представителей инженерии более 60 лет назад, то есть в 50-х годах 20 века. Ученые, специализирующиеся на изучение физико-химических свойств АКБ, всерьёз задумались над тем, как преодолеть недостатки популярных на то время никель-кадмиевых батарей. Пожалуй, одной из основных целей ученых было создание такого аккумулятора, который мог бы ускорить и упростить процесс протекания всех реакций, связанных с электролитической передачей водорода.

В итоге, специалистам лишь к концу 70-х годов удалось сначала спроектировать, а затем создать и полноценно испытать более-менее качественные никель-металлогидридные батареи. Главное отличие нового типа АКБ от предшественников заключалось в том, что он имел строго определённые места для скопления основной массы водорода. Говоря точнее, скопление вещества происходило в сплавах нескольких металлов, находящихся на электродах аккумулятора. Состав сплавов имел такую структуру, что один или несколько металлов накапливали водород (иногда в несколько тысяч раз превышающих их объём), а другие металлы выступали в роли катализаторов электролитических реакций, обеспечивая переход водородного вещества в металлическую решётку электродов.

Сделанный аккумулятор, имеющий водородно-металлогидридный анод и никелевый катод, получил аббревиатуру «Ni-MH» (от названия токопроводящих, накапливающих веществ). Работают подобные АКБ на щелочном электролите и обеспечивают отличный цикл «заряд-разряд» — до 2 000 тысяч для одной полноценной батареи. Несмотря на это, путь к проектировке аккумуляторов Ni-MH был нелёгок, а существующие на данный момент образцы до сих пор модернизируются. Основной вектор модернизации направлен на увеличение энергетической плотности батарей.

Отметим, что сегодня никель-металлогидридные АКБ в большинстве своём производятся на основе сплава металлов «LaNi5». Первый образец подобных аккумуляторов был запатентован в 1975 году и стал активно использоваться в широкой промышленности. Современные никель-металлогидридные батареи имеют высокую энергетическую плотность и состоят из совершенно нетоксичного сырья, что упрощает их утилизацию. Пожалуй, именно из-за данных преимуществ они стали очень популярны во многих сферах, где требуется долгое хранение электрического заряда.

Устройство и принцип работы никель-металлогидридной батареи

Никель-металлогидридные аккумуляторы всех размерностей, ёмкостей и предназначений выпускают в двух основных типах форм – призматической и цилиндрической. Вне зависимости от формы, подобные АКБ состоят из следующих обязательных элементов:

  • металлогидридных и никелевых электродов (катодов и анодов), образующих гальванический элемент сеточной структуры, который отвечает за движение и накопление электрического заряда;
  • сепараторных областей, разделяющих электроды и также участвующих в процессе электролитических реакций;
  • выводных контактов, отдающих во внешнюю среду накопленный заряд;
  • крышки с вмонтированным в неё клапаном, необходимой для сброса излишнего давления из полостей аккумулятора (давления свыше 2-4 мегапаскаль);
  • термозащитного и крепкого корпуса, вмещающего описанные выше элементы батареи.
Читайте также:  Как подключить генератор к дачному дому

Конструкция никель-металлогидридных аккумуляторов, как и многих других типов данного устройства, довольно-таки проста и особых сложностей в рассмотрении не представляет. Наглядно это показано на следующих конструктивных схемах АКБ:

Принципы работы рассматриваемых АКБ, в отличие от их общей конструктивной схемы, выглядят слегка сложнее. Для понимания их сути давайте обратим внимание на поэтапное функционирование никель-металлогидридных аккумуляторов. В типовом варианте этапы работы у данных батарей следующие:

  1. Положительный электрод – анод, осуществляет окислительную реакцию с абсорбцией водорода;
  2. Отрицательный электрод – катод, реализует восстановительную реакцию в дисабсорбицией водорода.

Говоря простым языком, электродная сетка организует упорядоченное движение частиц (электродов и ионов) посредством конкретных химических реакций. При этом непосредственно электролит в основной реакции выделения электричества не участвует, а включается в работу лишь при определённых обстоятельствах функционирования аккумуляторов Ni-MH (например, при перезарядке, реализуя реакцию циркуляции кислорода). Более подробно рассматривать принципы работы никель-металлогидридных АКБ не будем, так как для этого требуются специальные химические знания, которых у многих читателей нашего ресурса нет. При желании узнать о принципах работы батарей в больших подробностях стоит обратиться к технической литературе, которая максимально подробно освещает течение каждой реакции на концах электродах как при заряде батарей, так и при их разряде.

Характеристики стандартного АКБ Ni-MH можно увидеть в следующей таблице (столбец посередине):

Правила эксплуатации

Любой аккумулятор – относительно неприхотливое в обслуживании и эксплуатации устройство. Несмотря на это, его стоимость зачастую высока, поэтому каждый владелец той или иной батареи заинтересован в увеличении её срока службы. Относительно АКБ формации «Ni-MH» продлить эксплуатационный период не столь сложно. Для этого достаточно:

  • Во-первых, соблюдать правила зарядки аккумулятора;
  • Во-вторых, правильно его эксплуатировать и хранить при простое.

О первом аспекте обслуживания АКБ поговорим чуть позже, ну а сейчас обратим внимание на основной перечень правил эксплуатации никель-металлогидридных батарей. Шаблонный список данных правил таков:

  • Хранение никель-металлогидридных аккумуляторов должно осуществляться только в их заряженном состоянии на уровне 30-50 %;
  • Строго запрещается перегревать АКБ Ni-MH, так как по сравнению с теми же никель-кадмиевыми батареями, рассматриваемые нами намного чувствительней к нагреву. Перегруженность работой отрицательно сказывается на всех процессах, протекающих в полостях и на выходах аккумулятора. Особенно страдает токоотдача;
  • Никогда не перезаряжайте никель-металлогидридные батареи. Всегда придерживайтесь правил зарядки, описанных в настоящей статье или отражённых в технической документации к аккумулятору;
  • В процессе слабой эксплуатации или длительном хранении «тренируйте» АКБ. Зачастую хватает периодически проводимого цикла «заряд-разряд» (порядка 3-6 раз). Также подобной «тренировке» желательно подвергать новые батареи Ni-MH;
  • Хранить аккумуляторы никель-металлогидридной формации требуется в комнатном температурном режиме. Оптимальная температура – 15-23 градусов по Цельсию;
  • Старайтесь не разряжать аккумулятор до минимальных пределов – напряжение, меньшее 0,9 Вольт для каждой пары «катод-анод». Восстановлению никель-металлогидридные АКБ, конечно, поддаются, но желательно их не доводить до «мёртвого» состояния (о том, как восстановить батарею, также поговорим ниже);
  • Следите за конструктивным качеством батареи. Не допускается наличие серьёзных дефектов, недостаток электролита и тому подобные вещи. Рекомендуемая периодичность проверки АКБ равняется 2-4 неделям;
  • В случае с использованием больших, стационарных батарей также важно придерживаться правил:
  • их текущего ремонта (не менее раза в год):
  • капитального восстановления (не менее раза в 3 года);
  • надёжного крепления АКБ в месте использования;
  • наличия освещения;
  • использования правильных зарядных устройств;
  • и соблюдения техники безопасности использования подобных аккумуляторов.

Придерживаться описанных правил важно не только потому, что подобный подход к эксплуатации никель-металлогидридных АКБ существенно продлить их срок службы. Также они гарантируют безопасное и, в целом, беспроблемное, использование батареи.

Правила зарядки

Раннее было отмечено, что правила эксплуатации – это далеко не единственное, что требуется для достижения максимального эксплуатационного срока никель-металлогидридных АКБ. Помимо грамотного использования, подобные батареи крайне важно грамотно заряжать. Вообще, ответить на вопрос – «Как правильно заряжать аккумулятор Ni-MH?», довольно-таки сложно. Дело в том, что каждый тип сплавов, используемый на электродах батареи, требует определённых правил данного процесса.

Обобщив и усреднив их, можно выделить следующие фундаментальные основы зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов:

  • Во-первых, требуется соблюдать правильное время зарядки. Для большинства АКБ Ni-MH оно составляет либо 15 часов при зарядном токе около 0,1 С, либо 1-5 часов при зарядном токе в пределах 0,1-1 С для батарей с высокоактивными электродами. Исключениями являются восстанавливаемые аккумуляторы, которые могут заряжаться более 30 часов;
  • Во-вторых, важно отслеживать температуру батареи в процессе зарядки. Многие производители не рекомендуют превышать температурный максимум в 50-60 градусов по Цельсию;
  • И в-третьих, следует учитывать непосредственно порядок проведения зарядки. Оптимальным считается такой подход, когда АКБ разряжается номинальным током до напряжения на выходах в 0,9-1 Вольт, после чего заряжается на 75-80 % от своей максимальной ёмкости. При этом важно учитывать, что при быстрой зарядке (подаваемый ток более 0,1) важно организовать предзарядку с подачей высокого тока на аккумулятор около 8-10 минут. После этого процесс зарядки стоит организовать с плавным повышением подаваемого на АКБ напряжения до 1,6-1,8 Вольт. К слову, при обычной подзарядке никель-металлогидридного аккумулятора напряжение зачастую не изменяется и в норме составляет 0,3-1 Вольт.

Примечание! Отмеченные выше правила зарядки батарей носят усреднённый характер. Не забывайте, что для конкретной марки никель-металлогидридной АКБ они могут слегка отличаться.

Восстановление аккумулятора

Наряду с дороговизной и быстрым саморазрядом, у аккумуляторов Ni-MH есть ещё один недостаток – ярко выраженный «эффект памяти». Его суть заключается в том, что при систематичной зарядке не полностью разряженной батареи она как бы запоминает это и с течением времени существенно теряет в своей ёмкости. Для нейтрализации подобных рисков владельцам подобных АКБ требуется заряжать максимально разряженные батареи, а также периодически «тренировать» их путём процесса восстановления.

Восстанавливать никель-металлогидридные аккумуляторы при «тренировке» или при их сильном разряде необходимо следующим образом:

  1. В первую очередь, необходимо подготовиться. Для восстановления потребуются:
    • качественный и, желательно, умный зарядный прибор;
    • инструменты для замера напряжения и сила тока;
    • любое устройство, способное потреблять энергию с АКБ.
    • После подготовки можно уже задаться вопросом по поводу того, как восстановить батарею. Сначала необходимо по всем правилам зарядить аккумулятор, а затем его разрядить по напряжения на выходах батареи в 0,8-1 Вольт;
    • Затем начинается непосредственно восстановление, которое, опять же, должно проводится в соответствии со всеми правилами зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов. Стандартный процесс восстановления может быть проведён двумя способами:
      • Первый – если АКБ подаёт признаки «жизни» (как правило, при разряде на уровне 0,8-1 Вольт). Зарядка проходит с постоянным увеличением подаваемого напряжение с 0,3 до 1 Вольта с силой тока 0,1 С в течение 30-60 минут, после чего вольтаж остаётся неизменным, а сила тока увеличивается до 0,3-0,5 С;
      • Второй – если АКБ не подаёт признаков «жизни» (при разряде менее 0,8 Вольт). В таком случае зарядка осуществляется с 10-минутной пред-зарядкой высоким током на протяжении 10-15 минут. После этого проводятся описанные выше действия.

      Стоит понимать, что восстановление никель-металлогидридных АКБ – это процедура, которую требуется периодически проводить для абсолютно всех аккумуляторов (и «живых», и «неживых»). Только такой подход к эксплуатации данного типа батарей поможет «выжать» из них максимум.

      Пожалуй, на этом повествование по сегодняшней теме можно завершать. Надеемся, представленный выше материал был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы.

      Ссылка на основную публикацию
      Adblock
      detector