NiMH تعني هيدريد النيكل المعدني. الشحن المناسب هو مفتاح الحفاظ على الأداء وطول العمر. تحتاج إلى معرفة هذه التكنولوجيا لشحن NiMH. يعد استرداد خلايا NiMH عملية معقدة نوعًا ما ، لأن ذروة الجهد والانخفاض اللاحق أصغر ، وبالتالي ، يصعب تحديد المؤشرات. يؤدي الشحن الزائد إلى سخونة زائدة وإلحاق الضرر بالخلية ، وبعد ذلك تفقد السعة ، مما يؤدي إلى فقدان الوظائف.
تصميم ومبدأ العملية
البطارية عبارة عن جهاز كهروكيميائي يتم فيه تحويل الطاقة الكهربائية وتخزينها في شكل كيميائي. يتم تحويل الطاقة الكيميائية بسهولة إلى طاقة كهربائية. NiMH يعمل على مبدأ امتصاص وإطلاق ونقل الهيدروجين داخل قطبين.
تتكون بطاريات NiMH من شريطين معدنيين يعملان كقطبين موجبين وسالبين ، وفاصل رقائق عازل بينهما. تُلف "شطيرة" الطاقة هذه وتوضع في بطارية مع السائلبالكهرباء. يتكون القطب الموجب عادة من النيكل ، القطب السالب لهيدريد المعدن. ومن هنا جاء اسم "NiMH" أو "هيدريد معدن النيكل".
الفوائد:
- يحتوي على سموم أقل وصديق للبيئة وقابل لإعادة التدوير.
- تأثير الذاكرة أعلى من Ni-Cad.
- أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم.
عيوب:
- التفريغ العميق يقصر العمر ويولد الحرارة أثناء الشحن السريع والحمل العالي.
- التفريغ الذاتي أعلى مقارنة بالبطاريات الأخرى ويجب أن يؤخذ في الاعتبار قبل شحن NiMH.
- مستوى عال من الصيانة المطلوبة. يجب تفريغ البطارية بالكامل لمنع تكون الكريستال أثناء الشحن.
- أغلى من بطارية Ni-Cad.
خصائص الشحن / التفريغ
خلية هيدريد النيكل المعدنية لها العديد من الخصائص المشابهة ل NiCd ، مثل منحنى التفريغ (مع الشحن الإضافي) الذي يمكن أن تقبله البطارية. إنه غير متسامح مع الشحن الزائد مما يتسبب في تدهور السعة ، وهي مشكلة كبيرة لمصممي الشاحن.
المواصفات الحالية المطلوبة لشحن بطارية NiMH بشكل صحيح:
- الفولطية المقدرة 1.2V.
- طاقة محددة - 60-120 واط / كغ.
- كثافة الطاقة - 140-300 واط / كغم.
- قوة محددة - 250-1000 واط / كجم.
- كفاءة الشحن / التفريغ -90٪
تتراوح كفاءة شحن بطاريات النيكل من 100٪ إلى 70٪ من السعة الكاملة. في البداية ، هناك زيادة طفيفة في درجة الحرارة ، ولكن لاحقًا ، عندما يرتفع مستوى الشحن ، تنخفض الكفاءة ، وتولد الحرارة ، والتي يجب أخذها في الاعتبار قبل شحن NiMH.
عندما يتم تفريغ بطارية NiCD إلى حد أدنى معين من الجهد ثم يتم شحنها ، يجب توخي الحذر لتقليل تأثير التكييف (حوالي كل 10 دورات شحن / تفريغ) ، وإلا فإنها ستبدأ في فقدان السعة. بالنسبة إلى NiMH ، هذا المطلب غير مطلوب لأن التأثير ضئيل.
ومع ذلك ، فإن عملية الاسترداد هذه مناسبة أيضًا لأجهزة NiMH ، فمن المستحسن النظر فيها قبل شحن بطاريات NiMH. تتكرر العملية ثلاث إلى خمس مرات قبل أن تصل إلى طاقتها الكاملة. تضمن عملية تكييف البطاريات القابلة لإعادة الشحن استمرارها لسنوات عديدة.
طرق استرداد NiMH
هناك العديد من طرق الشحن التي يمكن استخدامها مع بطاريات NiMH. فهي ، مثل NiCds ، تتطلب مصدر تيار مستمر. يشار إلى السرعة عادة على جسم الخلية. يجب ألا تتجاوز المعايير التكنولوجية. يتم تنظيم حدود الشحن بشكل واضح من قبل الشركات المصنعة. قبل استخدام البطاريات ، يجب أن تعرف بوضوح التيار المراد شحن بطاريات NiMH به. هناك عدة طرق يتم استخدامها لمنع الفشل:
- الشحن عن طريق الموقت. استخدام الوقت لأسهل طريقة هي تحديد نهاية العملية. غالبًا ما يتم تضمين مؤقت إلكتروني في الجهاز ، على الرغم من عدم توفر هذه الميزة في العديد من الأجهزة. يفترض النهج أن الخلية مشحونة من حالة معروفة ، مثل عندما يتم تفريغها بالكامل.
- الكشف الحراري. يتم تحديد نهاية العملية من خلال مراقبة درجة حرارة العنصر. بينما يصبح الجهاز أكثر دفئًا عند الشحن الزائد ، من الصعب قياس ارتفاع درجة الحرارة بدقة لأن مركز البطارية سيكون أكثر سخونة من الخارج.
- الكشف عن جهد دلتا السالب. يكشف NiMH عن انخفاض الجهد (5 مللي فولت). قبل شحن بطاريات NiMH ، يتم إدخال تصفية للضوضاء لالتقاط مثل هذا الانخفاض بشكل موثوق لضمان أن المستشعر "الطفيلي" والضوضاء الأخرى لا تؤدي إلى نهاية الشحن.
العرض المتوازي للعناصر
الشحن المتوازي للبطاريات يجعل من الصعب تحديد نهاية العملية نوعيًا. هذا لأنه لا يمكن للمرء أن يتأكد من أن كل خلية أو حزمة لها نفس المقاومة ، وبالتالي فإن بعضها سيرسم تيارًا أكثر من الآخر. هذا يعني أنه يجب استخدام دائرة شحن منفصلة لكل خط في الوحدة المتوازية. يجب تحديد مقدار التيار لشحن NiMH عن طريق الموازنة ، على سبيل المثال ، باستخدام مقاومات من هذه القيمة التي ستهيمن على معلمات التحكم.
تم تطوير خوارزميات حديثة لضمان الشحن الدقيق دون استخدام الثرمستور. هؤلاءالأجهزة تشبه Delta V ، ولكن لها طرق قياس خاصة لاكتشاف الشحنة الكاملة ، وعادة ما تتضمن نوعًا من الدورات حيث يتم قياس الجهد خلال فترة زمنية وبين النبضات. بالنسبة للحزم متعددة العناصر ، إذا لم تكن في نفس الحالة وغير متوازنة في السعة ، فقد تملأ واحدة تلو الأخرى ، مما يشير إلى نهاية المرحلة.
سوف يستغرق الأمر عدة دورات لتحقيق التوازن بينهما. عندما تصل البطارية إلى نهاية شحنتها ، يبدأ الأكسجين في التكوين عند الأقطاب الكهربائية ويعاد الاتحاد عند المحفز. يخلق التفاعل الكيميائي الجديد حرارة يمكن قياسها بسهولة باستخدام الثرمستور. هذه هي الطريقة الأكثر أمانًا لاكتشاف نهاية العملية أثناء الاستعادة السريعة.
طريقة رخيصة للتجديد
الشحن بين عشية وضحاها هو أرخص طريقة لشحن بطارية NiMH عند C / 10 ، والتي تقل عن 10٪ من السعة المقدرة في الساعة. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار من أجل شحن NiMH بشكل صحيح. لذلك ، سيتم شحن بطارية 100 مللي أمبير في الساعة 10 مللي أمبير لمدة 15 ساعة. لا تتطلب هذه الطريقة مستشعر نهاية العملية وتوفر شحنًا كاملاً. تحتوي الخلايا الحديثة على محفز إعادة تدوير الأكسجين الذي يمنع تلف البطارية عند تعرضها للتيار الكهربائي.
لا يمكن استخدام هذه الطريقة إذا كانت سرعة الشحن أعلى من C / 10. يعتمد الحد الأدنى من الجهد المطلوب للتفاعل الكامل على درجة الحرارة (1.41 فولت على الأقل لكل خلية عند 20 درجة) ، والتي يجب مراعاتها من أجل شحن NiMH بشكل صحيح.الانتعاش المطول لا يسبب التهوية. تسخن البطارية قليلاً. من أجل الحفاظ على عمر الخدمة ، يوصى باستخدام مؤقت بمدى من 13 إلى 15 ساعة. يحتوي شاحن Ni-6-200 على معالج دقيق يُبلغ عن حالة الشحن عبر مؤشر LED ويقوم أيضًا بوظيفة التزامن.
عملية الشحن السريع
باستخدام المؤقت ، يمكنك شحن C / 3.33 لمدة 5 ساعات. هذا محفوف بالمخاطر بعض الشيء حيث يجب تفريغ البطارية بالكامل أولاً. تتمثل إحدى طرق التأكد من عدم حدوث ذلك في تفريغ البطارية تلقائيًا بواسطة الشاحن ، والذي يبدأ بعد ذلك عملية الاسترداد لمدة 5 ساعات. تتمتع هذه الطريقة بميزة القضاء على أي احتمال لإنشاء ذاكرة بطارية سلبية.
في الوقت الحالي ، لا تنتج جميع الشركات المصنعة مثل هذه الشواحن ، ولكن يتم استخدام لوحة المعالجات الدقيقة ، على سبيل المثال ، في شاحن وحدة التحكم بالشحن C / 10 / NiMH-NiCad-solar ويمكن تعديلها بسهولة لأداء التفريغ. ستكون هناك حاجة إلى مبدد طاقة لتبديد طاقة بطارية مشحونة جزئيًا خلال فترة زمنية معقولة.
إذا تم استخدام جهاز مراقبة درجة الحرارة ، فيمكن شحن بطاريات NiMH حتى 1 درجة مئوية ، وبعبارة أخرى ، سعة 100٪ أمبير في الساعة لمدة 1.5 ساعة. تقوم وحدة التحكم في شحن بطارية PowerStream بذلك جنبًا إلى جنب مع لوحة تحكم قادرة على قياس الجهد والتيار للحصول على خوارزميات أكثر تعقيدًا. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يجب أن تتوقف العملية ومتىيجب ضبط قيمة dT / dt على 1-2 درجة في الدقيقة.
هناك خوارزميات جديدة تستخدم التحكم في المعالجات الدقيقة عند استخدام إشارة -dV لتحديد نهاية الشحن. من الناحية العملية ، تعمل بشكل جيد للغاية ، وهذا هو سبب استخدام الأجهزة الحديثة لهذه التقنية ، والتي تتضمن عمليات تشغيل وإيقاف لقياس الجهد.
مواصفات المحول
مشكلة مهمة هي عمر البطارية ، أو التكلفة الإجمالية لعمر النظام. في هذه الحالة ، تقدم الشركات المصنعة أجهزة ذات تحكم في المعالجات الدقيقة.
خوارزمية للشاحن المثالي:
- بداية ناعمة. إذا كانت درجة الحرارة أعلى من 40 درجة أو أقل من الصفر ، ابدأ بشحن C / 10.
- خيار. إذا كان جهد البطارية المفرغ أعلى من 1.0 فولت / خلية ، فقم بتفريغ البطارية إلى 1.0 فولت / خلية ، ثم تابع الشحن السريع.
- شحن سريع. عند درجة واحدة حتى تصل درجة الحرارة إلى 45 درجة أو dT يشير إلى الشحن الكامل.
- بعد اكتمال الشحن السريع ، اشحن عند C / 10 لمدة 4 ساعات لضمان الشحن الكامل.
- إذا ارتفع جهد بطارية NiMH المشحونة إلى 1.78 فولت / خلية ، أوقف العملية.
- إذا تجاوز وقت الشحن السريع 1.5 ساعة دون انقطاع ، فسيتم إيقافه.
من الناحية النظرية ، إعادة الشحن هو معدل شحن سريع بما يكفي للحفاظ على البطارية مشحونة بالكامل ، ولكنه بطيء بدرجة كافية لتجنب الشحن الزائد. تحديد معدل إعادة الشحن الأمثل لبطارية معينةيصعب وصفه قليلاً ، لكن من المقبول عمومًا أنه يمثل حوالي عشرة بالمائة من سعة البطارية ، على سبيل المثال ، بالنسبة لسانيو 2500 مللي أمبير AA NiMH ، فإن معدل إعادة الشحن الأمثل هو 250 مللي أمبير أو أقل. يجب أن يؤخذ في الاعتبار من أجل شحن بطاريات NiMH بشكل صحيح.
عمليات تلف البطارية
السبب الأكثر شيوعًا لفشل البطارية المبكر هو الشحن الزائد. أنواع أجهزة الشحن التي غالبًا ما تسبب ذلك هي ما يسمى بـ "أجهزة الشحن السريعة" لمدة 5 أو 8 ساعات. تكمن مشكلة هذه الأدوات في أنها لا تملك حقًا آلية للتحكم في العملية.
معظمهم لديهم وظائف بسيطة. يتم شحنها بأقصى سرعة لفترة زمنية محددة (عادةً خمس أو ثماني ساعات) ثم إيقاف تشغيلها أو التبديل إلى سرعة "يدوية" أقل. إذا تم استخدامها بشكل صحيح ، فسيكون كل شيء في محله. إذا تم تطبيقها بشكل غير صحيح ، فسيتم تقصير عمر البطارية بعدة طرق:
- عند إدخال بطاريات مشحونة بالكامل أو مشحونة جزئيًا في الجهاز ، لا يمكنها الشعور بها ، لذا فهي تشحن البطاريات التي تم تصميمها من أجلها بالكامل. لذلك ، تنخفض سعة البطارية.
- موقف شائع آخر هو مقاطعة دورة الشحن الجارية. ومع ذلك ، يتبع ذلك إعادة الاتصال. لسوء الحظ ، يتسبب هذا في إعادة تشغيل دورة الشحن الكامل ، حتى لو كانت الدورة السابقة قد اكتملت تقريبًا.
أسهل طريقةلتجنب هذه السيناريوهات ، استخدم شاحنًا ذكيًا يتم التحكم فيه بواسطة معالج دقيق. يمكنه اكتشاف متى تكون البطارية مشحونة بالكامل ، وبعد ذلك - بناءً على تصميمها - إما أن تغلق تمامًا أو تتحول إلى وضع الشحن الهزيل.
أجهزة iMax B6 الذكية
من أجل شحن NiMH iMax ، ستحتاج إلى شاحن مخصص ، لأن استخدام الطريقة الخاطئة يمكن أن يجعل البطارية عديمة الفائدة. يعتبر العديد من المستخدمين أن iMax B6 هو الخيار الأفضل لشحن NiMH. وهو يدعم عملية ما يصل إلى 15 بطارية خلوية ، بالإضافة إلى العديد من الإعدادات والتكوينات لأنواع مختلفة من البطاريات. يجب ألا يتجاوز وقت الشحن الموصى به 20 ساعة.
بشكل نموذجي ، تضمن الشركة المصنعة 2000 دورة شحن / تفريغ من بطارية NiMH قياسية ، على الرغم من أن هذا قد يختلف تبعًا لظروف الاستخدام.
خوارزمية العمل:
- شحن NiMH iMax B6. من الضروري توصيل سلك الطاقة بالمخرج الموجود على الجانب الأيسر من الجهاز ، مع مراعاة الشكل الموجود في نهاية الكبل للتأكد من إجراء التوصيل الصحيح. نقوم بإدخاله بالكامل ونتوقف عن الضغط عند ظهور إشارة صوتية ورسالة ترحيب على شاشة العرض.
- استخدم الزر الفضي في أقصى اليسار للتمرير عبر القائمة الأولى وتحديد نوع البطارية المراد شحنها. سيؤدي الضغط على الزر الموجود في أقصى اليسار إلى تأكيد الاختيار. سوف يقوم الزر الموجود على اليمين بالتمرير عبر الخيارات: الشحن والتفريغ والتوازن والشحن السريع والتخزين والآخرين.
- سيساعدك زرا التحكم المركزيان على تحديد الرقم المطلوب. بالضغط على الزر الأيمن الأقصى للدخول ، يمكنك الانتقال إلى إعداد الجهد بالتمرير مرة أخرى باستخدام زري الوسط والضغط على مفتاح الإدخال.
- استخدم كبلات متعددة لتوصيل البطارية. المجموعة الأولى تشبه معدات الأسلاك المختبرية. غالبًا ما تأتي مرفقة بمقاطع تمساح. توجد مآخذ التوصيل على الجانب الأيمن من الجهاز بالقرب من الجزء السفلي. من السهل اكتشافها. هذه هي الطريقة التي يمكنك بها شحن NiMH باستخدام iMax B6.
- ثم تحتاج إلى توصيل كابل البطارية المجاني بنهاية المشابك الحمراء والسوداء ، وإنشاء حلقة مغلقة. قد يكون هذا محفوفًا بالمخاطر بعض الشيء ، خاصة إذا أجرى المستخدم إعدادات خاطئة لأول مرة. اضغط مع الاستمرار على زر الإدخال لمدة ثلاث ثوانٍ. يجب أن تعلم الشاشة بعد ذلك أنها تقوم بفحص البطارية ، وبعد ذلك سيُطلب من المستخدم تأكيد إعداد الوضع.
- أثناء شحن البطارية ، يمكنك التمرير عبر الشاشات المختلفة على الشاشة باستخدام زري الوسط اللذين يوفران معلومات حول عملية الشحن في أوضاع مختلفة.
نصائح لتحسين أداء البطارية
النصيحة الأكثر شيوعًا هي تفريغ البطاريات تمامًا ثم إعادة شحنها. على الرغم من أن هذا علاج لـ "تأثير الذاكرة" ، يجب توخي الحذر في بطاريات النيكل والكادميوم ، حيث من السهل إتلافها بسبب الإفراط في التفريغ ، مما يؤدي إلى "انعكاس القطب" وعمليات لا رجوع فيها. في بعض الحالات ، يتم تصنيع إلكترونيات البطاريةبطريقة تمنع العمليات السلبية عن طريق الإغلاق قبل حدوثها ، لكن الأجهزة الأبسط مثل الكشافات لا تفعل ذلك.
مطلوب:
- كن مستعدًا لاستبدالها. بطاريات هيدريد معدن النيكل لا تدوم إلى الأبد. بعد انتهاء المورد ، سيتوقفون عن العمل.
- شراء شاحن ذكي يتحكم إلكترونيًا في العملية ويمنع الشحن الزائد. ليس هذا أفضل للبطاريات فحسب ، بل يستخدم أيضًا طاقة أقل.
- قم بإزالة البطارية عند اكتمال الشحن. يعني الوقت غير الضروري على الجهاز أنه يتم استخدام المزيد من الطاقة النفاثة لشحنه ، وبالتالي زيادة التآكل واستخدام المزيد من الطاقة.
- لا تستنزف البطاريات تمامًا لإطالة عمرها. على الرغم من كل النصائح التي تشير إلى عكس ذلك ، فإن التفريغ الكامل سيقصر من حياتهم.
- قم بتخزين بطاريات NiMH في درجة حرارة الغرفة في مكان جاف.
- الحرارة الزائدة يمكن أن تلحق الضرر بالبطاريات وتتسبب في استنزافها بسرعة.
- ضع في اعتبارك استخدام نموذج بطارية منخفض.
وهكذا ، يمكنك رسم خط. في الواقع ، تعد بطاريات NiMH أكثر استعدادًا من قبل الشركة المصنعة لبيئة اليوم ، وشحن البطاريات بشكل صحيح باستخدام جهاز ذكي سيضمن أدائها وطول عمرها.
