Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-MH аккумуляторов
Для нормальной работы любого аккумулятора нужно всегда помнить «Правило «Трёх П»:
— Не перегревать!
— Не перезаряжать!
— Не переразряжать!
Для вычисления времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора или батареи из нескольких элементов можно использовать следующую формулу:
Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)
Пример:
Мы имеем аккумулятор с ёмкостью 2000mAh. Ток заряда в нашем зарядном устройстве — 500mA. Делим ёмкость аккумулятора на ток заряда и получаем 2000/500=4. Это означает, что при токе в 500 миллиампер наш аккумулятор с ёмкостью 2000 миллиамперчасов будет заряжаться до полной ёмкости 4 часа!
А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:
Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
Никель-металлогидридные аккумуляторы более чувствительны к нагреву, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd), поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на токоотдаче аккумулятора (способности аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд). Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak» (прерывание заряда аккумулятора по достижению пика напряжения), то вы можете заряжать аккумуляторы практически без риска перезарядки и разрушения оных.
Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы после покупки можно (но не обязательно!) подвергать «тренировке». 4-6 циклов заряда/разряда для аккумуляторов в качественном зарядном устройстве позволяет достичь придела ёмкости, которая была растеряна в процессе перевозки и хранения аккумуляторов в сомнительных условиях после выхода с конвейера завода-производителя. Количество подобных циклов может быть совершенно разным для аккумуляторов от разных производителей. Качественные аккумуляторы достигают предела ёмкости уже после 1-2 циклов, а аккумуляторы сомнительного качества с искусственно завышенной ёмкостью не могут достигнуть своего предела и после 50-100 циклов заряда/разряда.
После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (
20o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5oC или выше 50oC может значительно отразиться на сроке службы батареи.
Если хотите разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его менее, чем до 0.9В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых аккумуляторов падает ниже 0.9В на элемент, большинство зарядных устройств, обладающих «минимальным интеллектом», не могут активировать режим заряда. Если Ваше зарядное устройство не может опознать глубоко разряженный элемент (разряженный менее 0.9В), то стоит прибегнуть к помощи более «тупого» зарядника или подключить аккумулятор на короткое время к источнику питания с током 100-150мА до достижения напряжения на аккумуляторе 0.9В.
Если вы постоянно используете одну и ту же сборку из аккумуляторов в электронном устройстве в режиме дозаряда, то иногда стоит разряжать каждый аккумулятор из сборки до напряжения 0,9В и производить его полный заряд во внешнем зарядном устройстве. Подобную процедуру полного циклирования стоит производить один раз на 5-10 циклов дозаряда аккумуляторов.
NiMH аккумуляторы, их тренировка и восстановление
на страницах сайта
www.electrosad.ru
В Журнале «МИР ПК» №5 за 2006 год опубликована статья В.Логинова «Секреты омоложения батареи ноутбука». Здесь я хочу поделиться собственным опытом восстановления емкости NiMH элементов, для тех кому хочется повозиться и сэкономить.
Из опыта эксплуатации
Сравним характеристики выпускаемых промышленностью элементов:
Ионно-литиевые
Li-ion
Никель-кадмиевые NiCd
Никель-
металл-гидридные NiMH
Свинцово-кислотные
Pb
3 00-500 0
30
250
6, 12
10% за первые сутки,
10% за каждый последующий месяц
40% в год
-15. +50
5,25-6,85 (для батарей 6 В),
10,5-13,7 (для батарей 12 В)
Из таблицы видим NiMH элементы обладают высокой энергетической емкостью, что делает их предпочтительными при выборе.
Для их зарядки было куплено интеллектуальное зарядное устройство DESAY Full-Power Harger обеспечивающее зарядку NiMH элементов с их тренировкой. Элементы оно заряжались качественно, но. Однако на шестой зарядке оно приказало долго жить. Выгорела электроника.
Оказалось, что не смотря на заверения, NiMH элементы тоже обладают памятью.
А большинство современных портативных устройств их использующих, имеют встроенную защиту, отключающую питание при достижении некоторого минимального напряжения. Это не позволяет выполнить полную разрядку аккумулятора. Тут и начинает играть свою роль память элементов. Не полностью разряженные элементы получают неполный заряд и их емкость падает с каждой перезарядкой.
Тренировка NiMH элементов
Разрядку необходимо выполнять в специальном устройстве (Рис.3), которое позволяет выполнять ее индивидуально для каждого элемента. Если нет контроля напряжения, то разрядка выполнялась до заметного снижения яркости лампочки.
А если Вы засечете время горения лампочки вы сможете определить емкость аккумулятора, она вычисляется по формуле:
Емкость = Ток разрядки х Время разрядки = I х t (А * час)
Аккумулятор емкостью 2500 ма час способен отдавать в нагрузку ток 0,75 А в течении 3,3 часа, если полученное в результате разрядки время меньше, соответственно и меньше остаточная емкость. И при уменьшении емкости Вам необходимой надо продолжить тренировку аккумулятора.
Сейчас для разрядки элементов аккумуляторов я применяю устройство изготовленное по схеме показанной на рис.3.
Оно изготовлено из старого зарядного устройства и выглядит так:
Только теперь лампочек 4 штуки, как в рис.3. О лампочках надо сказать отдельно. Если лампочка имеет ток разрядки равный номинальному для данного аккумулятора или несколько меньший ее можно использовать как нагрузку и индикатор, иначе лампочка только индикатор. Тогда резистор должен иметь такую величину, чтобы суммарное сопротивление El1-4 и параллельного ей резистора R1-4 было порядка 1,6 Ом. Замена лампочки на светодиод недопустима.
Особый случай.
Внимание! Производители не гарантируют нормальную работу аккумуляторов при зарядных токах превышающих ток ускоренной зарядки I зар должен быть меньше емкости аккумулятора. Так для аккумуляторов емкостью 2500ма*час он должен быть ниже 2,5А.
Бывает, что NiMH элементы после разрядки имеют напряжение менее 1,1 В. В этом случае необходимо применить прием описанный в приведенной выше статье в журнале МИР ПК. Элемент или последовательная группа элементов подключается к источнику питания через автомобильную лампочку 21 Вт.
Еще раз обращаю Ваше внимание! У таких элементов обязательно надо проверить саморазряд! В большинстве случаев именно элементы с пониженным напряжением имеют повышенный саморазряд. Эти элементы проще выкинуть.
Зарядка предпочтительна индивидуальная для каждого элемента.
Для двух элементов напряжением 1,2 В зарядное напряжение не должно превышать 5-6В. При форсированной зарядке лампочка одновременно является индикатором. При снижении яркости лампочки можно проверить напряжение на NiMH элементе. Оно будет больше 1,1 В. Обычно, эта начальная, форсированная зарядка занимает от 1 до 10 минут.
Рекомендую применять зарядные устройства только с возможностью тренировки (регенерации) элементов при перезарядке. Если нет таких, то через 5-6 рабочих циклов в аппаратуре, не дожидаясь полной потери емкости, производить их тренировку и отбраковывать элементы имеющие сильный саморазряд.
И они Вас не подведут.
Чтобы не казалось тупо
Существуют «умные» зарядники для NiMH элементов.
Такой зарядник работает с каждым аккумулятор отдельно.
По отзывам пользователей такое зарядное устройство позволяет восстановить большинство запущенных аккумуляторов, а исправные эксплуатировать весь гарантированный срок эксплуатации.
К сожалению я таким зарядником не пользовался, поскольку в провинции его купить просто невозможно, но в форумах Вы можете найти много отзывов.
Заключение
Любое восстановление NiMh аккумуляторов строго индивидуальная (с каждым отдельным элементом) работа. С постоянным контролем и отбраковкой элементов не принимающих зарядку.
Особенности зарядки Ni─MH аккумуляторов, требования к зарядному устройству и основные параметры
Никель─металлогидридные аккумуляторы постепенно распространяются на рынке, и совершенствуется технология их производства. Многие производители постепенно улучшают их характеристики. В частности, увеличивается количество циклов заряд-разряд и снижается саморазряд Ni─MH батареек. Этот тип батарей выпускался на замену Ni─Cd аккумуляторов и понемногу они вытесняют их с рынка. Но остаются некоторые направления использования, где никель─металлогидридные батареи не могут заменить кадмиевые. Особенно там, где требуются высокие разрядные токи. И тот и другой тип батареек для продления срока службы требуют грамотной зарядки. Мы уже рассказывали о зарядке никель─кадмиевых батарей, а теперь пришла очередь заряжать Ni─MH аккумуляторы.
Особенности процесса зарядки Ni─MH аккумуляторов
В процессе заряда в аккумуляторе проходит ряд химических реакций, на которые идёт часть подаваемой энергии. Другая часть энергии преобразуется в тепло. КПД процесса зарядки ─ это та часть подаваемой энергии, которая остаётся в «запасе» у батареи. Значение КПД может отличаться в зависимости от условий заряда, но никогда не бывает равным 100 процентов. Стоит отметить, что КПД при зарядке Ni─Cd аккумуляторов выше, чем в случае с никель─металлогидридными. Процесс зарядки Ni─MH аккумуляторов происходит с большим выделением тепла, что накладывает свои ограничения и особенности. Подробнее о том, как заряжать Ni-Cd аккумуляторы, читайте в статье по указанной ссылке.
По большому счёту типов зарядки всего два: капельная и ускоренная. Быстрая и ускоренная – это практически одно и то же. Отличаются они лишь методом остановки процесса заряда.
Виды зарядки никель─металлогидридных аккумуляторов
Теперь, давайте, рассмотрим особенности разных видов зарядки подробнее.
Капельная зарядка Ni─MH аккумуляторов
Здесь стоит сказать, что этот тип зарядки не способствует увеличению срока службы Ni─MH аккумуляторов. Поскольку капельная зарядка не отключается даже после полного заряда, ток выбирается очень маленьким. Это сделано для того, чтобы при длительной зарядке не происходило перегрева батареек. В случае Ni─MH батарей значение тока может быть даже снижено до 0,05С. Для никель─кадмиевых подойдёт 0,1С.
Быстрая зарядка никель─металлогидридных аккумуляторов
Производители Ni─MH аккумуляторов в своих рекомендациях приводят характеристики для заряда с величиной тока в интервале 0,75─1С. Ориентируйтесь на эти значения, когда будете выбирать, каким током заряжать Ni─MH аккумуляторы. Значения тока заряда выше этих значений не рекомендуются, поскольку это может привести к открытию аварийного клапана для сброса давления. Быструю зарядку никель─металлогидридных батарей рекомендуется проводить при температуре 0─40 градусов Цельсия и напряжении 0,8─,8 вольта.
КПД процесса быстрой зарядки значительно больше, чем капельной. Он составляет около 90 процентов. Однако к моменту окончания процесса КПД резко снижается, и энергия переходит в выделение тепла. Внутри батарейки резко растёт температура и давление. Ni-MH аккумуляторы имеют аварийный клапан, который может открыться при увеличении давления. В этом случае свойств аккумулятора будут безвозвратно потеряны. Да и сама высокая температура оказывает пагубное влияние на структуру электродов батарейки. Поэтому нужны чёткие критерии, по которым процесс заряда будет останавливаться.
Определение наличия аккумуляторной батареи
На этом этапе подаётся ток 0,1С и выполняется проверка напряжения на полюсах. Для старта процесса заряда напряжение должно составлять не более 1,8 вольта. Иначе процесс не стартует.
Стоит отметить, что проверка наличия аккумулятора проводится и на других стадиях. Это необходимо на тот случай, если аккумулятор вынимается из зарядного устройства.
Квалификация батареи
Здесь определяется примерная оценка заряженности аккумулятора. Если напряжение будет менее 0,8 вольта, то быстрый заряд аккумулятора запускать нельзя. В этом случае зарядное устройство включит режим пред-зарядки. При нормальной эксплуатации Ni─MH батарейки редко разряжают до напряжения ниже 1 вольт. Поэтому пред-зарядка включается только в случае глубоких разрядов и после длительного хранения батареек.
Вернуться к содержанию
Пред-зарядка
Как уже говорилось выше, пред-зарядка включается при глубоком разряде Ni─MH аккумуляторов. Ток на этой стадии устанавливается на уровне 0,1─0,3С. По времени этот этап ограничен и составляет где-то около 30 минут. Если за это время аккумулятор не восстанавливает напряжения 0,8 вольта, то заряд прерывается. В этом случае батарейка, скорее всего, повреждена.
Вернуться к содержанию
Переход к быстрой зарядке
На этом этапе происходит плавное увеличение зарядного тока. Наращивание тока происходит плавно в течение 2─5 минут. При этом, как и на других стадиях, ведётся контроль температуры и отключение заряда при критических значениях.
Вернуться к содержанию
Быстрая зарядка
Ток заряда на этой стадии находится в интервале 0,5─1С. Самое главное на стадии быстрой зарядки является своевременного отключение тока. Для этого при зарядке Ni─MH аккумуляторов используется контроль по нескольким разным критериям.
Но всё равно остановка зарядки по падению напряжения является основной. При заряде током 1С падение напряжения для отключения составляет 2,5─12 мВ. Иногда производители устанавливают детектирование не по падению, а по отсутствию изменения напряжения в конце заряда.
При этом в период первых 5─10 минут зарядки контроль по дельте напряжения отключается. Это объясняется тем, что при старте быстрой зарядки напряжение аккумулятора может сильно меняться в результате процесса флуктуации. Поэтому на начальном этапе контроль отключается, чтобы исключить ложные срабатывания.
Из-за не слишком высокой надёжности отключения зарядки по дельте напряжения используется контроль и по другим критериям.
Ещё существует метод контроля процесса заряда по анализу производной напряжения. В этом случае ведётся мониторинг не дельты напряжения, а скорость его максимального роста. Метод позволяет прекращать быструю зарядку несколько раньше завершения заряда. Но такой контроль сопряжён с рядом сложностей, в частности, более точного измерения напряжения.
Некоторые зарядные устройства для Ni─MH аккумуляторов применяют для заряда не постоянный ток, а импульсный. Он подаётся продолжительностью 1 секунда с интервалами 20─30 миллисекунд. В качестве преимуществ такого заряда специалисты называют более равномерное распределение активных веществ по объёму аккумулятора и снижение образования крупных кристаллов. Кроме того, сообщается о более точном измерении напряжения в интервалах между подачей тока. Как развитие этого метода, был предложен Reflex Charging. В этом случае при подаче импульсного тока чередуется заряд (1 секунда) и разряд (5 секунд). Ток разряда ниже заряда в 1─2,5 раза. В качестве преимуществ можно выделить меньшую температуру при заряде и устранение крупных кристаллических образований.
При зарядке никель─металлогидридных аккумуляторов очень важным является контролировать окончание процесса зарядки по различным параметрам. Должны быть предусмотрены способы аварийного завершения заряда. Для этого может быть использовано абсолютное значение температуры. Часто таким значением бывает 45─50 градусов Цельсия. В этом случае заряд должен быть прерван и возобновлён после остывания. Способность принимать заряд у Ni─MH аккумуляторов при такой температуре снижается.
Важно устанавливать ограничение по времени заряда. Его можно прикинуть по ёмкости батареи, величине тока зарядки и КПД процесса. Ограничение устанавливается на уровне расчётное время плюс 5─10 процентов. В этом случае, если не сработает ни один из предыдущих методом контроля, заряд отключится по установленному времени.
Вернуться к содержанию
Этап дозарядки
На этой стадии ток зарядки устанавливается 0,1─0,3С. Длительность около 30 минут. Более длительная дозарядка не рекомендуется, поскольку это сокращает срок службы батареи. Этап дозарядки помогает выровнять заряд элементов в батарее. Лучше всего, если после быстрой зарядки, аккумуляторы остынут до комнатной температуры, а потом запустится дозарядка. Тогда аккумулятор восстановит полную ёмкость.
Вернуться к содержанию
Поддерживающая зарядка
Зарядные устройства для Ni─Cd аккумуляторов часто после завершения процесса заряда переводят батареи в режим капельной зарядки. Для Ni─MH батарей это будет полезно только в случае подачи очень маленького тока (около 0,005С). Этого будет достаточно для компенсации саморазряда аккумулятора.
В идеале зарядка должна иметь функцию включения поддерживающей зарядки при падении напряжения на батарейке. Поддерживающая зарядка имеет смысл только в том случае, когда между зарядом батареек и их использованием проходит достаточно длительное время.
Сверхбыстрая зарядка Ni-MH аккумуляторов
И ещё стоит упомянуть о сверхбыстром заряде аккумуляторных батарей. Известно, что при заряде до 70 процентов своей ёмкости никель─металлогидридный аккумулятор имеет КПД зарядки близкий к 100 процентам. Поэтому на этом этапе имеет смысл увеличить ток для ускоренного его прохождения. Токи в таких случая ограничивают значением 10С. Основная проблема здесь в определении тех самых 70 процентов заряда, при которых следует понижать ток до обычной быстрой зарядки. Это сильно зависит от степени разряда, с которой началась зарядка батареи. Высокий ток легко может привести к перегреву аккумулятора и разрушению структуры его электродов. Поэтому использование сверхбыстрого заряда рекомендуется только при наличии соответствующих навыков и опыта.
Вернуться к содержанию
Общие требования к зарядным устройствам для никель─металлогидридных аккумуляторов
Разбирать какие-то отдельные модели для заряда Ni─MH аккумуляторов в рамках этой статьи нецелесообразно. Достаточно отметить, что это могут быть узконаправленные ЗУ под зарядку никель─металлогидридных батарей. Они имеют зашитый алгоритм зарядки (или несколько) и по нему постоянно работают. А есть универсальные устройства, которые позволяют тонко настраивать параметры зарядки. К примеру, iMAX B6. Такие устройства могут быть использованы для заряда различных батарей. В том числе, и для зарядки автомобильных аккумуляторов, если есть адаптер питания соответствующей мощности.
Сейчас существует множество моделей никель─металлогидридных аккумуляторов, и многие батарейки одинакового форм-фактора могут отличаться ёмкостью. Соответственно, ток зарядки должен быть разный. Если заряжать током выше нормы, будет нагрев. Если ниже нормы, то процесс зарядки будет идти дольше положенного. В большинстве случаев токи на зарядных устройствах делаются в виде «пресетов» для типовых батареек. В целом же при заряде производители Ni-MH аккумуляторов не рекомендуют установку тока более 1,3─1,5 ампера для типа АА вне зависимости от ёмкости. Если вам по каким-то причинам требуется увеличение этого значения, то нужно позаботиться о принудительном охлаждении аккумуляторов.
Ещё одна проблема связана с отключением питания зарядного устройства в процессе зарядки. В этом случае при включении питания она начнётся снова со стадии определения аккумулятора. Момент окончания быстрой зарядки определяется не временем, а рядом других критериев. Поэтому если она прошла, то при включении будет пропущена. А вот этап дозарядки пройдёт снова, если он уже был. В результате аккумулятор получает нежелательный перезаряд и лишний нагрев. Среди прочих требований к ЗУ Ni-MH аккумуляторов – низкий разряд при отключении питания зарядного устройства. Ток разряда в обесточенном ЗУ не должен превышать 1 мА.
При установке и зарядке таких батареек в ЗУ они вполне могут взорваться, поскольку не имеют аварийного клапана для сброса давления. От зарядного устройства требуется, чтобы оно могло распознавать такие первичные источники тока и не включать зарядку.
Хотя здесь стоит отметить, что определение аккумуляторов и первичных источников тока, имеет ряд сложностей. Поэтому производители ЗУ не всегда оснащают свои модели подобными функциями.
Вернуться к содержанию
Несколько советов по эксплуатации никель─металлогидридных аккумуляторов
Как вы поняли, основные правила эксплуатации Ni─MH аккумуляторов – это не допускать перегрева и перезаряда. Ниже приводятся дополнительные советы при эксплуатации никель─металлогидридных аккумуляторов, которые помогут вам продлить срок их службы:
Параметры зарядки наиболее распространённых Ni─MH аккумуляторов
В заключение приводим параметры для зарядки наиболее распространённых типов никель─металлогидридных аккумуляторов. Характеристики подобраны для полностью разряженных батарей. Они сведены в таблице ниже.
Рекомендации по работе с Ni-MH аккумуляторами
Первое использование
Для того чтобы аккумуляторы вышли на свою максимальную емкость, перед первым их необходимо сначала разрядить до напряжения 0,9В, а затем полностью зарядить.
Эту процедуру рекомендуется повторить 3-5 раз.
Новые купленные аккумуляторы из упаковки должны иметь напряжение более 1В. Меньшее напряжение говорит о том, что аккумуляторы хранились слишком долго без подзаряда, либо хранились при неоптимальной температуре и за счет саморазряда их напряжение снизилось. При снижении напряжения ниже 0,9В в аккумуляторе начинаются необратимые процессы, которые ведут к снижению емкости и увеличению внутреннего сопротивления.
Существуют зарядные устройства с функциями доразряда, тренировки аккумуляторов (циклирования) и измерения емкости и напряжения, например ROBITON ProCharger1000, MasterCharger Pro, MasterCharger 2B/Pro
Номинальная емкость
Точное значение номинальной емкости можно узнать в спецификации на данный аккумулятор. Емкость, указанная на этикетке, может отличаться от номинальной.
Эффект памяти
Название «эффект памяти» связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт только до «запомненной границы»
Количество циклов
Температура
Стандартный заряд: От 0 до 45ºС
Быстрый заряд: От 10 до 45ºС
Некоторые зарядные устройства имеют охлаждающий куллер, либо систему защиты от перегрева – они прекращают процесс заряда при превышении некоторого температурного порога.
Хранение
Саморазряд
Стандартные Ni-MH аккумуляторы, как и все другие элементы питания подвержены саморазряду. Это означает, что с течением времени их запасенная энергия снижается.
Скорость саморазряда стандартных Ni-MH аккумуляторов составляет до 40% в течение месяца. При этом 15-20% своей запасенной энергии аккумулятор теряет в первые сутки после заряда и по 10-15% от остаточной запасенной энергии теряется в течение каждого следующего месяца.
Это означает, что стандартные Ni-MH аккумуляторы необходимо подзаряжать непосредственно перед использованием.
Существуют Ni-MH аккумуляторы с низким саморазрядом, обычно с отметкой READY To USE или LOW SelfDischarge. За год их запасенная энергия снижается всего на 15%. Такие аккумуляторы выходят с производства полностью заряженными, они готовы к использованию сразу после покупки.
Время заряда Ni-MH аккумуляторов
Для аккумуляторов любой емкости формула расчета времени заряда проста:
Время (в часах) = Емкость аккумулятора (в мАч) * 1,2 / Ток зарядного устройства (в мА)
Например, если аккумулятор емкостью 2500мАч поставить на заряд током 700мА, то время заряда составит: 2500 * 1,2 / 700 = 4,3 часа
Формула применима для полностью разряженных аккумуляторов
Ток заряда Ni-MH аккумуляторов
Стандартный заряд: ток заряда Новинка Хит
