Akumulatory NiMH

Akumulatory NiMH znane są od połowy lat 70. Prace nad ich rozwojem zintensyfikowano, ze względu na wymogi ochrony środowiska. W rzeczywistości akumulatory NiMH posiadają pewne zalety w stosunku do akumulatorów NiCd, ale również liczne wady. W wielu dzisiejszych urządzeniach będzie można zastąpić szkodliwe dla środowiska akumulatory NiCd, ale w wielu innych zastosowaniach będzie to niemożliwe (np. napędy elektryczne o dużym chwilowym poborze prądu większym od 5C). NiMH jest akumulatorem charakteryzującym się jedną z najwyższych gęstości energii wśród akumulatorów znajdujących się w powszechnych zastosowaniach. Jest to jedna z największych zalet tego akumulatora. Zasada działania ogniwa oparta jest na magazynowaniu gazowego wodoru w stopie metalu. Płytka niklowa stanowi elektrodę dodatnią, a elektrodą ujemną jest specjalny stop metali ziem rzadkich, niklu, magnezu, manganu, aluminium i kobaltu. Skład procentowy jest pilnie strzeżoną tajemnicą producentów. Separator wykonany jest z poliamidu lub polietylenu. Elektrolit jest zasadowy, co przy ładowaniu i rozładowaniu uwalnia atomy wodoru umożliwiając ich przemieszczanie się pomiędzy elektrodami. Zdolność pochłaniania wodoru przez stop metali wpływa decydująco na pojemność akumulatora.

Ładowanie

Akumulatory NiMH posiadają wyższą pojemność w stosunku do akumulatorów NiCd. Oznacza to istnienie większej ilości aktywnej substancji w tej samej objętości. Substancje te mają więc mniejszą objętość do rozszerzania się w obudowie, co powoduje zmniejszenie szybkości reakcji chemicznych. Następstwem tego jest wolniejsze ładowanie akumulatorów NiMH, a proces ładowania wymaga dokładniejszej kontroli w celu uniknięcia przeładowania. W obydwu typach akumulatorów znamionowe napięcie ogniwa jest równe U=1,2 V. Ładowanie normalne odbywa się w podobny sposób jak w akumulatorach NiCd, tj. prądem ładowania o wartości około I=0,1C w czasie (14-16)godzin. Oznacza to, że również współczynnik ładowania jest taki sam dla obu typów tj. 1,4. Także napięcie ogniwa wzrasta podobnie, a w końcowej fazie ładowania osiąga wartość U=(1,45-1,5)V. Przy ładowaniu prądem natężeniu I<0,2 C nie jest konieczna kontrola ładowania, poza pomiarem czasu.

Ładowanie szybkie

Minimalny czas ładowania akumulatorów NiMH wynosi około 1 godziny ( NiCd ok. 15 min.). Gdy ogniwo akumulatora NiMH jest bliskie naładowania, gwałtownie wzrasta jego temperatura. Występujące przy tym obniżenie napięcia, jest jednak znacznie mniejsze (w porównaniu z akumulatorami NiCd), co wymaga zastosowania dokładniejszej metody pomiaru przez układ kontrolny. Przy szybkim ładowaniu akumulatorów NiMH zalecane jest stosowanie co najmniej dwóch z trzech stosowanych systemów zabezpieczeń:
1) -delta V,
2) temperatura powierzchni t>45°C,
3) kontrola czasu ładowania.

Uwaga! Czas eksploatacji ogniw NiMH po przegrzaniu jest wyraźnie krótszy.

Ładowanie podtrzymujące

Nie jest zalecane dla akumulatorów NiMH cylindrycznych, ponieważ podobnie jak ładowanie ciągłe obniża żywotność akumulatora. Akumulatory NiMH wykonane w formie pastylkowej nie posiadają w/w ograniczeń

Rozładowanie

Maksymalny prąd rozładowania jest niższy niż w ogniwach NiCd. Zwykle nie zaleca się prądów rozładowania o natężeniu większym od (3-5)C. Natomiast końcowe napięcie rozładowania dla obu typów akumulatorów jest identyczne i wynosi U= 1,0 V. Proces samorozładowania czyli utraty pojemności w trakcie magazynowania (przechowywania) jest dla akumulatorów NiMH nieco większy i wynosi około 1,5%C/dzień, w stosunku do 1,0% /dzień dla akumulatorów NiCd.

Czas eksploatacji

Według danych publikowanych przez producentów sprzedających swe akumulatory (NiMH), czas ich eksploatacji nie powinien być krótszy niż 1000 cykli ładowania-rozładowania. Należy zwrócić uwagę, że liczba ta dotyczy idealnych warunków, to znaczy ładowania prądem o natężeniu I=0,1 C w czasie 14 godzin i temperaturze pokojowej. Nie wzięto pod uwagę ewentualnego przeładowania, które może nastąpić i skrócić czas eksploatacji. Realna liczba cykli w normalnych warunkach wynosi około 500-800 cykli.

Cechy charakterystyczne

• Przy tej samej objętości akumulatory NiMH posiadają wyższą pojemnością od akumulatorów NiCd
  
• Znamionowe napięcie ogniwa wynosi U=1,2 V.
  
• Normalne ładowanie przeprowadzane jest prądem 0,1 C (przez około 14-16 godzin).
  
• Napięcie w końcowej fazie ładowania zawarte jest w granicach U=(1,45-1,5)V.
  
• Ładowanie natężeniem prądu mniejszym niż 0,2 C nie wymaga kontroli ładowania, z wyjątkiem pomiarem czasu.
  
• Minimalny czas szybkiego ładowania wynosi około 1 godziny.
  
• Akumulatory NiMH mają "mniejszy" efekt pamięci - przy pracy z niepełnym ładowaniem i rozładowaniem tracą wolniej nominalną pojemność.
  
• Przegrzanie podczas ładowania (t>45°C) skraca czas eksploatacji bardziej niż dla NiCd.
  
• Zalecane natężenie prądu rozładowania nie powinno być większe niż (3-5)C
  
• Końcowe napięcie rozładowania wynosi U=1,0V.
  
• Większe natężenie prądu samorozładowania tj. 1,5 % dziennie, w porównaniu z 1,0% dla akumulatorów NiCd.
  
• Duża zależność parametrów ogniwa od temp. - warunki ładowania i ograniczenia w prądzie rozładowania.

Podsumowanie

Akumulator NiMH jest jedynym typem akumulatora, który nie zawiera metali ciężkich zanieczyszczających środowisko naturalne. Kolejną jego zaletą jest bardzo dobry stosunek ciężaru do pojemności. Czas eksploatacji jest porównywalny z innymi akumulatorami przy pracy pełnymi cyklami rozładowania, jednak jest krótszy przy ładowaniu podtrzymującym. Nie dotyczy to jednak ogniw pastylkowych, które mają własności takie same, jak ich odpowiedniki NiCd. Ładowanie wymaga bardziej precyzyjnej kontroli niż dla innych typów akumulatorów. Podobnie jak w akumulatorach NiCd, parametry ogniwa NiMH zależą od temperatury, dlatego powinna być bezwzględnie przestrzegana znamionowa temperatura pracy

Przygotowano na podstawie informacji technicznych zawartych w rozdziale: "Ogniwa, baterie, akumulatory - NIECO TEORII" katalogu ELFA.