Вредит ли быстрое зарядка аккумуляторам Ni-MH? Как правильно зарядить никелево-металлогидридные аккумуляторы?

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

Среди многих наших клиентов по-прежнему существует мнение, что чем медленнее мы заряжаем данный аккумулятор, тем лучше для его состояния и долговечности. К сожалению, очень легко неосознанно уничтожить свои аккумуляторы. Если новые аккумуляторы AA мы заряжаем током порядка 200-300 мА, то с большой вероятностью мы не используем их полный потенциал, а даже можем их уничтожить. Основной вопрос заключается в том, что на самом деле означает слишком быстрое или слишком медленное зарядка.




Понятно, что мы не хотим привести к слишком быстрому износу аккумуляторов из-за их слишком быстрого заряда.
Однако нужно понимать, что на самом деле означает быстрый заряд. Раньше была мода на зарядные устройства на 15, 30, 45 минут. Это действительно были быстрые зарядные устройства.
Эти зарядные устройства имели ток зарядки 2A и более на каждую установленную ячейку.
В общем, в случае технологии Ni-MH с аккумулятором ничего плохого не происходит, пока температура регулярно не превышает 50 °C во время зарядки. Эта граница в этих быстрых зарядных устройствах довольно часто превышалась, а сами зарядные устройства практически полностью исчезли с рынка.

Технология Ni-MH считается общепринятой безопасной, в том числе благодаря безинвазивной возможности отведения (переноса) избытка поданной энергии в виде тепла - пока тепло контролируется, ущерба для аккумулятора быть не должно.
Таким образом, подводя итог этой теме - для нового аккумулятора 2000 мAh ток 1A (время зарядки чуть более 2 часов) еще не является чрезмерно высоким, реальные проблемы с теплом начинают возникать только при значениях 1C (где C - это емкость аккумулятора), то есть 2000mA для аккумулятора 2000 mAh, 2600mA для аккумулятора 2600 mAh и т.д.

Я уже знаю, когда мы говорим о быстром заряде или высоком токе зарядки, однако не понимаю, из-за чего возникают проблемы с медленной зарядкой или слишком низким током зарядки?

Зарядка типичного аккумулятора Ni-MH заканчивается, когда напряжение на аккумуляторе достигает максимального значения (это значение может быть другим для каждого аккумулятора, а даже для цикла зарядки, так как зависит от многих факторов, таких как температура или ток зарядки), а затем начинает медленно падать. Проблема в том, что при токе 0.1C (например, 190 mA для аккумулятора 1900 mAh) это явление никогда не произойдет. При 0.2C (380 mA для аккумулятора 1900 mAh) эффект все еще будет минимальным. Мы покажем это ниже на соответствующих графиках.

Ведь на моем аккумуляторе емкостью 1900 mAh производитель четко пишет "Стандартная зарядка: 190 mA в течение 16 часов".

Запись "стандартная зарядка" в такой форме, как мы видим на аккумуляторах (независимо от производителя) является требованием норм IEC/EN - касается зарядки предварительно разряженного до 1.0V аккумулятора током 0.1C в течение 16 часов - без участия какой-либо автоматики, контроля напряжения и т.д.
В эпоху современных зарядных устройств это запись / требование в значительной степени бессмысленно, не имеющее ничего общего с реальной рекомендацией. Однако, как правило, она должна быть размещена на аккумуляторе, определяет условия, при которых производитель гарантирует достижение минимальной емкости аккумулятора.

Как выглядит характеристика зарядки аккумулятора токами 0.1C, 0.2C, 0.5C и 1C? Каковы последствия такой зарядки?
Иллюстрируем это на примере аккумулятора everActive Silver Line AA R6 2000, с минимальной емкостью 1900 mAh.

1. Зарядка током 0.1C, то есть 190 mA для аккумулятора 1900 mAh.

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

Как видно, напряжение на аккумуляторе, даже после 16 часов, все еще растет, несмотря на то, что аккумулятор уже был полностью заряжен. В таких условиях каждое автоматическое зарядное устройство может иметь проблемы с правильной оценкой полного заряда. В результате очень часто аккумулятор недозаряжается или перезаряжается - в случае регулярного перезарядки мы приводим к более быстрому износу наших ячеек. В случае регулярного недозарядки наша ячейка может быть затронута так называемым эффектом ленивой батареи, и мы можем столкнуться с проблемами полного использования ее возможностей.

2. Зарядка 0.2C, то есть 380 mA для аккумулятора 1900 mAh.

Аккумулятор был заряжен примерно за 6 часов. В таких условиях уже видно минимальное падение напряжения в конце процесса зарядки. Как мы покажем ниже, это изменение очень незначительное.

Падение напряжения при токе 0.2C составило всего 3 mV. Хорошие микропроцессорные зарядные устройства способны уловить разницу порядка 2-3 mV, и зарядка в таких условиях имеет шанс завершиться правильно. Однако из-за очень незначительного характера изменения (падения) напряжения на последней фазе, такой способ зарядки все еще несет в себе риск неправильной оценки заряда зарядным устройством.
Если наше зарядное устройство позволяет нам выбирать ток зарядки, то значение 0.2C должно рассматриваться как минимальное.

3. Зарядка 0.5C, то есть 950 mA для аккумулятора 1900 mAh.

Зарядка заняла чуть более 2 часов. На этот раз уже видно довольно характерный горб напряжения в конце зарядки. Изменение уже явно заметно.

Падение напряжения при токе 0.5C составило здесь 15 mV. Большинство зарядных устройств не должно уже иметь проблем с правильной оценкой момента полного заряда.
При токе зарядки порядка 1000 mA в компактных, популярных зарядных устройствах может возникнуть проблема термического характера, связанная с генерацией тепла самим зарядным устройством. Изменения температуры "снаружи" могут эффективно нарушить процесс зарядки аккумулятора, что иногда также приводит к его чрезмерному нагреву.

Анализируя вышеуказанные графики, мы уже знаем, почему часто считается, что оптимальным током зарядки является значение в диапазоне 0.2-0.5C.

4. Зарядка 1C, то есть 1900 mA для аккумулятора 1900 mAh.

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

Падение напряжения составило на этот раз почти 20 mV. Разница относительно большая, однако аккумулятор уже был явно теплым в конце зарядки.

Если мы добавим к этому возможные проблемы с нагревом самого зарядного устройства, мы можем столкнуться с проблемой поддержания достаточно низкой температуры ячейки, что может привести к значительному перезаряду и перегреву аккумулятора.

При токах порядка 1C часто рекомендуется активное охлаждение зарядного устройства или дополнительные, чувствительные датчики температуры.
При токе зарядки 1C и выше также бывает, что аккумулятор остается слегка недозаряженным - зарядка может быть завершена преждевременно из-за быстрого повышения температуры.

Подводя итог, токи порядка 0.1C (п.1) часто слишком низки, чтобы автоматически и правильно обнаружить момент полного заряда. Конечно, на рынке есть зарядные устройства, которые это могут, однако, покупая самое простое зарядное устройство, где производитель заявляет время зарядки 10 часов или более, мы должны быть осведомлены о возможных последствиях и компромиссах в принятом алгоритме зарядки.

Токи 0.2C-0.5C (п.2, п.3) считаются наиболее оптимальными, позволяют автоматическим зарядным устройствам правильно оценивать момент полного заряда аккумулятора. При этих токах также наименьший риск перегрева аккумулятора.

Токи 0.5C-1C (п.4) - при этих значениях важна температура окружающей среды и самого зарядного устройства во время зарядки - любые резкие изменения температуры могут нарушить процесс зарядки и привести к опасному нагреву аккумулятора. Такие высокие токи зарядки также будут значительно нагревать аккумуляторы, которые уже частично изношены и эксплуатированы.

Токи выше 1C - это уже то, что мы называем слишком высоким током зарядки. Рекомендуем избегать регулярного использования любых зарядных устройств на 15-30 минут. Хотя эти зарядные устройства часто имеют дополнительное охлаждение, тем не менее, они часто имеют проблемы с точной зарядкой аккумуляторов и могут приводить к их более быстрому износу. Часто также возникает проблема с зарядкой частично изношенных аккумуляторов.

 

Автор: Michał Seredziński
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