ГлавнаяТехнические статьи и рекомендации инженеров ТОК ЭлектрониксБатареи никель-металлогидридные
Батареи никель-металлогидридные

Батареи никель-металлогидридные

25.11.2015

NiMh-батареи появились в середине 70-х годов, только после того, как под давлением общественного мнения производители были вынуждены в качестве альтернативы NiCd-батареям приступить к разработке нового типа батарей. Действительно, эти батареи обладают преимуществами по сравнению с NiCd, но также имеют и недостатки.

В данном разделе мы рассмотрим новую систему в сравнении с NiCd.

ieclock_110x110.jpgNiMh-батареи имеют самую высокую плотность энергии из всех типов перезаряжаемых батарей на сегодняшнем рынке. Они также обладают самой высокой емкостью относительно объема батареи. В этом смысле они имеют абсолютное преимущество над NiCd-батареями. NiMh-батареи могут использоваться во всех приложениях, где требуется высокая емкость, выраженная в продолжительном времени работы. Однако и цена батарей значительно выше. Может быть, в будущем с удешевлением материалов снизятся и цены.

Система основана на сохранении водорода в металлическом сплаве. Спеченная никелевая пластина образует положительный электрод, а отрицательный электрод состоит из сплава, включающего редкоземельные металлы, никель, магний, марганец, алюминий и кобальт. Никто из производителей не приводит процентного содержания сплавов, так как оно определяет конечные свойства батареи. В качестве электролита выступает щелочь, а сепаратор состоит из полиамида или полиолефина. При зарядке и разрядке водород передвигается между электродами. Способность связывать водород в металлическом сплаве определяет емкость батареи. Самая большая проблема состоит в том, чем выше достигаемая емкость, тем меньше у батареи желания реагировать, что ограничивает разрядный ток и время зарядки. Как и NiCd-батареи, никель-металлогидридные батареи снабжены предохранительным клапаном, защищающим от образования избыточного давления в элементе.

Зарядка

NiMh имеет более высокую емкость/вместимость, чем NiCd. Это означает, что в такой же корпус вмещается больше активного материала. Это, в свою очередь, означает, что у материала в корпусе имеется меньше места для расширения, что делает систему более инертной. Зарядку NiMh следует проводить медленнее, чем NiCd, и более тщательно следить за недопущением перезарядки. Напряжение элемента в батарее -1.2 В. Обычная зарядка производится зарядным током 0.1 С в течение 14—16 часов, то есть зарядный коэффициент одинаков для обеих систем — 1.4. Таким же образом напряжение элемента увеличивается к концу зарядки до 1.45—1.5 В. При токе зарядки <0.2 C никаких контрольных приспособлений, кроме таймера, не требуется.

Скоростная зарядка

Если время скоростной зарядки NiCd составляет около 15 минут, то для NiMh-батареи это будет 1 час. Повышение температуры элемента при достижении полной зарядки NiMh происходит намного быстрее, чем у NiCd. Одновременное снижение напряжения также значительно меньше, поэтому точность контролирущих цепей должна быть выше. При скоростной зарядке NiMh-батарей рекомендуется использовать по крайней мере две из доступных систем безопасности (ΔV, поверхностная температура >45˚ C, таймер). При этом следует отметить, что срок службы NiMh батарей более чувствителен к перегреву элемента, чем у NiCd. Однако у NiMh-батарей не наблюдается «эффекта памяти». Такое явление отмечалось у NiCd-батарей, когда использовалась лишь небольшая часть емкости элемента. Если это случается постоянно, элемент «запоминает» это и допустимая емкость уменьшается. Обычно это можно исправить цикличной зарядкой батареи, то есть полной разрядкой перед зарядкой с повторением такого цикла 3—4 раза.

Капельная зарядка

Такой метод зарядки может быть рекомендован только для батарей кнопочного типа. Для цилиндрических батарей постоянный зарядный ток означает сокращение срока службы.

Разрядка

Как отмечалось выше, активные материалы не могут расширяться внутри NiMh элемента в значительной степени из-за нехватки пространства. Это снижает способность батареи реагировать. Отсюда естественно, что максимальный разрядный ток ниже, чем у NiCd элемента. Обычно разрядные токи выше 3—5 С не рекомендуются. Однако между конечными напряжениями разряда систем нет абсолютно никакой разницы — это примерно 1.0 В. К сожалению, NiMh имеет более высокий саморазряд — 1.5% в день по сравнению с 1% в день у NiCd-батарей. Это означает, что срок хранения заряженных NiMh-батарей короче, чем срок хранения NiCd.

Срок службы

По утверждению некоторых производителей, срок службы составляет около 1000 циклов. Однако следует иметь в виду, что эта цифра приведена для идеальных условий зарядки и не учитывает такие вещи, как перезарядку. Реально срок службы батареи можно оценить как 500—800 циклов.

Заключительный комментарий по разделу «Никель-металлогидридные батареи»

NiMh — единственный тип перезаряжаемых батарей, не содержащий вредоносных тяжелых металлов. Отношение веса к емкости — второе преимущество этих батарей. Эта аккумуляторная система обладает самой высокой плотностью энергии. Срок службыдостаточно удовлетворительный при цикличном использовании и снижается при постоянной зарядке. Однако это не относится к кнопочным батареям, имеющим такой же срок службы, как NiCd. Процесс зарядки является более чувствительным и должен контролироваться более тщательно, чем у других перечисленных выше батарей. Как и NiCd, NiMh-батареи являются температурно зависимыми и требуют соблюдения рекомендованной рабочей температуры.

Из-за большого многообразия батарей на современном рынке всегда рекомендуется тщательно ознакомиться с информацией о зарядке и разрядке.