Вредит ли быстрая зарядка никель-металлгидридным аккумуляторам? Как правильно заряжать никель-металлгидридные аккумуляторы?

Autor: Michał Seredziński
2020-04-03
icon
101
icon
4

Многие наши клиенты до сих пор считают, что чем медленнее мы заряжаем аккумулятор, тем лучше для его состояния и срока службы. К сожалению, очень легко по незнанию разрушить свои батареи. Если мы будем заряжать новые батарейки АА током 200-300 мА, то мы, конечно, не используем весь их потенциал, и даже можем их уничтожить. Основной вопрос заключается в том, что на самом деле означает слишком быстрая или слишком медленная зарядка.




Понятно, что мы не хотим приводить к слишком быстрому износу аккумуляторов из-за их слишком быстрой зарядки.
Тем не менее, вы должны знать, что на самом деле означает быстрая зарядка. Много лет назад была мода на 15, 30, 45-минутные зарядные устройства. На самом деле это были быстрые зарядные устройства.
Эти зарядные устройства имели зарядный ток 2 А и более для каждой установленной ячейки.
В целом, в случае с Ni-MH технологией с аккумулятором ничего страшного не происходит, если температура регулярно не превышает 50 градусов по Цельсию во время зарядки. Этот предел в этих быстрых зарядных устройствах довольно часто пересекался, а сами зарядные устройства практически полностью исчезли с рынка.

Технология Ni-MH считается в целом безопасной, m.in. благодаря неинвазивной возможности рассеивания (передачи) избыточной энергии в виде тепла – пока тепло находится под контролем, вреда для батареи быть не должно.
Так что подытожим эту тему - для нового аккумулятора на 2000 мАч ток 1А (время зарядки чуть более 2 часов) еще не чрезмерно высок, реальные проблемы с нагревом начинают проявляться только при значениях 1С (где С - емкость аккумулятора), т.е. 2000мА для аккумулятора 2000мАч, 2600мА для аккумулятора 2600мАч и т.д.

Я уже знаю, когда речь идет о быстрой зарядке или высоком зарядном токе, но не понимаю, от чего возникают проблемы с медленной зарядкой или слишком низким током зарядки?

Зарядка типичного никель-металлгидридного аккумулятора заканчивается, когда напряжение на аккумуляторе достигает своего максимального значения (это значение может быть разным для каждого аккумулятора и даже для каждого цикла зарядки, так как зависит от многих факторов, таких как температура или зарядный ток), а затем начинает медленно снижаться. Проблема в том, что при 0,1 °C (например, 190 мА для аккумулятора емкостью 1900 мАч) это явление никогда не произойдет. При 0,2С (380 мА для аккумулятора емкостью 1900 мАч) эффект все равно будет минимальным. Мы покажем это ниже на соответствующих графиках.

Ведь на моем аккумуляторе емкостью 1900 мАч на производителе четко написано «Стандартная зарядка: 190 мА за 16ч».

Обозначение «стандартный заряд» в том виде, который мы видим на аккумуляторных батареях (независимо от производителя) является требованием стандартов IEC/EN – оно распространяется на зарядку ранее разряженной батареи до 1,0В, с током 0,1С в течение 16 часов – без участия какой-либо автоматики, контроля напряжения и т.д.
В эпоху продвинутых зарядных устройств это во многом бессмысленное положение/требование, не имеющее ничего общего с реальной рекомендацией. Однако, как правило, он должен быть размещен на аккумуляторе, в нем указаны условия, при которых производитель гарантирует, что минимальная емкость аккумулятора будет достигнута.

Каковы характеристики зарядки аккумулятора токами 0,1С, 0,2С, 0,5С и 1С? К каким последствиям приводит такая зарядка?
Проиллюстрируем это на примере аккумулятора everActive Silver Line AA R6 2000, минимальной емкостью 1900 мАч.

1. Зарядка с 0,1С, т.е. 190 мА в случае аккумулятора емкостью 1900 мАч.

Предполагается, что при таком низком зарядном токе зарядка должна занимать около 14-16 часов. Единственным определяющим фактором полного заряда здесь является время и тот факт, что напряжение на аккумуляторе в какой-то момент стабилизировалось, хотя оно все еще медленно растет.

Как видите, напряжение на аккумуляторе, даже спустя 16 часов, продолжает расти, несмотря на то, что аккумулятор уже полностью заряжен. В таких условиях у любого автоматического зарядного устройства может возникнуть проблема с правильной оценкой полного заряда. В результате аккумулятор очень часто недозаряжается или перезаряжается – в случае регулярного перезаряда мы приводим к более быстрому износу наших элементов. В случае регулярного недозаряда наша ячейка может быть подвержена так называемому эффекту ленивой батареи и у нас могут возникнуть проблемы с ее полным использованием.

2. Зарядка 0,2С, что составляет 380 мА для аккумулятора емкостью 1900 мАч.

Аккумулятор заряжался примерно за 6 часов. Однако, как мы покажем ниже, это очень небольшое изменение.

Падение напряжения на 0,2 °C составило всего 3 мВ. Хорошие микропроцессорные зарядные устройства способны ловить перепады в 2-3 мВ и зарядка в таких условиях имеет шанс закончиться должным образом. Однако из-за очень малого характера изменения (падения) напряжения в последней фазе такой способ зарядки все же несет риск неправильной оценки заряда зарядным устройством.
Если наше зарядное устройство позволяет нам выбирать зарядный ток, то значение 0,2С следует рассматривать как минимальное.

3. Зарядка 0,5С, что составляет 950 мА для аккумулятора емкостью 1900 мАч.

Зарядка заняла чуть более 2 часов. На этот раз уже можно увидеть довольно характерный горб напряжения в конце зарядки. Изменения уже хорошо видны.

Падение напряжения при 0,5С здесь составило 15 мВ. У большинства зарядных устройств больше не должно возникнуть проблем с правильной оценкой момента полной зарядки.
Однако при зарядном токе 1000 мА в компактных популярных зарядных устройствах может возникнуть термическая проблема, связанная с выделением тепла самим зарядным устройством. Перепады температур «извне» могут эффективно нарушить процесс зарядки аккумулятора, что иногда также приводит к его чрезмерному нагреву.

Анализируя приведенные выше графики, мы уже знаем, почему часто принято считать, что оптимальным током зарядки является величина в диапазоне 0,2-0,5С.

4. Зарядка 1С, которая составляет 1900 мА для аккумулятора емкостью 1900 мАч.

Зарядка была завершена чуть более чем за час. Изменение напряжения очень заметно, его падение еще круче. Как мы видим, чем выше зарядный ток, тем легче заметить падение напряжения на аккумуляторе в конце зарядки.

На этот раз падение напряжения составило почти 20 мВ. Разница была относительно большой, но батарея уже в конце зарядки была явно теплой.

Если добавить к этому возможные проблемы с нагревом самого зарядного устройства, то у нас может возникнуть проблема с поддержанием достаточно низкой температуры элемента, что может закончиться значительным перезарядом и перегревом аккумулятора.

При токах 1С часто рекомендуется активное охлаждение зарядного устройства или дополнительные, чувствительные датчики температуры.
При зарядном токе 1С и выше бывает и так, что аккумулятор немного недозаряжен – зарядка может завершиться преждевременно из-за быстрого повышения температуры.

Подводя итог, можно сказать, что токи 0,1C (p.1) часто бывают слишком низкими

e для автоматического правильного определения полного заряда. Конечно, на рынке есть зарядные устройства, которые могут это сделать, но при покупке самого простого зарядного устройства, где производитель заявляет время зарядки в 10 часов и более, мы должны отдавать себе отчет в возможных последствиях и компромиссах в принятом алгоритме зарядки.

Наиболее оптимальными считаются токи 0,2С-0,5С (.2,.3), позволяющие автоматическим зарядным устройствам правильно оценить, когда аккумулятор полностью заряжен. При таких токах также самый низкий риск перегрева аккумулятора.

Токи 0,5С-1С (.4) - при этих значениях важна температура окружающей среды и самого зарядного устройства во время зарядки - любые резкие перепады температуры могут нарушить процесс зарядки и привести к опасному нагреву аккумулятора. Такие высокие зарядные токи также будут нагревать аккумуляторы, которые уже частично изношены и изношены гораздо сильнее.

Токи выше 1С – это то, что мы называем слишком высоким током зарядки. Мы рекомендуем вам избегать регулярного использования любых зарядных устройств на 15-30 минут. Хотя эти зарядные устройства часто имеют дополнительное охлаждение, они часто имеют проблемы с точной зарядкой аккумуляторов и могут привести к более быстрому износу аккумулятора. Также часто возникает проблема с зарядкой частично отработанных аккумуляторов.

 

Автор: Михал Середзиньский
Копирование содержания текста или его части без согласия представителя компании Baltrade sp. z o.o. запрещено.

icon
101
icon
4
Комментарии
liczba komentarzy: 6
Добавить комментарий

  • Witam ! Dziękuję serdecznie za obszerne i profesjonalne informacje*Bardzo mi pomogły w przygotowaniu do powrotu, do używania akyumulatorków NiMh*Pozdrawiam !
    icon
    0
    icon
    0
  • 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?
    icon
    0
    icon
    0
    • 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.

      icon
      6
      icon
      0
  • Jak zwykle pełen profesjonalizm. Też mi miło odświeżyć sobie dobrze zaprezentowane wiadomości. Pozdrawiam.
    icon
    3
    icon
    0
  • 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.
    icon
    4
    icon
    4
  • 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.
    icon
    19
    icon
    0
  • Prosto, jasno i na temat. Brawo.
    icon
    12
    icon
    1