باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم و نیکل هیدروژن و معرفی کاربرد

باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم و نیکل هیدروژن و معرفی کاربرد

1 معرفی مختصر باتری قابل شارژ نیکل-کادمیم (Cd-Ni) و Ni-MH قابل شارژ

1.1 باتری قابل شارژ و سلول اولیه

(1) باتری قابل شارژ به باتری اطلاق می شود که می تواند بارها و بارها شارژ و تخلیه شود، همچنین به عنوان باتری ثانویه یا باتری شناخته می شود.

باتری های قابل شارژ متداول عبارتند از: باتری های نیکل-کادمیم، باتری های هیدرید نیکل-فلز، باتری های سرب-اسید، باتری های لیتیوم-یون، باتری های روی-نیکل، باتری های آهن-نیکل و سری های دیگر از باتری ها.

(2) باتری های اولیه باتری های خشک هستند که به عنوان باتری های اولیه نیز شناخته می شوند. باتری های متداول مورد استفاده عبارتند از: باتری های روی-منگنز، باتری های روی-نقره ای، باتری های قلیایی روی-منگنز، باتری های روی-نیکل اولیه و سری های دیگر از باتری ها.

1.2 باتری های قابل شارژ نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید: (باتری فلزی هیدرید-نیکل باتری Ni-MH)

ترکیب باتری: باتری از الکترود (Electrode)، الکترولیت (Electrolyte)، دیافراگم (Saparator) و پوسته خارجی (Outer Shell) تشکیل شده است.

یعنی: کاتد (کاتد) از هیدروکسید نیکل و کبالت، آند (آند) از پودر آلیاژ ذخیره هیدروژن، الکترولیت از هیدروکسید پتاسیم، دیافراگم از پارچه نایلونی استفاده می کند و پوسته بیرونی از پوسته فولادی با روکش نیکل ساخته شده است. الکترود منفی باتری نیکل کادمیوم اکسید کادمیوم، کادمیوم اسفنجی الکترولیتی و بقیه همان باتری هیدروژنی نیکل است.

1.3 طبقه بندی باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم و نیکل هیدرید فلز

(1) باتری های قابل شارژ نیکل-فلز هیدرید بر اساس صفحات آنها طبقه بندی می شوند: باتری های نیکل-کادمیم متخلخل، باتری های هیدرید نیکل-فلز، باتری های نیکل-کادمیم فوم شده، و باتری های نیکل-فلز هیدرید.

باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید تف جوشی شده: صفحات به روش تف جوشی تولید می شوند و فرآیند تولید پیچیده است، با سرعت بالا، عملکرد تخلیه بسیار بالا، عملکرد خوب در دمای بالا و پایین، اما هزینه بالا. به طور گسترده در هوافضا، نظامی و غیره استفاده می شود.

باتری های فوم دار نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید: آنها با استفاده از نیکل فوم دار با تخلخل بالا به عنوان ماتریس ساخته می شوند و با مواد فعال پر می شوند. فرآیند تولید ساده است، ظرفیت باتری بالا و هزینه کم است. به طور گسترده ای در ابزارهای الکتریکی، روشنایی اضطراری آتش نشانی، لوازم خانگی و بسیاری از زمینه های غیرنظامی دیگر استفاده می شود.

(2) طبقه بندی شکل باتری: استوانه ای، مربعی، نوع دکمه و غیره؛

(3) با توجه به میزان تخلیه باتری طبقه بندی می شود: نوع نرخ متوسط، نوع سرعت بالا، نوع سرعت فوق العاده بالا و غیره.

1.4 عملکرد فنی اصلی باتری های کادمیم نیکل و نیکل هیدرید فلز

1.4.1 ظرفیت باتری های Ni-Cd و Ni-MH (ظرفیت)

ظرفیت نامی به حداقل ظرفیتی که باتری باید تحت شرایط خاص آزاد کند، اشاره دارد که توسط علامت تجاری سازنده'

طبق تعریف: ظرفیت=زمان×جریان……………………………①

یعنی: ظرفیت شارژ=زمان شارژ×جریان شارژ…………②

ظرفیت تخلیه=زمان تخلیه×جریان تخلیه……③

در فرمول های بالا ①، ② و ③، ظرفیت با C نشان داده می شود و واحد آمپر ساعت (Ah) یا میلی آمپر ساعت (mAh) است. زمان شارژ و دشارژ با h نشان داده می شود و واحد ساعت است. جریان شارژ و تخلیه با آمپر (A) یا میلی ثانیه آمپر (mA) نشان داده می شود.

ظرفیت نامی باتری‌های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید به ظرفیت تخلیه شده با نرخ 5 ساعت، بیان شده در C5 اشاره دارد.

به عنوان مثال: ارزیابی ظرفیت نامی باتری های نیکل کادمیوم و نیکل هیدرید فلز: با جریان ثابت 0.1 C5A به مدت 14 تا 16 ساعت شارژ کنید (ظرفیت شارژ به طور کلی 120 درصد ظرفیت نامی محاسبه می شود)، آن را کنار بگذارید. به مدت 15 تا 30 دقیقه، و سپس از جریان ثابت 0.2C5A استفاده کنید تا ولتاژ نهایی 1.0V/ظرفیت تخلیه شود.

مثال: باتری AA1500mAh Ni-MH، شارژ شده با 0.5C5A،

جریان شارژ=0.5×1500=750 میلی آمپر

ظرفیت شارژ=1500mAh×120% (یعنی 1.2 برابر)=1800mAh

ظرفیت شارژ (mAh) 1800mAh

زمان شارژ (ساعت) ===2.4 ساعت یا 144 دقیقه

ظرفیت تخلیه (mAh) 750mA

نرخ ضرب: به اندازه جریان شارژ و تخلیه اشاره دارد که در مضرب ظرفیت نامی بیان می شود.

به عنوان مثال: 0.1C5A، 0.2C5A، 0.5C5A، 1C5A...

استانداردهای جدید فعلی IEC و GB/T 15100 به ItA تغییر یافته است، به این معنی که ItA معادل C5A است.

یک باتری AA1500mAh Ni-MH با جریان ثابت 0.5C5A شارژ می شود و جریان شارژ آن 750mAh است. 0.5C5A معمولاً به عنوان بزرگنمایی 0.5 شناخته می شود.

1.4.2 ولتاژ باتری های Ni-Cd و Ni-MH

ولتاژ معمولی باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید هر کدام 1.2 ولت است.

ولتاژ باتری مونتاژ شده=1.2 ولت × تعداد باتری های مونتاژ شده

ترکیب باتری های کادمیوم نیکل و نیکل هیدرید فلز به طور کلی به صورت سری ترکیب می شود و ترکیب موازی توصیه نمی شود، زیرا تفاوت های خاصی در باتری های تک وجود دارد. به عنوان مثال، تفاوت در ظرفیت و ظرفیت منجر به اختلاف دمای باتری و اختلاف دمای باتری منجر به اختلاف ولتاژ می شود. ، اختلاف ولتاژ باعث می شود جریان باتری با ولتاژ تخلیه بالا به سمت عقب با ولتاژ تخلیه کم جریان پیدا کند و باعث ایجاد باتری های موازی ناسازگار و در نتیجه استفاده ناایمن از بسته باتری شود.

ولتاژ باتری شامل ولتاژ شارژ، ولتاژ مدار باز، ولتاژ مدار بسته، ولتاژ تخلیه، ولتاژ کاری، ولتاژ پلت فرم، ولتاژ استاندارد و ولتاژ پایان است.

ولتاژ نامی: باتری نیکل-هیدروژن 1.2 ولت/پی سی، باتری نیکل کادمیوم 1.2 ولت/پی سی، باتری روی- منگنز 1.5 ولت/پی سی

باتری سرب اسید 2.0 V/Pc باتری Li-ion 3.6 V/Pc

ولتاژ شارژ: حداکثر مقدار ولتاژ شارژ باتری در طول فرآیند شارژ باتری. ولتاژ باتری با جریان شارژ تغییر می کند. هرچه جریان شارژ بیشتر باشد، ولتاژ شارژ بیشتر است و بالعکس.

ولتاژ قطع: ولتاژی که باتری در آن تخلیه می شود تا زمان قطع تخلیه که با جریان دشارژ تغییر می کند.

پسندیدن:

میزان تخلیه

پایان ولتاژ تخلیه

0.2 تخلیه C5A

1.0 V/فقط

1 ترشح C5A

0.9 V/فقط

5 تخلیه C5A

0.8 V/فقط

10 تخلیه C5A

0.7 V/Pc

1.4.3 خود تخلیه (خود تخلیه)

باتری های کادمیم نیکل و نیکل هیدرید فلز ظرفیت خود را در باتری های قابل شارژ بدون تخلیه جریان خارجی آزاد می کنند.

تست ارزیابی خود تخلیه: باتری با جریان ثابت 0.1C5A به مدت 14 تا 16 ساعت شارژ می شود و پس از باز ماندن به مدت 28 روز و شب، با جریان ثابت 0.2C5A تا ولتاژ پایان 1.0 ولت تخلیه می شود. زمان تخلیه برای واجد شرایط بودن باید ≥3 ساعت باشد.

1.4.4 عمر چرخه

با توجه به روش تست عمر چرخه ارائه شده در استاندارد ملی GB/T 15100-94، عمر چرخه باتری Ni-MH باید ≥500 برابر باشد. سیکل یعنی (شارژ و دشارژ) یک بار، یعنی یک بار شارژ و یک بار تخلیه. عمر زمانی به پایان می رسد که ظرفیت تخلیه کمتر از 60 درصد ظرفیت نامی باشد.

ارزیابی عمر چرخه باتری ها مطابق با استانداردهای IEC و استانداردهای ملی زمان زیادی می برد. به همین دلیل، سازندگانی که باتری‌های نیکل-کادمیم و نیکل-هیدروژن تولید می‌کنند و کسانی که از باتری‌های نیکل-کادمیم و نیکل-هیدروژن استفاده می‌کنند، در حال حاضر از روش‌های تست چرخه تسریع شده استفاده می‌کنند. با توجه به روش آزمایش باتری‌های کادمیوم نیکل و نیکل هیدرید فلزی صادر شده توسط انجمن صنعت باتری چین در سال 2000: شارژ جریان ثابت 1C5A به مدت 72 دقیقه، 15 تا 30 دقیقه در حالت انتظار، 1C5A تخلیه جریان ثابت 1.0V / قطعه، یک چرخه است و عمر چرخه 300 بار نیاز دارد. لازم است زمانی که ظرفیت تخلیه کمتر از 60 درصد ظرفیت نامی باشد، عمر به پایان برسد.

1.4.5 مقاومت داخلی باتری (mΩ) (مقاومت داخلی)

مقاومت داخلی باتری‌های کادمیوم نیکل و نیکل هیدرید فلز عمدتاً ناشی از قطبش الکتروشیمیایی، قطبش غلظت و قطبش اهمی باتری است. این شاخص عمدتاً به مقدار الکترولیت و الکترولیت، دیافراگم و صفحات مثبت و منفی بستگی دارد. , لوازم جانبی و سایر موارد مرتبط، مدل مشابه، ظرفیت باتری یکسان، مقدار مقاومت داخلی بزرگ است، نشان می دهد که عملکرد الکتریکی باتری's ضعیف است. در مقابل، مقدار مقاومت داخلی کوچک است، که نشان می دهد عملکرد الکتریکی باتری' خوب است.

تست مقاومت داخلی: باتری با جریان ثابت 0.1C5A به مدت 14 تا 16 ساعت شارژ می شود و سپس برای آزمایش 60 دقیقه باقی می ماند.

باتری AA1200mAh—باتری AA1800mAh ≤30mΩ

AAA500mAh—باتری AAA800mAh ≤40mΩ

عملکرد باتری همچنین شامل: عملکرد دمای بالا، عملکرد دمای پایین، عملکرد شارژ بیش از حد، توانایی شارژ ولتاژ ثابت، توانایی دریافت شارژ، عملکرد ضربه و لرزش و غیره است. در شرایط محیطی 5±20 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 20±65 درصد.

توجه: در غیر این صورت، کلیه تست های عملکرد الکتریکی باتری مشمول تست هایی هستند که ظرف یک ماه توسط کارخانه به مشتری پرداخت می شود.

2 استاندارد ملی برای باتری های نیکل کادمیوم و نیکل هیدروژن

2.1 گیگابایت/T15100-94

این استاندارد شامل استانداردهای آزمایشی برای باتری های استوانه ای نیکل-هیدروژن است. آن را به عملکرد تخلیه با نرخ بالا، متوسط، نرخ پایین و فوق العاده بالا تقسیم می شود.

2.2 گیگابایت/T11013-1996

این استاندارد حاوی استانداردهای فنی و روش های آزمایش برای باتری های استوانه ای نیکل کادمیوم است.

2.3 گیگابایت/T15100-2004

این استاندارد شامل استانداردهای آزمایشی برای باتری های استوانه ای نیکل-هیدروژن است. آن را به عملکرد تخلیه با نرخ بالا، متوسط، نرخ پایین و فوق العاده بالا تقسیم می شود. روش سنتی بیان نرخ شارژ و دشارژ را از مضربی ظرفیت نامی به مضربی جریان تغییر دهید.

2.4 گیگابایت/T15100-2005

این استاندارد شامل استانداردهای آزمایش برای باتری‌های استوانه‌ای نیکل-فلز هیدرید، باتری‌های مربعی کوچک و باتری‌های دکمه‌ای است و آزمایش شارژ سریع جریان ثابت 1.0C5A را اضافه می‌کند.

استاندارد 2.5 IEC برای باتری های نیکل کادمیوم و نیکل هیدروژن

IEC61951-2: 2003 این استاندارد شامل استانداردهای مختلف تست اطمینان و ایمنی برای باتری های استوانه ای نیکل-فلز هیدرید و استانداردهای فنی مختلف برای باتری ها می باشد.

IEC61951-1: 2003 این استاندارد شامل استانداردهای مختلف تست اطمینان و ایمنی برای باتری‌های استوانه‌ای، مربع کوچک، دکمه‌ای نیکل-کادمیم و استانداردهای فنی برای باتری‌های مختلف است.

3 زمینه های کاربرد باتری های کادمیم نیکل و نیکل هیدروژن و الزامات صنایع پشتیبان مرتبط

3.1 باتری های نیکل کادمیوم و نیکل هیدرید فلز را می توان به طور گسترده در ابزارهای برقی، روشنایی اضطراری آتش سوزی (شامل چراغ های چمن، چراغ های خورشیدی)، اسباب بازی های الکتریکی (مدل های هواپیما)، تیغ، تلفن های بی سیم، دوچرخه های برقی، دوربین های دیجیتال، واکی استفاده کرد. ناطق، ابزار و متر، ارتباطات، لوازم خانگی، گرد و غبار، MP3، رادیو و غیره.

3.2 ابزار الکتریکی (نوع SC)

الزامات اصلی صنعت ابزار برقی برای باتری‌های کادمیوم نیکل و نیکل هیدروژن SC:

با جریان ثابت 1C5A به مدت 72 دقیقه شارژ کنید، آن را به مدت 15-30 دقیقه کنار بگذارید.

10C5A-15C5A تخلیه جریان ثابت به ولتاژ پایانی 0.7V/Pc

زمان تخلیه ≥ 4 دقیقه یا 3.5 دقیقه

به طور مداوم 10 بار، نه کمتر از زمان تخلیه مورد نیاز، چرخه کنید

در عرض 2 دقیقه از زمان تخلیه، ولتاژ باتری کمتر از 1.0V/Pc نیست.

باتری برای ابزارهای برقی و باتری های تکی باید در آستین های کاغذ کرافت بسته بندی شوند.

3.3 صنعت لوازم روشنایی اضطراری (SC، C، D، AA، AAA، 2/3AA، 2/3AAA، و غیره) وسایل روشنایی اضطراری مطابق با الزامات صنعت و استانداردهای ملی هستند. هنگامی که صنعت به طور کلی از بسته های باتری استفاده می کند، ولتاژ ثابت و محدود کننده جریان استفاده می شود. بسته های باتری کادمیوم نیکل و نیکل هیدرید فلز را شارژ کنید، ولتاژ شارژ را روی 1.43-1.45V/Pc تنظیم کنید و زمان شارژ 24 ساعت است.