Ni-MH-аккумуляторы: основные параметры

Современные устройства постепенно вытесняют устаревшие модели, однако Ni-MH-аккумуляторы продолжают применяться до сих пор. Это объясняется доступной ценой и наличием некоторых преимуществ. Такие источники питания часто устанавливаются в роботы-пылесосы. При правильном обслуживании они могут проработать дольше, чем литийионные (Li-ion) батареи.

Что представляет собой Ni-MH-аккумулятор

Этот элемент питания пришел на смену кадмиевым батареям, разработанным в XX в. Конструкция и принцип работы почти не отличаются от характеристик предшественника.

Конструкция никель-металл-гидридной аккумуляторной батареи

Понимание строения и технических характеристик помогает узнать, как работает никелевый элемент питания.

Схема батареи включает такие детали:

• отрицательный электрод, состоящий из металлогидрида;
• положительный электрод, выполненный из оксида никеля;
• электролит — калия гидроксид.

При производстве металлогидридного анода используют фольговую технологию. Пастообразный сплав и связующий компонент наносят на пористый материал. Конструкцию просушивают и прессуют. При производстве катода применяют никелевый порошок, наносимый на решетку из того же металла. При прогревании сетки вещество спекается.

В состав батареек входят также церий, празеодим. Технические характеристики аккумулятора зависят от типа впитывающего водород сплава.

Основные параметры и характеристика

Все NiMH-батареи являются перезаряжаемыми. Существуют элементы питания разных размеров. Некоторые модели сейчас применяются редко, например батарейка «Крона». Этот источник питания выдавал напряжение 9 В.

Сейчас применяются такие аккумуляторы:

1. Пальчиковые (АА). Емкость достигает 2900 мА/ч.
2. Мизинчиковые (AAA). Помечаются надписью MN2400 или MX2400. Мощность источников питания достигает 1000 мА/ч.
3. Средние (С). От пальчиковых батареек отличаются большими размерами. Емкость достигает 6000 мА/ч.
4. Большие (D). Имеют самую большую мощность — до 11500 мА/ч.

Металлогидридные источники выдают напряжение 1,5 или 1,2 В. При последовательном соединении 10 батареек можно добиться напряжения 15 В.

Как хранить Ni-MH-аккумуляторы

При отправке на хранение аккумуляторы полностью заряжают. После длительного пребывания батареи в нерабочем состоянии нужно проверить ее напряжение. При снижении этого параметра до 1 В элемент разряжают. Пользоваться им можно будет только после восстановления заряда.

Если отказаться от проведения такой процедуры, изделие выйдет из строя.

Некоторые специалисты советуют хранить аккумуляторы в холодильнике. Считается, что это продлевает срок эксплуатации. Температура корпуса батареи не должна принимать отрицательные значения. Учитывают и рекомендуемое время хранения.

Достоинства и недостатки

Пользователи отмечают такие преимущества никель-металлогидридных аккумуляторов:

1. Отсутствие эффекта памяти. Их не нужно полностью разряжать и заряжать, как источники питания старого образца. Однако кадмиевые батарейки не нагреваются при зарядке, поэтому от их применения пока не отказываются. Отсутствие эффекта памяти у никелевых элементов объясняется наличием особого вещества в отрицательном электроде.
2. Безопасность для окружающей среды. В состав батарейки входит меньше вредных веществ, кроме того, они не содержат кадмия.
3. Увеличенная емкость. При тех же размерах никель-металлогидридные аккумуляторы дольше держат заряд.

К отрицательным качествам относят следующие:

1. Небольшой срок службы. Емкость начинает постепенно снижаться после 300 циклов зарядки.
2. Способность к возгоранию. Если устройство, снабженное аккумулятором, постоянно находится подключенным к электросети, батарея может взорваться или воспламениться.
3. Быстрый саморазряд. Применение никелевого сплава позволило снизить этот показатель до значений, свойственных кадмиевым батареям.

Зарядка никель-металлгидридного аккумулятора

Аккумуляторы такого типа заряжают стандартными или быстрыми способами.

Капельный тип

Этот способ зарядки не изменяет технические характеристики элемента питания. Процесс не прекращается даже после восстановления мощности. При этом выбирается наименьшая сила тока, это препятствует перегреву и возгоранию. Зарядное устройство для NiMH-аккумуляторов должно выдавать силу, равную 0,05С (С — емкость батареи).

Время зарядки рассчитывается на основании начальной мощности и номинальной емкости.

Быстрая подзарядка

Процесс быстрой зарядки включает такие этапы:

1. Подготовка. На этой стадии подается ток минимальной силы, определяется напряжение на контактах. Если показатель составляет более 1,8 В, зарядка не начинается. Проверка наличия батарейки осуществляется на всех стадиях, если изделие извлекается из ЗУ.
2. Классификация элемента питания. На этом этапе определяют уровень заряда. При напряжении менее 0,8 В подзарядку не начинают. В таком случае запускается процесс предзарядки. Этот режим предназначен для восстановления мощности критически разряженного аккумулятора.
3. Предзарядка. На этой стадии подается ток силой 0,1-0,3С. Предзарядка длится полчаса. Если напряжение аккумулятора не определяется, процесс прекращается, батарейка считается непригодной к дальнейшей эксплуатации.
4. Переходный этап. Сила тока медленно растет в течение 2-5 минут. При этом отслеживают температуру. При критических показателях зарядное устройство отключают.
5. Быстрая зарядка. Подается ток силой 0,5-1С. Важным является своевременное прекращение процесса, поэтому состояние батареи контролируют по нескольким параметрам.

 

Ускоренная зарядка

На первых стадиях зарядки подают ток силой 10С. Показатель снижают до 1С после достижения уровня заряда в 70%. Длительность первого этапа зависит от степени разряда.

При длительной подаче тока высокой силы батарея легко выходит из строя, поэтому применять ускоренную зарядку можно только при наличии навыков.

Рекомендации по разрядке и зарядке АКБ

Чтобы предотвратить перегрев или перезаряд батареи, выполняют такие рекомендации:

1. Процесс восстановления прекращают при минимальном нагреве корпуса. Температуру контролируют постоянно.
2. Использование метода максимального времени. Время набора заряда высчитывается заранее.
3. Оценка напряжения во время заряда. Изменение этого показателя подскажет, когда нужно прекращать зарядку.
4. Использование автоматических ЗУ. Такой прибор самостоятельно оценивает все параметры и отключается при необходимости.
5. Контроль силы тока. Показатель не должен превышать 1С — это приводит к срабатыванию контроллера, аварийному снижению давления и выходу заряжаемого аккумулятора из строя.

Восстановление никель-металлогидридных источников питания

Для восстановления емкости батарею разряжают до 1В, после чего полностью заряжают. Тренировку проводят 1 раз в месяц. Для зарядки новых АКБ используют ЗУ с функцией разрядки. Подключение потребителей энергии приводит к критической потере заряда.

Автоматическое ЗУ не сможет распознать элемент, подающий напряжение менее 0,9 В — устройство сигнализирует о том, что батарея в гнезде отсутствует.

Правила использования аккумуляторных батарей

При эксплуатации никель-металлогидридных аккумуляторов соблюдают такие рекомендации:

1. При отправке на хранение батарею заряжают до 50% емкости.
2. Не используют зарядные устройства, предназначенные для кадмиевых элементов питания. NiMH-аккумуляторы более чувствительны к повышению температуры и перезаряду.
3. Тренировочные разряды-заряды проводить необязательно. Использование качественного зарядного устройства помогает батарее восстановить емкость за несколько циклов зарядки.
4. После зарядки источник питания оставляют на несколько минут. Нельзя заряжать АКБ при температуре ниже -5 °С и выше +50 °С. Это снижает срок службы изделия.

При частом выполнении дозарядки аккумулятор нужно периодически разряжать и полностью заряжать.