1.1.2 Нікель-метал-гідридні (Ni-mh)

Нікель-метал-гідридні (Ni-MH) акумуляторів по своїй конструкції є аналогами нікель-кадмієвих (Ni-Cd) акумуляторів, а з електрохімічних процесів - нікель-водневих акумуляторів. Вони мають більш високу енергетичну щільність (до 75 Вт*год/кг) і відповідно більш високу ємність (приблизно на 30%). З іншого боку, вони дорожче Ni-Cd акумуляторів приблизно на 20% і у них менший термін служби - всього 500 циклів заряд/розряд. Крім того, для зарядки потрібно спеціальний зарядний пристрій, слідкуючий за температурою та напругою. Справа в тому, що Ni-MH-акумулятори бояться перегріву, переохолодження і "переполюсовки". До їх недоліків також можна віднести вдвічі більший час зарядки порівняно з Ni-Cd-акумуляторами і велику швидкість саморозряду (до30 % в місяць). Зате акумулятори цього типу абсолютно безпечні для навколишнього середовища і відносно недорогі. Крім того, нікель-метал-гідридні акумулятори схильні до ефекту пам'яті в набагато меншій мірі, ніж Ni-Cd.

Нікель-метал-гідридний акумулятор (Ni-MH) — вторинне хімічне джерело струму, у якому анодом є водневий метал-гідридний електрод, електроліт — гідроксид калію, катод — оксид нікелю.

Параметри нікель-метал-гідридних акумуляторів

Теоретична енергоємність (Вт·год/кг): 300 Вт·год/кг

Питома енергоємність: близько — 60-72 Вт·год/кг

Питома энергоплотность (Вт·год/дм3): близько 150 Вт·год/дм3.

ЕРС: 1,25 Ст.

Робоча температура: -60...+55 °C.(-40... +55)

Термін служби: близько 300-500 циклів заряду/розряду.

саморозряд: до 100 % в рік (у старих типів акумуляторів)

Переваги Ni-MH акумулятора в порівнянні з Ni-Cd:

1) велика питома ємність (при тих же габаритних розмірах значення ємності на 30% більше), меншу вагу;

2) менш схильний до <ефекту пам'яті>;

3) до складу акумулятора входить менша кількість токсичних металів, і в даний час він вважається екологічно чистим.

Недоліки, Ni-MH перед Ni-Cd:

1) має набагато меншу кількість циклів заряду розряду (див. главу про кількість циклів);

2) ціна Ni-MH акумулятора вище, ніж Ni-Cd, хоча і не завжди може бути головною проблемою, якщо користувач надає перевагу невеликий розмір і вага;

3) температурний режим роботи менше, ніж у Ni-Cd акумулятора. Порівняно з Ni-Cd і Li-Ion акумулятори, у Ni-MH акумулятора сама низька навантажувальна здатність - не може віддавати великі струми;

4) цей тип акумуляторів <боїться> глибоких розрядів, так як довговічність батареї безпосередньо пов'язана з глибиною розряду;

5) саморозряд більш ніж в 1,5 рази вище, ніж у Ni-Cd акумулятора, що є важливим параметром при зберіганні;

6) Ni-MH не любить великого зарядного струму, як Ni-Cd, так як в процесі зарядки виділяється значно більша кількість тепла. Крім того, в зарядному пристрої потрібно більш складний алгоритм для виявлення повного заряду, ніж для Ni-Cd акумулятора.

1.1.3 SLA-акумулятори.

SLA-акумулятори – це герметичні свинцево-кислотні акумуляторні батареї. Це одні з найбільш дешевих акумуляторів, характеризуються відносно невисокою енергетичною щільністю - всього 30 Вт*год/кг Найчастіше їх застосовують там, де вага не є критичним параметром, а потрібні велика потужність і низька вартість (джерела безперебійного живлення, ліхтарі, ІТД). Діапазон значень ємності для портативних приладів лежить в межах від 1 до 30 А*год. Раніше цими акумуляторами комплектувалися деякі ранні моделі автомобільних супутникових телефонів, але зараз в сучасних мобільних пристроях вони практично не застосовуються.

Переваги:

1) відносно невисока вартість;

2) повна відсутність <ефекту пам'яті>;

3) низький саморозряд;

4) в сучасних герметичних свинцево-кислотних акумуляторах, в залежності від середньої глибини розрядки, кількість циклів може сягати 800-1000!

Недоліками SLA-батарей можна назвати низьку питому ємність, хоча у багатьох випадках це може бути і некритичним, на відміну від Ni-Cd SLA страшні глибокі цикли розряду (це безпосередньо веде до скорочення кількості циклів <заряду-розряду>)

1.1.4 Li-Polymer-акумулятори

Це одна з останніх розробок в літієвої технології. Потенційно вони дешевше, ніж Li-Ion-акумулятори, але на сьогоднішній день все ж залишаються найдорожчими джерелами живлення, незважаючи на те, що вже запущено їх масове виробництво. Виробляють цей тип акумуляторів лише кілька великих фірм. По конструкції вони подібні своїм попередникам, але використовують гелієвий електроліт, тому можуть мати нетрадиційну форму. Ці джерела мають ще більш високою енергетичною щільністю (до 160 Вт*год/кг) і малим струмом розряду, причому нинішні зразки мають дуже велику кількість циклів заряд/розряд - близько 1000. І крім усього іншого, ці акумулятори досить компактні і легкі.

Полімерно-літієві акумулятори складаються з секцій або стеків. Кожна з секцій містить три електрода і сепаратор з полімером, який діє як електроліт і як зв'язуючу речовину. Негативний електрод розташований між двома позитивними і з допомогою термального впливу всі компоненти об'єднують в стек. Товщина однієї секції близько 0,6 мм. В залежності від кількості стеків можна отримати акумулятор тієї або іншої ємності. Зовні джерело живлення запечатують у полімерно-алюмінієву плівку (див. малюнки). Принципово іоно-літієві і полімерно-літієві акумулятори не розрізняються, але останні мають одну важливу перевагу. Так як їх робочою речовиною є гель, що складається із суміші полімеру і електроліту, то витік рідини стає просто неможливою.

Недолік літієво-полімерного акумулятора в тому, що він не може віддавати великі струми розряду і, так само, як і літієво-іонний (Li-Ion), не любить низьких температур.

Режими зарядки батарей і акумуляторів

Найважливішою умовою для правильної роботи та високих показників віддачі і терміну служби акумулятора є його правильний заряд. І абсолютно неважливо, про який саме моделі ми говоримо. Це стосується як батарей високої потужності, які застосовуються в промисловості, так і невеликих батарей, розміщених в плеєрах і смартфонах.

На жаль, не всі користувачі подібних пристроїв знають ці правила. Наша стаття спрямована на підвищення технічної грамотності клієнтів і виступає в ролі своєрідної інструкції щодо застосування акумуляторних батарей. І коли ви зіткнетеся з проблемами, в наявності буде якісний матеріал з описом всіх важливих етапів.

Виробники випускають велику кількість акумуляторних батарей, кожна з них володіє своїми унікальними особливостями. Це стосується як режиму експлуатації, так і процесу заряду. Якісні моделі провідних виробників завжди забезпечуються докладною інструкцією, але бувають рідкісні випадки, коли подібні документи просто не включають в комплект поставки. Шукати потрібні статті на просторах Інтернету - не саме захоплююче заняття, та й часу на це просто не вистачає.

А тому в цій статті ми опишемо основні моменти правильної зарядки герметичних, свинцево-кислотних акумуляторів необслуговуваного типу. Вони застосовуються як в побутових приладах, так і в джерелах безперебійного живлення. Крім того, всі моделі автомобільних акумуляторів виконані за тим же принципом. Гелеві і AGM акумулятори заряджаються відповідно до цієї інструкції. Можна з успіхом застосовувати представлені правила для стартерних акумуляторів, які потребують обслуговування. Але тут є деякі особливості, які ми укажемо в представленій статті.

Найголовніше питання - як саме заряджати акумулятор?

У цьому розділі ми розповімо про основні моменти правильного заряду акумуляторної батареї. Існує дуже важливе правило: воно стосується всіх моделей, які присутні на ринку, без винятку. Чим менша кількість разів акумуляторна батарея розряджається і чим нижче глибина розряду, тим більше термін її експлуатації.

Існує чимало міфів, які стосуються процесу заряду. Найчастіше "фахівці" стверджують, що потрібно розрядити акумулятор повністю і заряджати його до максимальних позначок. Більше того, подібні "знавці" впевнені, що, періодично розряджаючи акумулятор, ви збільшуєте термін його експлуатації. Це все неправильно: якщо ваш консультант пропонує купити товар і переказує подібні байки - не заходьте більше в цей магазин.

Якщо ми розглядаємо батареї низької якості, які виготовлені невідомим виробником, то для них періодичний процес заряду і розряду дійсно важливий. Якщо цього не робити, то подібні акумуляторні батареї просто виходять з ладу (пластини розчиняються в сірчаній кислоті і утворюються сульфати). Але для якісних моделей найбільш оптимальним режимом роботи є буферний. Під час нього розряди повністю виключаються, а батарея знаходиться під постійним навантаженням.

Щоб зрозуміти правила заряду акумулятора, слід розібратися в основних поняттях про режимах його роботи.

Найбільш оптимальний - буферний режим роботи.

Немає більш яскравого прикладу такого режиму - як джерело безперебійного живлення. В ДБЖ акумулятор весь час заряджається і починає віддавати енергію лише в тих випадках, коли пропадає живлення до електричної мережі. Як тільки харчування відновлюється, відбувається процес підзарядки. Це самий правильний режим експлуатації: використання акумулятора в такому режимі призводить до тривалого терміну служби. Найбільш просунуті моделі можуть служити більше 12 років. І це далеко не межа для AGM акумуляторів нового покоління.

Давайте розглянемо циклічний режим роботи.

Стандартний приклад циклічного режиму застосування акумуляторної батареї - це іграшковий автомобіль, домашні системи автоматичного електричного живлення. При такому типі роботи відбувається процес розряду і заряду, причому це відбувається 1 раз на добу. Це найбільш важкий режим експлуатації: в таких випадках не говорять про терміни служби у часовому еквіваленті. У цих випадках розглядають ресурс циклів роботи. Звичайні AGM акумуляторні батареї працюють не більше 300 циклів, а нові моделі - 600 циклів.

Ми часто дивуємося «технік», які для циклічного режиму роботи застосовують автомобільні акумулятори, призначені для запуску стартера. Одразу попереджаємо: дані моделі розраховані лише на один процес - запуск двигуна. А після цього генератор повинен подавати харчування самостійно. Якщо ви плануєте застосовувати циклічний режим роботи, пластини досить швидко вийдуть з ладу, і ваша "економія коштів" закінчиться провалом.

Як слід заряджати акумуляторні батареї в буферному режимі роботи.

Як відомо, номінальна напруга кожного елемента в АКБ свинцево - кислотного типу становить 2В. Найчастіше для побутових потреб використовують трьохелементні і шести елементні батареї.

Під час буферного режиму роботи, напруга повинна становити 2,3 В на елемент акумулятора. Якщо розглядати 12 - вольт моделі, то цей показник становить 13,8 В а 6-вольтові моделі - 6,9 В.

Параметри струму для заряду повинні становити 30 відсотків від 10-годинний ємності акумулятора. Якщо ми говоримо про гелевих моделях, то ці показники дорівнюють 20 відсоткам. В якості прикладу розглянемо звичайну акумуляторну батарею С10. Її ємність 100 Ач, а отже, струм заряду не повинен перевищувати 30А.

Давайте розглянемо правильний процес заряду акумуляторів, які працюють у циклічному режимі: Параметри напруги 2,45 В/ел, струм заряду дорівнює 20 відсоткам для С10.

Тривалість заряду батареї.

Тривалість процесу заряду батареї залежить від ряду факторів: в першу чергу, від початкової зарядженості. У перші хвилини відбувається швидка зарядка (експрес), але через деякий час споживання струму знижується і припиняється в той момент, коли АКБ досягає повної зарядженості. Самий головний критерій зарядженості - це зниження споживання струму батареєю, до показників 1,5 мА на кожен Ач ємності акумулятора. Якщо ми розглянемо батарею С20, то зниження струму зарядки до 200 - 300мА говорить про те, що акумулятор практично повністю заряджений. Щоб підвищити заряд до 100 відсотків, потрібно продовжити процес зарядки таким струмом протягом 1 години.

Розряджений акумулятор заряджається за 10 - 12 годин при циклічному режимі роботи. При буферному режимі роботи ці цифри сягають 40 годин. Для повного заряду АКБ їй потрібно подати на 20 відсотків більше енергії, ніж зазначено в номінальних значеннях. Тут спрацьовують стандартні фізичні закони. І ці параметри абсолютно не залежать від марки виробника і типу батареї. Висловлюючись простою мовою, відсутність перенасичення не завершить всі хімічні і електричні реакції, які протікають в батареї.

Оптимальні температурні показники для процесу зарядки - 20 градусів за Цельсієм. Якщо температура знижена, то час зарядки слід збільшувати. Коли ви намагаєтеся зарядити акумулятор при низьких температурах, то всі ваші зусилля прагнуть до нуля.