NiMH акумулятори, як продовжити їх термін служби

1. Так чому ?
2. Внутрішній опір акумулятора
3. Як заряджати NiMH елементи використовуються в батареях, щоб зберегти їх довговічність?
4. Чи є зарядні пристрої забезпечують такий режим?
5. Тренування акумуляторів
6. Мій досвід
7. висновок
8. PS

Все більше мобільної техніки в нашому користуванні. У ній використовуються акумулятори, які дозволяють збільшити час її використання і працювати на одному комплекті тривалий час (більше 500 циклів заряд - розряд). Оскільки часто реальна кількість циклів багато менше, виникає питання, чому?
Хочеться розповісти про коротко і зрозуміло, але для розуміння проблеми необхідно зрозуміти деякі основи. Для тих кому ці основи занадто складні - читайте відразу «Висновок», де коротко викладено рекомендації.

Як і всі радіоелектронні і електричні компоненти - хімічні джерела живлення і зокрема акумулятори мають розкид характеристик. Він визначається накопиченням похибок на кожному технологічному етапі виробництва. І не дивлячись на досить високу якість технології в кінцевому підсумку розкид характеристик акумуляторів кращих виробників до 6,5% (і може бути нижчою від заявленої) [Л.1].

Розкид показників важливий для довговічності акумуляторів при роботі в складі батареї оскільки неякісна зарядка ще більше збільшує його.

Найбільший вплив на це надає внутрішній опір.

Так чому ?

Тому що зараз, для харчування електроніки застосовуються батареї акумуляторів містять як правило 2, 4, 6 і більше з'єднаних послідовно елементів. Це потрібно для отримання необхідного для електронного пристрою напруги. Більше того зараз є публікації про паралельному з'єднанні елементів і батарей, що застосовують для збільшення тривалості роботи пристроїв за рахунок збільшення ємності батареї акумуляторів, раніше паралельне з'єднання взагалі не допускалось, через великий розкид ємності.

Коли то я натикався на рекомендації які свідчили:

«При об'єднанні елементів NiCd акумуляторів в батареї необхідно відбирати в групу акумулятори з однаковим внутрішнім опором. Паралельне з'єднання акумуляторів неприпустимо »

Сучасні рекомендації:

«Батареї акумуляторів з підвищеним робочою напругою, при великих токах навантаження, можуть бути зібрані під час сортування акумуляторів по параметру внутрішнього опору»

За винятком останнього вказівки для NiCd акумуляторів, і раніше і зараз загальна рекомендація одна - відбирати в батарею з послідовним з'єднанням акумулятори з однаковим внутрішнім опором. Різниця в одному, раніше розкид внутрішнього опору доходив до 20%, а зараз, при якісному зростанні технологій, він до 6,5%.

Але не дивлячись на це, при кожному циклі заряд - розряд різниця (внутрішнього опору і ємності) між акумуляторами в батареї збільшується на 1,5 - 3%. І так на кожному циклі.

Тому, для зниження цього розкиду необхідно проводити після 5-8 циклів заряд - розряд тренування акумуляторів.

Саме розкид внутрішнього опір має суттєвий вплив на довговічність роботи батареї акумуляторів, яка визначається довговічністю будь-якого найгіршого, її елемента.

У деяких публікаціях пишуть:

"В процесі розряду Ri змінюється інакше: в інтервалі разряженности від 0 до 50-60% воно помітно знижується, у другій половині розряду - зростає"

Реально зміна Ri в процесі розрядки має вигляд показаний на рис.1.

Малюнок 1.

Повністю заряджений акумулятор (свіжо заряджений) має мінімальне внутрішній опір, далі воно швидко росте і досягаючи деякого значення (при приблизно 10% ємності) швидкість росту падає і в діапазоні від 10% до 90% ємності Ri змінюється незначітельноі одно Ri номінальному (середнього) Далі (при досягненні на акумуляторі напруги менше 1,05 в) Ri швидко збільшується. Робота акумулятора на цій ділянці не рекомендується.

Дана характеристика дана для розрядного струму рівного 1С.

При інших розрядних токах характеристика має аналогічний характер, але з тенденцією звуження центральної ділянки і зростання його крутизни при зростанні струму навантаження. І навпаки при менших струмах навантаження.

Залежність Ri від ємності?

Внутрішній опір акумулятора

Внутрішній опір акумулятора характеризує його здатність віддавати енергію накопичену в ньому в навантаження, і визначається за формулою:

де: E - ЕРС акумулятора або напруга холостого ходу (хх), I кз - струм короткого замикання.

Чим більше внутрішній опір елемента Ri тим менше він може віддати енергії в навантаження за рахунок падіння напруги на його внутрішньому опорі.

Вимірювання внутрішнього опору за цією формулою просто виконати, але робота акумулятора в режимі короткого замикання не рекомендується виробником.

Тому на практиці застосовують інший спосіб вимірювання. Вимірюється струм навантаження при двох значеннях опору навантаження. Максимальному струмі навантаження I 2и деякому проміжному значенні I 1.

де: - U 1 напруга при струмі I 1, а U 2 напруга при струмі I 2, причому I 2> I 1.

З формули 2 можна отримати застосовуваний на практиці варіант, коли проводиться вимір ЕРС елемента (Е) і напруга на елементі (U2) і струм при номінальному навантаженні (I ном). Після виміру розрахунок внутрішнього опору виконується за формулою 4.

Тому напруга на акумуляторі (U2) при номінальному струмі (I ном = I 2) є найкращим критерієм розрядки акумулятора.

Внутрішній опір змінюється при розряді елемента акумулятора. Загальна тенденція - збільшення внутрішнього опору в міру розряду акумулятора (приблизно в 4-8 разів). Тому наявність в батареї хоча б одного в повному обсязі зарядженого елемента призводить до падіння напруги на клемах батареї, передчасного спрацьовування сигналізації про розряд при неповному розряді більшості батарей.

Малюнок 2.

Разрядная характеристика акумуляторів.

Ми повинні пам'ятати, що у всіх електронних пристроях, будь то фотоапарат, мобільний або ноутбук, критерієм розрядки акумулятора є падіння напруги на навантаженні нижче деякої величини, що залежить від числа акумуляторів. З розрахунку 1В на акумулятор.

У послідовній батареї елементів збільшення внутрішнього опору одного елемента призводить до пропорційного збільшення загального внутрішнього опору.

Тому якщо в батареї акумуляторних елементів є хоча б один елемент з високим внутрішнім опором або не повністю заряджений, це призводить до його повної розрядки, в той час як інші елементи розряджені в повному обсязі. При цьому електронний пристрій яке живиться виявляє знижена напруга і видає сигнал «Заряджайте».

Зарядка такого елемента, в стандартному зарядному пристрої, в парі з недоразряженним елементом призводить до перезарядження зарядженого елемента і знову до неповного зарядження елемента з високим внутрішнім опором ..

Це скорочує термін служби не повністю розрядженого елемента.

Як заряджати NiMH елементи використовуються в батареях,
щоб зберегти їх довговічність?

Головне.

Оскільки акумулятори в процесі експлуатації віддають заряд індивідуально і з кожним циклом ця різниця збільшується, кожен такий елемент повинен обслуговуватися індивідуально.

При цьому, цикл зарядки кожного елемента повинен включати його попередню розрядку до заданого рівня (1,05 В при номінальному струмі навантаження). В процесі розрядки можуть бути відбраковані несправні елементи, напруга на яких нижче заданого.

Зарядка теж виконується індивідуально для кожного елемента, з індивідуальним відключенням його при досягненні номінальної ємності. Така зарядка повністю виключить перезарядку елементів і суттєво продовжить термін їх роботи.

Такий режим потрібен навіть для зарядки якісних елементів, і тим більше для елементів мають великий розкид характеристик.

Чи є зарядні пристрої забезпечують такий режим?

З тих зарядних пристроїв що я зустрічав користуючись усіма своїми електронними пристроями не було жодного задовольняє цим вимогам.

У кращих ЗУ, ні розрядки елементів, хоча практика показує, що звичайний недоразряд становить до 30%. У всіх зарядний пристрій елементи заряджаються парами. Я стикався навіть з одним ЗУ, де заряджаються всі 4 елементи від одного джерела.

Тому практично 4 комплекти (по 4ел.) Передчасно вийшли з ладу при застосуванні штатних (того ж виробника що і елементи) зарядних пристроїв.

Кожен комплект витримав максимум 15 - 20 зарядок.

Щоб не створювати реклами, не буду говорити тут про конкретні моделі зарядних пристроїв, можу тільки сказати - вони є. Їх небагато і ціни у них більше 1000 руб. (Прохання не обирати зарядний пристрій за ціною), але вони цього варті. Одним із зовнішніх ознак такого зарядного пристрою дисплей з повною інформацією про кожного акумуляторі. (Режим роботи «заряд - розряд», і величина заряду на акумуляторі)

Кожен елемент повинен заряджатися індивідуально. (В інструкції не обмовляється куди включати акумуляторні елементи при зарядці 1, 2, 3, 4 елементів).

У разі якщо немає такого зарядного пристрою немає, то буде власника акумулятора займатися його тренуванням.

Тренування акумуляторів

Що таке тренування?

Це цикл заряд розряд при контролі кінцевого напруги на кожному акумуляторі (1В) і його зарядки до номінальної ємності.

Тренування акумулятора повинна проводитися:

• При зберіганні або рідкісної експлуатації - 2-3 циклу тренування - один раз на місяць,

• При експлуатації - 2-3 при 8 - 10 робочих циклах З-Р.

• При понад швидкої зарядки проводиться, через кожні 4 - 5 робочих циклів, 2-3 циклу тренування в номінальному режимі.

Мій досвід

Купував комплекти акумулятор - зарядний пристрій одного виробника, резонно розраховуючи що виробник, щоб не вдарити в бруд обличчям, зробить грамотне зарядний пристрій для своїх акумуляторів.

Комплект ЗУ GP PowerBank Rapid 2 з 4 акумуляторами GP ємністю 2500 mAh

Без розрядки, зарядка парами по 2 акумулятора.

Комплект ЗУ DESAY Full-Power Harger з комплектом з 4 акумуляторів Duracell 2500 mAh

Задекларовано виробником індивідуальна зарядка кожного акумулятора, з режимом тренування. Реально зарядка парами з індивідуальним контролем зарядки кожного елемента. Вийшов з ладу в процесі зарядки і вивів з ладу пару акумуляторів.

Акумулятори не можна розряджати менше 1,05 В, частка відновлюваних акумуляторів при їх розрядці до 0,9 В складає до 40%. Або акумулятори розряджені до 0,9 В і менше можна вважати не піддаються відновленню в звичайних умовах. Деякі умільці кажуть про відновлення повністю виряджених (до 0,4 В) акумуляторах.

висновок

Часто мають місце рекомендації використовувати зарядний пристрій або акумулятор одного виробника, але виконання цієї рекомендації, як показує практика, не завжди вирішують проблему.

Щоб Ви не надавалися з несподівано відмовили девайсом що працює від акумуляторів, слід дотримуватися певних правил:

1. Необхідно дотримуватися рекомендацій та інструкцію виробника і тримати Ваші акумулятори в чистоті і при рекомендованої виробником температурі.

2. Нову батарею перед початком застосування необхідно заряджати 14-16 годин в режимі повільної (крапельної) зарядки для отримання максимальної місткості і оптимальної роботи батареї в подальшому. Зарядка струмом в 1/10 C н зазвичай безпечна для будь-якого акумулятора;

3. Бажано уникати перерозряду (нижче 1,05 В) і коротких замикань.

4. Рекомендується уникати поєднання вживаних і невикористаних акумуляторів.

5. Акумулятор вимагає періодичної тренування (навіть у найкращому зарядному пристрої, в цьому випадку періодичність 1 раз в 3-4 місяці).

6. При зарядці батареї, встановленої в портативному пристрої, бажано вимкнути останнім для забезпечення найбільш повного заряду.

Щоб не виконувати тренування необхідно зарядний пристрій, який повинен забезпечувати:

Відбраковування несправних акумуляторів - (повинно бути конкретне вказівку в описі),

Вибір режиму зарядки: Прискорена зарядка (1-2 години), Швидка зарядка (3-5 годин), Повільна зарядка (12-18 годин),

Автоматичну розрядку кожного акумулятора (до 20% від номінальної ємності або 1,05 В) - (повинно бути конкретне вказівку в описі),

Індивідуальну зарядку кожного елемента з автоматичним її припиненням по негативному dU (Δ U) - (повинно бути конкретне вказівку в описі). Часто пишуть - «можлива зарядка 1 акумулятора», але краще коли конкретно вказано «індивідуальна зарядка кожного елемента.

Як Ви не поспішайте, уникайте зарядних пристроїв з понад швидкою зарядкою (протягом години-двох). Практика показує, такі пристрої недовговічні. Нічого не заважає Вам поставити акумулятори на зарядку на ніч.

Ці умови виконуються у багатьох «інтелектуальних» зарядних пристроїв які відрізняються більш високою ціною. Але не економте на зарядному пристрої, заощадите - втратите на акумуляторах.

Але висока ціна не гарантія якості!

Уважно читайте опису!

Причина недовговічності зарядних пристроїв з понад швидким режимом зарядки в тому що, при швидкій зарядці акумуляторів зарядний струм чисельно дорівнює 1-2 С (С ємність акумулятора). Наприклад для зарядки акумулятора ємністю 2500 mAh, необхідний зарядний струм 2,5 - 5А. Це близько 6-13 Вт на канал і в сумі близько 24-52 Вт тільки для зарядки акумуляторів. Цілком реальна цифра наведена в одному з описів - споживана потужність 50 Вт. До 80% цієї потужності переходить в тепло, і це в невеликій коробочці часто з поганою вентиляцією. Та й акумулятори не люблять перегріву, а при великих зарядних токах - він має місце бути.

Та й управління струмом зарядки в кілька ампер нетривіальне завдання. Адже це означає на даний струм повинні бути розраховані ланцюга управління зарядкою кожного акумулятора.

Випробувано на собі!

Моє швидкий зарядний пристрій DESAY Full-Power Harger такого типу вийшло з ладу після 4 зарядки (після розтину виявилося воно вже ремонтувалося до продажу в магазині). Візуально вигорів чіп одного з двох каналів зарядки. В результаті чого цей канал перестав автоматично вимикатися (не працює навіть індикація кінця зарядки) і як результат акумулятори вийшли з ладу.

Більшість проблем з ремонтом розбираємо в Internet відноситься саме до таких «швидким ЗУ».

Тому я б рекомендував інтелектуальні ЗУ з прискореним (за 4 - 5 годин) режимом зарядки, а краще нормальним (15 годинним) режимом зарядки. Як більш надійними. При цьому менше нагрівання акумуляторів і менші зарядні струми, що позитивно позначається на надійності акумуляторів і ЗУ, та й при повільної зарядці акумулятори приймають більш повну зарядку.

А що стосується довгого очікування зарядки, то при інтенсивному використанні вашої електроніки, краще мати резервний комплект акумуляторів.

PS

Інформація для роздумів.

Типові характеристики герметичних лужних акумуляторів

Характеристики

NiMH акумулятори

Питома енергія Ач / кг 40-80 Діапазон робочих температур град. З -10 -: - +40 Максимальний струм розрядки, частки С (ємності) 2С, 3С Саморозряд протягом 1 місяця,% від ємності 20 -: - 40

Зверніть увагу на останній рядок таблиці - від 2 до 4 місяців і акумулятор розрядився, під час зберігання не попрацювавши ні хвилини.

Акумулятори призначені для харчування активно діючих механізмів, якщо Ви працюєте зі своїм електронним пристроєм періодично (рідко) то краще використовувати прості батарейки, вони можуть зберігатися близько року.

література:

1. Порівняльні характеристики комерційних герметичних лужних акумуляторів. Автор Таганова А.А., 18.09.2006 р, http://www.megaron.su/content/view/16/18/
2. Про відновлення акумуляторів., Переклад і технічне редагування Володимира Васильєва [email protected], http://infoart.iip.net/tech/battery/recovery.htm
3. Метод перевірки працездатності і ємності батарей http://bbs.radiolink.ru/forum/showthread.php?t=7678
4. Комп'ютер прес, №11, 2006 ,, Сучасні акумулятори, Олег Татарників, http://www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781

2009 р