Применение никель металлогидридных аккумуляторов

Современный мир — это мир мобильных электронных гаджетов.

Для бесперебойной работы всех этих необходимых нам каждую минуту устройств требуется огромное количество источников питания, которые делятся на две основные группы: батареи и аккумуляторы.

Вторая группа источников является наиболее перспективной и динамично развивающейся.

Никель металлогидридные аккумуляторы стали сегодня одним из массово применяющихся её типов.

История создания

Разработки технологии никель металлогидридных аккумуляторных батарей начались ещё в 70-годы прошлого века. Это было вызвано необходимостью улучшить характеристики господствующих в то время повсюду никель-кадмиевых батарей.

Первые промышленные образцы никель гидридных аккумуляторов появились в 80-е годы. Основное направление их дальнейшего развития было направлено на дальнейшее повышение удельной энергетической ёмкости и увеличение срока службы.

В 2005 году на рынке появились первые образцы источников питания нового типа. По технологии это были никель металлогидридные батареи с пониженным током саморазряда (LSD NiMH).

Они характеризуются низким током саморазряда, увеличенным периодом хранения и превосходят своих предшественников по следующим параметрам:

1. Обеспечение очень высоких разрядных токов, способных на порядок превышать ёмкость батареи. Это позволяет применять их в мощных электрических изделиях, работающих в импульсных режимах: фотовспышках, радиостанциях, фонарях и других мобильных устройствах.
2. Повышенная устойчивость к холоду.
3. Лучшее поддержание напряжения при длительной работе.
4. Увеличенный срок службы и лучшее сохранение ёмкости в период эксплуатации.
5. Низкое внутреннее сопротивление.
6. Способность длительное время работать в устройствах с низким потреблением энергии: таймерах, электронных часах, пультах дистанционного управления.

Конструкция аккумулятора

Современные аккумуляторы имеют цилиндрическую или прямоугольную внешнюю форму.

Они состоят из положительного и отрицательного электродов с сепаратором между ними, помещённых в герметичный корпус.

В крышке корпуса размещён предохранительный клапан, настроенный на давление 2−4 МПа.

Он предназначен для аварийного сброса высокого давления при нештатных ситуациях в работе. Эта ситуация наиболее вероятна при нарушении условий правильной зарядки.

В NiMH аккумуляторах применяется щелочной электролит KOH с небольшой примесью LiOH. Сепаратором чаще всего является полипропиленовая или полиамидная плёнка, пропитанная смачивателем.

Положительный электрод, называемый анодом, может быть оксидно-никелевым, как и в кадмиево-никелевых батареях.

Отрицательный электрод — катод содержит активное вещество в виде металлогидридного состава и определяет основные характеристики этого типа аккумулятора.

В процессе работы объём отрицательного электрода периодически изменяется, увеличиваясь на 25 процентов относительно исходного.

Это объясняется поглощением и выделением водорода во время рабочего цикла. В начале периода эксплуатации в материале катода возникает сеть микротрещин и требуется несколько тренировочных циклов заряда-разряда для доведения основных параметров до рабочей нормы. Для увеличения срока службы рекомендуется хранить батареи в заряженном состоянии.

Достоинства и недостатки NiMH батарей

При широком выборе в продаже различных видов аккумуляторов никель металлгидридные батареи удерживают высокое место в конкуренции с никель-кадмиевыми аналогами.

Это объясняется следующими их достоинствами:

1. Увеличенные параметры удельной энергии (до 40 процентов и более).
2. Более экологически чистое производство и утилизация, благодаря отсутствию кадмия.
3. Значительное снижение «эффекта памяти», присущего никель-кадмиевым батареям. Тренировочные циклы «заряда-разряда» можно проводить в три раза реже. Допускаются короткие циклы подзарядки.
4. Нет никаких специальных требований к транспортировке и хранению.
5. Доступная цена.
6. Имеют широкую номенклатуру размеров и эксплуатационных параметров.

В то же время полное доминирование на рынке батареек с никель металлогидридной технологией не наблюдается.

Причиной этого стали существенные недостатки NIMH аккумуляторов:

1. Меньший срок эксплуатации по циклам заряд-разряд.
2. Плохо переносят пиковые нагрузки. Допустимо от 0,2С до 0,5С.
3. Параметры ухудшаются при хранении в условиях высоких температур.
4. Требуется усложнённый алгоритм управления зарядным устройством, так как происходит сильный нагрев при зарядке увеличенными токами, и требуется тщательный контроль параметров.
5. Время заряда на 100 процентов больше, чем у NiCd батарей.
6. Имеют большой ток саморазряда. При хранении полностью разряжаются за 30−60 дней.
7. Дороже, чем никель-кадмиевые аналоги.

Следует отметить, что основные недостатки классических никель металлогидридных аккумуляторов устранены в новой серии LSD NiMH батарей, и при некотором увеличении цены старые изделия с успехом могут заменяться более технологичными новыми.

Правила использования

Аккумуляторы сегодня широко распространены в промышленности и быту. Эти устройства достаточно дороги, и знание правил грамотного их использования может значительно снизить расходы на обслуживание источников электропитания.

Для максимального продления срока службы NiMH батарей требуется:

1. Хранить никель металлгидридные батареи допускается только в заряженном до уровня 30−50 процентов состоянии.
2. Категорически не допускается перегрев NiMH аккумуляторов из-за их повышенной чувствительности к нагреву.
3. Следует избегать перезаряда аккумуляторов, обязательно соблюдение правил зарядки, приведённых в документации на устройство.
4. Если бывают перерывы в эксплуатации, или при хранении требуется тренировать NiMH АКБ, достаточно периодического проведения четырёх тренировочных циклов «заряда-разряда». Такую же тренировку необходимо провести для новых батарей перед вводом в эксплуатацию.
5. Хранение аккумуляторов необходимо проводить при комнатной температуре в диапазоне 15−23 градуса по шкале Цельсия.
6. Нежелательно разряжать Ni-MH батарею до напряжения меньше, чем 0,9 вольт на 1 элемент. Возможно, после этого придётся восстанавливать батарею специальными методами.
7. Необходим регулярный контроль внешнего состояния батарей. Недопустимы значительные дефекты, недостаток и проливы электролита и т. д.
8. Для зарядки применяйте только штатные, рекомендованные в технической документации зарядные устройства.

Постоянно разрабатываются новые перспективные типы аккумуляторов.

Например, литий-ионные батареи полностью вытесняют конкурентов из области оборудования для мобильной связи. Однако для использования в силовой электронике они ещё слишком дороги. NiMH АКБ пока невозможно полностью заменить новыми аналогами, и они ещё довольно долгое время будут сохранять свои позиции в промышленности.

Originally posted 2018-08-29 07:31:00.