باتری نیکل هیدرید فلز. باتری نیکل متال هیدرید

این مقاله در مورد باتری های نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH) مدت هاست که در اینترنت روسیه کلاسیک بوده است. توصیه میکنم چک کنید...

باتری های نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH) از نظر طراحی شبیه به باتری های نیکل-کادمیم (Ni-Cd) و در فرآیندهای الکتروشیمیایی - باتری های نیکل-هیدروژن هستند. انرژی ویژه یک باتری Ni-MH به طور قابل توجهی بیشتر از انرژی ویژه باتری های Ni-Cd و هیدروژن (Ni-H2) است.

ویدئو: باتری های نیکل-فلز هیدرید (NiMH).

مشخصات باتری مقایسه ای

گزینه ها	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
ولتاژ نامی، V	1.2	1.2	1.2
انرژی ویژه: Wh/kg | ساعت/لیتر	20-40 60-120	40-55 60-80	50-80 100-270
عمر مفید: سال | چرخه ها	1-5 500-1000	2-7 2000-3000	1-5 500-2000
خود تخلیه، %	20-30 (به مدت 28 روز)	20-30 (به مدت 1 روز)	20-40 (به مدت 28 روز)
دمای عملیاتی، درجه سانتیگراد	-50 — +60	-20 — +30	-40 — +60

***گسترش گسترده برخی پارامترها در جدول ناشی از اهداف (طراحی) متفاوت باتری ها است. علاوه بر این، جدول داده های باتری های مدرن با تخلیه کم خود را در نظر نمی گیرد

تاریخچه باتری Ni-MH

توسعه باتری های نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH) در دهه 50-70 قرن گذشته آغاز شد. نتیجه روش جدیدی برای ذخیره هیدروژن در باتری های نیکل-هیدروژن مورد استفاده در فضاپیماها بود. در عنصر جدید، هیدروژن در آلیاژهای برخی از فلزات انباشته شده است. آلیاژهایی که هیدروژن را تا 1000 برابر حجم خود جذب می کنند در دهه 1960 کشف شدند. این آلیاژها از دو یا چند فلز تشکیل شده‌اند که یکی از آنها هیدروژن را جذب می‌کند و دیگری کاتالیزوری است که باعث انتشار اتم‌های هیدروژن در شبکه فلزی می‌شود. تعداد ترکیبات ممکن از فلزات مورد استفاده عملا نامحدود است، که امکان بهینه سازی خواص آلیاژ را فراهم می کند. برای ایجاد باتری های Ni-MH، لازم بود آلیاژهایی ایجاد شود که در فشار هیدروژن پایین و دمای اتاق کار کنند. در حال حاضر، کار بر روی ایجاد آلیاژهای جدید و فناوری های پردازش آنها در سراسر جهان ادامه دارد. آلیاژهای نیکل با فلزات خاکی کمیاب می توانند تا 2000 چرخه شارژ-دشارژ باتری را فراهم کنند در حالی که ظرفیت الکترود منفی را تا 30 درصد کاهش نمی دهند. اولین باتری Ni-MH که از آلیاژ LaNi5 به عنوان ماده فعال اصلی الکترود هیدرید فلز استفاده می کرد، توسط بیل در سال 1975 به ثبت رسید. در آزمایشات اولیه با آلیاژهای هیدرید فلزی، باتری های Ni-MH ناپایدار بودند و ظرفیت باتری مورد نیاز نمی توانست. حاصل شود. بنابراین، استفاده صنعتی از باتری های Ni-MH تنها در اواسط دهه 80 پس از ایجاد آلیاژ La-Ni-Co آغاز شد که امکان جذب الکتروشیمیایی برگشت پذیر هیدروژن را برای بیش از 100 سیکل فراهم می کرد. از آن زمان، طراحی باتری های قابل شارژ Ni-MH به طور مداوم در جهت افزایش چگالی انرژی بهبود یافته است. جایگزینی الکترود منفی امکان افزایش محتوای جرم فعال الکترود مثبت را که ظرفیت باتری را تعیین می کند، 1.3-2 برابر کرد. بنابراین، باتری های Ni-MH در مقایسه با باتری های Ni-Cd دارای ویژگی های انرژی ویژه به طور قابل توجهی بالاتری هستند. موفقیت در گسترش باتری های نیکل-فلز هیدرید با چگالی انرژی بالا و غیر سمی بودن مواد مورد استفاده در تولید آنها تضمین شد.

فرآیندهای اساسی باتری های Ni-MH

باتری های Ni-MH از یک الکترود اکسید نیکل به عنوان الکترود مثبت استفاده می کنند، درست مانند باتری نیکل-کادمیم، و به جای الکترود کادمیوم منفی از الکترود جذب کننده هیدروژن خاکی کمیاب نیکل استفاده می کنند. واکنش زیر روی الکترود اکسید نیکل مثبت یک باتری Ni-MH رخ می دهد:

Ni(OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (شارژ) NiOOH + H 2 O + e - → Ni(OH) 2 + OH - (تخلیه)

در الکترود منفی، فلز با هیدروژن جذب شده به یک هیدرید فلز تبدیل می شود:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (شارژ) MH + OH - → M + H 2 O + e - (تخلیه)

واکنش کلی در یک باتری Ni-MH به صورت زیر نوشته شده است:

Ni(OH) 2 + M → NiOOH + MH (شارژ) NiOOH + MH → Ni(OH) 2 + M (تخلیه)

الکترولیت در واکنش اصلی تشکیل جریان شرکت نمی کند. پس از رسیدن به 70-80 درصد ظرفیت و پس از شارژ مجدد، اکسیژن شروع به آزاد شدن روی الکترود اکسید نیکل می کند.

2OH- → 1/2O 2 + H2O + 2e - (شارژ مجدد)

که در الکترود منفی بازیابی می شود:

1/2O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH - (شارژ مجدد)

دو واکنش آخر یک چرخه اکسیژن بسته ایجاد می کند. هنگامی که اکسیژن کاهش می یابد، افزایش اضافی در ظرفیت الکترود هیدرید فلز به دلیل تشکیل گروه OH - ایجاد می شود.

طراحی الکترودهای باتری های Ni-MH

الکترود هیدروژن فلزی

ماده اصلی که ویژگی های باتری Ni-MH را مشخص می کند یک آلیاژ جذب کننده هیدروژن است که می تواند 1000 برابر حجم خود هیدروژن جذب کند. رایج ترین آنها آلیاژهایی از نوع LaNi5 هستند که در آن بخشی از نیکل با منگنز، کبالت و آلومینیوم جایگزین می شود تا پایداری و فعالیت آلیاژ افزایش یابد. برای کاهش هزینه، برخی از شرکت های تولیدی به جای لانتانیم از فلز میش (Mm که مخلوطی از عناصر خاکی کمیاب است، نسبت آنها در مخلوط نزدیک به نسبت سنگ معدن طبیعی است) استفاده می کنند که علاوه بر لانتانیم شامل سریم نیز می شود. پرازئودیمیم و نئودیمیم. در طول چرخه شارژ-تخلیه، انبساط و انقباض شبکه کریستالی آلیاژهای جاذب هیدروژن به دلیل جذب و دفع هیدروژن به میزان 15-25٪ رخ می دهد. چنین تغییراتی به دلیل افزایش تنش داخلی منجر به ایجاد ترک در آلیاژ می شود. تشکیل ترک ها باعث افزایش سطح می شود که در اثر برهم کنش با الکترولیت قلیایی در معرض خوردگی قرار می گیرد. به این دلایل، ظرفیت تخلیه الکترود منفی به تدریج کاهش می یابد. در باتری با مقدار محدودی الکترولیت، این مشکلاتی را در ارتباط با توزیع مجدد الکترولیت ایجاد می کند. خوردگی آلیاژ به دلیل تشکیل اکسیدها و هیدروکسیدهای مقاوم در برابر خوردگی منجر به انفعال شیمیایی سطح می شود که باعث افزایش ولتاژ واکنش اصلی تولید جریان الکترود هیدرید فلز می شود. تشکیل محصولات خوردگی با مصرف اکسیژن و هیدروژن از محلول الکترولیت اتفاق می افتد که به نوبه خود باعث کاهش مقدار الکترولیت باتری و افزایش مقاومت داخلی آن می شود. برای کاهش سرعت فرآیندهای نامطلوب پراکندگی و خوردگی آلیاژها که طول عمر باتری های Ni-MH را تعیین می کند، از دو روش اصلی (علاوه بر بهینه سازی ترکیب و حالت تولید آلیاژ) استفاده می شود. روش اول ریزپوشانی ذرات آلیاژی است، به عنوان مثال. در پوشاندن سطح آنها با یک لایه نازک متخلخل (5-10٪) - به وزن نیکل یا مس. روش دوم که در حال حاضر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، شامل تصفیه سطح ذرات آلیاژ در محلول های قلیایی برای تشکیل فیلم های محافظ قابل نفوذ به هیدروژن است.

الکترود اکسید نیکل

الکترودهای اکسید نیکل در تولید انبوه در اصلاحات طراحی زیر تولید می شوند: لاملا، متخلخل بدون لاملا (سرمت) و فشرده، از جمله الکترودهای قرص. در سال های اخیر، الکترودهای نمدی بدون لاملا و فوم پلیمری شروع به استفاده از آنها کرده اند.

الکترودهای لایه ای

الکترودهای لایه ای مجموعه ای از جعبه های سوراخ دار به هم پیوسته (لاملا) هستند که از نوار فولادی با روکش نیکل نازک (0.1 میلی متر ضخامت) ساخته شده اند.

الکترودهای زینتر شده (سرمت).

الکترودهای این نوع از یک پایه فلزی سرامیکی متخلخل (با تخلخل حداقل 70٪) تشکیل شده است که در منافذ آن جرم فعال قرار دارد. پایه از پودر ریز کربونیل نیکل ساخته شده است، که با کربنات آمونیوم یا اوره (60-65٪ نیکل، بقیه پرکننده) مخلوط شده است، فشرده، نورد یا اسپری می شود روی توری فولادی یا نیکل. سپس مش با پودر در یک جو احیا کننده (معمولاً در اتمسفر هیدروژن) در دمای 800-960 درجه سانتیگراد تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد، در حالی که کربنات آمونیوم یا اوره تجزیه و تبخیر می شود و نیکل متخلخل می شود. پایه های به دست آمده از این طریق دارای ضخامت 1-2.3 میلی متر، تخلخل 80-85 درصد و شعاع منافذ 5-20 میکرون هستند. این پایه به طور متناوب با محلول غلیظ نیترات نیکل یا سولفات نیکل و محلول قلیایی گرم شده تا دمای 60 تا 90 درجه سانتیگراد آغشته می شود که باعث رسوب اکسیدها و هیدروکسیدهای نیکل می شود. در حال حاضر از روش اشباع الکتروشیمیایی نیز استفاده می شود که در آن الکترود در محلول نیترات نیکل تحت عملیات کاتدی قرار می گیرد. در اثر تشکیل هیدروژن، محلول در منافذ صفحه قلیایی می شود که منجر به رسوب اکسیدهای نیکل و هیدروکسیدها در منافذ صفحه می شود. الکترودهای فویل از انواع الکترودهای زینتر شده هستند. الکترودها با استفاده از امولسیون الکلی از پودر کربونیل نیکل حاوی بایندرها بر روی نوار نیکل سوراخ دار نازک (0.05 میلی متر) در دو طرف، با پاشش، تف جوشی و آغشته سازی شیمیایی یا الکتروشیمیایی بیشتر با معرف ها تولید می شوند. ضخامت الکترود 0.4-0.6 میلی متر است.

الکترودهای فشرده

الکترودهای فشرده با فشار دادن جرم فعال تحت فشار 60-35 مگاپاسکال بر روی نوار مشبک یا سوراخ شده فولادی ساخته می شوند. جرم فعال از هیدروکسید نیکل، هیدروکسید کبالت، گرافیت و یک چسب تشکیل شده است.

الکترودهای نمدی فلزی

الکترودهای نمدی فلزی دارای یک پایه بسیار متخلخل هستند که از الیاف نیکل یا کربن ساخته شده است. تخلخل این پایه ها 95 درصد یا بیشتر است. الکترود نمدی بر اساس پلیمر نیکل اندود یا نمد کربن-گرافیت ساخته شده است. ضخامت الکترود، بسته به هدف آن، در محدوده 0.8-10 میلی متر است. توده فعال با استفاده از روش های مختلف بسته به چگالی آن وارد نمد می شود. قابل استفاده به جای نمد فوم نیکل، با آبکاری نیکل فوم پلی یورتان و سپس آنیل در یک محیط احیا کننده به دست می آید. خمیر حاوی هیدروکسید نیکل و یک چسب معمولاً با پخش کردن به یک محیط بسیار متخلخل اضافه می شود. پس از این، پایه با خمیر خشک شده و رول می شود. الکترودهای پلیمری فلت و فوم با ظرفیت ویژه بالا و عمر طولانی مشخص می شوند.

طراحی باتری Ni-MH

باتری های استوانه ای Ni-MH

الکترودهای مثبت و منفی که توسط یک جداکننده از هم جدا شده اند، به صورت رول در می آیند که داخل محفظه قرار می گیرد و با یک درب آب بندی با واشر بسته می شود (شکل 1). روکش دارای یک سوپاپ اطمینان است که در صورت خرابی در حین کار باتری با فشار 2-4 مگاپاسکال راه اندازی می شود.

عکس. 1. طراحی باتری نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH): 1 بدنه، 2 روکش، کلاهک 3 سوپاپ، 4 سوپاپ، کلکتور الکترود 5 مثبت، 6 حلقه عایق، 7 الکترود منفی، 8 جداکننده، 9 - الکترود مثبت، 10-عایق.

باتری های Ni-MH منشوری

در باتری های Ni-MH منشوری، الکترودهای مثبت و منفی به طور متناوب قرار می گیرند و یک جداکننده بین آنها قرار می گیرد. بلوک الکترود داخل یک محفظه فلزی یا پلاستیکی قرار می گیرد و با درپوش آب بندی بسته می شود. معمولاً یک سوپاپ یا سنسور فشار روی درب آن نصب می شود (شکل 2).

شکل 2. طراحی باتری Ni-MH: 1 بدنه، 2 روکش، درپوش 3 سوپاپ، 4 سوپاپ، واشر 5 عایق، 6 عایق، 7 الکترود منفی، 8 جداکننده، 9 الکترود مثبت.

باتری های Ni-MH از یک الکترولیت قلیایی متشکل از KOH با افزودن LiOH استفاده می کنند. پلی پروپیلن نبافته و پلی آمید با ضخامت 0.12-0.25 میلی متر که با ماده مرطوب کننده تصفیه شده است به عنوان جداکننده در باتری های Ni-MH استفاده می شود.

الکترود مثبت

باتری‌های Ni-MH از الکترودهای اکسید نیکل مثبت مشابه با باتری‌های Ni-Cd استفاده می‌کنند. باتری های Ni-MH عمدتا از فلز-سرامیک و در سال های اخیر از الکترودهای فوم نمدی و پلیمری استفاده می کنند (به بالا مراجعه کنید).

الکترود منفی

پنج طرح از الکترود هیدرید فلزی منفی (به بالا مراجعه کنید) کاربرد عملی در باتری‌های Ni-MH پیدا کرده‌اند: - لایه‌ای، زمانی که پودر یک آلیاژ جذب‌کننده هیدروژن با یا بدون یک چسب در یک شبکه نیکل فشرده می‌شود. - فوم نیکل، هنگامی که یک خمیر با یک آلیاژ و یک چسب وارد منافذ یک پایه فوم نیکل می شود و سپس خشک و فشرده می شود (نور می شود). - فویل، هنگامی که خمیری با یک آلیاژ و یک چسب به نیکل سوراخ دار یا فویل فولادی نیکل اندود زده می شود و سپس خشک و فشرده می شود. - نورد، هنگامی که پودر جرم فعال، متشکل از یک آلیاژ و یک چسب، با نورد (نورد) روی یک شبکه نیکل کششی یا مش مسی اعمال می شود. - تف جوشی، زمانی که پودر آلیاژ بر روی توری نیکل فشرده می شود و سپس در یک اتمسفر هیدروژنی زینتر می شود. ظرفیت‌های ویژه الکترودهای هیدرید فلزی با طرح‌های مختلف از نظر ارزش نزدیک هستند و عمدتاً با ظرفیت آلیاژ مورد استفاده تعیین می‌شوند.

ویژگی های باتری های Ni-MH. مشخصات الکتریکی

ولتاژ مدار باز

مقدار ولتاژ مدار باز Uр.к. تعیین دقیق سیستم های Ni-MH به دلیل وابستگی پتانسیل تعادل الکترود اکسید نیکل به درجه اکسیداسیون نیکل و همچنین وابستگی پتانسیل تعادل الکترود هیدرید فلز به درجه اشباع آن دشوار است. با هیدروژن 24 ساعت پس از شارژ باتری، ولتاژ مدار باز باتری Ni-MH شارژ شده در محدوده 1.30-1.35 ولت است.

ولتاژ تخلیه نامی

در جریان تخلیه نرمال Iр = 0.1-0.2C (C ظرفیت اسمی باتری است) در دمای 25 درجه سانتیگراد 1.2-1.25V است، ولتاژ نهایی معمول 1V است. ولتاژ با افزایش بار کاهش می یابد (شکل 3 را ببینید)

شکل 3. ویژگی های تخلیه باتری Ni-MH در دمای 20 درجه سانتیگراد و جریان های بار نرمال شده متفاوت: 1-0.2C. 2-1C؛ 3-2C؛ 4-3C

ظرفیت باتری

با افزایش بار (کاهش زمان تخلیه) و کاهش دما، ظرفیت باتری Ni-MH کاهش می یابد (شکل 4). اثر کاهش دما بر ظرفیت به ویژه در دبی های بالا و در دمای کمتر از 0 درجه سانتی گراد قابل توجه است.

شکل 4. وابستگی ظرفیت تخلیه باتری Ni-MH به دما در جریان های تخلیه مختلف: 1-0.2C. 2-1C؛ 3-3C

ایمنی و عمر باتری های Ni-MH

در طول ذخیره سازی، باتری Ni-MH خود تخلیه می شود. پس از یک ماه در دمای اتاق، از دست دادن ظرفیت 20-30٪ است و با ذخیره سازی بیشتر تلفات به 3-7٪ در ماه کاهش می یابد. نرخ خود تخلیه با افزایش دما افزایش می یابد (شکل 5 را ببینید).

شکل 5. وابستگی ظرفیت تخلیه باتری Ni-MH به زمان ذخیره سازی در دماهای مختلف: 1-0 درجه سانتیگراد. 2-20 درجه سانتیگراد؛ 3-40 درجه سانتیگراد

شارژ باتری Ni-MH

زمان کارکرد (تعداد چرخه‌های تخلیه-شارژ) و عمر باتری Ni-MH تا حد زیادی با شرایط کار تعیین می‌شود. زمان کار با افزایش عمق و سرعت تخلیه کاهش می یابد. زمان کار به سرعت شارژ و روش نظارت بر تکمیل آن بستگی دارد. بسته به نوع باتری های Ni-MH، حالت کار و شرایط کار، باتری ها از 500 تا 1800 سیکل دشارژ-شارژ در عمق دشارژ 80 درصد و عمر مفید (به طور متوسط) 3 تا 5 سال دارند.

برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد باتری Ni-MH در مدت زمان تضمین شده، باید توصیه ها و دستورالعمل های سازنده را دنبال کنید. بیشترین توجه را باید به رژیم دما کرد. توصیه می شود از تخلیه بیش از حد (زیر 1 ولت) و اتصال کوتاه خودداری کنید. توصیه می شود از باتری های Ni-MH برای هدف مورد نظر خود استفاده کنید، از ترکیب باتری های مستعمل و استفاده نشده خودداری کنید و سیم ها یا سایر قطعات را مستقیماً به باتری لحیم نکنید. باتری های Ni-MH نسبت به باتری های Ni-Cd نسبت به شارژ بیش از حد حساس هستند. شارژ بیش از حد می تواند منجر به فرار حرارتی شود. شارژ معمولاً با جریان Iз=0.1С به مدت 15 ساعت انجام می شود. شارژ مجدد جبرانی با جریان Iz=0.01-0.03С برای 30 ساعت یا بیشتر انجام می شود. شارژ سریع (4 تا 5 ساعت) و سریع (1 ساعت) برای باتری های Ni-MH با الکترودهای بسیار فعال امکان پذیر است. با چنین بارهایی، فرآیند با تغییرات دما ΔT و ولتاژ ΔU و سایر پارامترها کنترل می شود. به عنوان مثال، از شارژ سریع برای باتری‌های Ni-MH استفاده می‌شود که لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه و ابزارهای برقی را تغذیه می‌کنند، اگرچه لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه در حال حاضر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمری استفاده می‌کنند. روش شارژ سه مرحله ای نیز توصیه می شود: مرحله اول شارژ سریع (1C و بالاتر)، شارژ با سرعت 0.1C به مدت 0.5-1 ساعت برای شارژ نهایی و شارژ با سرعت 0.05-0.02 C به عنوان یک شارژ جبرانی. اطلاعات مربوط به روش های شارژ باتری های Ni-MH معمولاً در دستورالعمل های سازنده موجود است و جریان شارژ توصیه شده روی جعبه باتری نشان داده شده است. ولتاژ شارژ Uz در Iz = 0.3-1C در محدوده 1.4-1.5V قرار دارد. به دلیل آزاد شدن اکسیژن روی الکترود مثبت، مقدار الکتریسیته منتقل شده در هنگام شارژ (Q3) بیشتر از ظرفیت تخلیه (Cp) است. در عین حال، بازده ظرفیت (100 Sr/Qz) به ترتیب 75-80٪ و 85-90٪ برای باتری های دیسکی و استوانه ای Ni-MH است.

کنترل شارژ و دشارژ

برای جلوگیری از شارژ بیش از حد باتری های Ni-MH می توان از روش های کنترل شارژ زیر با سنسورهای مناسب نصب شده در باتری ها یا شارژرها استفاده کرد:

• روش خاتمه شارژ بر اساس دمای مطلق Tmax. دمای باتری در طول فرآیند شارژ به طور مداوم کنترل می شود و هنگامی که به حداکثر مقدار رسید، شارژ سریع قطع می شود.
• روش خاتمه شارژ بر اساس نرخ تغییر دما ΔT/Δt. با استفاده از این روش، شیب منحنی دمای باتری به طور مداوم در طول فرآیند شارژ کنترل می شود و هنگامی که این پارامتر از مقدار تعیین شده خاصی بالاتر می رود، شارژ قطع می شود.
• روش توقف شارژ با استفاده از ولتاژ منفی -ΔU. در پایان شارژ باتری، در طول چرخه اکسیژن، دمای آن شروع به افزایش می کند و منجر به کاهش ولتاژ می شود.
• روش خاتمه شارژ بر اساس حداکثر زمان شارژ t.
• روش خاتمه شارژ بر اساس حداکثر فشار Pmax. به طور معمول در باتری های منشوری با اندازه و ظرفیت بزرگ استفاده می شود. سطح فشار مجاز در یک باتری منشوری به طراحی آن بستگی دارد و در محدوده 0.05-0.8 مگاپاسکال قرار دارد.
• روش خاتمه شارژ بر اساس حداکثر ولتاژ Umax. برای قطع شارژ باتری های با مقاومت داخلی بالا که در پایان عمر آنها به دلیل کمبود الکترولیت یا در دمای پایین ظاهر می شود، استفاده می شود.

هنگام استفاده از روش Tmax، ممکن است در صورت کاهش دمای محیط، باتری بیش از حد شارژ شود یا اگر دمای محیط به میزان قابل توجهی افزایش یابد، باتری ممکن است کم شارژ شود. روش ΔT/Δt می تواند بسیار موثر برای توقف شارژ در دمای پایین محیط استفاده شود. اما اگر در دماهای بالاتر از این روش به تنهایی استفاده شود، باتری‌های داخل باتری‌ها قبل از رسیدن به مقدار ΔT/Δt برای خاموش شدن، در معرض دمای بالای نامطلوب قرار می‌گیرند. برای مقدار معین ΔT/Δt، ظرفیت ورودی بزرگتری را می توان در دمای محیط کمتر از دمای بالاتر به دست آورد. در ابتدای شارژ باتری (و همچنین در پایان شارژ)، دما به سرعت افزایش می یابد، که می تواند منجر به خاموش شدن زودهنگام شارژ در هنگام استفاده از روش ΔT/Δt شود. برای رفع این مشکل، توسعه دهندگان شارژر از تایمر برای تاخیر اولیه پاسخ سنسور با استفاده از روش ΔT/Δt استفاده می کنند. روش -ΔU در توقف شارژ در دمای پایین محیط به جای دماهای بالا موثر است. از این نظر، روش مشابه روش ΔT/Δt است. برای اطمینان از پایان شارژ در مواردی که شرایط پیش بینی نشده مانع از وقفه عادی شارژ می شود، همچنین توصیه می شود از یک کنترل تایمر که مدت زمان عملیات شارژ را تنظیم می کند (روش t) استفاده کنید. بنابراین، برای شارژ سریع باتری‌ها با جریان‌های نرمال‌شده 0.5-1 درجه سانتی‌گراد در دمای 0-50 درجه سانتی‌گراد، توصیه می‌شود همزمان از روش‌های Tmax (با دمای خاموشی 50-60 درجه سانتی‌گراد بسته به طراحی باتری‌ها و باتری‌ها استفاده شود. باتری ها)، -ΔU (5-15 میلی ولت در هر باتری)، t (معمولاً برای به دست آوردن 120٪ ظرفیت نامی) و Umax (1.6-1.8 ولت در هر باتری). به جای روش -ΔU، می توان از روش ΔT/Δt (1-2 درجه سانتی گراد در دقیقه) با تایمر اولیه (5-10 دقیقه) استفاده کرد. برای کنترل شارژ، مقاله مربوطه را نیز ببینید. پس از شارژ سریع باتری، شارژرها امکان تعویض آنها را برای شارژ مجدد با جریان عادی 0.1 C - 0.2 C برای مدت معینی فراهم می کنند. برای باتری های Ni-MH، شارژ با ولتاژ ثابت توصیه نمی شود، زیرا ممکن است "شکست حرارتی" باتری ها رخ دهد. این امر به این دلیل است که در پایان شارژ جریان افزایش می یابد که متناسب با اختلاف ولتاژ منبع تغذیه و ولتاژ باتری است و ولتاژ باتری در پایان شارژ به دلیل کاهش می یابد. افزایش دما در دماهای پایین، میزان شارژ باید کاهش یابد. در غیر این صورت، اکسیژن زمان لازم برای ترکیب مجدد را نخواهد داشت که منجر به افزایش فشار در باتری می شود. برای کار در چنین شرایطی، باتری های Ni-MH با الکترودهای بسیار متخلخل توصیه می شود.

مزایا و معایب باتری های Ni-MH

افزایش قابل توجه پارامترهای انرژی خاص تنها مزیت باتری های Ni-MH نسبت به باتری های Ni-Cd نیست. امتناع از کادمیوم همچنین به معنای انتقال به تولید سازگارتر با محیط زیست است. مشکل بازیافت باتری های فرسوده نیز راحت تر حل می شود. این مزیت های باتری های Ni-MH باعث رشد سریع تر حجم تولید آنها در بین تمام شرکت های باتری پیشرو در جهان در مقایسه با باتری های Ni-Cd شده است.

باتری‌های Ni-MH به دلیل تشکیل نیکل در الکترود کادمیوم منفی، «اثر حافظه» ذاتی در باتری‌های Ni-Cd را ندارند. با این حال، اثرات مرتبط با شارژ مجدد الکترود اکسید نیکل باقی می ماند. کاهش ولتاژ تخلیه مشاهده شده با شارژهای مکرر و طولانی، درست مانند باتری های Ni-Cd، با انجام دوره ای چندین دشارژ تا 1 - 0.9 ولت قابل حذف است. انجام چنین ترشحاتی ماهی یکبار کافی است. با این حال، باتری‌های هیدرید نیکل-فلز از باتری‌های نیکل-کادمیمی پایین‌تر هستند که در برخی از ویژگی‌های عملکرد جایگزین می‌شوند:

• باتری‌های Ni-MH به طور موثر در محدوده باریک‌تری از جریان‌های عملیاتی کار می‌کنند، که با دفع محدود هیدروژن از الکترود هیدرید فلز در نرخ‌های تخلیه بسیار بالا همراه است.
• باتری های Ni-MH دارای محدوده دمایی باریک تری هستند: اکثر آنها در دماهای کمتر از -10 درجه سانتیگراد و بالای 40 + درجه سانتیگراد غیر قابل استفاده هستند، اگرچه در برخی از سری از باتری ها، تنظیمات دستور العمل ها محدودیت های دما را افزایش داده است.
• در طول شارژ باتری های Ni-MH، گرمای بیشتری نسبت به شارژ باتری های Ni-Cd تولید می شود، بنابراین، برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد باتری ها از باتری های Ni-MH در هنگام شارژ سریع و/یا شارژ بیش از حد قابل توجه، فیوزهای حرارتی یا رله های حرارتی استفاده می شوند. در آنها نصب شده است که روی دیواره یکی از باتری ها در قسمت مرکزی باتری قرار دارد (این برای مجموعه های باتری صنعتی صدق می کند).
• باتری های Ni-MH تخلیه خود را افزایش داده اند که با واکنش اجتناب ناپذیر هیدروژن محلول در الکترولیت با الکترود اکسید نیکل مثبت مشخص می شود (اما به لطف استفاده از آلیاژهای ویژه الکترود منفی، کاهش نرخ خود تخلیه به مقادیر نزدیک به باتری های Ni-Cd)؛
• خطر داغ شدن بیش از حد در هنگام شارژ یکی از باتری های Ni-MH و همچنین معکوس شدن باتری با ظرفیت کمتر در هنگام تخلیه باتری، با عدم تطابق پارامترهای باتری در نتیجه چرخه طولانی مدت افزایش می یابد، بنابراین ایجاد باتری می شود. از بیش از 10 باتری توسط همه تولید کنندگان توصیه نمی شود.
• از دست دادن ظرفیت الکترود منفی که در یک باتری Ni-MH هنگام تخلیه زیر 0 ولت رخ می دهد غیرقابل برگشت است، که الزامات سخت گیرانه تری را برای انتخاب باتری در باتری و کنترل فرآیند تخلیه نسبت به حالت استفاده از آن مطرح می کند. باتری‌های Ni-Cd؛ به عنوان یک قاعده، توصیه می‌شود در باتری‌های کم ولتاژ تا 1 V/AC و در باتری‌های 7-10 باتری تا 1.1 V/ac تخلیه شود.

همانطور که قبلا ذکر شد، تخریب باتری های Ni-MH در درجه اول با کاهش ظرفیت جذب الکترود منفی در طول چرخه تعیین می شود. در طول چرخه شارژ-تخلیه، حجم شبکه کریستالی آلیاژی تغییر می کند که منجر به ایجاد ترک و متعاقب آن خوردگی در طی واکنش با الکترولیت می شود. تشکیل محصولات خوردگی با جذب اکسیژن و هیدروژن اتفاق می افتد که در نتیجه مقدار کل الکترولیت کاهش می یابد و مقاومت داخلی باتری افزایش می یابد. لازم به ذکر است که ویژگی های باتری های Ni-MH به میزان قابل توجهی به آلیاژ الکترود منفی و فناوری پردازش آلیاژ برای افزایش پایداری ترکیب و ساختار آن بستگی دارد. این امر تولید کنندگان باتری را مجبور می کند تا تامین کنندگان آلیاژ را با دقت انتخاب کنند و مصرف کنندگان باتری را به دقت شرکت سازنده را انتخاب کنند.

بر اساس مطالب سایت های powerinfo.ru، "Chip and Dip"

تحقیقات در مورد باتری‌های نیکل-فلز هیدرید در دهه 1970 به عنوان بهبود باتری‌های نیکل-هیدروژن آغاز شد، زیرا وزن و حجم باتری‌های نیکل-هیدروژن برای سازندگان رضایت‌بخش نبود (هیدروژن در این باتری‌ها تحت فشار بالا قرار داشت و به فولادی بادوام و سنگین نیاز داشت. مورد). استفاده از هیدروژن به شکل هیدریدهای فلزی باعث کاهش وزن و حجم باتری ها شده و خطر انفجار باتری در هنگام گرم شدن بیش از حد نیز کاهش یافته است.

از دهه 1980، فناوری باتری NiMH به طور قابل توجهی بهبود یافته و استفاده تجاری در کاربردهای مختلف آغاز شده است. موفقیت باتری های NiNH به دلیل افزایش ظرفیت آنها (40٪ در مقایسه با NiCd)، استفاده از مواد قابل بازیافت ("دوستانه" با محیط طبیعی) و همچنین عمر بسیار طولانی است که اغلب بیشتر از باتری های NiCd است.

مزایا و معایب باتری های NiMH

مزایای

· ظرفیت بیشتر - 40٪ یا بیشتر از باتری های NiCd معمولی
・ اثر "حافظه" بسیار کمتر در مقایسه با باتری های نیکل کادمیوم - چرخه های نگهداری باتری را می توان 2-3 برابر کمتر انجام داد.
・ امکان حمل و نقل ساده - حمل و نقل خطوط هوایی بدون هیچ پیش شرطی
・ سازگار با محیط زیست - قابل بازیافت است

ایرادات

・ عمر باتری محدود - معمولاً حدود 500-700 چرخه شارژ/دشارژ کامل (اگرچه ممکن است بسته به حالت های عملکرد و دستگاه داخلی تفاوت های قابل توجهی وجود داشته باشد).
・اثر حافظه - باتری های NiMH نیاز به آموزش دوره ای دارند (چرخه تخلیه/شارژ کامل باتری)
・ ماندگاری نسبتاً کوتاه باتری ها - معمولاً زمانی که در حالت دشارژ ذخیره می شوند بیش از 3 سال نیست و پس از آن ویژگی های اصلی از بین می روند. نگهداری در شرایط خنک با شارژ جزئی 40 تا 60 درصد روند پیری باتری ها را کند می کند.
・خود تخلیه باتری بالا
・ظرفیت توان محدود - زمانی که بارهای مجاز بیش از حد مجاز باشد، عمر باتری کاهش می یابد.
・ یک شارژر ویژه با یک الگوریتم شارژ مرحله ای مورد نیاز است، زیرا شارژ مقدار زیادی گرما تولید می کند و باتری های نیکل-فلز هیدرید به راحتی بیش از حد شارژ می شوند.
تحمل ضعیف به دماهای بالا (بیش از 25-30 درجه سانتیگراد)

ساخت باتری و باتری NiMH

باتری‌های هیدرید نیکل فلزی مدرن طراحی داخلی مشابه باتری‌های نیکل کادمیوم دارند. الکترود اکسید نیکل مثبت، الکترولیت قلیایی و فشار هیدروژن طراحی در هر دو سیستم باتری یکسان است. فقط الکترودهای منفی متفاوت هستند: باتری‌های نیکل-کادمیم دارای الکترود کادمیوم هستند و باتری‌های هیدرید نیکل-فلز دارای الکترود مبتنی بر آلیاژی از فلزات جاذب هیدروژن هستند.

باتری های مدرن هیدرید نیکل فلزی از ترکیبات آلیاژی جذب کننده هیدروژن مانند AB2 و AB5 استفاده می کنند. سایر آلیاژهای AB یا A2B به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند. حروف مرموز A و B در ترکیب آلیاژ به چه معناست؟ - نماد A نمایانگر فلز (یا مخلوطی از فلزات) است که با تشکیل هیدریدها گرما آزاد می کند. بر این اساس، نماد B فلزی را نشان می دهد که به صورت گرماگیر با هیدروژن واکنش می دهد.

برای الکترودهای منفی نوع AB5، مخلوطی از عناصر خاکی کمیاب گروه لانتانیم (جزء A) و نیکل با مواد افزودنی سایر فلزات (کبالت، آلومینیوم، منگنز) - جزء B. برای الکترودهای نوع AB2، تیتانیوم و نیکل استفاده می شود. با ترکیبات زیرکونیوم، وانادیوم، آهن، منگنز، کروم استفاده می شود.

باتری‌های نیکل هیدرید فلز با الکترودهای نوع AB5 به دلیل ویژگی‌های چرخشی بهتر، با وجود ارزان‌تر بودن باتری‌های با الکترودهای نوع AB2، ظرفیت بالاتر و عملکرد بهتری دارند.

در طول فرآیند چرخه، حجم الکترود منفی به دلیل جذب/آزاد شدن هیدروژن تا 15 تا 25 درصد از الکترود اصلی در نوسان است. در نتیجه نوسانات حجم، تعداد زیادی ریزترک در مواد الکترود ظاهر می شود. این پدیده توضیح می دهد که چرا یک باتری هیدرید نیکل-فلز جدید به چندین چرخه شارژ/دشارژ "آموزش" نیاز دارد تا توان و ظرفیت باتری را به اسمی برساند. همچنین تشکیل ریزترک ها جنبه منفی دارد - سطح الکترود افزایش می یابد که با مصرف الکترولیت در معرض خوردگی قرار می گیرد که منجر به افزایش تدریجی مقاومت داخلی عنصر و کاهش ظرفیت می شود. . برای کاهش سرعت فرآیندهای خوردگی، توصیه می شود باتری های نیکل-فلز هیدرید را در حالت شارژ نگهداری کنید.

الکترود منفی نسبت به مثبت ظرفیت اضافی در شارژ و تخلیه بیش از حد دارد تا سطح قابل قبولی از تکامل هیدروژن را تضمین کند. به دلیل خوردگی آلیاژ، ظرفیت شارژ الکترود منفی به تدریج کاهش می یابد. به محض اتمام ظرفیت شارژ اضافی، مقدار زیادی هیدروژن در انتهای شارژ روی الکترود منفی شروع به آزاد شدن می کند که منجر به آزاد شدن هیدروژن اضافی از طریق دریچه های سلول می شود. خاموش شدن الکترولیت و خرابی باتری. بنابراین، برای شارژ باتری‌های نیکل هیدرید فلز، به شارژر مخصوصی نیاز دارید که رفتار خاص باتری را در نظر بگیرد تا از خطر خود تخریبی سلول باتری جلوگیری کند. هنگام مونتاژ مجدد بسته باتری، مطمئن شوید که سلول ها به خوبی تهویه می شوند و در نزدیکی باتری نیکل-فلز هیدرید با ظرفیت بالا که در حال شارژ است سیگار نکشید.

با گذشت زمان، در نتیجه دوچرخه سواری، به دلیل ظهور منافذ بزرگ در مواد جداکننده و ایجاد یک اتصال الکتریکی بین صفحات الکترود، خود تخلیه باتری افزایش می یابد. این مشکل را می توان با چندین بار تخلیه عمیق باتری و سپس شارژ کامل به طور موقت حل کرد.

هنگام شارژ باتری های نیکل-فلز هیدرید، گرمای نسبتا زیادی به خصوص در پایان شارژ ایجاد می شود که یکی از نشانه های نیاز به تکمیل شارژ است. هنگام مونتاژ چندین سلول باتری در یک باتری، یک سیستم مانیتورینگ باتری (BMS) و همچنین وجود جامپرهای اتصال رسانای باز شونده حرارتی بین بخشی از سلول‌های باتری مورد نیاز است. همچنین توصیه می شود که باتری های موجود در باتری را به جای لحیم کاری با پرش های جوش نقطه ای وصل کنید.

تخلیه باتری های نیکل-فلز هیدرید در دماهای پایین با این واقعیت محدود می شود که این واکنش گرماگیر است و آب در الکترود منفی تشکیل می شود و الکترولیت را رقیق می کند که منجر به احتمال بالای انجماد الکترولیت می شود. بنابراین هر چه دمای محیط کمتر باشد توان خروجی و ظرفیت باتری کمتر می شود. در مقابل، در دماهای بالا در طول فرآیند تخلیه، ظرفیت تخلیه یک باتری نیکل هیدرید فلز حداکثر خواهد بود.

آگاهی از طراحی و اصول عملکرد به شما این امکان را می دهد که درک بیشتری از فرآیند کارکرد باتری های نیکل-فلز هیدرید داشته باشید. امیدوارم اطلاعات به دست آمده از این مقاله به افزایش عمر باتری شما و جلوگیری از عواقب خطرناک احتمالی ناشی از درک نادرست از اصول استفاده ایمن از باتری های نیکل-فلز هیدرید کمک کند.

ویژگی های تخلیه باتری های NiMH در متفاوت است
جریان تخلیه در دمای محیط 20 درجه سانتیگراد

تصویر گرفته شده از www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781

باتری نیکل متال هیدرید Duracell

تصویر گرفته شده از www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm

P.P.S.
طرح یک جهت امیدوار کننده برای ایجاد باتری های دوقطبی

مدار گرفته شده از باتری های سرب اسید دوقطبی

جدول مقایسه ای پارامترهای انواع باتری

	NiCd	NiMH	اسید سرب	لیتیوم یون	پلیمر لیتیوم یون	قابل استفاده مجدد قلیایی
چگالی انرژی (W*hour/kg)	45-80	60-120	30-50	110-160	100-130	80 (اولیه)
مقاومت داخلی (از جمله مدارهای داخلی)، mOhm	100-200 در 6 ولت	200-300 در 6 ولت	<100 در 12 ولت	150-250 در 7.2 ولت	200-300 در 7.2 ولت	200-2000 در 6 ولت
تعداد چرخه های شارژ/دشارژ (در صورت کاهش به 80 درصد ظرفیت اولیه)	1500	300-500	200-300	500-1000	300-500	50 (حداکثر تا 50٪)
زمان شارژ سریع	1 ساعت معمولی	2-4 ساعت	8-16 ساعت	2-4 ساعت	2-4 ساعت	2-3 ساعت
مقاومت در برابر شارژ بیش از حد	میانگین	کم	بالا	خیلی کم	کم	میانگین
خود تخلیه / ماه (در دمای اتاق)	20%	30%	5%	10%	~10%	0.3%
ولتاژ سلول (اسمی)	1.25 ولت	1.25 ولت	2B	3.6 ولت	3.6 ولت	1.5 ولت
جریان بارگذاری - اوج - بهینه	20 درجه سانتیگراد 1C	5C 0.5 درجه سانتیگراد و کمتر	5C 0.2C	> 2C 1C و کمتر	> 2C 1C و کمتر	0.5 درجه سانتیگراد 0.2C و کمتر
دمای عملیاتی (فقط تخلیه)	-40 تا 60 درجه سانتی گراد	-20 تا 60 درجه سانتی گراد	-20 تا 60 درجه سانتی گراد	-20 تا 60 درجه سانتی گراد	0 تا 60 درجه سانتی گراد	0 تا 65 درجه سانتی گراد
الزامات تعمیر و نگهداری	بعد از 30 تا 60 روز	بعد از 60 تا 90 روز	بعد از 3-6 ماه	لازم نیست	لازم نیست	لازم نیست
قیمت استاندارد (دلار آمریکا، فقط برای مقایسه)	$50 (7.2 ولت)	$60 (7.2 ولت)	$25 (6 ولت)	$100 (7.2 ولت)	$100 (7.2 ولت)	$5 (9 ولت)
قیمت هر چرخه (دلار آمریکا)	$0.04	$0.12	$0.10	$0.14	$0.29	$0.10-0.50
شروع استفاده تجاری	1950	1990	1970	1991	1999	1992

جدول برگرفته از

دامنه کاربرد باتری های الکتریکی بسیار گسترده است. باتری های کوچک در لوازم خانگی معمولی، باتری های کمی بزرگتر در خودروها و باتری های بسیار بزرگ و پرظرفیت در ایستگاه های صنعتی پرتردد نصب می شوند. به نظر می رسد علاوه بر هدف کاربری، انواع مختلف باتری ها ممکن است چیزی مشترک داشته باشند؟ با این حال، در واقع، این باتری ها بیش از اندازه شباهت دارند. شاید یکی از اصلی ترین شباهت های احتمالی بین باتری ها، اصل سازماندهی عملکرد آنها باشد. در مطالب امروز، منبع ما تصمیم گرفت دقیقاً یکی از این موارد را در نظر بگیرد. برای دقیق تر، در زیر در مورد قوانین عملکرد و عملکرد باتری های نیکل هیدرید فلز صحبت خواهیم کرد.

تاریخچه ظهور باتری های نیکل هیدرید فلز

بیش از 60 سال پیش، یعنی در دهه 50 قرن بیستم، ایجاد باتری های هیدرید نیکل-فلز علاقه قابل توجهی را در بین نمایندگان مهندسی برانگیخت. دانشمندان متخصص در مطالعه خواص فیزیکی و شیمیایی باتری ها به طور جدی در مورد چگونگی غلبه بر کاستی های باتری های نیکل-کادمیم که در آن زمان محبوب بودند، فکر کردند. شاید یکی از اهداف اصلی دانشمندان ایجاد باتری ای بود که بتواند روند تمام واکنش های مرتبط با انتقال الکترولیتی هیدروژن را تسریع و ساده کند.

در نتیجه، تنها در اواخر دهه 70 بود که متخصصان موفق شدند ابتدا باتری‌های نیکل هیدرید فلزی با کیفیت بالا را طراحی و سپس به طور کامل آزمایش کنند. تفاوت اصلی نوع جدید باتری با مدل های قبلی آن این بود که مکان های کاملاً مشخصی برای انباشته شدن بخش عمده هیدروژن داشت. به طور دقیق تر، تجمع این ماده در آلیاژهای چندین فلز واقع بر روی الکترودهای باتری رخ داده است. ترکیب آلیاژها دارای ساختاری بود که یک یا چند فلز هیدروژن (گاهی چند هزار برابر حجم آنها) انباشته می‌کردند و فلزات دیگر به عنوان کاتالیزور برای واکنش‌های الکترولیتی عمل می‌کردند و از انتقال ماده هیدروژن به شبکه فلزی الکترودها اطمینان می‌دادند.

باتری حاصل که دارای آند هیدرید فلز هیدروژن و کاتد نیکل است، مخفف "Ni-MH" (از نام مواد رسانا، ذخیره سازی) را دریافت کرد. چنین باتری هایی بر روی الکترولیت قلیایی کار می کنند و یک چرخه شارژ-تخلیه عالی را ارائه می دهند - تا 2000 هزار برای یک باتری کامل. با وجود این، مسیر طراحی باتری های Ni-MH آسان نبوده و نمونه های موجود در حال حاضر همچنان در حال ارتقا هستند. بردار اصلی نوسازی با هدف افزایش چگالی انرژی باتری ها است.

توجه داشته باشید که امروزه باتری های نیکل-فلز هیدرید بیشتر بر اساس آلیاژ فلز LaNi5 تولید می شوند. اولین نمونه از این باتری ها در سال 1975 ثبت اختراع شد و شروع به استفاده فعال در صنعت گسترده کرد. باتری‌های هیدرید نیکل-فلز مدرن دارای چگالی انرژی بالایی هستند و از مواد خام کاملاً غیر سمی ساخته شده‌اند و به راحتی دفع می‌شوند. شاید دقیقاً به دلیل این مزایا است که در بسیاری از مناطقی که ذخیره طولانی مدت بار الکتریکی مورد نیاز است بسیار محبوب شده اند.

طراحی و اصل عملکرد باتری نیکل هیدرید فلز

باتری های نیکل-فلز هیدرید در همه اندازه ها، ظرفیت ها و اهداف در دو نوع اصلی منشوری و استوانه ای تولید می شوند. صرف نظر از شکل، چنین باتری هایی از عناصر اجباری زیر تشکیل شده اند:

• الکترودهای فلزی هیدرید و نیکل (کاتدها و آندها) که یک عنصر گالوانیکی از ساختار شبکه را تشکیل می دهند که مسئول حرکت و تجمع بار الکتریکی است.
• مناطق جداکننده که الکترودها را جدا می کند و همچنین در فرآیند واکنش های الکترولیتی شرکت می کند.
• کنتاکت های خروجی که بار انباشته شده را در محیط خارجی آزاد می کنند.
• پوششی با دریچه ای که در آن تعبیه شده است که برای کاهش فشار اضافی از حفره های انباشته ضروری است (فشار بیش از 2-4 مگا پاسکال).
• یک محافظ حرارتی و بادوام که عناصر باتری را که در بالا توضیح داده شد، در خود جای داده است.

طراحی باتری های نیکل هیدرید فلزی مانند بسیاری از انواع دیگر این دستگاه بسیار ساده است و هیچ مشکل خاصی را در نظر نمی گیرد. این به وضوح در نمودارهای طراحی باتری زیر نشان داده شده است:

اصول عملکرد باتری های مورد بررسی، برخلاف طرح کلی طراحی آنها، کمی پیچیده تر به نظر می رسد. برای درک ماهیت آنها، بیایید به عملکرد گام به گام باتری های نیکل هیدرید فلز توجه کنیم. در یک نسخه معمولی، مراحل کار این باتری ها به شرح زیر است:

1. الکترود مثبت، آند، یک واکنش اکسیداتیو با جذب هیدروژن انجام می دهد.
2. الکترود منفی، کاتد، واکنش کاهش را در عدم جذب هیدروژن اجرا می کند.

به عبارت ساده تر، یک شبکه الکترود، حرکت منظم ذرات (الکترودها و یون ها) را از طریق واکنش های شیمیایی خاص سازماندهی می کند. در این حالت، الکترولیت مستقیماً در واکنش اصلی تولید الکتریسیته شرکت نمی کند، بلکه تنها تحت شرایط خاصی از عملکرد باتری های Ni-MH (به عنوان مثال، در هنگام شارژ مجدد، اجرای واکنش گردش اکسیژن) فعال می شود. ما اصول عملکرد باتری های نیکل هیدرید فلز را با جزئیات بیشتری در نظر نخواهیم گرفت، زیرا این نیاز به دانش شیمیایی خاصی دارد که بسیاری از خوانندگان منبع ما آن را ندارند. اگر می خواهید در مورد اصول عملکرد باتری با جزئیات بیشتر بیاموزید، باید به ادبیات فنی مراجعه کنید، که تا حد امکان با جزئیات بیشتر روند هر واکنش را در انتهای الکترودها، هم هنگام شارژ و هم در تخلیه باتری ها، پوشش می دهد.

مشخصات یک باتری استاندارد Ni-MH را می توان در جدول زیر (ستون میانی) مشاهده کرد:

قوانین عملیاتی

هر باتری وسیله ای نسبتاً بی تکلف برای نگهداری و کارکردن است. با وجود این، هزینه آن اغلب بالا است، بنابراین هر صاحب یک باتری خاص علاقه مند به افزایش عمر مفید آن است. در مورد باتری های سازند "Ni-MH"، تمدید دوره کار چندان دشوار نیست. برای این کافی است:

• ابتدا قوانین شارژ باتری را دنبال کنید.
• ثانیاً از آن به درستی استفاده کنید و در صورت عدم استفاده آن را ذخیره کنید.

ما کمی بعد در مورد اولین جنبه تعمیر و نگهداری باتری صحبت خواهیم کرد، اما اکنون بیایید توجه خود را به لیست اصلی قوانین مربوط به کارکرد باتری های نیکل هیدرید فلز معطوف کنیم. فهرست الگوی این قوانین به شرح زیر است:

• باتری های نیکل-فلز هیدرید فقط باید در حالت شارژ خود در سطح 30-50٪ ذخیره شوند.
• گرم کردن بیش از حد باتری های Ni-MH به شدت ممنوع است، زیرا در مقایسه با همان باتری های نیکل-کادمیم، باتری هایی که ما در نظر می گیریم بسیار حساس تر به گرما هستند. اضافه بار کار بر تمام فرآیندهایی که در حفره ها و خروجی های باتری اتفاق می افتد تأثیر منفی می گذارد. خروجی فعلی به ویژه آسیب می بیند.
• هرگز باتری های نیکل هیدرید فلز را شارژ نکنید. همیشه به قوانین شارژ توضیح داده شده در این مقاله یا منعکس شده در اسناد فنی باتری پایبند باشید.
• در هنگام استفاده کم یا ذخیره سازی طولانی مدت، باتری را "آموزش دهید". اغلب یک چرخه شارژ-تخلیه دوره ای (حدود 3-6 بار) کافی است. همچنین توصیه می‌شود باتری‌های Ni-MH جدید را تحت «آموزش» مشابه قرار دهید.
• باتری های نیکل هیدرید فلزی باید در دمای اتاق نگهداری شوند. دمای مطلوب 15-23 درجه سانتیگراد است.
• سعی کنید باتری را به حداقل حد مجاز تخلیه نکنید - ولتاژ کمتر از 0.9 ولت برای هر جفت کاتد - آند. البته باتری های نیکل-فلز هیدرید را می توان بازیابی کرد، اما توصیه می شود آنها را به حالت "مرده" نیاورید (ما همچنین در مورد نحوه بازیابی باتری در زیر صحبت خواهیم کرد).
• کیفیت طراحی باتری را کنترل کنید. عیوب جدی، کمبود الکترولیت و مانند آن مجاز نیست. فرکانس توصیه شده برای بررسی باتری 2-4 هفته است.
• در مورد استفاده از باتری های بزرگ و ثابت، رعایت قوانین زیر نیز مهم است:
  • تعمیر فعلی آنها (حداقل یک بار در سال):
  • بازسازی سرمایه (حداقل هر 3 سال یک بار)؛
  • بستن قابل اعتماد باتری در محل استفاده؛
  • در دسترس بودن روشنایی؛
  • استفاده از شارژرهای مناسب؛
  • و رعایت احتیاط های ایمنی برای استفاده از چنین باتری هایی.

رعایت قوانین توصیف شده نه تنها به این دلیل مهم است که چنین رویکردی در عملکرد باتری های هیدرید نیکل فلزی عمر مفید آنها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. آنها همچنین استفاده ایمن و به طور کلی بدون مشکل از باتری را تضمین می کنند.

قوانین شارژ

قبلاً ذکر شد که قوانین عملکرد تنها چیزی نیست که برای دستیابی به حداکثر عمر کارکرد باتری‌های نیکل هیدرید فلز لازم است. علاوه بر استفاده صحیح، شارژ صحیح چنین باتری هایی بسیار مهم است. به طور کلی، پاسخ به سؤال "چگونه باتری Ni-MH را به درستی شارژ کنیم؟" بسیار دشوار است. واقعیت این است که هر نوع آلیاژی که بر روی الکترودهای باتری استفاده می شود، نیازمند قوانین خاصی برای این فرآیند است.

با جمع بندی و میانگین گیری آنها، می توانیم اصول اساسی زیر را برای شارژ باتری های نیکل هیدرید فلزی برجسته کنیم:

• ابتدا باید زمان صحیح شارژ را رعایت کرد. برای اکثر باتری‌های Ni-MH، 15 ساعت در جریان شارژ حدود 0.1 C یا 1-5 ساعت در جریان شارژ در محدوده 0.1-1 C برای باتری‌هایی با الکترودهای بسیار فعال است. استثناها باتری های قابل شارژ هستند که ممکن است بیش از 30 ساعت شارژ شوند.
• در مرحله دوم، نظارت بر دمای باتری در هنگام شارژ بسیار مهم است. بسیاری از تولید کنندگان بیش از حداکثر دمای 50-60 درجه سانتیگراد را توصیه نمی کنند.
• و ثالثاً روش شارژ باید در نظر گرفته شود. این رویکرد زمانی بهینه در نظر گرفته می شود که باتری با جریان نامی تا ولتاژ خروجی 0.9-1 ولت تخلیه شود و پس از آن تا 75-80٪ حداکثر ظرفیت خود شارژ شود. توجه به این نکته مهم است که هنگام شارژ سریع (جریان عرضه شده بیش از 0.1 است)، مهم است که شارژ اولیه را با جریان بالایی که به باتری عرضه می شود برای حدود 8-10 دقیقه سازماندهی کنید. پس از این، فرآیند شارژ باید با افزایش صاف ولتاژ عرضه شده به باتری به 1.6-1.8 ولت سازماندهی شود. به هر حال، در هنگام شارژ معمولی یک باتری نیکل هیدرید فلز، ولتاژ اغلب تغییر نمی کند و به طور معمول 0.3-1 ولت است.

توجه داشته باشید! قوانین شارژ باتری ها که در بالا ذکر شد، ماهیت متوسطی دارند. فراموش نکنید که برای یک مارک خاص از باتری نیکل هیدرید فلز ممکن است کمی متفاوت باشد.

بازیابی باتری

همراه با هزینه بالا و تخلیه سریع خود، باتری های Ni-MH دارای یک اشکال دیگر هستند - یک "اثر حافظه" برجسته. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که هنگام شارژ سیستماتیک یک باتری کاملاً تخلیه نشده، به نظر می رسد این را به خاطر می آورد و با گذشت زمان، به طور قابل توجهی ظرفیت خود را از دست می دهد. برای خنثی کردن چنین خطراتی، صاحبان چنین باتری هایی باید باتری های حداکثر تخلیه شده را شارژ کنند و همچنین به طور دوره ای آنها را در فرآیند بازیابی "آموزش دهند".

لازم است باتری های نیکل-فلز هیدرید را در حین "آموزش" یا زمانی که به شدت تخلیه می شوند به شرح زیر بازیابی کنید:

1. اول از همه، شما باید آماده شوید. برای بازیابی شما نیاز دارید:
   • شارژر با کیفیت بالا و ترجیحاً هوشمند؛
   • ابزار اندازه گیری ولتاژ و جریان؛
   • هر وسیله ای که قادر به مصرف انرژی از باتری باشد.
2. پس از آماده سازی، از قبل می توانید تعجب کنید که چگونه باتری را بازیابی کنید. ابتدا باید باتری را طبق تمام قوانین شارژ کنید و سپس با توجه به ولتاژ خروجی باتری 0.8-1 ولت آن را تخلیه کنید.
3. سپس خود بازسازی آغاز می شود که مجدداً باید مطابق با کلیه قوانین شارژ باتری های نیکل هیدرید فلزی انجام شود. فرآیند بازیابی استاندارد را می توان به دو روش انجام داد:
   • اولین مورد این است که باتری علائم "عمر" را نشان دهد (معمولاً هنگامی که در سطح 0.8-1 ولت تخلیه می شود). شارژ با افزایش ثابت ولتاژ عرضه شده از 0.3 به 1 ولت با جریان 0.1 C به مدت 30-60 دقیقه انجام می شود، پس از آن ولتاژ بدون تغییر باقی می ماند و جریان به 0.3-0.5 C افزایش می یابد.
   • مورد دوم این است که باتری علائم "عمر" را نشان نمی دهد (با دشارژ کمتر از 0.8 ولت). در این حالت، شارژ با یک پیش شارژ 10 دقیقه ای با جریان بالا به مدت 10-15 دقیقه انجام می شود. پس از این، مراحل شرح داده شده در بالا انجام می شود.

شایان ذکر است که بازسازی باتری های نیکل-فلز هیدرید روشی است که باید بطور دوره ای برای مطلقاً همه باتری ها (هر دو "زنده" و "غیر زنده") انجام شود. تنها این رویکرد برای استفاده از این نوع باتری به شما کمک می کند تا بیشترین بهره را از آنها ببرید.

شاید این جایی است که داستان در مورد موضوع امروز می تواند پایان یابد. امیدواریم مطالب ارائه شده در بالا برای شما مفید بوده باشد و به سوالات شما پاسخ داده باشد.

اگر سوالی دارید، آنها را در نظرات زیر مقاله مطرح کنید. ما یا بازدیدکنندگان ما خوشحال خواهیم شد که به آنها پاسخ دهیم

همه چیز با این واقعیت شروع شد که دستگاه دوربین من صراحتاً از کار کردن با باتری‌هایی که تازه از شارژر خارج شده بودند خودداری کرد - چهار باتری NiMH اندازه AA. طبق معمول آنها را بردارید و دور بیندازید. اما بنا به دلایلی، این بار کنجکاوی بر عقل سلیم غالب شد (یا شاید این وزغ بود که صحبت می کرد)، و می خواستم بفهمم که آیا می توان حداقل چیز دیگری را از این باتری ها بیرون کشید. دوربین بسیار تشنه انرژی است، اما مصرف کنندگان ساده تری نیز وجود دارد - به عنوان مثال، ماوس های بی سیم یا صفحه کلید.

در واقع، دو پارامتر وجود دارد که برای مصرف کننده جالب است - ظرفیت باتری و مقاومت داخلی آن. همچنین چند دستکاری ممکن وجود دارد - تخلیه و شارژ. با اندازه گیری جریان و زمان در طول فرآیند تخلیه، می توانید ظرفیت باتری را تخمین بزنید. با تفاوت ولتاژ باتری در حالت بیکار و تحت بار، می توانید مقاومت داخلی را تخمین بزنید. با چندین بار تکرار چرخه تخلیه-شارژ (یعنی انجام "آموزش") می توانید بفهمید که آیا این عمل اصلا منطقی است یا خیر.

بر این اساس، طرح زیر شکل گرفت - ما یک شکاف جرقه کنترل شده و شارژر با قابلیت اندازه گیری مداوم پارامترهای فرآیند، انجام عملیات ساده حسابی روی مقادیر اندازه گیری شده و تکرار فرآیند به تعداد دفعات لازم ایجاد می کنیم. مقایسه می کنیم، نتیجه می گیریم و در نهایت باتری ها را دور می اندازیم.

پایه اندازه گیری

مجموعه کامل دوچرخه. از یک قسمت آنالوگ (در نمودار زیر) و یک میکروکنترلر تشکیل شده است. در مورد من، بخش فکری آردوینو بود، اگرچه این اصلا مهم نیست - تا زمانی که مجموعه ورودی/خروجی لازم وجود داشته باشد.

این غرفه از آنچه در شعاع سه متری پیدا شد ساخته شد. اگر کسی بخواهد آن را تکرار کند، اصلاً لازم نیست دقیقاً نمودار را دنبال کند. انتخاب پارامترهای عنصر می تواند بسیار گسترده باشد، من کمی بعد در این مورد نظر خواهم داد.

واحد تخلیه یک تثبیت کننده جریان کنترل شده مبتنی بر آپ امپ IC1B (LM324N) و ترانزیستور اثر میدان Q1 است. تقریباً هر ترانزیستوری، تا زمانی که ولتاژ، جریان و اتلاف توان کافی وجود داشته باشد. و همه آنها در اینجا کوچک هستند. مقاومت بازخورد و در عین حال بخشی از بار (همراه با Q1 و R20) برای باتری - R1. حداکثر مقدار آن باید به گونه ای باشد که حداکثر جریان تخلیه مورد نیاز را تامین کند. اگر فرض کنیم که باتری می تواند تا 1 ولت تخلیه شود، برای اطمینان از جریان تخلیه، به عنوان مثال، 500 میلی آمپر، مقاومت R1 نباید بزرگتر از 2 اهم باشد. تثبیت کننده توسط یک DAC مقاومتی سه بیتی (R12-R17) کنترل می شود. در اینجا محاسبه به شرح زیر است - ولتاژ در ورودی مستقیم op-amp برابر با ولتاژ R1 است (که متناسب با جریان تخلیه است). ما ولتاژ را در ورودی مستقیم تغییر می دهیم - جریان تخلیه تغییر می کند. برای مقیاس کردن خروجی DAC به محدوده مورد نظر، یک مقاومت پیرایش R3 وجود دارد. اگر چند دور باشد بهتر است. مقادیر R12-R17 می تواند هر (در منطقه ده ها کیلو اهم) باشد، نکته اصلی این است که نسبت مقادیر آنها 1/2 باشد. هیچ دقت خاصی از DAC مورد نیاز نیست، زیرا جریان تخلیه (ولتاژ در R1) به طور مستقیم توسط تقویت کننده ابزار دقیق IC1D در طول فرآیند اندازه گیری می شود. بهره آن K=R11/R10=R9/R8 است. خروجی به میکروکنترلر ADC (A1) تغذیه می شود. با تغییر مقادیر R8-R11 می توان بهره را به مقدار دلخواه تنظیم کرد. ولتاژ روی باتری توسط تقویت کننده دوم IC1C، K=R5/R4=R7/R6 اندازه گیری می شود. چرا جریان تخلیه را کنترل کنیم؟ نکته در اینجا اساساً این است. اگر با جریان زیاد ثابت تخلیه کنید، به دلیل مقاومت داخلی بالای باتری‌های فرسوده، حداقل ولتاژ مجاز 1 ولت (و نقطه مرجع دیگری برای توقف تخلیه وجود ندارد) قبل از باتری به دست می‌آید. ترشحات اگر با جریان کم ثابت تخلیه کنید، این فرآیند خیلی طول می کشد. بنابراین، تخلیه به صورت مرحله ای انجام می شود. هشت قدم به نظرم کافی بود. اگر شکار بیشتر/کمتر باشد، می توانید عمق بیت DAC را تغییر دهید. علاوه بر این، با روشن و خاموش کردن بار، می توانید مقاومت داخلی باتری را تخمین بزنید. من فکر می کنم که الگوریتم عملکرد کنترلر در هنگام تخلیه نیازی به توضیح بیشتر ندارد. در پایان فرآیند، Q1 قفل می شود، باتری به طور کامل از بار جدا می شود و کنترلر واحد شارژ را روشن می کند.

بلوک شارژ. همچنین یک تثبیت کننده جریان، فقط کنترل نشده، اما قابل تعویض. جریان توسط منبع ولتاژ مرجع روی IC2 (2.5 ولت، دقت 1٪ مطابق با دیتاشیت) و مقاومت R21 تنظیم می شود. در مورد من، جریان شارژ کلاسیک بود - 1/10 ظرفیت اسمی باتری. مقاومت بازخورد - R20. می توانید از هر منبع ولتاژ مرجع دیگری استفاده کنید - بسته به سلیقه و در دسترس بودن قطعات. ترانزیستور Q2 در حالت سفت تری نسبت به Q1 عمل می کند. به دلیل تفاوت محسوس بین Vcc و ولتاژ باتری، توان قابل توجهی در آن تلف می شود. این بهایی است که باید برای سادگی مدار پرداخت. اما رادیاتور وضعیت را نجات می دهد. ترانزیستور Q3 برای وادار کردن Q2 به خاموش شدن، یعنی خاموش کردن واحد شارژ عمل می کند. توسط سیگنال 12 میکروکنترلر کنترل می شود. منبع ولتاژ مرجع دیگری (IC3) برای کارکرد ADC کنترلر مورد نیاز است. دقت اندازه گیری پایه ما به پارامترهای آن بستگی دارد. LED1 - برای نشان دادن وضعیت فرآیند. در مورد من، در طول فرآیند تخلیه روشن نمی شود، هنگام شارژ روشن می شود و پس از اتمام چرخه چشمک می زند.
ولتاژ تغذیه برای اطمینان از باز شدن ترانزیستورها و عملکرد آنها در محدوده های مورد نیاز انتخاب می شود. در این مورد، هر دو ترانزیستور دارای ولتاژ باز کردن قفل گیت بسیار بالایی هستند - حدود 2-4 ولت. علاوه بر این، Q2 توسط ولتاژ باتری و R20 "پشتیبانی" می شود، بنابراین ولتاژ باز کردن گیت از حدود 3.5-5.5 ولت شروع می شود. چرخش LM323 نمی تواند ولتاژ خروجی را بالای Vcc منهای 1.5 ولت افزایش دهد. بنابراین Vcc باید کاملاً بزرگ باشد و در مورد من 9 ولت است.

الگوریتم کنترل شارژ مبتنی بر نسخه کلاسیک نظارت بر لحظه ای بود که ولتاژ باتری شروع به کاهش می کند. با این حال، در واقعیت، همه چیز کاملاً درست نیست، اما بعداً در مورد آن بیشتر شد.
تمام مقادیر اندازه گیری شده در طول فرآیند "تحقیق" در یک فایل نوشته شد، سپس محاسبات انجام شد و نمودارها ترسیم شدند.

من فکر می کنم که همه چیز با پایه اندازه گیری روشن است، بنابراین بیایید به نتایج برویم.

نتایج اندازه گیری

بنابراین، ما باتری های شارژ شده (اما غیر کاربردی) داریم که آنها را تخلیه کرده و ظرفیت ذخیره شده و در عین حال مقاومت داخلی را اندازه گیری می کنیم. چیزی شبیه این به نظر می رسد.

نمودارها روی محورها: زمان، ساعت (X) و قدرت، W (Y) برای بهترین و بدترین باتری‌ها. مشاهده می شود که انرژی ذخیره شده (مساحت زیر نمودارها) به طور قابل توجهی متفاوت است. از نظر عددی، ظرفیت باتری اندازه گیری شده 1196، 739، 1237 و 1007 میلی آمپر ساعت بود. با توجه به اینکه ظرفیت اسمی (که روی کیس نشان داده شده است) 2700 میلی آمپر ساعت است. و گسترش بسیار زیاد است. مقاومت داخلی چطور؟ به ترتیب 0.39، 0.43، 0.32 و 0.64 اهم بود. وحشتناک. واضح است که چرا ظرف صابون از کار کردن خودداری کرد - باتری ها به سادگی قادر به ارائه جریان زیادی نیستند. خب بیایید آموزش را شروع کنیم.

چرخه یک باز هم توان خروجی بهترین و بدترین باتری.

پیشرفت با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است! اعداد این را تأیید می کنند: 1715، 1444، 1762 و 1634 میلی آمپر ساعت. مقاومت داخلی نیز بهبود یافته است، اما بسیار ناهموار - 0.23، 0.40، 0.1، 0.43 اهم. به نظر می رسد شانس وجود دارد. اما افسوس که چرخه های تخلیه/شارژ بیشتر چیزی تولید نکردند. مقادیر خازن، و همچنین مقاومت داخلی، از سیکلی به چرخه دیگر در حدود 10٪ متفاوت بود. که در جایی نزدیک به حدود دقت اندازه گیری قرار دارد. آن ها تمرین طولانی، حداقل برای باتری های من، هیچ کاری نکرد. اما مشخص شد که باتری ها بیش از نیمی از ظرفیت خود را حفظ کرده و همچنان با جریان کم کار می کنند. حداقل مقداری پس انداز در مزرعه.

اکنون می خواهم کمی به روند شارژ بپردازم. شاید مشاهدات من برای کسی که قصد طراحی یک شارژر هوشمند را دارد مفید باشد.
در اینجا یک نمودار شارژ معمولی وجود دارد (در سمت چپ مقیاس ولتاژ باتری بر حسب ولت است).

پس از شروع شارژ، افت ولتاژ مشاهده می شود. در چرخه های مختلف ممکن است عمق بیشتر یا کمتر، مدت زمان کمی متفاوت و گاهی وجود نداشته باشد. سپس برای حدود 10 ساعت افزایش یکنواخت و سپس یک فلات تقریبا افقی وجود دارد. این تئوری بیان می کند که با جریان شارژ کم هیچ افت ولتاژی در پایان شارژ وجود ندارد. من صبور بودم و همچنان منتظر این پاییز بودم. کوچک است (تقریباً برای چشم در نمودار قابل مشاهده نیست)، شما باید مدت زیادی برای آن صبر کنید، اما همیشه وجود دارد. پس از ده ساعت شارژ و قبل از کاهش، ولتاژ باتری اگرچه افزایش می یابد، اما بسیار ناچیز است. این تقریبا هیچ تاثیری بر شارژ نهایی ندارد و هیچ پدیده ناخوشایندی مانند گرم شدن باتری مشاهده نمی شود. بنابراین، هنگام طراحی شارژرهای با جریان کم، تجهیز آنها به هوشمند هیچ فایده ای ندارد. یک تایمر برای 10-12 ساعت کافی است و دقت خاصی لازم نیست.

با این حال، این بت توسط یکی از عناصر مختل شد. پس از حدود 5-6 ساعت شارژ، نوسانات ولتاژ بسیار محسوسی رخ داد.

در ابتدا من این را به یک نقص طراحی در غرفه خود نسبت دادم. عکس نشان می دهد که همه چیز با استفاده از یک نصب لولایی مونتاژ شده است و کنترلر با سیم های نسبتاً طولانی وصل شده است. با این حال، آزمایش‌های مکرر نشان داده‌اند که چنین مزخرفاتی به طور مداوم با یک باتری اتفاق می‌افتد و هرگز برای دیگران اتفاق نمی‌افتد. شرمنده من دلیل این رفتار را پیدا نکردم. با این وجود (و این به وضوح در نمودار قابل مشاهده است) مقدار متوسط ​​ولتاژ همانطور که باید در حال رشد است.

پایان

در نتیجه، ما چهار باتری داریم که با استفاده از روش های علمی دقیق، یک طاقچه اکولوژیکی برای آنها پیدا شده است. ما از توانایی های فرآیند آموزشی ناامید هستیم. و ما یک اثر غیر قابل توضیح داریم که در هنگام شارژ رخ می دهد.
بعدی یک باتری بزرگتر است - یک باتری ماشین. اما در آنجا مقاومت های بار چند مرتبه قدرتمندتر هستند. جایی آنها در سراسر وسعت اوراسیا سفر می کنند.

همین. با تشکر از توجه شما.

از تجربه عملیاتی

سلول های NiMH به طور گسترده به عنوان پرانرژی، مقاوم در برابر سرما و بدون حافظه تبلیغ می شوند. با خرید یک دوربین دیجیتال Canon PowerShot A 610، طبیعتاً آن را به یک حافظه بزرگ برای 500 عکس با کیفیت بالا مجهز کردم و برای افزایش مدت زمان عکسبرداری، 4 سلول NiMH با ظرفیت 2500 میلی آمپر ساعت از Duracell خریداری کردم.

بیایید ویژگی های عناصر تولید شده صنعتی را با هم مقایسه کنیم:

گزینه ها		یون لیتیوم لیتیوم یون	نیکل کادمیوم NiCd	نیکل- هیدرید فلز NiMH	اسید سرب سرب
مدت زمان خدمت چرخه شارژ/دشارژ		1-1.5 سال	500-1000		3 00-5000
ظرفیت انرژی، W*h/kg
جریان تخلیه، ظرفیت باتری mA*
ولتاژ یک عنصر، V
میزان خود تخلیه		2-5٪ در ماه	10% برای روز اول، 10% برای هر ماه بعد	2 برابر بالاتر NiCd	40% در سال
محدوده دمایی مجاز، درجه سانتیگراد	شارژ کردن
	تنش زدایی		-20... +65
محدوده ولتاژ مجاز، V		2,5-4,3 (کک), 3,0-4,3 (گرافیت)			5,25-6,85 (برای باتری ها 6 V)، 10,5-13,7 (برای باتری ها 12 ولت)

میز 1.

از جدول می بینیم که عناصر NiMH دارای ظرفیت انرژی بالایی هستند که باعث می شود هنگام انتخاب ترجیح داده شوند.

برای شارژ آنها، یک شارژر هوشمند DESAY Full-Power Harger خریداری شد که با آموزش آنها، شارژ سلول های NiMH را فراهم می کند. المان ها به نحو احسن شارژ شدند، اما... با این حال، در شارژ ششم، برای مدت طولانی مرد. وسایل الکترونیکی سوخت

پس از تعویض شارژر و چندین دوره شارژ-دشارژ، باتری ها در ده شات دوم یا سوم شروع به تمام شدن کردند.

معلوم شد که با وجود اطمینان، سلول های NiMH نیز حافظه دارند.

و اکثر دستگاه های قابل حمل مدرنی که از آنها استفاده می کنند دارای محافظ داخلی هستند که با رسیدن به حداقل ولتاژ مشخص، برق را قطع می کند. این کار از خالی شدن کامل باتری جلوگیری می کند. اینجاست که حافظه عناصر شروع به ایفای نقش خود می کند. سلول هایی که به طور کامل تخلیه نمی شوند، شارژ ناقص دریافت می کنند و ظرفیت آنها با هر بار شارژ کاهش می یابد.

شارژرهای باکیفیت به شما امکان می دهند بدون از دست دادن ظرفیت شارژ کنید. اما من نتوانستم چیزی شبیه به این را برای عناصر با ظرفیت 2500 میلی آمپر ساعت در فروش پیدا کنم. تنها چیزی که باقی می ماند آموزش دوره ای آنهاست.

آموزش سلول های NiMH

هر آنچه در زیر نوشته شده است برای سلول های باتری با خود تخلیه قوی صدق نمی کند . آنها را فقط می توان دور انداخت؛ تجربه نشان می دهد که نمی توان آنها را آموزش داد.

آموزش سلول های NiMH از چندین (1-3) چرخه تخلیه-شارژ تشکیل شده است.

تخلیه تا زمانی انجام می شود که ولتاژ سلول باتری به 1 ولت کاهش یابد. توصیه می شود عناصر را به صورت جداگانه تخلیه کنید. دلیل آن این است که توانایی پذیرش شارژ ممکن است متفاوت باشد. و هنگام شارژ بدون آموزش تشدید می شود. بنابراین، حفاظت از ولتاژ دستگاه شما (پخش کننده، دوربین، ...) پیش از موعد فعال می شود و متعاقباً عنصر تخلیه نشده شارژ می شود. نتیجه این امر کاهش روزافزون ظرفیت است.

تخلیه باید در یک دستگاه مخصوص انجام شود (شکل 3)، که اجازه می دهد آن را به صورت جداگانه برای هر عنصر انجام شود. اگر کنترل ولتاژ وجود نداشته باشد، تخلیه تا زمانی انجام می شود که روشنایی لامپ به طور قابل توجهی کاهش یابد.

و اگر زمان سوختن لامپ را زمان بندی کنید، می توانید ظرفیت باتری را تعیین کنید، با فرمول محاسبه می شود:

ظرفیت = جریان تخلیه x زمان تخلیه = I x t (A * ساعت)

یک باتری با ظرفیت 2500 میلی آمپر ساعت می تواند جریان 0.75 آمپر را به مدت 3.3 ساعت به بار برساند، در صورتی که زمان به دست آمده در نتیجه تخلیه کمتر باشد و بر این اساس ظرفیت باقیمانده کمتر باشد. و هنگامی که ظرفیت مورد نیاز کاهش می یابد، باید به تمرین باتری ادامه دهید.

اکنون برای تخلیه سلول های باتری از دستگاهی استفاده می کنم که مطابق مدار نشان داده شده در شکل 3 ساخته شده است.

از یک شارژر قدیمی ساخته شده و به شکل زیر است:

فقط در حال حاضر 4 لامپ مانند شکل 3 وجود دارد. در مورد لامپ ها باید به طور جداگانه چیزی بگوییم. اگر لامپ دارای جریان تخلیه برابر با جریان نامی برای یک باتری معین یا کمی کمتر باشد، می توان از آن به عنوان بار و نشانگر استفاده کرد، در غیر این صورت لامپ فقط یک نشانگر است. سپس مقاومت باید به اندازه ای باشد که مقاومت کلی El 1-4 و مقاومت R 1-4 موازی با آن حدود 1.6 اهم باشد.تعویض لامپ با LED غیر قابل قبول است.

نمونه ای از لامپ هایی که می توانند به عنوان بار استفاده شوند، لامپ چراغ قوه 2.4 ولتی کریپتون است.

یک مورد خاص

توجه! سازندگان عملکرد عادی باتری ها را در جریان های شارژی که بیش از جریان شارژ شتاب دار هستند را تضمین نمی کنند. شارژ باید کمتر از ظرفیت باتری باشد. بنابراین برای باتری هایی با ظرفیت 2500 میلی آمپر ساعت باید کمتر از 2.5 آمپر باشد.

این اتفاق می افتد که سلول های NiMH پس از تخلیه دارای ولتاژ کمتر از 1.1 ولت هستند. در این مورد، لازم است از تکنیک توضیح داده شده در مقاله بالا در مجله PC WORLD استفاده شود. یک عنصر یا یک گروه سری از عناصر از طریق یک لامپ 21 W ماشین به یک منبع تغذیه متصل می شود.

یک بار دیگر توجه شما را جلب می کنم! چنین عناصری باید برای تخلیه خود بررسی شوند! در بیشتر موارد، این عناصر با ولتاژ کاهش یافته هستند که تخلیه خود را افزایش می دهند. دور انداختن این وسایل راحت تر است.

بهتر است برای هر عنصر به صورت جداگانه شارژ شود.

برای دو عنصر با ولتاژ 1.2 ولت، ولتاژ شارژ نباید از 5-6 ولت تجاوز کند. در هنگام شارژ اجباری، لامپ به عنوان یک نشانگر نیز عمل می کند. هنگامی که روشنایی لامپ کاهش می یابد، می توانید ولتاژ عنصر NiMH را بررسی کنید. بیشتر از 1.1 ولت خواهد بود. به طور معمول، این شارژ اولیه و اجباری از 1 تا 10 دقیقه طول می کشد.

اگر عنصر NiMH در حین شارژ اجباری برای چند دقیقه ولتاژ را افزایش نداد و داغ شد، دلیل بر حذف آن از شارژ و دور انداختن آن است.

من توصیه می کنم از شارژرهایی فقط با قابلیت آموزش (بازسازی) سلول ها هنگام شارژ مجدد استفاده کنید. اگر هیچ کدام وجود ندارد، پس از 5-6 چرخه عملیاتی در تجهیزات، بدون انتظار برای از دست دادن کامل ظرفیت، آنها را آموزش دهید و عناصر را با خود تخلیه قوی رد کنید.

و آنها شما را ناامید نخواهند کرد.

یکی از انجمن ها در مورد این مقاله نظر داده است "احمقانه نوشته شده است، اما هیچ چیز دیگری وجود ندارد". بنابراین این "احمقانه" نیست، بلکه برای هر کسی که به کمک نیاز دارد تا در آشپزخانه انجام دهد ساده و قابل دسترس است. یعنی تا حد امکان ساده است. افراد پیشرفته می توانند یک کنترلر نصب کنند، یک کامپیوتر را وصل کنند، ...... ، اما این داستان دیگری است.

طوری که احمقانه به نظر نرسد

شارژرهای "هوشمندی" برای سلول های NiMH وجود دارد.

این شارژر با هر باتری جداگانه کار می کند.

او می تواند:

1. کار جداگانه با هر باتری در حالت های مختلف،
2. شارژ باتری ها در حالت سریع و آهسته،
3. نمایشگر LCD مجزا برای هر محفظه باتری،
4. هر باتری را به طور مستقل شارژ کنید،
5. از یک تا چهار باتری با ظرفیت ها و اندازه های مختلف (AA یا AAA) شارژ کنید.
6. محافظت از باتری در برابر گرم شدن بیش از حد،
7. محافظت از هر باتری در برابر شارژ بیش از حد،
8. تعیین پایان شارژ با افت ولتاژ،
9. شناسایی باتری های معیوب،
10. باتری را از قبل تخلیه کنید تا ولتاژ باقیمانده،
11. بازیابی باتری های قدیمی (آموزش شارژ-دشارژ)،
12. بررسی ظرفیت باتری،
13. نمایش بر روی صفحه نمایش LCD: - جریان شارژ، ولتاژ، منعکس کننده ظرفیت فعلی.

مهمترین چیز، من تأکید می کنم، این نوع دستگاه به شما امکان می دهد با هر باتری به صورت جداگانه کار کنید.

طبق بررسی های کاربران، چنین شارژر به شما امکان می دهد اکثر باتری های نادیده گرفته شده را بازیابی کنید و باتری های قابل تعمیر را می توان برای کل عمر تضمین شده استفاده کرد.

متأسفانه، من از چنین شارژری استفاده نکرده ام، زیرا خرید آن در استان ها به سادگی غیرممکن است، اما می توانید نظرات زیادی را در انجمن ها پیدا کنید.

نکته اصلی این است که در جریان های بالا شارژ نکنید، با وجود حالت اعلام شده با جریان 0.7 - 1A، این دستگاه هنوز هم اندازه کوچکی است و می تواند قدرت 2-5 وات را از بین ببرد.

نتیجه

هر گونه بازسازی باتری های NiMh کاملاً فردی است (با هر عنصر جداگانه). با نظارت مداوم و رد عناصری که شارژ را قبول نمی کنند.

و بهتر است آنها را با کمک شارژرهای هوشمند بازیابی کنید که به شما امکان می دهد به طور جداگانه رد و یک چرخه شارژ-دشارژ را با هر عنصر انجام دهید. و از آنجایی که هیچ دستگاهی وجود ندارد که به طور خودکار با باتری های هر ظرفیتی کار کند، آنها برای عناصری با ظرفیت کاملاً تعریف شده طراحی شده اند یا باید جریان های شارژ و تخلیه کنترل شده داشته باشند!