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Schadet das Schnellladen Ni-MH-Batterien? Wie lade ich Nickel-Metallhydrid-Batterien richtig?
Viele unserer Kunden glauben immer noch, dass je langsamer wir eine Batterie aufladen, desto besser ist sie für ihren Zustand und ihre Lebensdauer. Leider ist es sehr einfach, Ihre Batterien unwissentlich zu zerstören. Wenn wir neue AA-Batterien mit einem Strom von 200-300 mA laden, nutzen wir sicherlich nicht ihr volles Potenzial aus, und wir können sie sogar zerstören. Die grundlegende Frage ist, was zu schnelles oder zu langsames Laden eigentlich bedeutet.
Es ist verständlich, dass wir durch zu schnelles Laden nicht zu einem zu schnellen Verschleiß der Akkus führen wollen.
Sie müssen sich jedoch darüber im Klaren sein, was Schnellladen eigentlich bedeutet. Vor Jahren gab es eine Mode für 15-, 30-, 45-Minuten-Ladegeräte. Das waren eigentlich Schnellladegeräte.
Diese Ladegeräte hatten einen Ladestrom von 2 A und mehr für jede installierte Zelle.
Generell passiert bei der Ni-MH-Technologie mit dem Akku nichts Schlimmes, solange die Temperatur während des Ladevorgangs nicht regelmäßig 50 Grad Celsius überschreitet. Diese Grenze wurde bei diesen Schnellladegeräten häufig überschritten, und die Ladegeräte selbst verschwanden praktisch vollständig vom Markt.
Die Ni-MH-Technologie gilt als allgemein sicher, m.in. aufgrund der nicht-invasiven Möglichkeit, überschüssige Energie in Form von Wärme abzuleiten (zu übertragen) - solange die Hitze in Schach gehalten wird, sollte die Batterie nicht beschädigt werden.
Um diesen Faden zusammenzufassen - für einen neuen 2000-mAh-Akku ist der Strom von 1 A (Ladezeit von etwas mehr als 2 Stunden) noch nicht übermäßig hoch, echte Probleme mit der Hitze treten erst bei Werten von 1 ° C auf (wobei C die Kapazität des Akkus ist), d.h. 2000 mA für einen 2000-mAh-Akku, 2600 mA für einen 2600-mAh-Akku usw.
Ich weiß bereits, wann wir von Schnellladung oder hohem Ladestrom sprechen, aber ich verstehe nicht, woher die Probleme mit langsamem Laden oder zu niedrigem Ladestrom kommen?
Der Ladevorgang einer typischen Ni-MH-Batterie endet, wenn die Spannung der Batterie ihren Maximalwert erreicht (dieser Wert kann für jede Batterie und sogar für jeden Ladezyklus unterschiedlich sein, da er von vielen Faktoren wie Temperatur oder Ladestrom abhängt) und beginnt dann langsam abzunehmen. Das Problem ist, dass bei 0,1 °C (z. B. 190 mA für einen 1900-mAh-Akku) dieses Phänomen nie auftritt. Bei 0,2 °C (380 mA für einen 1900-mAh-Akku) ist der Effekt immer noch minimal. Dies zeigen wir weiter unten in den jeweiligen Grafiken.
Immerhin schreibt der Hersteller auf meinem 1900 mAh Akku eindeutig "Standard charge: 190 mA for 16h".
Die Bezeichnung "Standardladung" in der Form, wie wir sie auf wiederaufladbaren Batterien (unabhängig vom Hersteller) sehen, ist eine Anforderung der IEC/EN-Normen - sie gilt für das Laden einer zuvor entladenen Batterie auf 1,0 V mit 0,1 °C Strom für einen Zeitraum von 16 Stunden - ohne Beteiligung von Automatisierung, Spannungskontrolle usw.
Im Zeitalter der fortschrittlichen Ladegeräte ist dies eine weitgehend unsinnige Bestimmung/Anforderung, die nichts mit einer echten Empfehlung zu tun hat. In der Regel muss es jedoch auf die Batterie gelegt werden, es legt die Bedingungen fest, unter denen der Hersteller garantiert, dass die Mindestkapazität der Batterie erreicht wird.
Was sind die Eigenschaften des Ladens der Batterie mit Strömen von 0,1 C, 0,2 C, 0,5 C und 1 C? Was sind die Folgen einer solchen Belastung?
Wir verdeutlichen dies am Beispiel des everActive Silver Line AA R6 2000 Akkus, mit einer Mindestkapazität von 1900 mAh.
1. Laden mit 0,1C, d.h. 190 mA bei einem 1900 mAh Akku.
Es wird davon ausgegangen, dass bei einem so geringen Ladestrom das Aufladen etwa 14-16 Stunden dauern sollte. Die einzige Determinante für eine volle Ladung ist hier die Zeit und die Tatsache, dass sich die Spannung an der Batterie irgendwann stabilisiert hat, obwohl sie immer noch langsam ansteigt.
Wie Sie sehen können, steigt die Spannung an der Batterie auch nach 16 Stunden weiter an, obwohl die Batterie bereits vollständig aufgeladen ist. Unter solchen Bedingungen kann jedes automatische Ladegerät ein Problem mit der korrekten Bewertung der vollen Ladung haben. Das hat zur Folge, dass der Akku sehr oft unter- oder überladen ist – bei regelmäßiger Überladung führen wir zu einem schnelleren Verschleiß unserer Zellen. Bei regelmäßiger Unterladung kann es sein, dass unsere Zelle vom sogenannten Lazy-Battery-Effekt betroffen ist und wir Probleme mit der vollen Nutzung haben.
2. 0,2 °C Laden, was 380 mA für einen 1900-mAh-Akku entspricht.
Der Akku war in ca. 6 Stunden aufgeladen. Wie wir weiter unten zeigen werden, handelt es sich jedoch um eine sehr kleine Änderung.
Der Spannungsabfall bei 0,2 °C betrug nur 3 mV. Gute Mikroprozessor-Ladegeräte sind in der Lage, Differenzen von 2-3 mV zu erfassen, und der Ladevorgang unter solchen Bedingungen hat die Chance, ordnungsgemäß zu enden. Aufgrund der sehr geringen Art der Spannungsänderung (Abfall) in der letzten Phase birgt diese Lademethode jedoch immer noch das Risiko einer falschen Einschätzung der Ladung durch das Ladegerät.
Wenn unser Ladegerät es uns ermöglicht, den Ladestrom zu wählen, sollte der Wert von 0,2 °C als Minimum behandelt werden.
3. 0,5 °C Laden, was 950 mA für einen 1900-mAh-Akku entspricht.
Der Ladevorgang dauerte etwas mehr als 2 Stunden. Diesmal sieht man bereits einen eher charakteristischen Spannungsbuckel am Ende des Ladevorgangs. Der Wandel ist bereits deutlich sichtbar.
Der Spannungsabfall bei 0,5C betrug hier 15 mV. Die meisten Ladegeräte sollten kein Problem mehr damit haben, den Zeitpunkt der vollen Ladung richtig einzuschätzen.
Bei einem Ladestrom von 1000 mA in kompakten, gängigen Ladegeräten kann es jedoch zu einem thermischen Problem kommen, das mit der Wärmeentwicklung des Ladegeräts selbst zusammenhängt. Temperaturänderungen "von außen" können den Ladevorgang der Batterie effektiv stören, was mitunter auch zu einer übermäßigen Erwärmung führt.
Bei der Analyse der obigen Diagramme wissen wir bereits, warum oft davon ausgegangen wird, dass der optimale Ladestrom ein Wert im Bereich von 0,2 bis 0,5 °C ist.
4. 1C-Aufladung, die 1900 mA für einen 1900-mAh-Akku beträgt.
Der Ladevorgang war in etwas mehr als einer Stunde abgeschlossen. Die Spannungsänderung ist deutlich sichtbar, ihr Abfall ist noch steiler. Wie wir sehen können, ist es umso einfacher, den Spannungsabfall an der Batterie am Ende des Ladevorgangs zu bemerken, je höher der Ladestrom ist.
Diesmal betrug der Spannungsabfall fast 20 mV. Der Unterschied war relativ groß, allerdings war der Akku am Ende des Ladevorgangs schon deutlich warm.
Wenn wir dazu noch die möglichen Probleme beim Aufheizen des Ladegeräts selbst hinzufügen, haben wir möglicherweise ein Problem mit der Aufrechterhaltung einer ausreichend niedrigen Temperatur der Zelle, was zu einer erheblichen Überladung und Überhitzung der Batterie führen kann.
Bei Strömen von 1C empfiehlt sich häufig eine aktive Kühlung des Ladegeräts oder zusätzliche, empfindliche Temperatursensoren.
Bei einem Ladestrom von 1C und höher kommt es zudem vor, dass die Batterie leicht unterladen ist – der Ladevorgang kann aufgrund des schnellen Temperaturanstiegs vorzeitig abgeschlossen werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ströme von 0,1C (p.1) oft zu gering sind
Ströme von 0,2 °C bis 0,5 °C (p.2, p.3) gelten als optimal, so dass automatische Ladegeräte korrekt beurteilen können, wann die Batterie vollständig geladen ist. Bei diesen Strömen besteht auch das geringste Risiko einer Überhitzung der Batterie.
Ströme 0,5C-1C (S.4) - bei diesen Werten ist die Temperatur der Umgebung und des Ladegeräts selbst während des Ladevorgangs wichtig - plötzliche Temperaturänderungen können den Ladevorgang stören und zu einer gefährlichen Erwärmung der Batterie führen. Solch hohe Ladeströme erwärmen auch Batterien, die bereits teilweise abgenutzt sind, und zwar noch viel mehr.
Ströme über 1C – das nennen wir einen zu hohen Ladestrom. Wir empfehlen, die regelmäßige Verwendung von Ladegeräten mit einer Laufzeit von 15 bis 30 Minuten zu vermeiden. Diese Ladegeräte verfügen zwar oft über eine zusätzliche Kühlung, haben aber oft Probleme mit der präzisen Ladung der Akkus und können zu einem schnelleren Batterieverschleiß führen. Oft gibt es auch ein Problem beim Laden von teilweise verbrauchten Batterien.
Autor: Michał Seredziński
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Witam ! Dziękuję serdecznie za obszerne i profesjonalne informacje*Bardzo mi pomogły w przygotowaniu do powrotu, do używania akyumulatorków NiMh*Pozdrawiam !1412
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najbardziej zaciekawiło mnie to że 1,9Ah aku przyjął (odczytane z wykresu):
0,1C - 3,1Ah
0,2C - 2,6Ah
0,5C - 2,2Ah
1,0C - 2,2Ah
więc zasadnicze pytanie brzmi dla jakiego prądu rzeczywista ilość zgromadzonej energii była największa?1333
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W każdym z tych przypadków rzeczywista ilość energii przyjęta przez akumulator była niemal identyczna, choć przy najwyższych prądach ładowania jest minimalnie (o kilka procent) niższa.
Akumulator Ni-MH będzie "przyjmował" tak długo energię jak długo będziemy ją do niego dostarczali. Ta chemia ma tą zaletę, że nadwyżki energii, której nie jest w stanie przyjąć wytraca w formie ciepła - o ile tego ciepła nie ma zbyt dużo, wówczas jest to proces dość bezpieczny, z niewielkim wpływem na żywotność samego ogniwa.
Niemniej zauważona obserwacja jest zgodna z praktyką - ogniwo 1,9Ah przy 0,1C zgodnie z odpowiednią normą IEC/PN-EN ładujemy do 3040 mAh - bez żadnej automatyki, licząc się z tym, że akumulator zostanie przeładowany - jednak z uwagi na niski prąd ładowania, ilość wydzielonego ciepła na akumulatorze będzie niewielka.
Przy 0,2C mamy jeszcze teoretycznie 2 wyjścia - albo ładujemy ogniwo przez ok. 6,5h bez żadnej automatyki - ogniwo 1900 mAh jest wtedy ładowane do ok. 2500 mAh. Tutaj już ilość ciepła będzie istotnie wyższa, mimo mniejszego przeładowania ogniwa.
Dlatego przy prądach 0,2C i wyższych potrzebna jest już zwykle dodatkowa automatyka, gdzie ładowarka stara się możliwie szybko wykryć moment pełnego naładowania ogniwa. Ilość władowanych mAh do pustego akumulatora stanowi zwykle wartość 105-120% jego faktycznej pojemności.
Teraz im wyższy prąd ładowania tym przeładowanie ogniwa liczone w mAh jest zwykle niższe - mimo to temperatura końcowa ładowania będzie wyższa wraz z wyższym prądem ładowania.
Przy prądach rzędu 2C zwykle ładowarka nie jest już w stanie bezpiecznie dostarczyć do akumulatora nawet 100% jego pojemności liczonej w mAh (temperatura jest już wysoka) - i taki akumulator może być niedoładowany.
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Jak zwykle pełen profesjonalizm. Też mi miło odświeżyć sobie dobrze zaprezentowane wiadomości. Pozdrawiam.1307
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Przepięknie opisany temat ładowania niklów, wiedzę na temat ładowania zdobyłem 15 lat temu, przypadkowo natrafiłem na tą stronę zobaczyłem 2 wykresy i przeczytałem całość w celu "odświeżenia". Używam liitokali 600 do przeróżnych ogniw litowych i niklów, ale nigdy bym nie wpadł na pomysł ładować niklowego prądem 1C ( 2 ampery) o.O przecież ładowarka go za szybko odetnie i będzie tylko w 3/4 naładowany swojej całej pojemności. Jeżeli już ktoś ma dany sprzęt na baterie AA lub AAA czy to lampa błyskowa czy to pilot, zegar, pad, diskman, postanowił używać akumulatorków niklowych, to niech nie mówi że "NIE MA CZASU" na ładowanie prądem 250-500 mA :) teraz 99% akumulatorków AA ma pojemność 2500 mAh, przyczyniając się do wzoru prądu 0,1C to ładowanie wynosi 250mA i takie też zalecam każdemu stosować w celu naładowania w pełni swojego aku, tzw. prąd dziesięciogodzinny, a w najgorszym przypadku używać 500mA.1246
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Panie Michale, to bardzo dobry artykuł wyjaśniający jak powinno się ładować akumulatory niklowo wodorkowe i niklowo kadmowe. Szkoda, że taka rzetelna wiedza nie jest przekazywana powszechnie. I bez głupich docinków jak na elektrodzie, gdzie 75% wątku to jałowa dyskusja, kpiny i kłótnie.1130
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Prosto, jasno i na temat. Brawo.512
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