NiMH مخفف Nickel Metal Hydride است. شارژ مناسب کلید حفظ عملکرد و طول عمر است. برای شارژ NiMH باید این فناوری را بدانید. بازیابی سلول های NiMH یک فرآیند نسبتاً پیچیده است، زیرا پیک ولتاژ و افت متعاقب آن کوچکتر است و بنابراین تعیین شاخص ها دشوارتر است. شارژ بیش از حد منجر به گرم شدن بیش از حد و آسیب به سلول می شود که پس از آن ظرفیت از بین می رود و در نتیجه عملکرد آن از بین می رود.
طراحی و اصل عملکرد
باتری وسیله ای الکتروشیمیایی است که در آن انرژی الکتریکی به شکل شیمیایی تبدیل و ذخیره می شود. انرژی شیمیایی به راحتی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. NiMH بر اساس اصل جذب، آزادسازی و انتقال هیدروژن در داخل دو الکترود کار می کند.
باتری های NiMH از دو نوار فلزی تشکیل شده اند که به عنوان الکترودهای مثبت و منفی عمل می کنند و یک جداکننده فویل عایق بین آنها. این «ساندویچ» انرژی‌زا به همراه مایع در باتری قرار می‌گیردالکترولیت الکترود مثبت معمولاً از نیکل، الکترود منفی هیدرید فلز تشکیل شده است. از این رو نام "NiMH" یا "هیدرید فلز نیکل" است.
مزایا:
- حاوی سموم کمتری است و سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت است.
- اثر حافظه بالاتر از Ni-Cad است.
- خیلی ایمن تر از باتری های لیتیومی.
عیوب:
- تخلیه عمیق عمر را کوتاه می کند و در هنگام شارژ سریع و بار زیاد گرما تولید می کند.
- خود تخلیه در مقایسه با سایر باتری ها بیشتر است و باید قبل از شارژ NiMH در نظر گرفته شود.
- سطح بالایی از نگهداری مورد نیاز است. باتری باید به طور کامل تخلیه شود تا از تشکیل کریستال در طول شارژ جلوگیری شود.
- گرانتر از باتری Ni-Cad.
ویژگی های شارژ/تخلیه
سلول نیکل-فلز هیدرید دارای ویژگی های بسیاری شبیه به NiCd است، مانند منحنی تخلیه (با شارژ اضافی) که باتری می تواند آن را بپذیرد. نسبت به شارژ بیش از حد تحمل نمی کند که باعث کاهش ظرفیت می شود، که یک مشکل بزرگ برای طراحان شارژر است.
مشخصات فعلی مورد نیاز برای شارژ صحیح باتری NiMH:
- ولتاژ نامی 1.2V است.
- انرژی ویژه - 60-120 وات ساعت بر کیلوگرم.
- چگالی انرژی - 140-300 Wh/kg.
- قدرت ویژه - 250-1000 وات بر کیلوگرم.
- بازده شارژ/تخلیه -90%.
راندمان شارژ باتری های نیکل از 100٪ تا 70٪ ظرفیت کامل متغیر است. در ابتدا یک افزایش جزئی در دما وجود دارد، اما بعداً، زمانی که سطح شارژ افزایش می‌یابد، راندمان کاهش می‌یابد و گرما تولید می‌شود که باید قبل از شارژ NiMH در نظر گرفته شود.
هنگامی که باتری NiCD تا حداقل ولتاژ معینی دشارژ می شود و سپس شارژ می شود، باید مراقب کاهش اثر تهویه (حدود هر 10 سیکل شارژ/دشارژ) باشد، در غیر این صورت شروع به از دست دادن ظرفیت می کند. برای NiMH، این نیاز مورد نیاز نیست زیرا تأثیر آن ناچیز است.
با این حال، چنین فرآیند بازیابی برای دستگاه های NiMH نیز راحت است، توصیه می شود قبل از شارژ باتری های NiMH آن را در نظر بگیرید. این فرآیند سه تا پنج بار قبل از رسیدن به ظرفیت کامل تکرار می شود. فرآیند تهویه باتری های قابل شارژ تضمین می کند که آنها برای سال های زیادی دوام می آورند.
روش های بازیابی NiMH
چندین روش شارژ وجود دارد که می توان با باتری های NiMH از آنها استفاده کرد. آنها، مانند NiCds، به یک منبع جریان ثابت نیاز دارند. سرعت معمولاً روی بدنه سلولی نشان داده می شود. نباید از استانداردهای تکنولوژیک تجاوز کند. حدود مرزهای شارژ به وضوح توسط تولید کنندگان تنظیم می شود. قبل از استفاده از باتری ها، باید به وضوح بدانید که باتری های NiMH را با چه جریانی شارژ کنید. چندین روش برای جلوگیری از شکست استفاده می شود:
- شارژ با تایمر. استفاده از زمان برایتعیین پایان فرآیند ساده ترین راه است. اغلب یک تایمر الکترونیکی در دستگاه تعبیه شده است، اگرچه بسیاری از دستگاه ها این ویژگی را ندارند. این رویکرد فرض می‌کند که سلول از یک حالت شناخته شده شارژ می‌شود، مانند زمانی که به طور کامل تخلیه می‌شود.
- تشخیص حرارتی. تعیین پایان فرآیند با نظارت بر دمای عنصر انجام می شود. در حالی که دستگاه هنگام شارژ بیش از حد گرمتر می شود، اندازه گیری دقیق افزایش دما دشوار است زیرا مرکز باتری بسیار داغتر از بیرون است.
- تشخیص ولتاژ مثلث منفی. NiMH افت ولتاژ (5 میلی ولت) را تشخیص می دهد. قبل از شارژ باتری های NiMH، فیلتر نویز معرفی می شود تا به طور قابل اعتماد چنین افتی را ضبط کند تا اطمینان حاصل شود که حسگر "انگلی" و سایر صداها منجر به پایان شارژ نمی شود.
تامین موازی عناصر
شارژ موازی باتری ها تعیین کیفی پایان فرآیند را دشوار می کند. این به این دلیل است که نمی توان مطمئن بود که هر سلول یا بسته مقاومت یکسانی دارد و بنابراین برخی از آنها جریان بیشتری نسبت به سایرین می کشند. این بدان معناست که برای هر خط در واحد موازی باید از یک مدار شارژ جداگانه استفاده شود. باید مشخص شود که چه مقدار جریان برای شارژ NiMH با متعادل کردن، به عنوان مثال، با استفاده از مقاومت هایی با چنان مقداری که بر پارامترهای کنترلی تسلط داشته باشند.
الگوریتم های مدرن برای اطمینان از شارژ دقیق بدون استفاده از ترمیستور توسعه یافته اند. اینهادستگاه‌ها شبیه دلتا V هستند، اما روش‌های اندازه‌گیری خاصی برای تشخیص شارژ کامل دارند، که معمولاً شامل نوعی چرخه است که در آن ولتاژ در یک بازه زمانی و بین پالس‌ها اندازه‌گیری می‌شود. برای بسته‌های چند عنصری، اگر در یک حالت نباشند و از نظر ظرفیت متعادل نباشند، ممکن است یکی یکی پر شوند که نشان‌دهنده پایان یک مرحله است.
برای متعادل کردن آنها چندین چرخه طول می کشد. هنگامی که باتری به پایان شارژ خود می رسد، اکسیژن در الکترودها تشکیل می شود و در کاتالیزور دوباره ترکیب می شود. واکنش شیمیایی جدید گرمایی ایجاد می کند که به راحتی با ترمیستور قابل اندازه گیری است. این امن‌ترین راه برای تشخیص پایان یک فرآیند در طول بازیابی سریع است.
روش ارزان برای بازسازی
شارژ شبانه ارزانترین راه برای شارژ باتری NiMH در C/10 است که کمتر از 10 درصد ظرفیت نامی در ساعت است. برای شارژ صحیح NiMH باید این مورد در نظر گرفته شود. بنابراین یک باتری 100 میلی آمپر ساعتی با 10 میلی آمپر به مدت 15 ساعت شارژ می شود. این روش نیازی به سنسور پایان فرآیند ندارد و شارژ کامل را فراهم می کند. سلول‌های مدرن دارای یک کاتالیزور بازیافت اکسیژن هستند که از آسیب به باتری در مواجهه با جریان الکتریکی جلوگیری می‌کند.
اگر سرعت شارژ بیش از C/10 باشد این روش قابل استفاده نیست. حداقل ولتاژ مورد نیاز برای یک واکنش کامل به دما (حداقل 1.41 ولت در هر سلول در 20 درجه) بستگی دارد، که برای شارژ صحیح NiMH باید در نظر گرفته شود.بهبودی طولانی مدت باعث تهویه نمی شود. باتری را کمی گرم می کند. به منظور حفظ عمر مفید، استفاده از تایمر با برد 13 تا 15 ساعت توصیه می شود. شارژر Ni-6-200 دارای یک ریزپردازنده است که وضعیت شارژ را از طریق LED گزارش می دهد و همچنین عملکرد همگام سازی را انجام می دهد.
فرایند شارژ سریع
با استفاده از تایمر، می توانید C/3.33 را به مدت 5 ساعت شارژ کنید. این کمی خطرناک است زیرا ابتدا باتری باید کاملاً تخلیه شود. یکی از راه‌های اطمینان از اینکه این اتفاق نمی‌افتد، تخلیه خودکار باتری توسط شارژر است که سپس فرآیند بازیابی به مدت 5 ساعت آغاز می‌شود. مزیت این روش حذف هرگونه امکان ایجاد حافظه منفی باتری است.
در حال حاضر، همه تولیدکنندگان چنین شارژرهایی را تولید نمی کنند، اما برد ریزپردازنده، به عنوان مثال، در شارژر C/10 /NiMH-NiCad-solar-charge-کنترل کننده شارژر استفاده می شود و به راحتی می توان آن را برای انجام تخلیه تغییر داد. برای اتلاف انرژی یک باتری نیمه شارژ شده در مدت زمان معقول به یک اتلاف کننده برق نیاز است.
در صورت استفاده از مانیتور دما، باتری های NiMH را می توان تا 1 درجه سانتیگراد، به عبارت دیگر، 100٪ ظرفیت آمپر ساعت به مدت 1.5 ساعت شارژ کرد. کنترل کننده شارژ باتری PowerStream این کار را همراه با یک برد کنترلی انجام می دهد که قادر به اندازه گیری ولتاژ و جریان برای الگوریتم های پیچیده تر است. هنگامی که دما افزایش می یابد، فرآیند باید متوقف شود، و چه زمانیمقدار dT/dt باید روی 1-2 درجه در دقیقه تنظیم شود.
الگوریتم های جدیدی وجود دارند که هنگام استفاده از سیگنال -dV برای تعیین پایان شارژ از کنترل ریزپردازنده استفاده می کنند. در عمل، آنها بسیار خوب کار می کنند، به همین دلیل است که دستگاه های مدرن از این فناوری استفاده می کنند که شامل فرآیندهای خاموش و روشن برای اندازه گیری ولتاژ است.
مشخصات آداپتور
یک مسئله مهم عمر باتری یا هزینه کل طول عمر سیستم است. در این مورد، سازندگان دستگاه‌هایی با کنترل ریزپردازنده ارائه می‌دهند.
الگوریتم برای شارژر عالی:
- شروع نرم. اگر دما بالای 40 درجه یا زیر صفر است، با شارژ کردن C/10 شروع کنید.
- گزینه. اگر ولتاژ باتری تخلیه شده بالاتر از 1.0 V/cell است، باتری را تا 1.0 V/cell تخلیه کنید و سپس به شارژ سریع ادامه دهید.
- شارژ سریع. در 1 درجه تا زمانی که دما به 45 درجه برسد یا dT نشان دهنده شارژ کامل است.
- پس از تکمیل شارژ سریع، برای اطمینان از شارژ کامل، به مدت 4 ساعت در C/10 شارژ کنید.
- اگر ولتاژ باتری NiMH شارژ شده به 1.78 ولت در سلول افزایش یافت، کار را متوقف کنید.
- اگر زمان شارژ سریع بدون وقفه از 1.5 ساعت بیشتر شود، متوقف می شود.
از لحاظ تئوری، شارژ مجدد نرخ شارژی است که به اندازه کافی سریع است تا باتری را کاملاً شارژ نگه دارد، اما آنقدر کند است که از شارژ بیش از حد جلوگیری کند. تعیین نرخ بهینه شارژ مجدد برای یک باتری خاصتوصیف کمی سخت است، اما به طور کلی پذیرفته شده است که حدود ده درصد از ظرفیت باتری است، به عنوان مثال، برای Sanyo 2500 میلی آمپر ساعت AA NiMH، نرخ شارژ مجدد بهینه 250 میلی آمپر یا کمتر است. برای شارژ صحیح باتری های NiMH باید این مورد را در نظر گرفت.
فرایندهای آسیب باتری
شایع ترین علت خرابی زودرس باتری شارژ بیش از حد است. انواع شارژرهایی که اغلب باعث آن می شوند، به اصطلاح «شارژرهای سریع» ۵ یا ۸ ساعته هستند. مشکل این ابزارها این است که واقعاً مکانیزم کنترل فرآیند ندارند.
اکثر آنها عملکرد ساده ای دارند. آنها برای مدت زمان ثابتی (معمولاً پنج یا هشت ساعت) با سرعت کامل شارژ می شوند و سپس خاموش می شوند یا به سرعت "دستی" کمتری تغییر می کنند. اگر آنها به درستی استفاده شوند، پس همه چیز مرتب است. اگر آنها به اشتباه اعمال شوند، عمر باتری به چندین روش کاهش می یابد:
- هنگامی که باتری های کاملاً شارژ شده یا نیمه شارژ شده در دستگاه قرار می گیرند، نمی تواند آن را حس کند، بنابراین باتری هایی را که برای آنها طراحی شده است به طور کامل شارژ می کند. بنابراین، ظرفیت باتری کاهش می یابد.
- یکی دیگر از موارد رایج این است که چرخه شارژ در حال پیشرفت را قطع کنید. با این حال، این به دنبال یک اتصال مجدد است. متأسفانه، این باعث می‌شود یک چرخه شارژ کامل دوباره راه‌اندازی شود، حتی اگر چرخه قبلی تقریباً کامل شده باشد.
ساده ترین راهبرای جلوگیری از این سناریوها، از یک شارژر هوشمند کنترل شده با ریزپردازنده استفاده کنید. می‌تواند تشخیص دهد که باتری کاملاً شارژ شده است، و سپس - بسته به طراحی آن - یا به طور کامل خاموش شود یا به حالت شارژ قطره‌ای برود.
دستگاه های هوشمند iMax B6
برای شارژ NiMH iMax، به شارژر اختصاصی نیاز دارید، زیرا استفاده از روش اشتباه می تواند باتری را بی مصرف کند. بسیاری از کاربران iMax B6 را بهترین انتخاب برای شارژ NiMH می دانند. از فرآیند تا 15 باتری سلولی و همچنین تنظیمات و پیکربندی های زیادی برای انواع مختلف باتری ها پشتیبانی می کند. مدت زمان شارژ توصیه شده نباید از 20 ساعت تجاوز کند.
معمولاً، سازنده 2000 چرخه شارژ/دشارژ از یک باتری استاندارد NiMH را تضمین می کند، اگرچه این ممکن است بسته به شرایط استفاده متفاوت باشد.
الگوریتم کار:
- شارژ NiMH iMax B6. لازم است سیم برق را با در نظر گرفتن شکل انتهای کابل به پریز سمت چپ دستگاه وصل کنید تا از اتصال صحیح اطمینان حاصل کنید. وقتی یک سیگنال صوتی و پیام خوش آمدگویی روی صفحه نمایش ظاهر می‌شود، آن را تا آخر وارد می‌کنیم و فشار را متوقف می‌کنیم.
- از دکمه نقره ای سمت چپ استفاده کنید تا در منوی اول پیمایش کنید و نوع باتری را که باید شارژ شود انتخاب کنید. با فشار دادن دکمه سمت چپ انتخاب را تایید می کند. دکمه سمت راست بین گزینه‌های شارژ، تخلیه، تعادل، شارژ سریع، ذخیره‌سازی ودیگران.
- دو دکمه کنترل مرکزی به شما کمک می کند تا شماره مورد نظر را انتخاب کنید. با فشار دادن دکمه سمت راست برای ورود، می توانید با حرکت مجدد با دو دکمه مرکزی و فشار دادن enter به تنظیمات ولتاژ بروید.
- برای اتصال باتری از چندین کابل استفاده کنید. مجموعه اول شبیه تجهیزات سیم آزمایشگاهی است. اغلب همراه با گیره های تمساح ارائه می شود. سوکت های اتصال در سمت راست دستگاه نزدیک به پایین قرار دارند. تشخیص آنها به اندازه کافی آسان است. اینگونه می توانید NiMH را با iMax B6 شارژ کنید.
- سپس باید کابل باتری آزاد را به انتهای گیره های قرمز و مشکی وصل کنید و یک حلقه بسته ایجاد کنید. این می تواند کمی خطرناک باشد، به خصوص اگر کاربر برای اولین بار تنظیمات اشتباه را انجام دهد. دکمه enter را برای سه ثانیه فشار دهید و نگه دارید. سپس صفحه باید به شما اطلاع دهد که باتری را بررسی می کند، پس از آن از کاربر خواسته می شود تا تنظیم حالت را تأیید کند.
- هنگامی که باتری در حال شارژ شدن است، می‌توانید با استفاده از دو دکمه مرکزی که اطلاعاتی در مورد فرآیند شارژ در حالت‌های مختلف ارائه می‌دهند، در صفحه‌های مختلف نمایشگر پیمایش کنید.
نکاتی برای بهینه سازی عملکرد باتری
استانداردترین توصیه این است که باتری ها را کاملا خالی کنید و سپس آنها را شارژ کنید. اگرچه این روش درمانی برای «اثر حافظه» است، اما در باتری‌های نیکل-کادمیم باید مراقب بود، زیرا آسیب رساندن به آنها به دلیل تخلیه بیش از حد آسان است که منجر به «برگشت قطب» و فرآیندهای غیرقابل برگشت می‌شود. در برخی موارد، الکترونیک باتری ساخته می شودبه نحوی که از فرآیندهای منفی با خاموش شدن قبل از وقوع جلوگیری می کند، اما دستگاه های ساده تری مانند چراغ قوه این کار را نمی کنند.
لازم:
- آماده جایگزینی آنها باشید. باتری های نیکل متال هیدرید برای همیشه دوام نمی آورند. پس از پایان منبع، آنها از کار می افتند.
- شارژر هوشمندی بخرید که به صورت الکترونیکی فرآیند را کنترل می کند و از شارژ بیش از حد جلوگیری می کند. این نه تنها برای باتری ها بهتر است، بلکه انرژی کمتری مصرف می کند.
- وقتی شارژ مجدد کامل شد باتری را خارج کنید. زمان غیرضروری روی دستگاه به این معنی است که انرژی جت بیشتری برای شارژ آن مصرف می شود، در نتیجه فرسودگی و پارگی بیشتر و مصرف انرژی بیشتر می شود.
- باتری ها را به طور کامل تخلیه نکنید تا عمر آنها طولانی شود. علیرغم تمام توصیه های مخالف، ترشح کامل در واقع عمر آنها را کوتاه می کند.
- باتری های NiMH را در دمای اتاق و در جای خشک نگهداری کنید.
- گرمای بیش از حد می تواند به باتری ها آسیب برساند و باعث تخلیه سریع آنها شود.
- استفاده از مدل باتری کم را در نظر بگیرید.
بنابراین، می توانید یک خط بکشید. در واقع، باتری‌های NiMH توسط سازنده برای محیط امروزی آماده‌تر هستند و شارژ صحیح باتری‌ها با استفاده از دستگاه هوشمند، عملکرد و طول عمر آنها را تضمین می‌کند.
