Pilas AA (Ni-MH, Ni-Cd) y carga adecuada, o elogio para Maha y LaCrosse (TechnoLine). Métodos de carga de baterías de Ni-Cd y Ni-MH Batería de níquel-magnesio

El ámbito de aplicación de las baterías eléctricas es bastante amplio. Las baterías pequeñas se utilizan para electrodomésticos que son familiares para todos, los automóviles están equipados con baterías ligeramente grandes y las baterías muy grandes y capacitivas se instalan en estaciones industriales cargadas de trabajo. ¿Parecería que además del propósito del usuario, diferentes tipos de baterías pueden tener algo en común? Sin embargo, de hecho, hay similitudes más que suficientes entre estas baterías. Quizás una de las principales entre las posibles similitudes entre las baterías es el principio de su organización del trabajo. En el artículo de hoy, nuestro recurso decidió considerar solo uno de esos. Para ser más precisos, a continuación hablaremos sobre el funcionamiento y las reglas de funcionamiento de las baterías de hidruro metálico de níquel.

La historia de la aparición de las baterías de hidruro metálico de níquel

La creación de baterías de níquel-hidruro metálico comenzó a despertar un interés considerable entre los ingenieros hace más de 60 años, es decir, en los años 50 del siglo XX. Los científicos especializados en el estudio de las propiedades fisicoquímicas de las baterías pensaron seriamente en cómo superar las desventajas de las baterías de níquel-cadmio populares en ese momento. Quizás uno de los principales objetivos de los científicos fue la creación de una batería de este tipo que pudiera acelerar y simplificar el proceso de todas las reacciones asociadas con la transferencia electrolítica de hidrógeno.

Como resultado, solo a fines de los años 70, los especialistas lograron diseñar primero, y luego crear y probar completamente baterías de hidruro metálico de níquel más o menos de alta calidad. La principal diferencia entre el nuevo tipo de batería y sus predecesores era que tenía lugares estrictamente definidos para la acumulación de la mayor parte del hidrógeno. Más precisamente, la acumulación de materia se produjo en las aleaciones de varios metales ubicados en los electrodos de la batería. La composición de las aleaciones tenía una estructura tal que uno o varios metales acumulaban hidrógeno (a veces varios miles de veces su volumen) y otros metales actuaban como catalizadores de reacciones electrolíticas, proporcionando la transición de la sustancia de hidrógeno a la red metálica de los electrodos.

La batería fabricada, que tiene un ánodo de hidruro de hidrógeno-metal y un cátodo de níquel, recibió la abreviatura "Ni-MH" (del nombre de sustancias conductoras que se acumulan). Estas baterías funcionan con un electrolito alcalino y proporcionan un excelente ciclo de carga y descarga: hasta 2000 mil para una batería completa. A pesar de ello, el camino hacia el diseño de baterías Ni-MH no fue fácil, y los prototipos que existen en este momento aún se están modernizando. El principal vector de modernización tiene como objetivo aumentar la densidad energética de las baterías.

Tenga en cuenta que, en la actualidad, las baterías de hidruro metálico de níquel se producen principalmente sobre la base de la aleación de metal "LaNi5". La primera muestra de tales baterías se patentó en 1975 y comenzó a usarse activamente en una amplia industria. Las baterías modernas de hidruro metálico de níquel tienen una alta densidad energética y están fabricadas con materias primas completamente atóxicas, lo que facilita su eliminación. Quizás, sea precisamente por estas ventajas que se han vuelto muy populares en muchas áreas donde se requiere el almacenamiento a largo plazo de una carga eléctrica.

Diseño y principio de funcionamiento de una batería de hidruro metálico de níquel.

Las baterías de hidruro metálico de níquel de todas las dimensiones, capacidades y propósitos se producen en dos tipos principales de formas: prismáticas y cilíndricas. Independientemente de la forma, dichas baterías constan de los siguientes elementos obligatorios:

• electrodos de hidruro metálico y níquel (cátodos y ánodos), que forman un elemento galvánico de la estructura de la rejilla, que es responsable del movimiento y acumulación de carga eléctrica;
• áreas de separación que separan los electrodos y también participan en el proceso de reacciones electrolíticas;
• contactos de salida que liberan la carga acumulada al ambiente externo;
• tapas con una válvula montada en ella, necesaria para aliviar el exceso de presión de las cavidades del acumulador (presión superior a 2-4 megapascales);
• carcasa de protección térmica y resistente, que contiene las celdas de batería descritas anteriormente.

El diseño de las baterías de hidruro metálico de níquel, como muchos otros tipos de este dispositivo, es bastante simple y no presenta ninguna dificultad particular en consideración. Esto se muestra claramente en los siguientes diagramas de diseño de la batería:

Los principios de funcionamiento de las baterías en consideración, en contraste con su esquema de diseño general, parecen un poco más complicados. Para comprender su esencia, prestemos atención al funcionamiento por fases de las baterías de hidruro metálico de níquel. Normalmente, las etapas de funcionamiento de estas baterías son las siguientes:

1. El electrodo positivo, el ánodo, lleva a cabo una reacción oxidativa con la absorción de hidrógeno;
2. El electrodo negativo, el cátodo, implementa una reacción de reducción en la desabsorción de hidrógeno.

En términos simples, la rejilla de electrodos organiza el movimiento ordenado de partículas (electrodos e iones) a través de reacciones químicas específicas. En este caso, el electrolito no participa directamente en la reacción principal de generación de electricidad, sino que se incluye en el trabajo solo bajo ciertas circunstancias del funcionamiento de las baterías de Ni-MH (por ejemplo, al recargar, realizando la reacción de circulación de oxígeno). No consideraremos con más detalle los principios de funcionamiento de las baterías de hidruro metálico de níquel, ya que esto requiere un conocimiento químico especial, que muchos lectores de nuestro recurso no tienen. Si desea conocer los principios del funcionamiento de la batería con mayor detalle, debe consultar la literatura técnica, que cubre con el mayor detalle posible el curso de cada reacción en los extremos de los electrodos, tanto al cargar las baterías como cuando se cargan. son dados de alta.

Las características de una batería Ni-MH estándar se pueden ver en la siguiente tabla (columna central):

Reglas de funcionamiento

Cualquier batería es un dispositivo relativamente sencillo de mantener y operar. A pesar de esto, su costo suele ser alto, por lo que todos los propietarios de una batería en particular están interesados ​​en aumentar su vida útil. No es tan difícil extender el período de funcionamiento en relación con el banco de acumuladores de la formación “Ni-MH”. Para esto es suficiente:

• Primero, siga las reglas para cargar la batería;
• En segundo lugar, es correcto operarlo y almacenarlo cuando está inactivo.

Hablaremos sobre el primer aspecto del mantenimiento de la batería un poco más adelante, pero ahora prestemos atención a la lista principal de reglas para el funcionamiento de las baterías de hidruro metálico de níquel. La lista de plantillas de estas reglas es la siguiente:

• El almacenamiento de baterías de níquel-hidruro metálico debe realizarse solo en su estado cargado a un nivel del 30-50%;
• Está estrictamente prohibido sobrecalentar las baterías de Ni-MH, ya que en comparación con las mismas baterías de níquel-cadmio, estamos considerando mucho más sensibles al calentamiento. La sobrecarga de trabajo tiene un efecto negativo en todos los procesos que tienen lugar en las cavidades y en las salidas de la batería. La salida de corriente sufre especialmente;
• Nunca recargue las baterías de hidruro metálico de níquel. Siga siempre las reglas de carga descritas en este artículo o reflejadas en la documentación técnica de la batería;
• En el proceso de mal uso o almacenamiento a largo plazo, "entrene" la batería. A menudo, un ciclo de carga-descarga realizado periódicamente es suficiente (alrededor de 3-6 veces). También es deseable exponer las nuevas baterías de Ni-MH a tal "entrenamiento";
• Almacene las baterías de NiMH a temperatura ambiente. La temperatura óptima es de 15 a 23 grados Celsius;
• Trate de no descargar la batería hasta los límites mínimos: voltaje inferior a 0,9 voltios para cada par cátodo-ánodo. Por supuesto, las baterías de níquel-hidruro metálico se pueden restaurar, pero es aconsejable no llevarlas a un estado "muerto" (también hablaremos sobre cómo restaurar una batería a continuación);
• Preste atención a la calidad constructiva de la batería. No se permiten defectos graves, falta de electrolitos y similares. La frecuencia recomendada para comprobar la batería es de 2 a 4 semanas;
• En el caso de usar baterías estacionarias grandes, también es importante cumplir con las reglas:
  • su reparación actual (al menos una vez al año):
  • restauración de capital (al menos una vez cada 3 años);
  • fijación confiable de la batería en el lugar de uso;
  • la presencia de iluminación;
  • usando los cargadores correctos;
  • y el cumplimiento de las precauciones de seguridad para el uso de dichas baterías.

Es importante cumplir con las reglas descritas no solo porque dicho enfoque para el funcionamiento de las baterías de hidruro metálico de níquel prolongará significativamente su vida útil. También garantizan un uso seguro y generalmente sin problemas de la batería.

Reglas de carga

Anteriormente se señaló que las reglas de operación están lejos de ser lo único que se requiere para lograr la máxima vida útil de las baterías de hidruro metálico de níquel. Además del uso adecuado, es extremadamente importante cargar correctamente estas baterías. En general, es bastante difícil responder a la pregunta: "¿Cómo cargar correctamente una batería Ni-MH?" El hecho es que cada tipo de aleación que se usa en los electrodos de la batería requiere ciertas reglas para este proceso.

Resumiéndolos y promediando, se pueden distinguir los siguientes principios fundamentales para cargar baterías de hidruro metálico de níquel:

• Primero, se requiere el tiempo de carga correcto. Para la mayoría de las baterías de Ni-MH, es de 15 horas a una corriente de carga de aproximadamente 0,1 C, o de 1 a 5 horas a una corriente de carga de 0,1 a 1 C para las baterías con electrodos altamente activos. Las excepciones son las baterías recargables, que pueden cargarse durante más de 30 horas;
• En segundo lugar, es importante realizar un seguimiento de la temperatura de la batería mientras se carga. Muchos fabricantes no recomiendan exceder la temperatura máxima de 50-60 grados Celsius;
• Y en tercer lugar, el procedimiento de facturación debe tenerse en cuenta directamente. Este enfoque se considera óptimo cuando la batería se descarga con una corriente nominal a un voltaje en las salidas de 0,9-1 voltios, después de lo cual se carga al 75-80% de su capacidad máxima. Es importante tener en cuenta que con la carga rápida (la corriente suministrada es superior a 0,1), es importante organizar una precarga con un alto suministro de corriente a la batería durante unos 8-10 minutos. Después de eso, el proceso de carga debe organizarse con un aumento suave del voltaje suministrado a la batería a 1,6-1,8 voltios. Por cierto, durante la recarga normal de una batería de hidruro metálico de níquel, el voltaje a menudo no cambia y normalmente es de 0,3-1 voltios.

¡Nota! Las reglas para cargar baterías mencionadas anteriormente son de naturaleza promedio. Tenga en cuenta que pueden diferir ligeramente para una marca particular de batería NiMH.

Recuperación de la batería

Junto con el alto costo y la rápida autodescarga, las baterías de Ni-MH tienen un inconveniente más: un pronunciado "efecto memoria". Su esencia radica en el hecho de que al cargar sistemáticamente una batería descargada de forma incompleta, parece recordar esto y con el tiempo pierde significativamente su capacidad. Para neutralizar tales riesgos, los propietarios de dichas baterías deben cargar las baterías más descargadas, así como "capacitarlas" periódicamente en el proceso de recuperación.

Recupere las baterías de hidruro metálico de níquel durante el "entrenamiento" o cuando estén muy descargadas de la siguiente manera:

1. En primer lugar, debes prepararte. Para restaurar necesitará:
   • cargador de alta calidad y, preferiblemente, inteligente;
   • instrumentos para medir voltaje y amperaje;
   • cualquier dispositivo capaz de consumir energía de una batería.
2. Después de la preparación, ya puede preguntarse cómo restaurar la batería. Primero, es necesario cargar la batería de acuerdo con todas las reglas y luego descargarla de acuerdo con el voltaje en las salidas de la batería de 0.8-1 Voltios;
3. Luego comienza la restauración en sí, que, nuevamente, debe llevarse a cabo de acuerdo con todas las reglas para cargar baterías de hidruro metálico de níquel. El proceso de recuperación estándar se puede realizar de dos formas:
   • El primero: si la batería muestra signos de "vida" (como regla general, cuando se descarga al nivel de 0,8-1 voltios). La carga se lleva a cabo con un aumento constante en el voltaje aplicado de 0.3 a 1 voltio con una corriente de 0.1 C durante 30-60 minutos, después de lo cual el voltaje permanece sin cambios y la corriente aumenta a 0.3-0.5 C;
   • El segundo - si la batería no muestra signos de "vida" (con una descarga de menos de 0,8 voltios). En este caso, la carga se realiza con una precarga de alta corriente de 10 minutos durante 10-15 minutos. Después de eso, se llevan a cabo las acciones descritas anteriormente.

Debe entenderse que la restauración de baterías de hidruro metálico de níquel es un procedimiento que debe realizarse periódicamente para absolutamente todas las baterías (tanto "vivas" como "no vivas"). Solo este enfoque del funcionamiento de este tipo de baterías ayudará a "exprimirlas" al máximo.

Quizás, aquí es donde se puede completar la historia del tema de hoy. Esperamos que el material anterior le haya resultado útil y le haya brindado respuestas a sus preguntas.

Si tiene alguna pregunta, déjela en los comentarios debajo del artículo. Nosotros o nuestros visitantes estaremos encantados de responderles.

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Las baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-MH) en su diseño son análogas a las baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd) y, en términos de procesos electroquímicos, las baterías de níquel-hidrógeno. La energía específica de las baterías de Ni-MH es significativamente mayor que la energía específica de las baterías de Ni-Cd e hidrógeno (Ni-H2)

VIDEO: Baterías de hidruro metálico de níquel (NiMH)

Características comparativas de las baterías.

*** La gran dispersión de algunos parámetros en la tabla se debe al diferente propósito (diseño) de las baterías. Además, la tabla no incluye datos sobre baterías modernas con baja autodescarga.

Historial de la batería Ni-MH

El desarrollo de las baterías recargables de hidruro metálico de níquel (Ni-MH) comenzó en los años 50 y 70 del siglo pasado. El resultado fue una nueva forma de almacenar hidrógeno en baterías de níquel-hidrógeno que se usaban en naves espaciales. En el nuevo elemento, el hidrógeno se acumula en aleaciones de ciertos metales. En la década de 1960 se encontraron aleaciones que absorben 1000 veces su propio volumen de hidrógeno. Estas aleaciones están compuestas por dos o más metales, uno de los cuales absorbe hidrógeno y el otro es un catalizador que promueve la difusión de átomos de hidrógeno en la red metálica. El número de posibles combinaciones de metales utilizados es prácticamente ilimitado, lo que permite optimizar las propiedades de la aleación. Para crear baterías de Ni-MH, fue necesario crear aleaciones que sean eficientes a baja presión de hidrógeno y temperatura ambiente. Actualmente, el trabajo en la creación de nuevas aleaciones y tecnologías para su procesamiento continúa en todo el mundo. Las aleaciones de níquel con metales de tierras raras pueden proporcionar hasta 2000 ciclos de carga y descarga de la batería con una disminución de la capacidad del electrodo negativo en no más del 30%. La primera batería de Ni-MH, en la que se utilizó aleación LaNi5 como principal material activo de un electrodo de hidruro metálico, fue patentada por Bill en 1975. En los primeros experimentos con aleaciones de hidruro metálico, las baterías de hidruro metálico de níquel eran inestables y No se pudo alcanzar la capacidad de la batería. Por lo tanto, el uso industrial de las baterías Ni-MH comenzó solo a mediados de los años 80 después de la creación de la aleación La-Ni-Co, que permite la absorción electroquímicamente reversible de hidrógeno durante más de 100 ciclos. Desde entonces, el diseño de las baterías recargables de Ni-MH se ha mejorado continuamente para aumentar su densidad de energía. Reemplazar el electrodo negativo hizo posible aumentar la carga de masas activas del electrodo positivo en 1.3-2 veces, lo que determina la capacidad de la batería. Por lo tanto, los acumuladores de Ni-MH tienen características de energía específicas mucho más altas en comparación con los acumuladores de Ni-Cd. El éxito de la distribución de baterías de hidruro metálico de níquel estuvo garantizado por la alta densidad energética y la no toxicidad de los materiales utilizados en su producción.

Procesos básicos de las baterías Ni-MH

En las baterías de Ni-MH, se usa un electrodo de óxido de níquel como electrodo positivo, como en una batería de níquel-cadmio, y se usa un electrodo de aleación de níquel-tierras raras que absorbe hidrógeno en lugar de un electrodo de cadmio negativo. En el electrodo positivo de óxido-níquel de la batería Ni-MH, la reacción procede:

Ni (OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (carga) NiOOH + H 2 O + e - → Ni (OH) 2 + OH - (carga)

En el electrodo negativo, el metal con hidrógeno absorbido se convierte en un hidruro metálico:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (carga) MH + OH - → M + H 2 O + e - (descarga)

La reacción general en una batería de Ni-MH se escribe de la siguiente manera:

Ni (OH) 2 + M → NiOOH + MH (carga) NiOOH + MH → Ni (OH) 2 + M (carga)

El electrolito no participa en la principal reacción de formación de corriente. Después de informar el 70-80% de la capacidad y cuando se sobrecarga, el oxígeno comienza a desprenderse en el electrodo de óxido de níquel,

2OH- → 1 / 2O 2 + H2O + 2e - (sobrecarga)

que se restaura en el electrodo negativo:

1 / 2O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH - (recarga)

Las dos últimas reacciones proporcionan un ciclo de oxígeno cerrado. Cuando se reduce el oxígeno, se proporciona un aumento adicional en la capacidad del electrodo de hidruro metálico debido a la formación del grupo OH -.

Diseño de electrodos de baterías Ni-MH

Electrodo de hidrógeno metálico

El material principal que determina las características de una batería de Ni-MH es una aleación que absorbe hidrógeno, que puede absorber 1000 veces su propio volumen de hidrógeno. Las más extendidas son las aleaciones del tipo LaNi5, en las que parte del níquel se sustituye por manganeso, cobalto y aluminio para aumentar la estabilidad y actividad de la aleación. Para reducir el costo, algunas empresas de fabricación utilizan mish metal en lugar de lantano (Mm, que es una mezcla de elementos de tierras raras, su proporción en la mezcla es cercana a la de los minerales naturales), que, además del lantano, también incluye cerio. , praseodimio y neodimio. Durante el ciclo de carga-descarga, la red cristalina de las aleaciones que absorben hidrógeno se expande y contrae en un 15-25% debido a la absorción y desorción de hidrógeno. Tales cambios conducen a la formación de grietas en la aleación debido al aumento de la tensión interna. El agrietamiento provoca un aumento de la superficie, que se corroe cuando se expone a un electrolito alcalino. Por estas razones, la capacidad de descarga del electrodo negativo disminuye gradualmente. En una batería con una cantidad limitada de electrolito, esto crea problemas asociados con la redistribución del electrolito. La corrosión de la aleación conduce a la pasividad química de la superficie debido a la formación de óxidos e hidróxidos resistentes a la corrosión, que aumentan la sobretensión de la reacción principal de formación de corriente del electrodo de hidruro metálico. La formación de productos de corrosión ocurre con el consumo de oxígeno e hidrógeno de la solución de electrolito, lo que, a su vez, provoca una disminución en la cantidad de electrolito en la batería y un aumento en su resistencia interna. Para ralentizar los procesos indeseables de dispersión y corrosión de las aleaciones, que determinan la vida útil de las baterías de Ni-MH, se utilizan dos métodos principales (además de optimizar la composición y el modo de producción de la aleación). El primer método consiste en la microencapsulación de partículas de aleación, es decir en cubrir su superficie con una fina capa porosa (5-10%) - en peso de níquel o cobre. El segundo método, que ha encontrado el uso más extendido en la actualidad, consiste en procesar la superficie de las partículas de aleación en soluciones alcalinas con la formación de películas protectoras permeables al hidrógeno.

Electrodo de óxido de níquel

En la producción en masa, los electrodos de óxido de níquel se fabrican con las siguientes modificaciones de diseño: laminar, lamelar sinterizado (cermet) y prensado, incluida la tableta. En los últimos años se han comenzado a utilizar electrodos de espuma y fieltro laminar.

Electrodos laminares

Los electrodos lamelares son un conjunto de cajas perforadas interconectadas (laminillas) hechas de una tira fina de acero niquelado (0,1 mm de espesor).

Electrodos sinterizados (cermet)

Los electrodos de este tipo consisten en una base de cermet porosa (con una porosidad de al menos 70%), en cuyos poros se encuentra la masa activa. La base está hecha de polvo de carbonil-níquel finamente disperso, que, en una mezcla con carbonato de amonio o urea (60-65% de níquel, el resto es un relleno), se prensa, lamina o rocía sobre una malla de acero o níquel. Luego, la malla con el polvo se somete a un tratamiento térmico en una atmósfera reductora (generalmente en una atmósfera de hidrógeno) a una temperatura de 800-960 ° C, mientras que el carbonato de amonio o urea se descompone y volatiliza, y el níquel se sinteriza. Las bases así obtenidas tienen un espesor de 1-2,3 mm, una porosidad del 80-85% y un radio de poro de 5-20 μm. La base se impregna alternativamente con una solución concentrada de nitrato de níquel o sulfato de níquel y una solución alcalina calentada a 60-90 ° C, que induce la precipitación de óxidos e hidróxidos de níquel. Actualmente, también se utiliza el método electroquímico de impregnación, en el que el electrodo se somete a un tratamiento catódico en una solución de nitrato de níquel. Debido a la formación de hidrógeno, la solución en los poros de la placa se alcaliniza, lo que conduce a la deposición de óxidos e hidróxidos de níquel en los poros de la placa. Los electrodos de lámina se consideran una variedad de electrodos sinterizados. Los electrodos se producen aplicando sobre una cinta fina de níquel perforada (0,05 mm) en ambas caras, mediante el método de pulverización, una emulsión de alcohol de polvo de níquel carbonilo que contiene aglutinantes, sinterización y posterior impregnación química o electroquímica con reactivos. El espesor del electrodo es de 0,4 a 0,6 mm.

Electrodos prensados

Los electrodos prensados ​​se fabrican presionando la masa activa a una presión de 35-60 MPa sobre una malla o cinta perforada de acero. La masa activa consta de hidróxido de níquel, hidróxido de cobalto, grafito y un aglutinante.

Electrodos de fieltro de metal

Los electrodos de fieltro metálico tienen una base muy porosa hecha de níquel o fibras de carbono. La porosidad de estas bases es del 95% o más. El electrodo de fieltro está hecho a base de polímero niquelado o fieltro de carbono-grafito. El espesor del electrodo, dependiendo de su propósito, está en el rango de 0,8 a 10 mm. La masa activa se introduce en el fieltro por diferentes métodos, dependiendo de su densidad. En lugar de fieltro se puede utilizar espuma de níquel obtenido por niquelado de espuma de poliuretano con posterior recocido en un ambiente reductor. En un medio muy poroso, se suele aplicar por esparcimiento una pasta que contiene hidróxido de níquel y un aglutinante. Después de eso, la base con la pasta se seca y se enrolla. Los electrodos de fieltro y espuma se caracterizan por una alta capacidad específica y una larga vida útil.

Diseño de batería Ni-MH

Baterías cilíndricas de Ni-MH

Los electrodos positivo y negativo, separados por un separador, se enrollan en forma de rollo, que se inserta en la carcasa y se cierra con un tapón de sellado con una junta (Figura 1). La tapa tiene una válvula de seguridad que se activa a una presión de 2-4 MPa en caso de falla de la batería.

Figura 1. Diseño de batería de hidruro metálico de níquel (Ni-MH): 1 caja, 2 cubiertas, tapa de 3 válvulas, 4 válvulas, colector de electrodos de 5 positivos, 6 anillos aislantes, 7 electrodos de rechazo, 8 separadores, 9 - electrodo positivo, 10-aislante.

Baterías prismáticas Ni-MH

En las baterías prismáticas de Ni-MH, los electrodos positivo y negativo se colocan alternativamente y se coloca un separador entre ellos. El bloque de electrodos se inserta en una carcasa de metal o plástico y se cubre con una tapa de sellado. Por lo general, se instala una válvula o un sensor de presión en la cubierta (Figura 2).

Figura 2. Diseño de batería Ni-MH: 1 caja, 2 cubiertas, tapa de 3 válvulas, 4 válvulas, 5 juntas aislantes, 6 aislantes, 7 electrodos negativos, 8 separadores, 9 electrodos positivos.

Las baterías de Ni-MH utilizan un electrolito alcalino que consiste en KOH con la adición de LiOH. El polipropileno no tejido y la poliamida con un espesor de 0,12-0,25 mm, tratados con un agente humectante, se utilizan como separador en las baterías de Ni-MH.

Electrodo positivo

Las baterías de Ni-MH usan electrodos de óxido de níquel positivos similares a los que se usan en las baterías de Ni-Cd. En las baterías de Ni-MH, se utilizan principalmente electrodos sinterizados y, en los últimos años, electrodos de fieltro y espuma de polímero (ver más arriba).

Electrodo negativo

Cinco diseños de un electrodo de hidruro metálico negativo (ver arriba) han encontrado una aplicación práctica en baterías de Ni-MH: - laminar, cuando el polvo de una aleación absorbente de hidrógeno con o sin aglutinante se presiona en una rejilla de níquel; - espuma de níquel, cuando se introduce una pasta con una aleación y un aglutinante en los poros de la base de espuma de níquel, y luego se seca y se prensa (lamina); - lámina, cuando se aplica una pasta con una aleación y un aglutinante a una lámina de níquel perforado o de níquel de acero, y luego se seca y se prensa; - laminado, cuando el polvo de la masa activa, que consiste en una aleación y un aglutinante, se aplica por laminación (laminación) sobre una rejilla de níquel o de cobre que se estira; - sinterizado, cuando el polvo de aleación se presiona sobre una malla de níquel y luego se sinteriza en una atmósfera de hidrógeno. Las capacidades específicas de los electrodos de hidruro metálico de diferentes diseños tienen un valor cercano y están determinadas principalmente por la capacidad de la aleación utilizada.

Características de las baterías Ni-MH. Características electricas

Abra el circuito de voltaje

Valor de voltaje de circuito abierto Ur.ts. Es difícil determinar con precisión los sistemas Ni-MH debido a la dependencia del potencial de equilibrio del electrodo de óxido-níquel del estado de oxidación del níquel, así como a la dependencia del potencial de equilibrio del electrodo de hidruro metálico del grado de su saturación con hidrógeno. 24 horas después de cargar la batería, el voltaje de circuito abierto de la batería Ni-MH cargada está en el rango de 1.30-1.35V.

Voltaje de descarga nominal

Uð a una corriente de descarga normalizada Ið = 0.1-0.2C (C es la capacidad nominal de la batería) a 25 ° C es 1.2-1.25V, el voltaje final habitual es 1V. El voltaje disminuye al aumentar la carga (ver figura 3)

Fig. 3. Características de descarga de una batería Ni-MH a una temperatura de 20 ° C y diferentes corrientes nominales de carga: 1-0,2 C; 2-1C; 3-2C; 4-3C

Capacidad de la batería

Con un aumento de la carga (disminución del tiempo de descarga) y con una disminución de la temperatura, la capacidad de la batería Ni-MH disminuye (Figura 4). El efecto de bajar la temperatura sobre la capacitancia es especialmente notable a altas tasas de descarga y a temperaturas por debajo de 0 ° C.

Figura 4. Dependencia de la capacidad de descarga de una batería Ni-MH de la temperatura a diferentes corrientes de descarga: 1-0,2C; 2-1C; 3-3C

Seguridad y vida útil de las baterías Ni-MH

Durante el almacenamiento, la batería Ni-MH se autodescarga. Después de un mes a temperatura ambiente, la pérdida de capacidad es del 20-30%, y con más almacenamiento, la pérdida disminuye al 3-7% por mes. La tasa de autodescarga aumenta al aumentar la temperatura (ver Figura 5).

Figura 5. Dependencia de la capacidad de descarga de la batería Ni-MH del tiempo de almacenamiento a diferentes temperaturas: 1-0 ° C; 2-20 ° C; 3-40 ° C

Carga de la batería Ni-MH

El tiempo de funcionamiento (número de ciclos de descarga-carga) y la vida útil de una batería de Ni-MH están determinados en gran medida por las condiciones de funcionamiento. El tiempo de operación disminuye al aumentar la profundidad y la velocidad de descarga. El tiempo de funcionamiento depende de la tasa de carga y del método para controlar su final. Dependiendo del tipo de baterías de Ni-MH, modo de funcionamiento y condiciones de funcionamiento, las baterías proporcionan de 500 a 1800 ciclos de carga y descarga a una profundidad de descarga del 80% y tienen una vida útil (en promedio) de 3 a 5 años.

Para asegurar el funcionamiento confiable de una batería Ni-MH durante el período garantizado, se deben seguir las recomendaciones e instrucciones del fabricante. Se debe prestar la mayor atención al régimen de temperatura. Es aconsejable evitar sobredescargas (por debajo de 1V) y cortocircuitos. Se recomienda usar baterías de Ni-MH para el propósito para el que fueron diseñadas, evite mezclar baterías usadas y sin usar, no suelde cables u otras partes directamente a la batería. Las baterías de Ni-MH son más sensibles a la sobrecarga que las de Ni-Cd. La sobrecarga puede provocar una fuga térmica. La carga se realiza habitualmente con corriente Ic = 0,1C durante 15 horas. La recarga compensatoria se realiza con corriente Ic = 0.01-0.03C durante 30 horas o más. Las cargas aceleradas (en 4 a 5 horas) y rápidas (en 1 hora) son posibles para las baterías de Ni-MH con electrodos altamente activos. Con tales cargas, el proceso se controla cambiando la temperatura ΔТ y el voltaje ΔU y otros parámetros. La carga rápida se usa, por ejemplo, para baterías Ni-MH que alimentan computadoras portátiles, teléfonos celulares y herramientas eléctricas, aunque las computadoras portátiles y los teléfonos celulares ahora usan principalmente baterías de iones de litio y de polímero de litio. También se recomienda un método de carga de tres etapas: la primera etapa de una carga rápida (1C y superior), una carga a una tasa de 0.1C durante 0.5-1 h para la recarga final y una carga a una tasa de 0.05- 0.02C como carga lenta. La información sobre cómo cargar las baterías Ni-MH suele estar contenida en las instrucciones del fabricante, y la corriente de carga recomendada se indica en la caja de la batería. El voltaje de carga Uc en Ic = 0.3-1C está en el rango de 1.4-1.5V. Debido a la liberación de oxígeno en el electrodo positivo, la cantidad de electricidad entregada durante la carga (Qc) es mayor que la capacidad de descarga (Cp). En este caso, el retorno de la capacidad (100 Cp / Qc) es 75-80% y 85-90%, respectivamente, para baterías de disco y cilíndricas Ni-MH.

Control de carga y descarga

Para evitar la sobrecarga de las baterías de Ni-MH, se pueden utilizar los siguientes métodos de control de carga con los sensores adecuados instalados en baterías o cargadores:

• método de terminar la carga basado en la temperatura absoluta Tmax. La temperatura de la batería se monitorea constantemente durante el proceso de carga, y cuando se alcanza el valor máximo, se interrumpe la carga rápida;
• método de terminar la carga por la tasa de cambio de temperatura ΔT / Δt. Con este método, la pendiente de la curva de temperatura de la batería se monitorea constantemente durante el proceso de carga, y cuando este parámetro se eleva por encima de un cierto valor establecido, la carga se interrumpe;
• método de terminar la carga en el voltaje negativo delta -ΔU. Al final de la carga de la batería, durante el ciclo del oxígeno, su temperatura comienza a subir, lo que lleva a una disminución del voltaje;
• método de terminar la carga en el tiempo de carga máximo t;
• método de terminar la carga a la presión máxima Pmax. Suele utilizarse en acumuladores prismáticos de gran tamaño y capacidad. El nivel de presión permisible en un acumulador prismático depende de su diseño y se encuentra en el rango de 0.05-0.8 MPa;
• método de terminar la carga a la tensión máxima Umax. Se utiliza para apagar la carga de baterías con una alta resistencia interna, que aparece al final de su vida útil por falta de electrolito o a bajas temperaturas.

Con el método Tmax, la batería puede sobrecargarse si la temperatura ambiente baja, o la batería puede no estar suficientemente cargada si la temperatura ambiente aumenta significativamente. El método ΔT / Δt se puede utilizar de forma muy eficaz para finalizar la carga a bajas temperaturas ambientales. Sin embargo, si solo se usa este método a temperaturas más altas, las baterías dentro de las baterías se calentarán a temperaturas indeseablemente altas antes de que se pueda alcanzar el valor ΔT / Δt para el apagado. Para un cierto valor de ΔT / Δt, se puede obtener una mayor capacitancia de entrada a una temperatura ambiente más baja que a una temperatura más alta. Al comienzo de la carga de la batería (así como al final de la carga), la temperatura aumenta rápidamente, lo que puede provocar una desconexión prematura de la carga cuando se utiliza el método ΔT / Δt. Para eliminar esto, los desarrolladores de cargadores utilizan temporizadores del retardo inicial de la respuesta del sensor utilizando el método ΔT / Δt. El método -ΔU es eficaz para interrumpir la carga a temperaturas ambiente bajas en lugar de a temperaturas elevadas. En este sentido, el método es similar al método ΔT / Δt. Para garantizar que la carga se detenga cuando circunstancias imprevistas eviten una interrupción normal de la carga, también se recomienda utilizar un control de temporizador que ajuste la duración de la operación de carga (método t). Así, para la carga rápida de acumuladores con corrientes normalizadas de 0.5-1C a temperaturas de 0-50 ° C, es aconsejable utilizar simultáneamente los métodos Tmax (con una temperatura de apagado de 50-60 ° C, dependiendo del diseño de baterías y baterías), -ΔU (5-15 mV por batería), t (generalmente para obtener el 120% de la capacidad nominal) y Umax (1.6-1.8 V por batería). En lugar del método -ΔU, se puede utilizar el método ΔT / Δt (1-2 ° C / min) con un temporizador de retardo inicial (5-10 min). Para el control de carga, ver también el artículo correspondiente Después de realizar una carga rápida de la batería, los cargadores prevén cambiarlos para recargar con una corriente nominal de 0.1C - 0.2C durante un cierto tiempo. Para las baterías de Ni-MH, no se recomienda la carga de voltaje constante ya que puede ocurrir una "falla térmica" de las baterías. Esto se debe al hecho de que al final de la carga, se produce un aumento de la corriente, que es proporcional a la diferencia entre el voltaje de alimentación y el voltaje de la batería, y el voltaje de la batería al final de la carga disminuye debido al aumento. en temperatura. A bajas temperaturas, la tasa de carga debe reducirse. De lo contrario, el oxígeno no tendrá tiempo de recombinarse, lo que provocará un aumento de la presión en el acumulador. Para operar en tales condiciones, se recomiendan baterías de Ni-MH con electrodos altamente porosos.

Ventajas y desventajas de las baterías Ni-MH

Un aumento significativo en los parámetros de energía específicos no es la única ventaja de las baterías de Ni-MH sobre las baterías de Ni-Cd. Alejarse del cadmio también significa avanzar hacia una producción más limpia. El problema de la eliminación de baterías descompuestas también es más fácil de resolver. Estas ventajas de las baterías de Ni-MH han determinado el crecimiento más rápido de sus volúmenes de producción en todas las compañías de baterías líderes en el mundo en comparación con las baterías de Ni-Cd.

Las baterías de Ni-MH no tienen el "efecto memoria" inherente a las baterías de Ni-Cd debido a la formación de niquelato en el electrodo de cadmio negativo. Sin embargo, persisten los efectos asociados con la recarga del electrodo de óxido de níquel. La disminución de la tensión de descarga, observada con sobrecargas frecuentes y prolongadas, al igual que con las baterías de Ni-Cd, se puede eliminar realizando periódicamente varias descargas hasta 1V - 0.9V. Basta con realizar dichas descargas una vez al mes. Sin embargo, las baterías de níquel-hidruro metálico son inferiores a las de níquel-cadmio, que están destinadas a reemplazar, en algunas características operativas:

• Las baterías de Ni-MH funcionan eficazmente en un rango más estrecho de corrientes de funcionamiento, lo que está asociado con una desorción limitada de hidrógeno del electrodo de hidruro metálico a velocidades de descarga muy altas;
• Las baterías de Ni-MH tienen un rango de temperatura de funcionamiento más estrecho: la mayoría de ellas no funcionan a temperaturas inferiores a -10 ° C y superiores a +40 ° C, aunque en algunas series de baterías, el ajuste de las formulaciones proporcionó la expansión de los límites de temperatura ;
• durante la carga de las baterías de Ni-MH, se genera más calor que cuando se cargan las baterías de Ni-Cd, por lo tanto, para evitar el sobrecalentamiento de la batería de las baterías de Ni-MH durante la carga rápida y / o sobrecarga significativa, fusibles térmicos o termo -en ellos se instalan relés, que se encuentran en la pared de una de las baterías en la parte central de la batería (esto se aplica a los conjuntos de baterías industriales);
• Las baterías de Ni-MH tienen una autodescarga aumentada, que está determinada por la inevitabilidad de la reacción del hidrógeno disuelto en el electrolito con un electrodo positivo de óxido-níquel (pero, gracias al uso de aleaciones especiales del electrodo negativo, fue posible lograr una disminución en la tasa de autodescarga a valores cercanos a los de las baterías de Ni-Cd);
• el riesgo de sobrecalentamiento al cargar una de las baterías Ni-MH de la batería, así como la inversión de polaridad de una batería con una capacidad menor cuando la batería está descargada, aumenta con la falta de coincidencia de los parámetros de la batería como resultado de ciclos prolongados, por lo tanto , todos los fabricantes no recomiendan la creación de baterías a partir de más de 10 baterías;
• la pérdida de capacidad del electrodo negativo, que se produce en una batería Ni-MH cuando se descarga por debajo de 0 V, es irreversible, lo que plantea requisitos más estrictos para la selección de baterías en una batería y el control del proceso de descarga que en el caso de usar baterías de Ni-Cd, por regla general, se recomienda descargar a 1 V / ac en baterías de bajo voltaje y hasta 1,1 V / ac en una batería de 7-10 baterías.

Como se señaló anteriormente, la degradación de las baterías de Ni-MH está determinada principalmente por una disminución en la capacidad de sorción del electrodo negativo durante el ciclo. En el ciclo de carga-descarga, el volumen de la red cristalina de la aleación cambia, lo que conduce a la formación de grietas y posterior corrosión al reaccionar con el electrolito. La formación de productos de corrosión ocurre con la absorción de oxígeno e hidrógeno, como resultado de lo cual disminuye la cantidad total de electrolito y aumenta la resistencia interna de la batería. Cabe señalar que las características de las baterías Ni-MH dependen significativamente de la aleación del electrodo negativo y la tecnología de procesamiento de la aleación para aumentar la estabilidad de su composición y estructura. Esto obliga a los fabricantes de baterías a tener cuidado al elegir proveedores de aleaciones y a los consumidores de baterías a elegir un fabricante.

Basado en materiales de los sitios pоwеrinfo.ru, "Chip and Dip"

Introducción A pesar del uso generalizado de baterías de iones de litio en dispositivos de tamaño pequeño (reproductores, teléfonos móviles, ratones inalámbricos costosos), las baterías AA convencionales no van a ceder todavía en sus posiciones. Son baratos, puedes comprarlos en cualquier quiosco, y finalmente, habiendo hecho energía con baterías estándar, el fabricante del dispositivo puede trasladar el cuidado de cambiarlas (o, en el caso de las baterías, cargarlas) al usuario y por lo tanto ahorre unos dólares más.

Las baterías AA se utilizan en la mayoría de los ratones inalámbricos económicos, casi todos los teclados inalámbricos, controles remotos, cámaras de jabón económicas y costosas linternas profesionales, linternas y juguetes para niños ... en general, la lista es larga.

Y cada vez con más frecuencia, estas baterías se reemplazan por baterías recargables, como regla general, níquel-hidruro metálico, con una capacidad de pasaporte de 2500 a 2700 mA * hy un voltaje de funcionamiento de 1,2 V. Las dimensiones idénticas a las baterías y el El voltaje cercano les permite instalarse fácilmente en casi cualquier dispositivo originalmente diseñado para baterías. El beneficio es obvio: no solo una batería soporta varios cientos de ciclos de recarga, sino que también su capacidad bajo cualquier carga seria resulta ser significativamente más alto que las baterías... Esto significa que no solo ahorrará dinero, sino que también obtendrá un dispositivo más "de larga duración".

En el artículo de hoy veremos, y probaremos en la práctica, 16 baterías de diferentes fabricantes y con diferentes parámetros para decidir cuáles vale la pena comprar. En particular, tampoco se ignorarán las baterías con una corriente de autodescarga reducida que han aparecido a la venta no hace mucho tiempo, que pueden permanecer cargadas durante meses y permanecer listas para su uso en cualquier momento.

Recordemos a nuestros lectores que el dispositivo y las características básicas de varios tipos de baterías, así como la elección de cargadores para baterías Ni-MH, ya descrito anteriormente.

Técnica de prueba

Ansmann Energy Digital (2700 mAh)

Ansmann Energy Digital (2850 mAh)

Ansmann Energy Max-E (2100 mAh)

Camelion High Energy NH-AA2600 (2500 mAh)

Duracell (2650 mAh)

Energizador (2650 mAh)

GP "Serie 2700" 270AAHC (2600 mAh)

GP ReCyko + 210AAHCB (2050 mAh)

NEXcell (2300 mAh)

NEXcell (2600 mAh)

Philips MultiLife (2600 mAh)

Philips MultiLife (2700 mAh)

Sanyo HR-3U (2700 mAh)

Varta Power Accu (2700 mAh)

Varta Professional (2700 mAh)

Varta Ready2Use (2100 mAh)

Pruebas de estrés

Autodescarga de baterías en 1 semana

Conclusión

La capacidad real de las baterías, como mostraron nuestras mediciones, depende más de su fabricante que de los números en la etiqueta: Sanyo (2650 mAh) y Varta (2700 mAh) superaron con confianza a Ansmann (2850 mAh).
No persiga una gran capacidad de pasaporte. Las baterías con una capacidad mayor a menudo tienen una alta corriente de autodescarga, lo que significa que si las usa no inmediatamente después de la carga, sino durante varios días, las baterías con una capacidad nominal más baja pueden ser más eficientes.
Al comprar, preste atención a las dimensiones de la batería. Tres de los modelos que probamos, dos baterías Philips y una Ansmann, tenían una carcasa de gran tamaño, que no funcionaba en todos los dispositivos.
Considere de antemano cuánto utilizará sus baterías. Si planea cargarlos al menos una vez a la semana, debe prestar atención a los modelos con una capacidad de pasaporte de aproximadamente 2700 mAh. Si las baterías deben cargarse durante un tiempo prolongado (mucho más de una semana) "por si acaso" o si se utilizan en dispositivos de bajo consumo, por ejemplo, mandos a distancia o relojes, se debe dar preferencia a los modelos con una autonomía reducida. corriente de descarga, a pesar de su menor capacidad de pasaporte.

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Prueba de batería AA
Metodología de prueba de baterías y baterías

No es ningún secreto que en cualquier momento puede encontrarse en tales condiciones cuando surge la necesidad de recargar las baterías "agotadas". Por ejemplo, las baterías de Ni-MH se utilizan ampliamente en la vida cotidiana y en la producción: ¿cómo cargarlas correctamente? Por supuesto, puede usar el cargador más simple que viene con cualquier electrodoméstico. Sin embargo, su fuerza es muy baja, por lo que dicha carga se "mantendrá" durante muy poco tiempo. El uso de un tipo de cargador más complejo ayuda a garantizar que la batería no solo funcione "a plena capacidad", sino que también utilice todos sus recursos posibles. Además, existen diferentes tipos de baterías. Sus nombres y dependen directamente de la composición de la que estén hechos.

Tipos comunes de baterías de níquel, sus similitudes y diferencias.

Hay muchos, que incluyen varios compuestos químicos. En el consumo doméstico, es óptimo utilizar elementos de níquel-hidruro metálico, cadmio y níquel-zinc. Por supuesto, cualquier batería necesita cierto cuidado, por lo que siempre es importante seguir las reglas de operación y carga.

Ni-MH

Las baterías de hidruro metálico de níquel son fuentes de corriente química secundaria con una capacidad mucho mayor que sus predecesoras, pero tienen una vida útil más corta. Una de las aplicaciones más populares de las pilas de níquel es la fabricación de modelos (excepto en la aviación, debido al hecho de que la batería pesa bastante).

El primer desarrollo de estas celdas se inició en los años 70 del siglo XX con el objetivo de mejorar las baterías de Cd. Diez años después, a finales de los 80, fue posible lograr que los compuestos químicos utilizados para crear las baterías de Ni-MH se volvieran más estables. Además, son mucho menos susceptibles al "efecto memoria" que el Ni-Cd: no "recuerdan" inmediatamente la corriente de carga que queda en el interior si la celda no se descargó por completo antes de su uso. Por lo tanto, no necesitan una descarga completa con tanta frecuencia.

Ni-Cd

A pesar de que el Ni-MH tiene una serie de ventajas obvias sobre el Ni-Cd, cabe señalar que este último no está perdiendo popularidad. Principalmente porque no se calientan tanto durante la carga debido al mayor almacenamiento de energía dentro de la celda. Como saben, existen diferentes tipos de procesos químicos que tienen lugar entre sustancias.

Si se carga Ni-MH, las reacciones serán exotérmicas, y si las baterías de cadmio se cargan endotérmicas, lo que proporciona una mayor eficiencia. Por lo tanto, el Cd se puede cargar con una corriente más alta sin temor a sobrecalentarse.

Ni-Zn

Recientemente, se ha discutido mucho en Internet sobre las baterías que contienen zinc. No son tan conocidos por los consumidores como los anteriores, pero son ideales para usar como baterías para cámaras digitales.

Su característica principal es el alto voltaje y la resistencia, por lo que, incluso al final del ciclo de carga-descarga, no hay una caída brusca de voltaje, como en la carga de Ni. Si la cámara contiene baterías de hidruro metálico, se apagará incluso si la batería no está completamente descargada, y Ni-Zn no las tiene incluso al final de la descarga.

Debido a las características específicas de estas baterías, es posible que requieran un cargador individual o se pueden cargar con cualquier cargador universal "inteligente", por ejemplo, ImaxB6. Las baterías de Ni-Zn también son ideales para usar en juguetes eléctricos y monitores de presión arterial para niños.

Baterías de NiMH de carga rápida y otras fuentes de alimentación

Es mejor cargar la batería utilizando modelos más complejos de los dispositivos correspondientes. Sus algoritmos actuales tienen una secuencia más compleja. Por supuesto, esto es un poco más complicado que simplemente insertar la batería en el cargador básico suministrado. Pero la calidad de la carga cuando se usa un dispositivo "inteligente" será mucho mayor. Entonces, ¿cómo cargar? ¿Baterías Ni-MH?

Primero, se enciende la corriente y se verifica el voltaje en los terminales de la batería (los parámetros actuales son 0.1 de la capacidad de la batería, o C). Si el voltaje excede 1.8V, significa que la batería falta o está dañada. En este caso, el proceso no se puede iniciar. Debe reemplazar el elemento dañado por uno completo o insertar uno nuevo en el dispositivo.

Después de verificar el voltaje, se evalúa la descarga inicial de la batería. Si U es inferior a 0,8 V, no puede pasar inmediatamente a la carga rápida, y si U = 0,8 V o más, puede hacerlo. Esta es la denominada "fase de precarga" que se utiliza para preparar células que están muy descargadas. El valor actual aquí es 0.1-0.3 C, y la duración del tiempo es de media hora, no menos. Cabe señalar de inmediato que en todas las etapas es importante controlar constantemente la temperatura ... Especialmente cuando se trata de qué corriente y cómo cargar correctamente la batería Ni-MH. Estas baterías se calientan mucho más rápido, especialmente hacia el final del proceso. Su temperatura no debe superar los 50 ° C.

La carga rápida solo se realiza si las comprobaciones anteriores se han realizado correctamente. ¿Cómo cargo la batería correctamente? Entonces, el voltaje inicial es 0.8 V o un poco más. La corriente comienza a fluir. Se lleva a cabo sin problemas y con cuidado durante 2-4 minutos, hasta que se alcanza el nivel deseado. Nivel de corriente óptimo para Ni-MH y baterías de Ni-Cd - 0.5-1.0 С, pero a veces se recomienda no exceder más de 0.75.

Es importante determinar a tiempo el momento del final de la fase rápida para evitar dañar la batería. El más confiable, en este caso, es el método dv, que se usa de diferentes maneras al cargar baterías de níquel-cadmio y Ni-MH. Para Ni-Cd, el voltaje aumenta cada vez más y cae hacia el final de la carga, por lo que la señal de su final es el momento en que U disminuye a un nivel de 30 mV.

Dado que en Ni-MH la caída en U de las células cargadas es mucho menos pronunciada, en este caso se utiliza el método dv = 0. Se tiene en cuenta el período de tiempo de 10 minutos durante el cual la U de la batería permanece estable, es decir, con un umbral de fluctuación de voltaje cero establecido.

En conclusión, sigue una breve fase de recarga. Corriente - dentro de 0.1-0.3 C, duración - hasta media hora. Esto es necesario para garantizar que la batería esté completamente cargada, así como para igualar el potencial de carga en ella.

Un punto importante (esto también se aplica a la carga de baterías de Ni-Cd): si se realiza inmediatamente después de una rápida, es imperativo enfriar la batería durante varios minutos: la celda calentada no puede recibir la carga correctamente.

Además de la rápida, también hay carga por caída, que es producida por corrientes de pequeña magnitud. Algunas personas piensan que "prolonga la vida" de las baterías, pero no es así. Básicamente, la carga lenta no es diferente del efecto de un cargador estándar sin ajustes de corriente "serios". Cualquier batería, si no se usa, tarde o temprano pierde la energía acumulada y aún necesitará un proceso de carga completo, independientemente de su duración e "intensidad de trabajo". Un proceso de carga de este tipo también es atractivo para muchos porque los indicadores actuales aquí pueden omitirse debido a su tamaño reducido. Sin embargo, solo un enfoque serio del uso de cargadores "inteligentes" puede "extender la vida útil" de las baterías. Y también su correcto almacenamiento, teniendo en cuenta las características de un tipo particular de batería.

Factor de temperatura y condiciones de almacenamiento

Los cargadores modernos están equipados con un sistema especial para "evaluar" las condiciones ambientales, incluidos los factores de temperatura. Dicho "cargador" puede determinar por sí mismo si se debe cargar en determinadas condiciones o no. Ya se ha mencionado que el nivel de eficiencia dentro de la batería es el más alto precisamente al inicio del proceso, cuando las baterías del plan hidruro no se calientan tanto. Al final del proceso de carga o más cerca de él, la eficiencia cae bruscamente y toda la energía, que se convierte en calor debido a reacciones químicas exotérmicas, se libera al exterior. Es importante dejar de cargar la batería Ni-MH a tiempo. Y, si es posible, obtenga el cargador más nuevo que controlará con precisión este proceso.

Actualmente, todos los cargadores, incluidas las baterías de Cd, se pueden cargar con una corriente de hasta 1C con el establecimiento de estándares de refrigeración por aire. La temperatura óptima de la habitación en la que se realiza la carga es de 20 ° C. No se recomienda iniciar el proceso a temperaturas inferiores a +5 y superiores a 50 ° C.

La singularidad del Ni-Cd es que es el único tipo de celda que no se dañará si se almacena completamente descargada, a diferencia del Ni-MH. Para obtener la mejor eficiencia de corriente, se recomienda cargar las baterías de níquel-cadmio inmediatamente antes de su uso. Además, después de un almacenamiento prolongado, necesitan una "acumulación": la batería de Ni-Cd debe cargarse y descargarse completamente por día para un funcionamiento óptimo.

Las celdas de hidruro metálico de níquel, a diferencia de sus predecesoras, pueden fallar fácilmente durante la descarga profunda. Por lo tanto, debe almacenarlos solo cargados. En este caso, la tensión debe comprobarse periódicamente cada dos meses. Su nivel mínimo debe permanecer siempre en 1 V, y si baja, es necesaria una recarga.

Una nueva batería Ni-MH debe cargarse y descargarse completamente tres veces antes de su uso, luego coloque inmediatamente en la "base" durante 8-12 horas. Más tarde, no será necesario mantenerlo cargado durante mucho tiempo; retírelo inmediatamente después de indicar un indicador especial en el cargador.

Aunque todas estas baterías han sido reemplazadas durante mucho tiempo por otras de mayor capacidad, basadas en litio, ahora se utilizan activamente. Esto es más familiar y mucho más económico. Además, las baterías de litio funcionan mucho peor a bajas temperaturas.

Las baterías de hidruro metálico de níquel se están difundiendo gradualmente en el mercado y su tecnología de producción está mejorando. Muchos fabricantes están mejorando gradualmente su rendimiento. En particular, aumenta el número de ciclos de carga-descarga y disminuye la autodescarga de las baterías de Ni-MH. Este tipo de batería se produjo para reemplazar las baterías de Ni-Cd y poco a poco las van sacando del mercado. Pero quedan algunas aplicaciones en las que las baterías de hidruro metálico de níquel no pueden reemplazar las baterías de cadmio. Especialmente donde se requieren altas corrientes de descarga. Ambos tipos de baterías requieren una carga competente para prolongar su vida útil. Ya hemos hablado sobre la carga de baterías de níquel-cadmio, y ahora es el momento de cargar las baterías de Ni-MH.

En el proceso de carga, tiene lugar una serie de reacciones químicas en la batería, a las que va parte de la energía suministrada. Otra parte de la energía se convierte en calor. La eficiencia del proceso de carga es aquella parte de la energía suministrada que permanece en la "reserva" de la batería. La eficiencia puede variar según las condiciones de carga, pero nunca es del 100 por ciento. Cabe señalar que la eficiencia al cargar baterías de Ni-Cd es mayor que en el caso de las baterías de hidruro metálico de níquel. El proceso de carga de las baterías Ni-MH va acompañado de una gran liberación de calor, que impone sus propias limitaciones y peculiaridades. Para obtener más información, lea el artículo en el enlace especificado.

La velocidad de carga depende sobre todo de la cantidad de corriente suministrada. Las corrientes para cargar las baterías de Ni-MH están determinadas por el tipo de carga seleccionado. En este caso, la corriente se mide en fracciones de la capacidad (C) de las baterías de Ni-MH. Por ejemplo, con una capacidad de 1500 mAh, la corriente 0.5C será de 750 mA. Hay tres tipos de carga, según la velocidad de carga de las baterías de NiMH:

• Goteo (corriente de carga 0.1C);
• Rápido (0.3C);
• Acelerado (0.5-1C).

En general, solo hay dos tipos de carga: por goteo y acelerada. Rápido y Acelerado son prácticamente lo mismo. Se diferencian solo en el método de detener el proceso de carga.

En general, cualquier carga de baterías de Ni-MH con una corriente superior a 0,1 ° C es rápida y requiere un seguimiento de algunos criterios para el final del proceso. La carga por goteo no requiere esto y puede continuar indefinidamente.

Métodos de carga para baterías de hidruro metálico de níquel

Ahora, echemos un vistazo más de cerca a las características de los diferentes tipos de carga.

Carga por goteo de baterías Ni-MH

Cabe decir aquí que este tipo de carga no ayuda a aumentar la vida útil de las baterías Ni-MH. Dado que la carga lenta no se apaga incluso después de una carga completa, la corriente se elige muy pequeña. Esto se hace para que las baterías no se sobrecalienten durante una carga prolongada. En el caso de las baterías de Ni-MH, el valor actual puede incluso reducirse a 0.05C. Para níquel-cadmio, 0,1 ° C es adecuado.

Con la carga lenta, no existe un voltaje máximo característico y solo el tiempo puede actuar como una limitación de este tipo de carga. Para estimar el tiempo requerido, necesita conocer la capacidad y la carga inicial de la batería. Para calcular el tiempo de carga con mayor precisión, la batería debe estar descargada. Esto eliminará la influencia de la carga inicial. La eficiencia con la carga lenta de las baterías de Ni-MH es del 70 por ciento, que es más baja que la de otros tipos. Muchos fabricantes de baterías de NiMH no recomiendan el uso de carga lenta. Aunque recientemente hay cada vez más información de que los modelos modernos de baterías Ni-MH no se degradan en el proceso de carga lenta.

Baterías NiMH de carga rápida

Los fabricantes de baterías Ni-MH en sus recomendaciones brindan características para cargar con un valor de corriente en el rango de 0.75-1C. Concéntrese en estos valores al elegir con qué corriente cargar las baterías de Ni-MH. No se recomiendan corrientes de carga por encima de estos valores, ya que esto podría hacer que la válvula de seguridad se abra para aliviar la presión. Se recomienda realizar una carga rápida de baterías de hidruro metálico de níquel a una temperatura de 0-40 grados Celsius y un voltaje de 0.8-8 voltios.

La eficiencia del proceso de carga rápida es mucho mayor que la de la carga por goteo. Es alrededor del 90 por ciento. Sin embargo, al final del proceso, la eficiencia cae drásticamente y la energía se libera de calor. La temperatura y la presión aumentan bruscamente dentro de la batería. tener una válvula de emergencia que se pueda abrir cuando la presión aumente. En este caso, las propiedades de la batería se perderán irremediablemente. Y la alta temperatura en sí tiene un efecto perjudicial sobre la estructura de los electrodos de la batería. Por lo tanto, se necesitan criterios claros por los cuales se detendrá el proceso de carga.

Presentamos los requisitos para un cargador (cargador) para baterías Ni-MH a continuación. Por ahora, observamos que dichos cargadores realizan una carga de acuerdo con un cierto algoritmo. Generalmente, las etapas de este algoritmo son las siguientes:

• determinación de la presencia de una batería recargable;
• calificación de la batería;
• precarga
• transición a carga rápida;
• carga rápida;
• recargar;
• carga de mantenimiento.

Consideremos estas etapas con más detalle.

En esta etapa, se aplica una corriente de 0.1C y se verifica el voltaje en los polos. Para iniciar el proceso de carga, la tensión no debe superar los 1,8 voltios. De lo contrario, el proceso no se iniciará.

Vale la pena señalar que la verificación de la presencia de una batería también se lleva a cabo en otras etapas. Esto es necesario en caso de que la batería se extraiga del cargador.

Si la lógica del cargador determina que el voltaje es mayor a 1.8 voltios, entonces esto se percibe como la ausencia de una batería o su daño.

Calificación de la batería

Aquí se determina una estimación aproximada de la carga de la batería. Si el voltaje es inferior a 0,8 voltios, no se puede iniciar la carga rápida de la batería. En este caso, el cargador activará el modo de precarga. Las baterías de Ni-MH rara vez se descargan a menos de 1 voltio durante el uso normal. Por lo tanto, la precarga se activa solo en el caso de descargas profundas y después de un almacenamiento prolongado de las baterías.

Precargar

Como se mencionó anteriormente, la precarga se activa cuando las baterías de Ni-MH están muy descargadas. La corriente en esta etapa se establece en 0.1-0.3C. Esta etapa tiene un tiempo limitado y dura unos 30 minutos. Si durante este tiempo la batería no restablece el voltaje de 0,8 voltios, la carga se interrumpe. En este caso, lo más probable es que la batería esté dañada.

Transición a carga rápida

En esta etapa, hay un aumento gradual de la corriente de carga. La acumulación de corriente se produce sin problemas en 2-5 minutos. Al mismo tiempo, como en otras etapas, se monitorea la temperatura y se apaga la carga en valores críticos.

La corriente de carga en esta etapa está en el rango de 0.5-1C. Lo más importante en la etapa de carga rápida es la desconexión oportuna de la corriente. Para ello, al cargar baterías de Ni-MH, el control se utiliza de acuerdo con varios criterios diferentes.

Para aquellos que no están al tanto, el método de control delta de voltaje se utiliza durante la carga. Durante el proceso de carga, crece constantemente y al final del proceso comienza a caer. Por lo general, el final de la carga se determina mediante una caída de voltaje de 30 mV. Pero este método de control no funciona muy bien con baterías de NiMH. En este caso, la caída de voltaje no es tan pronunciada como en el caso del Ni-Cd. Por lo tanto, para activar el apagado, debe aumentar la sensibilidad. Y con una mayor sensibilidad, la probabilidad de falsas alarmas aumenta debido al ruido de la batería. Además, cuando se cargan varias baterías, la activación se produce en diferentes momentos y todo el proceso se mancha.

Pero aún así, detener la carga debido a una caída de voltaje es el principal. Cuando se carga con una corriente de 1C, la caída de voltaje para el apagado es de 2.5-12 mV. A veces, los fabricantes establecen la detección no por una caída, sino por la ausencia de un cambio de voltaje al final de la carga.

En este caso, durante los primeros 5-10 minutos de carga, el control delta de voltaje se desactiva. Esto se debe a que al inicio de la carga rápida, el voltaje de la batería puede variar mucho como resultado del proceso de fluctuación. Por lo tanto, en la etapa inicial, el control está deshabilitado para excluir falsas alarmas.

Debido a la confiabilidad no demasiado alta de desconectar la carga por voltaje delta, el control también se usa según otros criterios.

Al final del proceso de carga de la batería Ni-MH, su temperatura comienza a subir. Este parámetro se utiliza para apagar la carga. Para excluir el valor de temperatura del sistema operativo, la monitorización no se realiza por el valor absoluto, sino por el delta. Por lo general, un aumento de temperatura de más de 1 grado por minuto se toma como criterio para terminar una carga. Pero este método puede no funcionar con corrientes de carga inferiores a 0,5 ° C, cuando la temperatura aumenta con bastante lentitud. En este caso, la batería Ni-MH podría estar sobrecargada.

También existe un método para monitorear el proceso de carga mediante el análisis de la derivada de voltaje. En este caso, no es el delta de voltaje lo que se monitorea, sino la tasa de su crecimiento máximo. El método le permite detener la carga rápida un poco antes del final de la carga. Pero tal control está plagado de una serie de dificultades, en particular, una medición de voltaje más precisa.

Algunos cargadores de baterías de Ni-MH utilizan corriente pulsada en lugar de corriente continua para cargar. Se alimenta durante 1 segundo a intervalos de 20-30 milisegundos. Como ventajas de tal carga, los expertos llaman una distribución más uniforme de sustancias activas sobre el volumen de la batería y una disminución en la formación de cristales grandes. Además, se informa una medición de voltaje más precisa en los intervalos entre aplicaciones de corriente. Como desarrollo de este método, se propuso Reflex Charging. En este caso, cuando se aplica una corriente de pulso, la carga (1 segundo) y la descarga (5 segundos) se alternan. La corriente de descarga es 1-2,5 veces menor que la carga. Las ventajas son temperaturas de carga más bajas y eliminación de grandes formaciones cristalinas.

Al cargar baterías de hidruro metálico de níquel, es muy importante controlar el final del proceso de carga de acuerdo con varios parámetros. Deberían tomarse medidas para la terminación de emergencia del cargo. Para ello se puede utilizar el valor absoluto de temperatura. A menudo, este valor es de 45 a 50 grados Celsius. En este caso, la carga debe interrumpirse y reanudarse después de enfriarse. La capacidad de hacerse cargo de las baterías de Ni-MH se reduce a esta temperatura.

Es importante establecer un límite de tiempo para la carga. Puede estimarse por la capacidad de la batería, la magnitud de la corriente de carga y la eficiencia del proceso. La limitación se establece en el tiempo estimado más un 5-10 por ciento. En este caso, si ninguno de los métodos de control anteriores funciona, la carga se apagará a la hora establecida.

Etapa de recarga

En esta etapa, la corriente de carga se establece en 0.1-0.3C. Duración unos 30 minutos. No se recomienda una recarga más prolongada ya que esto acortará la vida útil de la batería. La fase de recarga ayuda a igualar la carga de las celdas de la batería. Es mejor si, después de una carga rápida, las baterías se enfrían a temperatura ambiente y luego comienza la recarga. Entonces la batería recuperará su capacidad total.

Los cargadores de baterías de Ni-Cd a menudo ponen las baterías en carga lenta después de que se completa el proceso de carga. Para las baterías de Ni-MH, esto será útil solo en el caso de una corriente muy pequeña (aproximadamente 0.005C). Esto será suficiente para compensar la autodescarga de la batería.

Idealmente, el cargador debería tener la función de encender la carga flotante cuando cae el voltaje de la batería. La carga lenta solo tiene sentido cuando ha transcurrido un tiempo suficientemente largo entre la carga de las baterías y su uso.

Carga ultrarrápida de baterías Ni-MH

Y también vale la pena mencionar la carga súper rápida de la batería. Se sabe que cuando se carga hasta el 70 por ciento de su capacidad, una batería de hidruro metálico de níquel tiene una eficiencia de carga cercana al 100 por ciento. Por lo tanto, en esta etapa tiene sentido aumentar la corriente para su paso acelerado. Las corrientes en tales casos están limitadas a 10 ° C. El principal problema aquí es determinar el 70 por ciento de la carga a la que la corriente debe reducirse a la carga rápida normal. Esto depende en gran medida del grado de descarga a partir del cual la batería comenzó a cargarse. Una corriente elevada puede provocar fácilmente un sobrecalentamiento de la batería y la destrucción de la estructura de sus electrodos. Por lo tanto, se recomienda el uso de una carga ultrarrápida solo con las habilidades y la experiencia adecuadas.

Requisitos generales para cargadores de baterías de NiMH

No es apropiado desmontar ningún modelo separado para cargar baterías Ni-MH en el marco de este artículo. Baste decir que estos pueden ser cargadores específicos para cargar baterías de hidruro metálico de níquel. Tienen un algoritmo de carga por cable (o varios) y trabajan constantemente en él. Y hay dispositivos universales que le permiten ajustar los parámetros de carga. Por ejemplo, . Estos dispositivos se pueden utilizar para cargar varias baterías. Incluido para, si hay un adaptador de corriente de la potencia adecuada.

Necesito decir algunas palabras sobre las características y la funcionalidad que debe tener un cargador para baterías Ni-MH. El dispositivo debe poder ajustar la corriente de carga o configurarla automáticamente según el tipo de baterías. ¿Por qué es importante?

Actualmente existen muchos modelos de baterías de NiMH, y muchas baterías del mismo factor de forma pueden diferir en capacidad. En consecuencia, la corriente de carga debe ser diferente. Si se carga con una corriente superior a lo normal, habrá calefacción. Si está por debajo de la norma, el proceso de carga tardará más de lo esperado. En la mayoría de los casos, las corrientes en los cargadores se realizan en forma de "preajustes" para baterías típicas. En general, durante la carga, los fabricantes de baterías Ni-MH no recomiendan configurar una corriente de más de 1.3-1.5 amperios para el tipo AA, independientemente de la capacidad. Si por alguna razón necesita aumentar este valor, entonces debe encargarse del enfriamiento forzado de las baterías.

Otro problema está relacionado con el apagado del cargador durante el proceso de carga. En este caso, cuando se enciende la alimentación, comenzará de nuevo desde la etapa de detección de batería. El punto en el que finaliza la carga rápida no está determinado por el tiempo, sino por una serie de otros criterios. Por lo tanto, si pasó, se omitirá cuando se encienda. Pero la etapa de recarga se llevará a cabo nuevamente, si ya lo ha sido. Como resultado, la batería recibe una sobrecarga no deseada y un calentamiento innecesario. Entre otros requisitos para el cargador de baterías Ni-MH: descarga baja cuando el cargador está desconectado de la fuente de alimentación. La corriente de descarga en un cargador desenergizado no debe exceder 1 mA.

Vale la pena señalar la presencia de otra función importante en el cargador. Debe reconocer las fuentes de energía primarias. En pocas palabras, pilas alcalinas y de zinc-manganeso.

Al instalar y cargar dichas baterías en el cargador, pueden explotar, ya que no tienen una válvula de emergencia para aliviar la presión. Se requiere que el cargador pueda reconocer tales fuentes de corriente primarias y no activar la carga.

Aunque vale la pena señalar aquí que la definición de baterías y fuentes de corriente primaria tiene una serie de dificultades. Por lo tanto, los fabricantes de memorias no siempre equipan sus modelos con tales funciones.

Algunos consejos para el uso de baterías de hidruro metálico de níquel

Como comprenderá, las reglas básicas para el uso de baterías de Ni-MH son evitar el sobrecalentamiento y la sobrecarga. Los siguientes son consejos adicionales para el uso de baterías de NiMH que le ayudarán a prolongar la vida útil de la batería:

• Si deja las baterías de Ni-MH para un almacenamiento prolongado, la carga en ellas debe ser del 30 al 50 por ciento de la capacidad nominal;
• Las baterías de hidruro metálico de níquel son mucho más sensibles a la sobrecarga y al calor que las baterías de níquel-cadmio. Estas cosas afectan negativamente la duración y el rendimiento de la batería. Recuerde que el cargador de batería Ni-MH se puede utilizar para cargar Ni-Cd, pero no al revés.;
• El hidruro de níquel-metal puede, aunque no necesariamente, someterse a ciclos de entrenamiento. Un cargador de alta calidad para varias cargas permite que la batería adquiera la capacidad perdida durante el almacenamiento y el transporte. Para productos de diferentes fabricantes, el número de ciclos para un conjunto de contenedores es diferente. Para algunas baterías, 3-4 ciclos serán suficientes, mientras que para otras cincuenta pueden no ser suficientes;
• Deje que la batería se enfríe una vez finalizado el ciclo de carga o descarga. No cargue a temperaturas inferiores a 5 o superiores a 50 grados Celsius. Esto acortará la vida útil de las baterías Ni-MH;
• Trate de no descargar la batería Ni-MH a un voltaje por debajo de 0,9 voltios. En tales casos, muchos cargadores económicos simplemente no pueden comenzar a cargar. Cuando la carga no puede reconocer una batería tan descargada, puede conectar la batería a una fuente de alimentación externa (corriente 90-160 mA) y llevar el voltaje a 0,9 voltios;
• Cuando se usa la misma batería de celdas en modo de recarga, se recomienda descargar la batería a 0.9 voltios y luego cargarla completamente en el cargador. Es aconsejable repetir este proceso una de cada diez veces al recargar baterías de Ni-MH.

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Parámetros de carga para las baterías Ni-MH más comunes

En conclusión, presentamos los parámetros para cargar los tipos más comunes de baterías de hidruro metálico de níquel. Las especificaciones se basan en baterías completamente descargadas. Se resumen en la siguiente tabla.