NiMH znamená Nickel Metal Hydride. Správne nabíjanie je kľúčom k udržaniu výkonu a dlhej životnosti. Aby ste mohli nabíjať NiMH, musíte túto technológiu poznať. Obnova NiMH článkov je pomerne komplikovaný proces, pretože napäťová špička a následný pokles sú menšie, a preto je ťažšie určiť ukazovatele. Prebíjanie vedie k prehriatiu a poškodeniu článku, po ktorom sa stráca kapacita, čo vedie k strate funkčnosti.
Dizajn a princíp fungovania
Batéria je elektrochemické zariadenie, v ktorom sa elektrická energia premieňa a uchováva v chemickej forme. Chemická energia sa ľahko premieňa na elektrickú energiu. NiMH funguje na princípe pohlcovania, uvoľňovania a transportu vodíka vo vnútri dvoch elektród.
NiMH batérie pozostávajú z dvoch kovových pásikov, ktoré fungujú ako kladné a záporné elektródy, a izolačnej fólie medzi nimi. Tento energetický "sendvič" je navinutý a umiestnený v batérii spolu s kvapalinouelektrolyt. Kladná elektróda zvyčajne pozostáva z niklu, záporná elektróda z hydridu kovu. Odtiaľ pochádza názov „NiMH“alebo „nikel-metal hydrid“.
Výhody:
- Obsahuje menej toxínov a je šetrný k životnému prostrediu a recyklovateľný.
- Pamäťový efekt je vyšší ako Ni-Cad.
- Oveľa bezpečnejšie ako lítiové batérie.
Chyby:
- Hlboké vybíjanie skracuje životnosť a generuje teplo počas rýchleho nabíjania a vysokej záťaže.
- Samovoľné vybíjanie je vyššie v porovnaní s inými batériami a treba ho vziať do úvahy pred nabíjaním NiMH.
- Vyžaduje sa vysoká úroveň údržby. Batéria musí byť úplne vybitá, aby sa zabránilo tvorbe kryštálov počas nabíjania.
- Drahšie ako Ni-Cad batéria.
Charakteristika nabíjania/vybíjania
Niklo-metal hydridový článok má mnoho charakteristík podobných NiCd, ako napríklad krivku vybíjania (s dodatočným nabíjaním), ktorú batéria dokáže akceptovať. Netoleruje prebíjanie, ktoré spôsobuje degradáciu kapacity, čo je hlavný problém pre konštruktérov nabíjačiek.
Aktuálne špecifikácie potrebné na správne nabitie NiMH batérie:
- Menovité napätie je 1,2V.
- Špecifická energia – 60 – 120 Wh/kg.
- Hustota energie – 140 – 300 Wh/kg.
- Konkrétny výkon – 250 – 1000 W/kg.
- Účinnosť nabíjania/vybíjania -90 %.
Účinnosť nabíjania niklových batérií sa pohybuje od 100 % do 70 % plnej kapacity. Spočiatku dochádza k miernemu zvýšeniu teploty, ale neskôr, keď úroveň nabitia stúpne, účinnosť klesá, pričom vzniká teplo, ktoré je potrebné vziať do úvahy pred nabíjaním NiMH.
Keď sa batéria NiCD vybije na určité minimálne napätie a potom sa nabije, je potrebné dbať na to, aby sa znížil efekt kondicionovania (približne každých 10 cyklov nabíjania/vybíjania), inak začne strácať kapacitu. V prípade NiMH sa táto požiadavka nevyžaduje, pretože účinok je zanedbateľný.
Takýto proces obnovy je však vhodný aj pre zariadenia NiMH, odporúčame ho zvážiť pred nabíjaním batérií NiMH. Proces sa opakuje trikrát až päťkrát, kým dosiahnu plnú kapacitu. Proces kondicionovania nabíjateľných batérií zaisťuje, že vydržia mnoho rokov.
Metódy obnovy NiMH
Existuje niekoľko spôsobov nabíjania, ktoré možno použiť s batériami NiMH. Rovnako ako NiCd vyžadujú zdroj konštantného prúdu. Rýchlosť je zvyčajne uvedená na tele bunky. Nemalo by prekračovať technologické normy. Hranice nabíjania sú jasne regulované výrobcami. Pred použitím batérií musíte jasne vedieť, akým prúdom nabíjať batérie NiMH. Existuje niekoľko metód, ktoré sa používajú na zabránenie zlyhaniu:
- Nabíjanie pomocou časovača. Využitie času naurčenie konca procesu je najjednoduchší spôsob. Často je v zariadení zabudovaný elektronický časovač, hoci mnohé zariadenia túto funkciu nemajú. Tento prístup predpokladá, že článok je nabitý zo známeho stavu, napríklad keď je úplne vybitý.
- Tepelná detekcia. Stanovenie konca procesu sa vykonáva monitorovaním teploty prvku. Aj keď sa zariadenie pri prebití zahrieva, je ťažké presne zmerať nárast teploty, pretože stred batérie bude oveľa teplejší ako vonkajší.
- Detekcia záporného delta napätia. NiMH detekuje pokles napätia (5 mV). Pred nabíjaním NiMH batérií je zavedené filtrovanie šumu, ktoré takýto pokles spoľahlivo zachytí, aby sa zabezpečilo, že „parazitné“zvuky snímača a iné zvuky nevedú k ukončeniu nabíjania.
Paralelná dodávka prvkov
Paralelné nabíjanie batérií sťažuje kvalitatívne určenie konca procesu. Je to preto, že si človek nemôže byť istý, že každý článok alebo obal má rovnaký odpor, a preto niektoré odoberú viac prúdu ako iné. To znamená, že pre každú linku v paralelnej jednotke musí byť použitý samostatný nabíjací obvod. Malo by sa určiť, akým prúdom sa má NiMH nabíjať vyvážením, napríklad použitím odporov takej hodnoty, aby dominovali v riadiacich parametroch.
Na zabezpečenie presného nabíjania bez použitia termistora boli vyvinuté moderné algoritmy. Títozariadenia sú podobné ako Delta V, ale majú špeciálne meracie metódy na detekciu plného nabitia, zvyčajne zahŕňajúce určitý druh cyklu, kde sa napätie meria v časovom intervale a medzi impulzmi. V prípade viacprvkových paketov, ak nie sú v rovnakom stave a nemajú vyváženú kapacitu, môžu sa naplniť jeden po druhom, čo signalizuje koniec fázy.
Vyrovnanie bude trvať niekoľko cyklov. Keď batéria dosiahne koniec svojho nabitia, na elektródach sa začne vytvárať kyslík a v katalyzátore sa rekombinuje. Nová chemická reakcia vytvára teplo, ktoré možno ľahko merať pomocou termistora. Toto je najbezpečnejší spôsob, ako zistiť koniec procesu počas rýchleho obnovenia.
Lacný spôsob regenerácie
Nabíjanie cez noc je najlacnejší spôsob nabíjania batérie NiMH pri C/10, čo je menej ako 10 % menovitej kapacity za hodinu. Toto je potrebné vziať do úvahy, aby sa NiMH správne nabilo. Takže 100mAh batéria sa bude nabíjať 10 mA po dobu 15 hodín. Táto metóda nevyžaduje snímač konca procesu a poskytuje úplné nabitie. Moderné články majú katalyzátor recyklácie kyslíka, ktorý zabraňuje poškodeniu batérie pri vystavení elektrickému prúdu.
Túto metódu nemožno použiť, ak je rýchlosť nabíjania vyššia ako C/10. Minimálne napätie potrebné na úplnú reakciu závisí od teploty (najmenej 1,41 V na článok pri 20 stupňoch), ktorú je potrebné zvážiť, aby sa NiMH správne nabila. Dlhodobé zotavenie nespôsobuje ventiláciu. Mierne zahrieva batériu. Pre zachovanie životnosti sa odporúča použiť časovač s rozsahom 13 až 15 hodín. Nabíjačka Ni-6-200 má mikroprocesor, ktorý prostredníctvom LED hlási stav nabitia a zároveň plní funkciu synchronizácie.
Rýchly proces nabíjania
Pomocou časovača môžete nabíjať C/3.33 5 hodín. Je to trochu riskantné, pretože najskôr musí byť batéria úplne vybitá. Jedným zo spôsobov, ako zabezpečiť, aby sa tak nestalo, je automatické vybitie batérie pomocou nabíjačky, ktorá následne spustí proces obnovy na 5 hodín. Táto metóda má tú výhodu, že eliminuje akúkoľvek možnosť vytvorenia zápornej pamäte batérie.
V súčasnosti nevyrábajú všetci výrobcovia takéto nabíjačky, ale mikroprocesorová doska sa používa napríklad v nabíjačke C/10 /NiMH-NiCad-solar-charge-controller a možno ju jednoducho upraviť na vykonávanie vybíjania. Na rozptýlenie energie čiastočne nabitej batérie v primeranom čase bude potrebný disipátor energie.
Ak sa používa teplotný monitor, NiMH batérie možno nabíjať až 1C, inými slovami, 100 % ampérhodinovej kapacity počas 1,5 hodiny. Regulátor nabíjania batérie PowerStream to robí v spojení s riadiacou doskou, ktorá je schopná merať napätie a prúd pre zložitejšie algoritmy. Keď teplota stúpa, proces sa musí zastaviť a kedyHodnota dT/dt by mala byť nastavená na 1-2 stupne za minútu.
Existujú nové algoritmy, ktoré používajú mikroprocesorové riadenie pri použití signálu -dV na určenie konca nabíjania. V praxi fungujú veľmi dobre, a preto moderné zariadenia využívajú túto technológiu, ktorá zahŕňa procesy zapínania a vypínania na meranie napätia.
Špecifikácie adaptéra
Dôležitou otázkou je výdrž batérie alebo celkové náklady na životnosť systému. V tomto prípade výrobcovia ponúkajú zariadenia s mikroprocesorovým riadením.
Algoritmus pre dokonalú nabíjačku:
- Mäkký štart. Ak je teplota nad 40 stupňov alebo pod nulou, začnite nabíjaním C/10.
- Možnosť. Ak je napätie vybitej batérie vyššie ako 1,0 V/článok, vybite batériu na 1,0 V/článok a potom prejdite na rýchle nabíjanie.
- Rýchle nabíjanie. Pri 1 stupni, kým teplota nedosiahne 45 stupňov alebo dT indikuje plné nabitie.
- Po dokončení rýchleho nabíjania nabíjajte pri C/10 4 hodiny, aby ste zaistili úplné nabitie.
- Ak napätie nabitej NiMH batérie stúpne na 1,78 V/článok, zastavte prevádzku.
- Ak doba rýchleho nabíjania presiahne 1,5 hodiny bez prerušenia, bude zastavená.
Teoreticky je dobíjanie rýchlosť nabíjania, ktorá je dostatočne rýchla na to, aby udržala batériu plne nabitá, ale dostatočne pomalá, aby sa predišlo prebíjaniu. Určenie optimálnej rýchlosti nabíjania pre konkrétnu batériutrochu ťažko opísateľné, ale všeobecne sa uznáva, že je to asi desať percent kapacity batérie, napríklad pre Sanyo 2500 mAh AA NiMH je optimálna rýchlosť nabíjania 250 mA alebo nižšia. Musí sa to vziať do úvahy pri správnom nabití batérií NiMH.
Procesy poškodenia batérie
Najčastejšou príčinou predčasného zlyhania batérie je prebíjanie. Typy nabíjačiek, ktoré to najčastejšie spôsobujú, sú takzvané „rýchlonabíjačky“na 5 alebo 8 hodín. Problém s týmito nástrojmi je, že v skutočnosti nemajú mechanizmus kontroly procesu.
Väčšina z nich má jednoduché funkcie. Nabíjajú sa plnou rýchlosťou po stanovenú dobu (zvyčajne päť alebo osem hodín) a potom sa vypnú alebo prepnú na nižšiu „manuálnu“rýchlosť. Ak sa používajú správne, potom je všetko v poriadku. Ak sa použijú nesprávne, životnosť batérie sa skráti niekoľkými spôsobmi:
- Keď sú do zariadenia vložené plne nabité alebo čiastočne nabité batérie, zariadenie to nedokáže zachytiť, a preto úplne nabije batérie, pre ktoré bolo navrhnuté. Kapacita batérie teda klesá.
- Ďalšou bežnou situáciou je prerušenie prebiehajúceho nabíjacieho cyklu. Potom však nasleduje opätovné pripojenie. Nanešťastie to spôsobí reštart úplného nabíjacieho cyklu, aj keď je predchádzajúci cyklus takmer dokončený.
Najjednoduchší spôsobAby ste sa vyhli týmto scenárom, použite inteligentnú nabíjačku riadenú mikroprocesorom. Dokáže zistiť, kedy je batéria úplne nabitá, a potom – v závislosti od jej konštrukcie – sa buď úplne vypne, alebo prepne do režimu udržiavacieho nabíjania.
inteligentné zariadenia iMax B6
Na nabíjanie NiMH iMax budete potrebovať špeciálnu nabíjačku, pretože nesprávny spôsob môže spôsobiť, že batéria bude zbytočná. Mnoho používateľov považuje iMax B6 za najlepšiu voľbu pre nabíjanie NiMH. Podporuje proces až 15 článkových batérií, ako aj mnoho nastavení a konfigurácií pre rôzne typy batérií. Odporúčaná doba nabíjania by nemala presiahnuť 20 hodín.
Spravidla výrobca zaručuje 2000 cyklov nabitia/vybitia štandardnej batérie NiMH, aj keď sa to môže líšiť v závislosti od podmienok používania.
Pracovný algoritmus:
- Nabíjanie NiMH iMax B6. Je potrebné pripojiť napájací kábel do zásuvky na ľavej strane zariadenia, berúc do úvahy tvar na konci kábla, aby sa zabezpečilo správne pripojenie. Zasunieme ho až na doraz a prestaneme stláčať, keď sa na displeji objaví zvukový signál a uvítacia správa.
- Pomocou strieborného tlačidla úplne vľavo prejdite cez prvú ponuku a vyberte typ batérie, ktorá sa má nabíjať. Stlačením tlačidla úplne vľavo potvrdíte výber. Tlačidlom napravo sa budete posúvať medzi možnosťami: nabíjanie, vybíjanie, vyváženie, rýchle nabíjanie, skladovanie aostatné.
- Dve centrálne ovládacie tlačidlá vám pomôžu vybrať požadované číslo. Stlačením tlačidla úplne vpravo pre vstup môžete prejsť na nastavenie napätia opätovným rolovaním pomocou dvoch stredových tlačidiel a stlačením enter.
- Na pripojenie batérie použite viacero káblov. Prvá súprava vyzerá ako vybavenie laboratória. Často sa dodáva spolu s krokodílovými sponami. Zásuvky na pripojenie sa nachádzajú na pravej strane zariadenia v blízkosti spodnej časti. Dajú sa ľahko rozpoznať. Takto môžete nabíjať NiMH pomocou iMax B6.
- Potom musíte pripojiť voľný kábel batérie na koniec červenej a čiernej svorky, čím vytvoríte uzavretú slučku. To môže byť trochu riskantné, najmä ak používateľ prvýkrát urobí nesprávne nastavenia. Stlačte a podržte tlačidlo Enter na tri sekundy. Obrazovka by potom mala informovať, že sa kontroluje batéria, po čom bude používateľ požiadaný o potvrdenie nastavenia režimu.
- Počas nabíjania batérie sa môžete posúvať cez rôzne obrazovky na displeji pomocou dvoch stredových tlačidiel, ktoré poskytujú informácie o procese nabíjania v rôznych režimoch.
Tipy na optimalizáciu výkonu batérie
Najštandardnejšia rada je úplne vybiť batérie a potom ich dobiť. Hoci ide o liečbu „pamäťového efektu“, pri nikel-kadmiových batériách si treba dávať pozor, pretože je ľahké ich poškodiť nadmerným vybitím, čo vedie k „prepólovaniu“a nevratným procesom. V niektorých prípadoch sa vyrába elektronika batériespôsobom, ktorý zabraňuje negatívnym procesom tým, že sa vypne skôr, ako k nim dôjde, ale jednoduchšie zariadenia, ako sú baterky, nie.
Povinné:
- Buďte pripravení ich nahradiť. Nikel-metal hydridové batérie nevydržia večne. Po skončení zdroja prestanú fungovať.
- Kúpte si inteligentnú nabíjačku, ktorá elektronicky riadi proces a zabraňuje prebíjaniu. Nielenže je to lepšie pre batérie, ale spotrebuje to aj menej energie.
- Po dokončení nabíjania vyberte batériu. Nepotrebný čas na zariadení znamená, že na jeho nabíjanie sa spotrebuje viac energie prúdu, čím sa zvyšuje opotrebovanie a spotreba energie.
- Batérie úplne nevybíjajte, aby ste predĺžili ich životnosť. Napriek všetkým radám o opaku im úplné vybitie v skutočnosti skráti život.
- Akumulátory NiMH skladujte na suchom mieste pri izbovej teplote.
- Nadmerné teplo môže poškodiť batérie a spôsobiť ich rýchle vybitie.
- Zvážte použitie modelu s vybitou batériou.
Môžete teda nakresliť čiaru. NiMH batérie sú totiž výrobcom viac pripravené na dnešné prostredie a správne nabíjanie batérií pomocou inteligentného zariadenia zabezpečí ich výkon a dlhú životnosť.
