Как заряжать ni-cd аккумуляторы

Содержание:

Принцип работы и устройство Ni Mh аккумулятора
Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов и других источников питания
Правильная зарядка батарейки
Обычное ЗУ: заряд и никакого контроля
Восстановление аккумуляторов
Как определить, это батарейка или аккумулятор
Ni Mh аккумуляторы – описание, история создания, особенности работы
Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов и других источников питания
История создания и развитие Ni-Mh накопителей
Виды АКБ для шуруповертов и их особенности
Особенности использования
Зарядка аккумулятора никель металлгидридного

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.

Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов и других источников питания

Лучше проводить зарядку АКБ с помощью более сложных моделей соответствующих устройств. Их алгоритмы токов имеют более сложную последовательность. Конечно, сделать это немного сложнее, чем просто вставить батарею в базовый подзарядник, входящий в комплектацию. Но и качество зарядки при использовании «умного» устройства будет на порядок выше. Итак, как заряжать Ni-MH аккумуляторы?

Вначале включается ток и осуществляется проверка напряжения на выводах батареи (параметры тока — 0,1 емкости аккумулятора, или С). Если напряжение превышает 1,8 В, это означает либо отсутствие аккумулятора, либо его повреждение. В данном случае, процесс начинать нельзя. Нужно либо сменить поврежденный элемент на целый, либо вставить в устройство новый.

После проверки напряжения оценивается начальный разряд АКБ. Если U у нее меньше 0,8 В, то нельзя сразу переходить к быстрой зарядке, а если U=0,8 В или больше, то можно. Это так называемая «фаза предзарядки», используемая для подготовки элементов, которые очень сильно разряжены. Значение тока здесь 0,1-0,3 С, а длительность по времени — полчаса, не меньше

Сразу следует отметить, что на всех этапах важно постоянно контролировать температуру. Особенно, если речь идет о том, каким током и как правильно заряжать Ni-MH АКБ

Такие аккумуляторы нагреваются гораздо быстрее, особенно, ближе к концу процесса. Их температура не должна превышать 50°С.

Быстрая зарядка проводится только в том случае, если предыдущие проверки были выполнены правильно. Как зарядить батарею правильно? Итак, изначальное напряжение — 0,8 В или чуть больше. Начинается подача тока

Она осуществляется плавно и осторожно в течение 2-4 минут — до достижения нужного уровня. Оптимальный уровень тока для Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов — 0,5-1,0 С, но иногда рекомендуется не превышать больше 0,75

Важно определить вовремя момент окончания быстрой фазы во избежание выведения батареи из строя. Самым надежным, в данном случае, является dv-метод, который применяется по-разному при заряде никель-кадмиевых и Ni-MH аккумуляторов

У Ni-Cd напряжение становится все больше и падает к концу зарядки, поэтому сигналом для ее окончания служит момент, когда U снижается до уровня 30 мВ.

Поскольку у Ni-MH падение U заряжаемых элементов гораздо менее выражено, в данном случае, применяется метод dv=0. Засекается период времени в 10 минут, в течение которого U батареи остается стабильным — то есть, с установленным нулевым порогом колебаний напряжения.

В заключении следует небольшая фаза дозарядки. Ток — в пределах 0,1-0,3 С, длительность — до получаса. Это необходимо для того, чтобы батарея зарядилась полностью, а также для выравнивая потенциала заряда в ней.

Кроме быстрой, существует еще и капельная зарядка, которая производится токами малой величины. Некоторые считают, что она «продлевает жизнь» элементам питания, но это не так. По сути, капельная зарядка ничем не отличается от эффекта стандартного зарядного устройства без «серьезной» регулировки показателей тока. Любой элемент питания, если он не используется, рано или поздно теряет накопившуюся энергию, и ему все равно понадобится полноценный процесс зарядки, невзирая на его длительность и «трудоемкость». Такой процесс зарядки для многих привлекателен еще и тем, что показатели тока здесь можно не фиксировать ввиду их малости. Однако «продлить жизнь» элементам питания может только серьезный подход к использованию «умных» зарядных устройств. А также правильное их хранение, с учетом особенностей того или иного вида АКБ.

Правильная зарядка батарейки

Заряжать их можно с помощью капельного метода и быстрого. Но в инструкции, как правило, производитель указывает, что заряжать первым способом не рекомендуется, поскольку могут возникнуть сложности в последующем с определением момента прекращения подачи тока в устройство.

Если заряжать их таким образом, то может возникнуть сильный перезаряд, и это приведёт к частичной поломке устройства или уменьшению его ёмкости. Заряжать аккумулятор ni mh нужно с помощью быстрого метода. КПД в этом случае будет немного выше, чем при капельном варианте.

Процесс зарядки батареи можно разделить на несколько пунктов:

установка аккумулятора в зарядное устройство;
тип батареи;
начальная зарядка;
быстрая зарядка;
дозарядка;
поддерживающая зарядка.

Если пошла быстрая зарядка, желательно, чтобы у аккумулятора было хорошее обеспечение. В никель-кадмиевых аккумуляторах достаточно контроля за дельтой. Батарейки ni mh должны иметь контроль как минимум за температурой и дельтой.

Обычное ЗУ: заряд и никакого контроля

Такие часто идут в комплекте с аккумуляторами. И для тех АКБ, с которыми они продаются, они подходят идеально. Но с остальными батареями могут возникнуть проблемы. Что с такими зарядными устройствами не так?

Работают по жесткому циклу. Все параметры зарядки фиксированы, вы не можете менять ни силу тока, ни продолжительность зарядки. Если у вас древнее устройство, купленное в комплекте с АКБ 800 мАч, современные аккумуляторы емкостью 2400 мАч вы будете заряжать ну очень долго.
Никак не контролируют заряд. Вам может показаться, что контроль все-таки есть, ведь по окончании зарядки загорается зеленый светодиод. Но чаще всего он загорается… по таймеру. То есть, например, производитель рассчитал, что с установленной силой тока элементы емкостью 2400 мАч будут заряжены через 8 часов — значит, через 8 часов можно заканчивать зарядку и сигнализировать о готовности.
Не имеют «защиты от дурака». Если вы перепутали полярность элементов при установке в ЗУ, это останется на вашей совести.
Заряжают АКБ только пАрами. Да, один зарядить у вас скорее всего не получится.

Что в итоге? При использовании обычного зарядного устройства вы рискуете получать недозаряженные или перезаряженные аккумуляторы. Неоптимальные циклы зарядки быстро выведут АКБ из строя.

Восстановление аккумуляторов

В связи с таким явлением, как «эффект памяти», аккумуляторы время от времени теряют некоторые стартовые показатели и характеристики. Происходит такой эффект, как последствие от многократных циклов неполной зарядки и разрядки.

Но если уже проблема возникла, нужно правильно тренировать и восстанавливать аккумулятор для её решения. Выполняются такие действия следующим образом:

с помощью зарядного устройства или лампочки необходимо разрядить батарейку до 0.801 В;
выполняется полная зарядка.

Если определённый аккумулятор не проходил долго подобной профилактики, то нужно сделать несколько процедур. Тренировку зарядкой и разрядкой желательно проводить раз в 3−4 недели.

Производители аккумуляторных батарей Ni Mh утверждают, что подобный эффект не может отнять более 5% ёмкости. При тренировках важным остаётся использование зарядных устройств с возможностью разрядки с установленным минимальным порогом. Это необходимо для того, чтобы батарея не разрядилась до конца, поскольку она может в последующем вообще не заряжаться. Такое зарядное устройство очень полезно, когда степень заряда аккумулятора неизвестен, и приблизительно предположить его невозможно.

Если уровень заряда неизвестен, то разрядку нужно проводить под тщательным контролем ЗУ, так как это может привести к глубокой разрядке. При проведении профилактики целой батареи нужно сначала её полностью зарядить для того, чтобы выровнять ёмкость.

В том случае, когда аккумулятор уже проработал продолжительное время (2−3 года), то восстановление его подобным способом может оказаться бесполезным. Подобные действия могут помочь только в процессе работы батареи. При эксплуатации батареи, кроме эффекта памяти, также изменяется в меньшую сторону количество залитого электролита

Важно отметить, что лучше проводить профилактику каждого элемента отдельно, чем всей батареи сразу. Это усилит эффект

Работать такие батареи могут 1−5 лет. Это зависит от конкретного производителя и модели.

Как определить, это батарейка или аккумулятор

На первый взгляд рассматриваемые источники энергии очень похожи, но, приглядевшись, можно сразу же разглядеть визуальные отличия.

Главным показателем аккумулятора считается надпись на его корпусе с определённым числом и отметкой mАh. Данные отличительные черты свидетельствуют, что элемент питания имеет ёмкость, которой может обладать только АКБ.

Найти аккумулятор среди батареек также можно по характерному слову, присутствующему на этикетке: «rechargeable», что в переводе с английского означает «перезаряжаемый». В случае если к пользователю попадёт в руки обычная батарейка, на ней будет предупреждение производителя «do not recharge», то есть «не перезаряжать».

Следующим пунктом, следуя которому удастся выбрать необходимый элемент питания, является маркировка:

Аккумуляторы подразделяются на типы, учитывающие материалы. Могут встретиться обозначения: Ni-Mh (никель-металлогидридный), Ni-Cd (никель-кадмиевый), Ni-Zn (никель-цинковый), Li-ion (литий-ионный), Li-Pol (литий-полимерный).
Среди батареек распространены: R – солевые, LR – щелочные, FR – литиевые.

АКБ и батарея, помимо отличий в маркировке, существенно разнятся в цене: аккумулятор идентичного типоразмера будет стоить до четырех раз дороже обычной батарейки. Именно поэтому последние достаточно популярны среди пользователей – их можно использовать в простых бытовых устройствах, например, в часах, фонариках или машинках на радиоуправлении, и даже вставлять в цифровые приборы, которые давно пылятся на полке, например, в фотоаппарат.

Ni Mh аккумуляторы – описание, история создания, особенности работы

Никель-металлогридные аккумуляторы представляют собой источник тока, только химического типа, где оксид никеля – катод, водородный металлогидридный электрод – анод. Производить аккумуляторы начали в середине 20 века.

Батареи аккумуляторные никель металлогидридные

Разработка металлгидридных аккумуляторов направлялась на преодоление недостатков, которые были у никель-кадмиевых аккумуляторах. Были разработаны метал и сплавы, которые работают при минимальном водородном давлении при комнатной температуре. Первый аккумулятор с металлогидридными сплавами работал нестабильно.

В 2020 году совершенствуются сплавы и металл для изготовления. Применение никелевых сплавов с редкоземельными металлами создают до 2000 циклов заряд-разряд.

nimh аккумулятор применяется для питания электроники, которая работает в автономном режиме. На рынке предоставлены батареи двух основных групп по емкости:

1500 – 3000 м А/ч
300-1000 м А/ч

Для первой группы характерно использование в устройствах, которые расходуют много энергии в короткий период. В этом варианте нет предварительного хранения батареек. Это фотоаппараты, плееры, гаджеты, где энергия очень быстро расходуется за короткое время.

Вторая группа используется в устройствах, где энергия расходуется после временного интервала. Это игрушки, рации, навигаторы, устройства, которые определенное время находятся в автономном режиме.

Быстрая зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов и других источников питания

История создания и развитие Ni-Mh накопителей

Ni-Mh появились ещё в середине прошлого столетия. Изобретены они были как наследники никель-кадмиевых АКБ, с целью нивелировать недочёты, которыми те обладали.

Проводимые учёными исследования позволили изобрести никель-водородные АКБ, используемые в космической технике. Профессора сумели вывести новый метод накопления водорода: в этом типе электронакопителей водород скапливался в сплавах. Такие материалы имели возможность накапливать объём водорода, в тысячу раз превосходящий их личный объём.

Сплав состоял минимум из 2-х металлов. Один из них отвечал за накапливание водорода, другой был катализатором, обеспечивающим переход водородных атомов в металлическую решётку. Применяться может разнообразное сочетание металлов, что позволяет изменять свойства сплава. Специально было налажено производство сплавов, функционирующих при комнатной температуре и пониженном давлении водорода.

Новые сплавы разрабатываются и сегодня, также полным ходом идёт модернизация производства Ni-Mh. Успехи скажет так есть: некоторые девайсы данного типа выдерживают до 2000 циклов. Стоит отметить, что при этом, ёмкость «-» электрода падает не более чем на 30%. Разработчикам удаётся достичь подобного результата благодаря применению сплавов никеля с разными редкоземельными металлами.

1975 год ознаменовался получением патента на сплав LaNi5. Материал применялся в Ni-Mh электронакопителе как активное вещество

Если брать во внимание более ранние версии аккумуляторов с другими металл-гидридными сплавами, то они не обеспечивали приемлемую ёмкость

Промышленный выпуск обсуждаемых электронакопителей стартовал в середине 80-х годов, когда учёные получили сплав La-Ni-Co. Материал давал возможность осуществлять обратимое абсорбирование водорода более сотни циклов. В дальнейшем, все модернизации никель-металлогидрида были направлены на наращивание энергетической плотности.

По ходу усовершенствований, замене подвергся минусовой электрод, что увеличило активную массу электрода «+» в 1,3-2 раза. Собственно от положительного электрода имеет зависимость ёмкость никель-металлогидридного устройства. Такая разновидность предлагает более солидные удельные энергетические показатели, если сравнивать с никель-кадмием.

В состав никель-металлогидридных источников энергии входят нетоксичные материалы, что облегчает эксплуатацию аппаратуры и её утилизацию. Эти положительные стороны помогли Ni-Mh завоевать популярность у широких масс.

Приблизительно до середины 1990-х годов, в отрасли портативной электроники преобладали никель-кадмиевые источники питания. Однако из-за ужесточающихся норм экологии, промышленники стали отдавать предпочтение никель-металлогидридным исполнениям.

Виды АКБ для шуруповертов и их особенности

В современных аккумуляторных шуруповертах и дрелях используются три типа батарей:

Никель-кадмиевые (NiCd, Ni-Cd).
Никель-металлогидридные (Ni-MH или NiMH).
Литий-ионные (Li-ion).

Рассмотрим особенности каждого из типов аккумуляторов подробно.

Никель-кадмиевые

Этот тип источников энергии, пожалуй, самый старый. Появились кадмиевые аккумуляторы в 70-х годах, и это был настоящий прорыв. По сравнению с кислотно-свинцовыми и щелочными батареями никелевые оказались намного компактнее при той же электрической емкости и имели умеренную цену.

Как и свинцово-кислотные, Ni-Cd элементы могут отдавать довольно большой ток в нагрузку и выдерживать до 1 000 циклов заряд/разряд. Причем такое количество циклов – всего лишь гарантия производителя. Фактически батарея продолжает служить и по достижении этой цифры.

Время зарядки Ni-Cd батареи в среднем составляет 6-8 часов, что, к сожалению, многовато, но все же меньше, чем у его кислотных и щелочных собратьев. Отличаются никелевые АКБ и своей «морозоустойчивостью» – они отлично работают при температурах до -20 градусов Цельсия. Дополнительно кадмиевая технология допускает глубокую разрядку, а срок службы батареи зависит в основном от количества циклов заряд/разряд. Храниться же такая батарейка может долго – до 7-8 лет.

Но есть у этого типа аккумуляторов и недостатки, причем существенные. Один из них – большой саморазряд, который может достигать 10% в месяц. Таким образом, если шуруповерт пролежал без дела, скажем, полгода, то перед использованием его придется зарядить.

Еще один недостаток – так называемый «эффект памяти». Если батарею постоянно подзаряжать, не разряжая в ноль, то она «запомнит», до какого уровня ее разряжали и по достижении этого порога просто откажется работать, “сказав”, что разряжена. Именно поэтому аккумуляторы данного типа нужно периодически «гонять» – полностью разряжать и тут же заряжать до 100%.

Никель-металлогидридные

Этот тип аккумуляторов появился чуть позже – в начале 90-х годов прошлого века. Ni-MH элементы обладают сходными с кадмиевыми характеристиками, но эффект памяти проявляется у них намного слабее (но все же проявляется) и, главное, в таких аккумуляторах отсутствует кадмий.

Ni-MH батарея аккумуляторов для шуруповерта

Никель-металлогидридная батарея способна отдавать приличный ток, хорошо работает на морозе, а ее саморазряд составляет те же 7-10% в месяц. Что касается стоимости, аккумуляторы этого типа несколько дороже кадмиевых, количество же циклов заряд/разряд, от которого зависит срок службы, составляет всего 300-500 раз, что является существенным минусом. Срок хранения таких элементов – 6-7 лет. Соотношение габариты/емкость, как и время заряда – до 8 часов, сходны с кадмиевыми. Металлогидридные элементы, как и кадмиевые, хорошо переносят глубокий разряд.

Литий-ионные

Li-Ion технология на сегодняшний день является передовой. Литиевые элементы намного компактнее и легче предыдущих при той же электрической емкости и, что очень удобно, могут заряжаться повышенным током. При этом время полной зарядки литий-ионных АКБ может быть сокращено до 1-2 часов.

Li-Ion батарея аккумуляторов для шуруповерта

Большим преимуществом батареек этого типа является и практически полное отсутствие эффекта памяти – инструмент можно подзаряжать когда угодно и до любого уровня. Саморазряд Li-Ion батарейки относительно невелик и составляет примерно 2-3% емкости в месяц.

Что касается недостатков, то до относительно недавнего времени это были высокие степени пожаро- и взрывоопасности. При неправильной эксплуатации батарея могла загореться, а то и взорваться. Причем горящий элемент практически невозможно потушить водой – это только усиливает горение.

Еще один серьезный недостаток элементов этого типа – они не терпят глубокого разряда и перезаряда. В первом случае АКБ тут же выходит из строя, во втором – может загореться. Но эту проблему тоже легко решили все тем же контроллером, который отключает элемент питания от нагрузки при критическом разряде и от зарядного устройства, если АКБ зарядилась.

Обычный ресурс Li-Ion батареек составляет 600 циклов заряд/разряд, но он также сильно зависит и от «возраста». Храниться литий-ионная АКБ может не более 2-3 лет независимо от того, работает она или просто лежит в столе.

Выбирая инструмент с такими элементами питания, следует учитывать, что они будут плохо вести себя на морозе (сильное снижение емкости, которая, впрочем, восстановится в тепле). В дополнение они не смогут отдать большой ток при любой температуре, а значит, не обеспечат большой крутящий момент, необходимый для работы с плотными материалами. И стоимость Li-Ion элементов намного выше, чем у никелевых собратьев.

Особенности использования

Эффективность кулонометрической зарядки никель-кадмия составляет около 83% для быстрой зарядки (от C / 1 до C / 0,24) и 63% для зарядки C / 5. Это означает, что в C / 1 вы должны использовать 120 ампер-часов на каждые 100 ампер-часов, которые вы получаете. Чем медленнее вы заряжаете, тем хуже становится. В С / 10 это 55%, в С / 20 он может получить менее 50%. (Эти цифры только для того, чтобы дать вам представление, производители батарей отличаются).

Когда заряд завершен, кислород начинает генерироваться на никелевом электроде. Этот кислород диффундирует через сепаратор и реагирует с кадмиевым электродом с образованием гидроксида кадмия. Это вызывает снижение напряжения элемента, которое можно использовать для определения конца заряда. Этот так называемый минус дельта V / дельта t удар, который указывает на конец заряда, гораздо менее выражен в NiMH, чем NiCad, и очень сильно зависит от температуры. Многие из перечисленных здесь зарядных устройств используют сложный алгоритм, который использует -deltaV для точной зарядки пакетов NiMH и NiCad.

Зарядка аккумулятора никель металлгидридного

Процесс зарядки никель металлогидридных аккумуляторов связан с определенными химическими реакциями. Для их нормального протекания требуется часть энергии, которая подается зарядником, от сети.

КПД зарядного процесса представляет собой часть получаемой источником питания энергии, которая запасается. Величина этого показателя может разниться. Но при этом получить 100-процентное КПД невозможно.

Перед тем как заряжать металлогидридные аккумуляторы, изучают основные виды, которые зависят от величины тока.

Капельный тип зарядки

Применять этот вид зарядки для аккумуляторов необходимо осторожно, поскольку он приводит к уменьшению периода эксплуатации. Так как отключение зарядника этого типа осуществляется вручную, процесс нуждается в постоянном контроле, регулировании

В этом случае устанавливается минимальный показатель тока (0,1 от общей емкости).

Поскольку при такой зарядке ni mh аккумуляторов максимальное напряжение не устанавливается, ориентируются только на временной показатель. Для оценки временного промежутка используют параметры емкости, которые имеет разряженный источник питания.

КПД заряженного таким способом источника питания составляет около 65–70 процентов. Поэтому компании-изготовители не советуют пользоваться такими зарядниками, поскольку они влияют на эксплуатационные параметры аккумуляторной батареи.

Быстрая подзарядка

Определяя, каким током можно заряжать ni mh батарейки в быстром режиме, учитываются рекомендации производителей. Величина тока – от 0,75 до 1 от общей емкости. Превышать установленный интервал не рекомендуется, так как аварийные клапана включаются.

КПД быстрой зарядки ni mh источников питания достигает 90 процентов. Но этот параметр уменьшается, как только время зарядки заканчивается. Если своевременно не отключить зарядник, то внутри батарейки начнет увеличиваться давление, возрастет температурный показатель.

Дабы зарядить ni mh акб, выполняют такие действия:

Предварительная зарядка

Этот режим вводят в том случае, если батарейка полностью разряжена. На этом этапе ток составляет от 0,1 до 0,3 от емкости. Пользоваться большими токами запрещено. Временной промежуток – около получаса. Как только параметр напряжения достигает 0,8 вольт, то процесс прекращается.

Переход на ускоренный режим

Процесс наращивания тока осуществляется в течение 3–5 минут. В течение всего временного промежутка контролируется температура. Если этот параметр достигает критического значения, то зарядник отключается.

При быстрой зарядке никель металлогидридные батареек ток устанавливается на уровне 1 от общей емкости

При этом очень важно быстро отключить заряжающее устройство, дабы не нанести вред аккумулятору

Для контроля напряжения используют мультиметр или вольтметр. Это способствует исключению ложных срабатываний, которые пагубно влияют на работоспособность устройства.

Часть зарядных устройств для ni mh аккумуляторов работают не при постоянном, а при импульсном токе. Подача тока осуществляется с установленной периодичностью. Подача импульсного тока способствует равномерному распределению электролитического состава, активных веществ.

Дополнительная и поддерживающая зарядка

Для восполнения полного заряда ni mh аккумулятора на последнем этапе показатель тока снижается до 0,3 от емкости. Продолжительность – около 25–30 минут. Увеличивать этот временной промежуток запрещено, поскольку это способствует минимизации периода эксплуатации АКБ.

Ускоренная зарядка

Некоторые модели зарядных устройств для никель кадмиевых аккумуляторов оснащены режимом ускоренной зарядки. Для этого ток зарядки ограничивают, устанавливая параметры на уровне 9–10 от емкости. Снижать ток заряда нужно, как только батарея будет заряжена до 70 процентов.

Если аккумуляторная батарея заряжается в ускоренном режиме более получаса, то структура токопроводящих выводов постепенно разрушается. Специалисты рекомендуют пользоваться такой зарядкой, если вы обладаете определенным опытом.