NiMH מייצג ניקל מתכת הידריד. טעינה נכונה היא המפתח לשמירה על ביצועים ואריכות ימים. אתה צריך להכיר את הטכנולוגיה הזו כדי לטעון NiMH. ההתאוששות של תאי NiMH היא תהליך מסובך למדי, כי שיא המתח והירידה שלאחר מכן קטנים יותר, ולכן קשה יותר לקבוע את האינדיקטורים. טעינת יתר מובילה להתחממות יתר ולנזק לתא, ולאחר מכן אובדת הקיבולת, וכתוצאה מכך אובדן פונקציונליות.
עיצוב ועיקרון הפעולה
סוללה היא מכשיר אלקטרוכימי שבו אנרגיה חשמלית מומרת ומאוחסנת בצורה כימית. אנרגיה כימית מומרת בקלות לאנרגיה חשמלית. NiMH עובד על העיקרון של קליטה, שחרור והובלה של מימן בתוך שתי אלקטרודות.
סוללות NiMH מורכבות משתי רצועות מתכת הפועלות כאלקטרודות חיוביות ושליליות, וביניהן מפריד נייר כסף מבודד. ה"סנדוויץ'" האנרגטי הזה מפותל ומונח בסוללה יחד עם נוזלאלקטרוליט. האלקטרודה החיובית מורכבת בדרך כלל מניקל, האלקטרודה השלילית של מתכת הידריד. מכאן השם "NiMH", או "ניקל מתכת הידריד".
הטבות:
- מכיל פחות רעלים וידידותי לסביבה וניתן למחזור.
- אפקט הזיכרון גבוה יותר מ-Ni-Cad.
- הרבה יותר בטוח מסוללות ליתיום.
פגמים:
- פריקה עמוקה מקצרת חיים ויוצרת חום במהלך טעינה מהירה ועומס גבוה.
- הפריקה העצמית גבוהה יותר בהשוואה לסוללות אחרות ויש לקחת אותה בחשבון לפני טעינת NiMH.
- נדרש רמה גבוהה של תחזוקה. יש לפרוק את הסוללה במלואה כדי למנוע היווצרות גבישים במהלך הטעינה.
- יקר יותר מסוללת Ni-Cad.
מאפייני טעינה/פריקה
לתא ניקל-מתכת הידריד יש מאפיינים רבים הדומים ל-NiCd, כמו עקומת הפריקה (עם טעינה נוספת) שהסוללה יכולה לקבל. הוא אינו סובלני לטעינת יתר הגורמת לירידה בקיבולת, שהיא בעיה מרכזית עבור מעצבי מטענים.
דרושים מפרטים נוכחיים לטעינה נכונה של סוללת NiMH:
- מתח מדורג הוא 1.2V.
- אנרגיה ספציפית - 60-120 ו"ש/ק"ג.
- צפיפות אנרגיה - 140-300 ו"ש/ק"ג.
- הספק ספציפי - 250-1000 W/kg.
- יעילות טעינה/פריקה -90%.
יעילות הטעינה של סוללות ניקל נעה בין 100% ל-70% מהקיבולת המלאה. בתחילה יש עלייה קלה בטמפרטורה, אך בהמשך, כאשר רמת הטעינה עולה, היעילות יורדת, ויוצרת חום, אשר יש לקחת בחשבון לפני טעינת NiMH.
כאשר סוללת NiCD מתרוקנת למתח מינימלי מסוים ולאחר מכן נטענת, יש להקפיד על הפחתת אפקט המיזוג (בערך כל 10 מחזורי טעינה/פריקה), אחרת היא תתחיל לאבד קיבולת. עבור NiMH, דרישה זו אינה נדרשת מכיוון שההשפעה זניחה.
עם זאת, תהליך שחזור כזה נוח גם למכשירי NiMH, מומלץ לשקול זאת לפני טעינת סוללות NiMH. התהליך חוזר על עצמו שלוש עד חמש פעמים לפני שהם מגיעים לתפוסה מלאה. תהליך המיזוג של הסוללות הנטענות מבטיח שהן יחזיקו שנים רבות.
שיטות שחזור NiMH
ישנן מספר שיטות טעינה שניתן להשתמש בהן עם סוללות NiMH. הם, כמו NiCds, דורשים מקור זרם קבוע. המהירות מצוינת בדרך כלל על גוף התא. זה לא צריך לחרוג מהסטנדרטים הטכנולוגיים. הגבולות של גבולות הטעינה מוסדרים בבירור על ידי היצרנים. לפני השימוש בסוללות, עליך לדעת בבירור באיזה זרם לטעון סוללות NiMH. ישנן מספר שיטות המשמשות למניעת כשל:
- טעינה לפי טיימר. ניצול זמן לקביעת סוף התהליך היא הדרך הקלה ביותר. לעתים קרובות טיימר אלקטרוני מובנה במכשיר, אם כי למכשירים רבים אין תכונה זו. הגישה מניחה שהתא נטען ממצב ידוע, למשל כאשר הוא משוחרר במלואו.
- זיהוי תרמי. קביעת סוף התהליך מתבצעת על ידי ניטור טמפרטורת האלמנט. בעוד שהמכשיר יתחמם בעת טעינת יתר, קשה לאמוד במדויק את עליית הטמפרטורה מכיוון שמרכז הסוללה יהיה חם בהרבה מהחלק החיצוני.
- זיהוי מתח דלתא שלילי. NiMH מזהה נפילת מתח (5 mV). לפני טעינת סוללות NiMH, סינון רעשים הוכנס כדי ללכוד בצורה מהימנה ירידה כזו כדי להבטיח שחיישן "טפילי" ורעשים אחרים לא יובילו לסוף הטעינה.
אספקה מקבילה של אלמנטים
טעינה מקבילה של סוללות מקשה על קביעה איכותית של סוף התהליך. הסיבה לכך היא שאי אפשר להיות בטוח שלכל תא או חבילה יש את אותה התנגדות ולכן חלקם ימשכו יותר זרם מאחרים. המשמעות היא שיש להשתמש במעגל טעינה נפרד עבור כל קו ביחידה המקבילה. יש לקבוע כמה זרם לטעון את ה-NiMH על ידי איזון, למשל, באמצעות נגדים בעלי ערך כזה שהם ישלטו בפרמטרי הבקרה.
אלגוריתמים מודרניים פותחו כדי להבטיח טעינה מדויקת ללא שימוש בטרמיסטור. אלהמכשירים דומים ל-Delta V, אך יש להם שיטות מדידה מיוחדות לאיתור טעינה מלאה, בדרך כלל כרוכה בסוג של מחזור שבו המתח נמדד על פני מרווח זמן ובין פולסים. עבור חבילות מרובות אלמנטים, אם הן אינן באותו מצב ואינן מאוזנות בקיבולת, הן עשויות להתמלא אחת אחת, ולסמן על סיום השלב.
זה ייקח כמה מחזורים כדי לאזן אותם. כאשר הסוללה מגיעה לסוף הטעינה שלה, חמצן מתחיל להיווצר באלקטרודות ולהתאחד מחדש בזרז. התגובה הכימית החדשה יוצרת חום שניתן למדוד בקלות באמצעות תרמיסטור. זוהי הדרך הבטוחה ביותר לזהות סוף תהליך במהלך שחזור מהיר.
דרך זולה להתחדש
טעינת לילה היא הדרך הזולה ביותר לטעון סוללת NiMH ב-C/10, שהיא מתחת ל-10% מהקיבולת המדורגת לשעה. יש לקחת זאת בחשבון כדי לטעון כראוי NiMH. אז סוללה של 100mAh תיטען ב-10mA למשך 15 שעות. שיטה זו אינה דורשת חיישן סוף תהליך ומספקת טעינה מלאה. לתאים מודרניים יש זרז למיחזור חמצן המונע נזק לסוללה בעת חשיפה לזרם חשמלי.
לא ניתן להשתמש בשיטה זו אם מהירות הטעינה היא מעל C/10. המתח המינימלי הנדרש לתגובה מלאה תלוי בטמפרטורה (לפחות 1.41V לתא ב-20 מעלות), שיש לקחת בחשבון כדי לטעון כראוי NiMH.התאוששות ממושכת אינה גורמת לאוורור. זה מחמם מעט את הסוללה. על מנת לשמר את חיי השירות, מומלץ להשתמש בטיימר בטווח של 13 עד 15 שעות. למטען Ni-6-200 יש מעבד מיקרו המדווח על מצב הטעינה באמצעות LED וגם מבצע פונקציית סנכרון.
תהליך טעינה מהיר
באמצעות הטיימר, ניתן לטעון את ה-C/3.33 למשך 5 שעות. זה קצת מסוכן מכיוון שהסוללה חייבת להתרוקן במלואה תחילה. אחת הדרכים לוודא שזה לא יקרה היא לפרוק אוטומטית את הסוללה באמצעות המטען, אשר לאחר מכן מתחיל את תהליך השחזור למשך 5 שעות. לשיטה זו יש יתרון של ביטול כל אפשרות ליצירת זיכרון סוללה שלילי.
כיום, לא כל היצרנים מייצרים מטענים כאלה, אבל לוח המיקרו-מעבד משמש, למשל, במטען C/10 /NiMH-NiCad-solar-charge-controller וניתן לשנות אותו בקלות לביצוע פריקה. יידרש מפזר חשמל כדי להפיץ את האנרגיה של סוללה טעונה חלקית תוך פרק זמן סביר.
אם נעשה שימוש בצג טמפרטורה, ניתן לטעון סוללות NiMH עד 1C, במילים אחרות, קיבולת של 100% אמפר-שעה למשך 1.5 שעות. בקר טעינת הסוללה PowerStream עושה זאת בשילוב עם לוח בקרה המסוגל למדוד מתח וזרם עבור אלגוריתמים מורכבים יותר. כאשר הטמפרטורה עולה, יש לעצור את התהליך, ומתייש להגדיר את ערך dT/dt ל-1-2 מעלות לדקה.
ישנם אלגוריתמים חדשים המשתמשים בבקרת מעבד בעת שימוש באות -dV כדי לקבוע את סוף הטעינה. בפועל, הם עובדים טוב מאוד, וזו הסיבה שמכשירים מודרניים משתמשים בטכנולוגיה הזו, הכוללת תהליכי הפעלה וכיבוי למדידת מתח.
מפרט מתאם
נושא חשוב הוא חיי הסוללה, או עלות החיים הכוללת של המערכת. במקרה זה, היצרנים מציעים מכשירים עם בקרת מעבד.
אלגוריתם למטען המושלם:
- התחלה רכה. אם הטמפרטורה היא מעל 40 מעלות או מתחת לאפס, התחל בטעינת C/10.
- אופציה. אם מתח הסוללה הפרוקה גבוה מ-1.0 וולט לתא, שחרר את הסוללה ל-1.0 וולט לתא, ולאחר מכן המשך לטעינה מהירה.
- טעינה מהירה. במעלה אחת עד שהטמפרטורה מגיעה ל-45 מעלות או dT מציין טעינה מלאה.
- לאחר השלמת הטעינה המהירה, טען ב-C/10 למשך 4 שעות כדי להבטיח טעינה מלאה.
- אם המתח של סוללת NiMH טעונה עולה ל-1.78V/תא, הפסק את הפעולה.
- אם זמן הטעינה המהירה עולה על 1.5 שעות ללא הפרעה, היא תופסק.
באופן תיאורטי, טעינה מחדש היא קצב טעינה שהוא מהיר מספיק כדי לשמור על הסוללה טעונה במלואה, אבל איטי מספיק כדי למנוע טעינת יתר. קביעת קצב הטעינה האופטימלי עבור סוללה מסוימתקצת קשה לתאר, אבל מקובל בדרך כלל שזה בערך עשרה אחוז מהקיבולת של הסוללה, למשל, עבור Sanyo 2500 mAh AA NiMH, קצב הטעינה האופטימלי הוא 250 mA ומטה. יש לקחת זאת בחשבון כדי לטעון כראוי סוללות NiMH.
תהליכי נזק לסוללה
הגורם השכיח ביותר לכשל בטרם עת של הסוללה הוא טעינת יתר. סוגי המטענים שגורמים לכך לרוב הם מה שנקרא "מטענים מהירים" ל-5 או 8 שעות. הבעיה עם המכשירים האלה היא שאין להם באמת מנגנון בקרת תהליכים.
לרובם יש פונקציונליות פשוטה. הם נטענים במהירות מלאה לפרק זמן קבוע (בדרך כלל חמש או שמונה שעות) ואז מכבים או עוברים למהירות "ידנית" נמוכה יותר. אם הם משמשים כראוי, אז הכל בסדר. אם הם מיושמים בצורה שגויה, חיי הסוללה יתקצרו בכמה דרכים:
- כאשר סוללות טעונות במלואן או טעונות חלקית מוכנסות למכשיר, הוא אינו יכול לחוש זאת, ולכן הוא טוען במלואו את הסוללות להן הוא תוכנן. אז קיבולת הסוללה יורדת.
- מצב נפוץ נוסף הוא להפסיק את מחזור הטעינה המתבצע. עם זאת, לאחר מכן, חיבור מחדש. למרבה הצער, הדבר גורם להפעלה מחדש של מחזור טעינה מלא, גם אם המחזור הקודם כמעט הושלם.
הדרך הקלה ביותרכדי להימנע מתרחישים אלה, השתמש במטען חכם הנשלט על ידי מעבד מיקרו. הוא יכול לזהות מתי הסוללה טעונה במלואה, ולאחר מכן - בהתאם לעיצוב שלה - לכבות לחלוטין או לעבור למצב טעינת טפטוף.
מכשירים חכמים iMax B6
כדי להטעין את ה-NiMH iMax, תזדקק למטען ייעודי, שכן שימוש בשיטה לא נכונה עלול להפוך את הסוללה לחסרת תועלת. משתמשים רבים רואים ב-iMax B6 הבחירה הטובה ביותר לטעינת NiMH. הוא תומך בתהליך של עד 15 סוללות תאים, כמו גם הגדרות ותצורות רבות עבור סוגים שונים של סוללות. זמן הטעינה המומלץ לא יעלה על 20 שעות.
בדרך כלל, היצרן מבטיח 2000 מחזורי טעינה/פריקה מסוללת NiMH סטנדרטית, אם כי זה עשוי להשתנות בהתאם לתנאי השימוש.
אלגוריתם עובד:
- טעינת NiMH iMax B6. יש צורך לחבר את כבל החשמל לשקע בצד שמאל של המכשיר, תוך התחשבות בצורת קצה הכבל כדי להבטיח חיבור נכון. אנו מכניסים אותו עד הסוף ומפסיקים ללחוץ כאשר אות קול והודעת קבלת פנים מופיעים על מסך התצוגה.
- השתמש בכפתור הכסוף בקצה השמאלי כדי לגלול בתפריט הראשון ולבחור את סוג הסוללה לטעינה. לחיצה על הכפתור השמאלי ביותר תאשר את הבחירה. הכפתור בצד ימין יגלול בין האפשרויות: טעינה, פריקה, איזון, טעינה מהירה, אחסון ואחרים.
- שני לחצני שליטה מרכזיים יעזרו לך לבחור את המספר הרצוי. על ידי לחיצה על הכפתור הימני ביותר כדי להיכנס, תוכל לעבור להגדרת המתח על ידי גלילה שוב עם שני הכפתורים המרכזיים ולחיצה על enter.
- השתמש במספר כבלים כדי לחבר את הסוללה. הסט הראשון נראה כמו ציוד חוטי מעבדה. לעתים קרובות הוא מגיע עם אטבי תנין. שקעים לחיבור ממוקמים בצד ימין של המכשיר בסמוך לתחתית. קל מספיק לזהות אותם. כך תוכל לטעון NiMH עם iMax B6.
- אז אתה צריך לחבר את כבל הסוללה החופשי לקצה המהדקים האדומים והשחורים, וליצור לולאה סגורה. זה יכול להיות מעט מסוכן, במיוחד אם המשתמש מבצע את ההגדרות השגויות בפעם הראשונה. לחץ והחזק את כפתור ה-Enter למשך שלוש שניות. לאחר מכן, המסך אמור להודיע שהוא בודק את הסוללה, ולאחר מכן המשתמש יתבקש לאשר את הגדרת המצב.
- בזמן שהסוללה נטענת, ניתן לגלול בין המסכים השונים בתצוגה באמצעות שני הכפתורים המרכזיים המספקים מידע על תהליך הטעינה במצבים שונים.
טיפים למיטוב ביצועי הסוללה
העצה הסטנדרטית ביותר היא לרוקן לחלוטין את הסוללות ולאחר מכן לטעון אותן מחדש. למרות שמדובר בטיפול ב"אפקט הזיכרון", יש להקפיד על סוללות ניקל קדמיום, שכן קל לפגוע בהן עקב פריקת יתר, מה שמוביל ל"היפוך קוטב" ותהליכים בלתי הפיכים. במקרים מסוימים, סוללה אלקטרונית מיוצריםבאופן שמונע תהליכים שליליים על ידי כיבוי לפני שהם מתרחשים, אבל מכשירים פשוטים יותר כמו פנסים לא עושים זאת.
נדרש:
- היה מוכן להחליף אותם. סוללות ניקל-מתכת הידריד אינן מחזיקות מעמד לנצח. לאחר סיום המשאב, הם יפסיקו לעבוד.
- קנה מטען חכם ששולט באופן אלקטרוני בתהליך ומונע טעינת יתר. לא רק שזה טוב יותר עבור סוללות, אלא שהוא גם צורך פחות חשמל.
- הסר את הסוללה בסיום הטעינה. זמן מיותר במכשיר אומר שמשתמשים יותר באנרגיית סילון לטעינתו, ובכך מגבירים את הבלאי ומשתמשים יותר בכוח.
- אל תרוקן לגמרי את הסוללות כדי להאריך את חייהן. למרות כל העצות ההפוכות, פריקה מלאה למעשה תקצר את חייהם.
- אחסן סוללות NiMH בטמפרטורת החדר במקום יבש.
- חום עודף עלול להזיק לסוללות ולגרום להן להתרוקן במהירות.
- שקול להשתמש בדגם סוללה חלשה.
לכן, אתה יכול לשרטט קו. ואכן, סוללות NiMH מוכנות יותר על ידי היצרן לסביבה של היום, וטעינה נכונה של סוללות באמצעות מכשיר חכם תבטיח את הביצועים ואריכות החיים שלהן.
