Nimh аккумуляторы, их тренировка и восстановление

Преимущества

Чтобы понять, как правильно заряжать Ni-Cd-аккумуляторы шуруповерта, фотоаппарата, камеры и прочих портативных приборов, необходимо ознакомиться с технологией этого процесса. Она простая и не требует особых знаний и умений от пользователя. Даже после длительного хранения батареи ее можно быстро зарядить снова. Это одно из преимуществ представленных устройств, которые делают их востребованными.

Никель-кадмиевые батареи обладают большим количеством циклов заряда и разряда. В зависимости от производителя и условий эксплуатации этот показатель может достигать более 1 тысячи циклов. Преимуществом Ni-Cd-батареи является ее выносливость и возможность работы в нагруженных условиях. Даже при эксплуатации ее на морозе оборудование будет работать исправно. Его емкость в таких условиях не меняется. При любой степени зарядки аккумулятор можно будет хранить длительное время. Немаловажным преимуществом его является низкая стоимость.

Типы аккумуляторов и их особенности

Аккумуляторный электроинструмент комплектуется батареями, выполненными на различной основе. Эти АКБ в эксплуатации и при зарядке ведут себя по-разному, и к ним нужен дифференцированный подход, основанный на знании свойств электрохимических источников питания.

Никель-кадмиевый

Классика жанра для переносного электроинструмента. Многие батареи для шуруповертов напряжением от 12 в до 14 в построены на таких элементах. Недорогие, достаточно емкие аккумуляторы получили широкое распространение, долгое время были единственным бытовым типом источников питания с возможностью возобновления энергии. К их плюсам относят:

• способность работать при низких (до минус 40 град.С) температурах;
• отсутствие склонности к самовозгоранию;
• высокую надежность.

К недостаткам, прежде всего, относят проблемы с утилизацией (кадмий токсичен), а также относительный проигрыш по электрическим параметрам батареям, созданным по более поздним технологиям. Однако есть области, где альтернативы Ni Cd элементам нет, и они еще долго не сойдут со сцены.

Никель-кадмиевая батарея от компании Metabo.

Металлогидридный

Аккумуляторы структуры NiMH разработаны на смену никель-кадмиевым электрохимическим источникам тока. Батареи предыдущего поколения обладают хорошими характеристиками, но содержат кадмий – токсичный элемент, создающий проблемы с утилизацией АКБ. Более новые источники имеют несколько большую удельную емкость, но выдерживают меньшее количество циклов заряда-разряда. Также для них характерна большая токоотдача (до 1,5 крат по сравнению с Ni Cd) и меньший ток саморазряда. Никель-металлогидридные элементы можно хранить на холоде (но не при температурах ниже нуля!) до месяца без необходимости последующей подзарядки. Хранение элементов стало безопасным – авиакомпании принимают Ni-MH батареи к перевозке.

По сравнению с никель-кадмиевыми моделями NiMH батареи имеют полное превосходство почти по всем электрическим параметрам, но при низких температурах они работают плохо. В этой категории устаревшая концепция NiCd конкуренции не имеет.

Никель-металлогидридная батарея 18 вольт.

Литий-ионный

Самый популярный тип аккумуляторов. Считается лучшим и передовым по совокупности свойств. К плюсам таких батарей относят:

• высокую удельную емкость;
• низкий ток саморазряда;
• высокую токоотдачу;
• повышенное напряжение единичного элемента имеет преимущество при построении относительно «высоковольтных» батарей (18 в или 20 в) – так как элементов надо меньше, то при том же геометрическом объеме общая емкость будет выше;
• микроскопический эффект памяти (долгое время считалось, что он отсутствует полностью);
• относительно долгий срок службы.

На практике не все так радужно, и у литий-ионных батарей есть существенные недостатки:

• литий-ионные элементы выходят из строя при перезаряде, требуется тщательный контроль под управлением микропроцессоров;
• выходят из строя при глубокой разрядке;
• теряют свойства при хранении (даже без заряда-разряда);
• плохо работают при низких температурах.

Для контроля глубины разряда под нагрузкой и предотвращения перезаряда литий-ионные батареи часто оснащаются встроенным контроллером. Он помогает правильно зарядить Li-ion аккумулятор шуруповерта В этом случае батарея работает в более благоприятных режимах и срок ее службы увеличивается. Но не все производители устанавливают в свою продукцию такие платы, несмотря на декларации об их наличии.

Литий-ионая АКБ на 20 вольт.

Также недостатком аккумуляторов Li-ion считается их склонность к самовозгоранию и к взрыву. Проблема усугубляется тем, что в результате химических реакций для поддержания горения им не нужен приток кислорода извне. А с водой содержимое АКБ реагирует, выделяя еще больше взрывоопасных газов. Поэтому тушить такие элементы очень трудно. В результате после нескольких инцидентов и даже катастроф при перевозке Li-Ion элементов авиакомпании стали вводить ограничения и запреты на транспортировку таких источников тока. О методах восстановления таких батарей можно почитать здесь.

Для удобства сравнения основные свойства аккумуляторов разных типов сведены в таблицу.

Общие правила зарядки

При совершении зарядки никель-кадмиевого аккумулятора крайне важно ограничивать излишний ток, поступающий на электроды. Это необходимо из-за роста внутри устройства при таком процессе давления

При зарядке будет выделяться кислород. Это влияет на коэффициент использования тока, который будет снижаться. Существуют определенные требования, которые объясняют, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы. Парамерты процесса учитывают производители специального оборудования. Зарядные устройства в процессе своей работы сообщают батарее 160% от номинального значения емкости. Интервал температур на протяжении всего процесса должен оставаться в рамках от 0 до +40 ºС.

Правила использования никель-металлогидридных аккумуляторных батарей

Продолжительность эксплуатации ni mh аккумуляторов во многом зависит от того, не допускается ли перегрев или существенный перезаряд источника питания. Дополнительно мастера советуют учитывать следующие правила:

• Вне зависимости от того, сколько будут храниться источники питания, их обязательно заряжают. Процент заряда должен составлять не менее 50 от общей емкости. Только в этом случае проблем во время хранения и обслуживания не будет.
• Аккумуляторные батареи такого типа отличаются чувствительностью к перезарядке, к чрезмерному нагреву. Эти показатели пагубно сказываются на продолжительности использования, величине токоотдачи. Для этих источников питания требуются специальные зарядники.
• Проводить тренировочные циклы для никель-металлогидридных источников питания необязательно. При помощи проверенного зарядника потерянная емкость восстанавливается. Численность восстановительных циклов во многом зависит от того, в каком состоянии агрегат.
• Между циклами восстановления обязательно делают перерывы, а также изучают, как зарядить АКБ эксплуатируемое. Этот временной промежуток требуется, дабы агрегат остыл, уровень температуры опустился до требуемого показателя.
• Процедура подзарядки или тренировочного цикла проводится только в приемлемом температурном режиме: +5-+50 градусов. Если превышать этот показатель, то вероятность стремительного выхода из строя повышается.
• При подзарядке следят за тем, чтобы напряжение не опускалось ниже, чем 0,9 вольта. Ведь некоторые зарядники не осуществляют зарядку, если это значение минимальное. В таких случаях допускается подведение внешнего источника для восстановления питания.
• Циклическое восстановление проводят при условии, что есть определенный опыт. Ведь не все зарядные устройства можно использовать для разрядки аккумулятора.
• Процедура хранения включает ряд простых правил. Не допускается хранение источника питания на открытом воздухе или в помещениях, в которых уровень температуры снижается до 0 градусов. Это провоцирует застывание электролитического состава.

Если единовременно осуществляется зарядка не одного, а нескольких источников питания, то степень заряженности поддерживается на установленном уровне. Поэтому неопытные потребители осуществляют восстановление АКБ отдельно.

Nimh аккумуляторы – эффективные источники питания, которыми активно пользуются для комплектации различных устройств и агрегатов. Они выделяются определенными преимуществами, особенности. Перед их эксплуатацией обязателен учет основных правил использования.

Особенности и применение NI MH аккумуляторов

Область применения металлогидридных батарей напрямую связана с их свойствами. Максимальная ёмкость при минимальном объёме позволила им занять место в той электронике, где одноразовые батарейки приходится менять очень часто. Это фотоаппараты, беспроводные мыши и клавиатуры, радиопульты, детские игрушки.

В основном используется два размера таких элементов – это АА и ААА. Использовать такие элементы можно в любом месте, где используются одноразовые батарейки. Но часто это не имеет экономического смысла (в том случае, если одноразовая батарейка служит в устройстве годами)

Номинальное напряжение ni mh аккумулятора 1,2V. С незначительным отклонением под нагрузкой такое напряжение держится в течение всего цикла работы батареи. Напряжение одноразовой батарейки в работе плавно падает от 1,5 до 1 вольта. Той есть 1,2-среднее значение. Это позволяет аккумулятору отлично заменять одноразовую батарейку в 99% случаев. Случаи, когда необходимо именно 1,5V для работы устройства, единичные и часто “лечатся” сменой режима в меню устройства “батарейка/аккумулятор”.

Эффект памяти при заряде никель металлогидридных аккумуляторов менее заметен, чем у Ni-Cd элементов. Первые несколько лет массовых продаж производители размещали надпись “без эффекта памяти”.  Впоследствии эту надпись убрали.

Рекомендация “заряд после разряда” актуальна и для  металлогидридных аккумуляторов.

Основные характеристики

Чтобы понять, как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, необходимо ознакомиться с особенностями подобных приборов. Их изобрел В. Юнгнер еще в далеком 1899 году. Однако их производство было тогда слишком затратным. Технологии совершенствовались. Сегодня в продаже представлены простые в эксплуатации и относительно недорогие батареи никель-кадмиевого типа.

Представленные устройства требуют, чтобы заряд происходил быстро, а разряд медленно. Причем опустошение емкости батареи необходимо выполнять полностью. Подзарядка производится импульсными токами. Этих параметров следует придерживаться на протяжении всего срока эксплуатации устройства. Зная, каким током заряжать аккумулятор Ni-Cd, можно продлить срок его службы на несколько лет. При этом подобные батареи эксплуатируются даже в самых тяжелых условиях. Особенностью представленных аккумуляторов является «эффект памяти». Если периодически не разряжать батарею полностью, на пластинах ее элементов будут формироваться крупные кристаллы. Они снижают емкость аккумулятора.

Области применения

Замена стандартного гальванического элемента, электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Выбор емкости аккумуляторов

При использовании NiMH аккумуляторов далеко не всегда следует гнаться за большой ёмкостью. Чем более ёмкий аккумулятор, тем выше (при прочих равных условиях) его ток саморазряда. Для примера рассмотрим аккумуляторы ёмкостью 2500 мАч и 1900 мАч. Полностью заряженные и не используемые в течение, например, месячного срока аккумуляторы потеряют часть своей электрической ёмкости вследствие саморазряда. Более ёмкий аккумулятор будет терять заряд значительно быстрее, чем менее ёмкий. Таким образом по прошествии, например, месяца аккумуляторы будут иметь примерно равный заряд, а по прошествии ещё большего времени изначально более ёмкий аккумулятор будет содержать меньший заряд.

Как отличить одноразовую батарейку от аккумулятора

Как называются батарейки, которые можно перезаряжать, мы выяснили. Имя им – аккумуляторы. Но как отличить гальванический элемент от аккумулятора, особенно если и тот и другой выполнены в одном форм-факторе? Сделать это несложно.

По напряжению

Ни один аккумулятор не выдает ровно 1.5 В. Может быть 1.2, 1.6, 3.2, 3.7 В, но никогда не 1.5 (см. раздел «Выходное напряжение»). Если на корпусе элемента указано напряжение 1.5 В, то это явно не аккумулятор. Но это правило не работает для батарей. Если батарея состоит из нескольких элементов, то ее выходное напряжение может принимать различные значения.

Таким образом, однозначно отличить аккумуляторную батарею от батареи гальванических элементов по напряжению довольно сложно.

По сопроводительным надписям

Практически всегда производитель проставляет на корпусе аккумулятора его электрическую емкость. На одноразовых батарейках таких надписей нет.

Кроме того, на аккумуляторах всегда указывается его тип – состав электролита и материал электродов. На фото ниже слева мы видим никель-металлогидридный аккумулятор, справа – литий-ионный.

Подавляющее большинство аккумуляторов маркируется надписью «Rechargeable» (перезаряжаемый) или подобной. А вот на батарейках может стоять «Not rechargeable» (не перезаряжаемый), а на щелочных еще и присутствовать надпись «Alkaline».

Слева мы видим аккумуляторы, справа — гальванические элементы

По маркировке

Это самый верный способ не спутать гальванический элемент с аккумулятором. Маркировка представляет собой код, состоящий из одной-двух латинских букв и цифр (например, LR23 — пальчиковая щелочная), стоящих за ними. Буквы обозначают тип элемента, цифры – его типоразмер. Достаточно взглянуть на маркировку батарейки, свериться с нижеприведенной таблицей и можно точно выяснить, что у нас в руках.

Таблица маркировки наиболее популярных типов гальванических элементов и аккумуляторов по МЭК

Почему нельзя заряжать обычные батарейки

Одноразовые элементы имеют совершенно другой принцип работы – от электролита к электродам поступают ионы. Со временем их запас иссякает, тогда батарейка садится. Если пропустить ток через обычную модель, то восстановительного процесса просто не произойдет. Например, во время работы марганцево-цинковых батареек цинковый электрод растворится.

Аккумуляторы устроены так, что показатели электролитов и электродов можно вернуть к первоначальному варианту. Когда такую аккумулятор подключают к ЗУ, то из электролита преобразуются ионы кислорода и водорода. Начинается восстановительный процесс, где водород выступает катализатором преобразования катода в свинец, а кислород – анода в диоксид свинца.

Цилиндрические батареи

Сегодня широко применяются батареи с металлокерамическими электродами. Они обладают малым сопротивлением и обеспечивают высокие энергетические показатели устройства. Напряжение заряженного Ni-Cd-аккумулятора этого типа удерживается на уровне 1,2 В до потери 90% заданной емкости. Около 3% ее теряется при последующем разряде с 1,1 до 1 В. Представленный тип батарей допускается разряжать током 3-5 С.

Электроды рулонного типа установлены в цилиндрических аккумуляторах. Их можно разряжать током с более высокими показателями, который находится на уровне 7-10 С. Показатель емкости будет максимальным при температуре +20 ºС. При ее увеличении это значение несущественно меняется. Если температура снизится до 0 ºС и ниже, разрядная емкость уменьшается прямопропорционально приросту разрядного тока. Как заряжать Ni-Cd-аккумуляторы, разновидности которых представлены в продаже, необходимо рассмотреть подробно.

Правильная разрядка: как это сделать?

Как правильно разрядить батарею — вопрос, который может показаться странным. Сразу стоит отметить, что сделать это, включив инструмент на полную мощность, не получится. Более того, если непрерывно и вхолостую «крутить» подключенный к сети шуруповерт, это может привести к тому, что он попросту сломается. Да и полной разрядки кадмиевых батареек таким способом все равно не добиться в силу того, что остаточный заряд они держат долго и стабильно.

Существует гораздо более надежный и щадящий метод, при котором АКБ разряжается быстро и без вреда для шуруповерта. Для этого нужно воспользоваться обычной лампочкой.

Рекомендации по правильному использованию аккумуляторов разных типов для электроинструмента

Для того, чтобы аккумуляторы прослужили максимально долго, и к процедуре восстановления пришлось прибегать как можно реже, стоит придерживаться следующих правил.

Для Ni-Cd:

1. Ставьте аккумуляторы на зарядку только после того, как он полностью разрядится. Это состояние легко отследить: электромотор уже «не тянет» на низком токе. Закрутить саморез или отпилить пруток уже не получается.
2. Заряжайте аккумуляторы до полной ёмкости. Если снимать их с заряда раньше, эффект памяти понемногу уменьшит ёмкость, и батарею придётся «разгонять» мощным током.
3. Если у вас устройство без автоматического отключения (не загорается сигнал о конце зарядки), то рассчитайте время полного заряда, разделив ёмкость аккумулятора в ампер-часах на силу тока зарядного устройства.
4. Если дрель или болгарка долго не используются, их лучше полностью разрядить и хранить при температуре ниже 20 градусов.

Для Ni-Mh:

1. Дозаряжать батарею можно в любой момент, и на 70% и на 30% заряда. Правда, это можно делать только «по свежим следам». Если устройство хранилось так больше недели, нужно его всё-таки полностью разрядить.
2. Хранить никель-металлогидридные элементы питания следует полностью заряженными при низкой, но не нулевой температуре. Именно такие условия созданы в бытовом холодильнике. Не забудьте поместить батарею в герметичный зип-пакет.
3. Если аккумуляторы разрядились в ноль, реанимировать их будет очень сложно. Поэтому периодически извлекайте батарею из холодильника и замеряйте напряжение. Для номинальной 12-вольтовой оно не должно опускаться ниже 10 В.

Для Li-Ion:

1. Элементы на основе лития можно хранить в обычных условиях при комнатной температуры. Их саморазряд очень низкий.
2. Не старайтесь полностью разрядить литий-ионную батарею. Это для неё вредно. Впрочем, контроллер не позволит сбросить напряжение до критической отметки. Рекомендуется ставить аппарат на зарядку сразу после работы.
3. Перезарядить литиевый элемент при работе «родного» зарядного устройства невозможно — по достижении нужной отметки ток перестаёт течь.

Как нужно проводить восстановление NiMH аккумулятора и почему это важно

Существенным фактором внешнего влияния на электрические характеристики аккумуляторов является температура окружающей среды. Емкость, которая может быть получена от аккумулятора при 20°С, наибольшая. Она почти не уменьшается и при разряде при более высокой температуре. Но при температуре ниже 0°С разрядная емкость уменьшается, и тем больше, чем больше разрядный ток.

Номинальным (стандартным) режимом заряда является режим, при котором аккумулятор, разряженный до 1В, заряжается током 0,1С в течение 16ч (для Ni-Mh 15ч.). Аккумуляторы могут быть заряжены при температуре от 0 до +40°С, наиболее эффективно в интервале температур от +10 до +30 °С. Ускоренный (за 4 — 5 часов) и быстрый (за 1 час) заряды возможны для Ni-MH аккумуляторов, имеющих высокоактивные электроды. При таких зарядах процесс контролируется по изменению температуры ?Т и напряжения ?U и другим параметрам. Рекомендуется также трехступенчатый способ заряда: первый этап быстрого заряда (ток до 1С), заряд со скоростью 0,1С в течение 0,5-1 ч для заключительной подзарядки, и заряд со скоростью 0,05-0,02С в качестве компенсационного подзаряда. Зарядное напряжение Uз при Iз=0,3-1С лежит в интервале 1,4-1,5В. Для исключения перезаряда аккумуляторных батарей могут применятся следующие методы контроля заряда с соответствующими датчиками, устанавливаемыми в аккумуляторные батареи или зарядные устройства:

• метод прекращения заряда по абсолютной температуре Тmax.
• метод прекращения заряда по скорости изменения температуры ?T/?t.
• метод прекращения заряда по отрицательной дельте напряжения -?U.
• метод прекращения заряда по максимальному времени заряда t.
• метод прекращения заряда по максимальному давлению Pmax. (0,05-0,8 Мпа).
• метод прекращения заряда по максимальному напряжению Umax.

Для Ni-MH аккумуляторов не рекомендуется заряд при постоянном напряжении, так как может произойти «тепловой выход из строя» аккумуляторов. Тепловыделение в герметичном Ni-Cd аккумуляторе зависит от уровня его заряженности. К концу заряда в стандартном режиме температура аккумулятора может взрасти на 10-15 °С. При быстром заряде разогрев больше (до 40-45 °С).

Правила эксплуатации NiCd/NiMh аккумуляторов

• Старайтесь использовать только штатные зарядные устройства
• При использовании неавтоматических зарядных устройств, не заряжайте аккумулятор больше времени, указанного в инструкции. Перезаряд значительно ускоряет процесс старения аккумулятора
• Не оставляйте разряженный аккумулятор во включенной аппаратуре. Дальнейший бесконтрольный разряд* полностью выводит аккумулятор из строя.
• Избегайте зарядки не полностью разряженного аккумулятора.
• Каждые 3-4 недели производите полную разрядку* аккумулятора в аппаратуре
• Соблюдайте температурный диапазон эксплуатации
• Перед хранением более 1 месяца NiCd аккумулятор необходимо разрядить*. NiMh аккумулятор хранить при 30-50% уровне заряда. Храните при температуре +5°С…+20°С. Срок хранения — до 4 лет.
• Каждые 6 месяцев для NiMh и 12 месяцев для NiCd хранения рекомендуется сделать не менее 3 циклов заряда-разряда в стандартном режиме.

*Примечание: Аккумулятор является полностью разряженным, когда его напряжение падает до 83% от номинального. Например, аккумулятор с номиналом 1,2В будет полностью разряжен, когда при работающей аппаратуре напряжение на нем станет равным 1 В. Обычно этот уровень напряжения совпадает с порогом отключения аппаратуры.

ВНИМАНИЕ! В процессе эксплуатации НЕ ДОПУСКАТЬ:

• применения зарядных устройств, не предназначенных для заряда аккумуляторов данной химической системы
• короткого замыкания между контактами аккумулятора
• внешнего нагрева выше 100°С и воздействия открытого огня
• любых физических повреждений корпуса аккумулятора
• зарядки холодного аккумулятора (ниже 0°С)
• проникновения жидкости в корпус аккумулятора.

Нюансы во время работы

Для долговечной работы аккумуляторных батарей ni mh нужно знать и следовать нескольким советам, регулярное применение которых сможет гарантировать продолжительное пользование. Для этого необходимо знать всего несколько вещей.

Для долговечной работы используют такие методы:

1. Остановка зарядки в связи с изменением скорости роста температуры. Во время зарядки батарея находится под постоянным контролем, и в том случае, когда температура быстро изменяется, происходит автоматическая остановка процесса.
2. Остановка зарядки по максимальному времени.
3. Прекращение заряда по достижению максимальной температуры. Если батарейка запредельно нагрелась и достигла максимальных показателей, процесс быстрой зарядки останавливается.
4. Перед окончанием зарядки устройства происходит снижение подаваемого заряда в связи с повышением температуры батарейки.
5. Максимальное напряжение. Такой способ актуален для старых батареек, которые имеют повышенное внутреннее сопротивление в связи с нехваткой электролита. Происходит автоматическая корректировка максимального напряжения.
6. Максимальное давление. Метод применяется для аккумуляторов с большой ёмкостью. Давление в этом случае будет зависеть от размеров конструкции.

Для того чтобы правильно рассчитать формулу для зарядки ni mh battery, нужно применить следующую формулу: время зарядки равно ёмкости, разделённой на силу тока зарядного устройства. К примеру, есть аккумулятор ёмкостью 4000 миллиампер в час. Зарядное устройство имеет силу тока 1000 миллиампер в час: 4000 / 1000 = 4.

Необходимые правила, которые нужно соблюдать во время эксплуатации АКБ:

1. Такие устройства очень чувствительны к перегреву, и он очень плохо скажется на их работе. Они теряют токоотдачу и способность отдавать имеющийся заряд.
2. Перед активной эксплуатацией элемента батареи для его лучшей работы можно совершить несколько циклов разрядки и зарядки устройства. Это позволит достичь максимальной ёмкости, которая была потеряна во время транспортировки и хранении после производства.
3. Во время долгого хранения без применения в работе аккумулятор нужно оставлять заряженным не более чем на 30−40% от максимальной ёмкости.
4. После зарядки или разрядки батареи нужно дать ей время остыть.
5. Рекомендуется время от времени (каждые 8−10 циклов зарядки) разряжать аккумулятор до 0.98 и полностью заряжать. Это продлит время его эксплуатации.
6. Такие батареи нужно разряжать максимум до показателя 0.98. Если эта цифра будет меньшей, то устройство просто может перестать заряжаться.