镍氢电池(NIMH)在充电方面的基础知识

2018-12-24      1208 次浏览

“NIMH”对电池意味着什么?

NiMH的意思是“镍–金属氢化物”。电池发展史总是很有趣的。最成功的奇特电池之一是镍氢电池。它使用与镍镉电池相同的氢氧化镍正极和KOH电解质,但它使用氢气代替负极中的镉。它使用一个压力容器来容纳氢气。镍氢电池用于低轨道卫星,它在地球的每次通过时对电池进行充电和放电,因此是可以为一个长寿命的电池。

存储氢的另一种方法是称为金属氢化物的金属间化合物。一些金属在其原子晶格中具有空间以容纳氢原子。可以通过电化学方法诱导氢进入和离开金属基质。因此,金属氢化物是镍氢电池的一个变体,采用了一种新的低压储氢方法。不幸的是,由于金属氢化物在暴露于KOH时会腐蚀,因此它们的寿命不如镍氢电池。

格氏镍氢电池

镍氢电池充电的基础知识

镍镉电池和镍氢电池是最难准确充电的电池之一。对于锂离子和铅酸电池,您可以通过设置最大充电电压来控制过充电,而镍氢电池则没有“浮充电”电压。因此,充电是基于迫使电流通过电池。这样做的电压不像其他电池那样固定在石头上。

并联充电

因为你不能确定每个电池是否具有相同的阻抗,因此即使它们已满,有些也会比其他单元或包更多。这意味着您需要为并联电池组中的每个串使用单独的充电电路,或者以某种其他方式平衡电流。

镍氢电池的库仑充电效率通常为66%,这意味着您每运行100安培小时必须在电池中放置150安培小时。

在镍氢电池中,指示充电结束时,它非常依赖于温度。糟糕的是,新型镍氢电池在循环早期会出现曲线上的颠簸,特别是在天气寒冷时。此外,当充电速率超过C/10时,镍氢电池对过充电损坏很敏感。由于电池鼓包并不总是容易看到,因此可能会出现轻微的过充电。

然而,已经开发出现代算法以在不使用热敏电阻的情况下实现精确充电。这些充电器具有检测完全充电的特殊测量技术,通常涉及某种脉冲周期,其中在脉冲期间和脉冲之间测量电压。对于多电池组,如果电池不是全部处于相同的充电状态,并且如果它们的容量不平衡,则电池可能一次填充一个,从而使充电结束信号变暗。为了平衡电池,可能需要几个电池充电–放电循环。幸运的是,镍氢电池并不介意在C/10或更低的温度下过度充电,这使充电器能够在涓流充电期间平衡电池。

随着电池达到充电结束,氧气开始在电极处形成,并在催化剂处重新结合。这种新的化学反应产生热量,可以用热敏电阻轻松测量。这是在快速充电期间检测充电结束的最安全方法。

隔夜充电方法

对镍氢电池充电最安全的方法是以C/10或以下(每小时额定容量的10%)充电。因此,100mAH电池将以10mA充电15小时。该方法不需要充电结束传感器并确保完全充电。现代电池具有氧气再循环催化剂,可防止过充电时电池受损,但如果充电率超过C/10,则这种再循环无法跟上。完全充电所需的最低电压随温度而变化–在20摄氏度时每个电池至少为1.41伏。即使在C/10下持续充电也不会导致放气,但它会使电池稍微加热。为了延长电池寿命,最佳做法是使用计时器防止过度充电持续13至15小时。

格氏镍氢电池

更快充电方法

使用计时器可以在C/3.33下充电5小时。这有点冒险,因为电池在充电前应完全放电。如果在计时器启动时电池仍然具有90%的容量,则很有可能将电池放空。确保不发生这种情况的一种方法是让充电器自动将电池放电至每个电池1伏,然后打开充电器5小时。这种方法的优点是消除任何电池记忆的机会。但C/10充电器中使用的微处理器板可以很容易地修改以进行放电。将需要功率耗散封装以在合理的时间量内从部分充电的电池耗散能量。

最快的充电方法

如果使用温度监控器,NiMH电池可以以高达1C的速率充电(换句话说,电池容量的100%,安培小时为1.5小时),当终止温度升高时,dT/dt值应设置为每分钟1至2摄氏度。

涓流充电方法

在待机模式下,您可能需要在不损坏电池的情况下将镍氢电池充电。这可以在0.03C和.05C之间的电流下安全地完成。所需的电压取决于温度,因此务必调节充电器中的电流。

dT/dt与-dV/dt

这两种终止方法适用于镍镉电池,也适用于镍氢电池。dT/dt测量充电结束时的温度会上升。电池充满电后,会开始新的化学反应,以吸收不需要的电流。在氢氧化镍型电池中,这包括产生和重新组合氧气。此过程会加热电池。温度上升的突然增加可用于终止充电。

氧气产生/重组循环的另一个影响是略微降低电池的电压。如果您可以检测到此电压下降,则可以使用此信号终止充电。当然,-dV/dt是最简单的,因为它不需要温度传感器。镍氢电池的最佳方法是dT/dt方法。主要有两个原因。使用镍氢电池时,电压下降较小,并且比使用镍镉电池更难检测。这几乎总能确保过充电,这将限制电池故障前的充电/放电总循环次数。其次,新的镍氢电池在充电周期的早期会出现假峰值,因此充电器将很快终止。

有一些新算法使用微处理器控制来使用-dV信号来检测充电结束。这些可以很好地工作,我们的几个充电器使用这种技术,包括打开和关闭充电器以进行电压测量。该技术似乎对细胞容量的不平衡敏感。dT/dt仍然更可靠,特别是对于大型包装,但在只有两根电线可用的情况下,现在可以想想使用别的解决方案。

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