סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן נטענות ומבוא ליישום

סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן נטענות ומבוא ליישום

1 הקדמה קצרה של סוללת ניקל-קדמיום (Cd-Ni) ו-Ni-MH נטענת

1.1 סוללה נטענת ותא ראשי

(1) סוללה נטענת מתייחסת לסוללה שניתן לטעון ולפרוק שוב ושוב, המכונה גם סוללה משנית או מצבר.

סוללות נטענות נפוצות הן: סוללות ניקל-קדמיום, סוללות ניקל-מתכת הידריד, סוללות עופרת, סוללות ליתיום-יון, סוללות אבץ-ניקל, סוללות ברזל-ניקל וסדרות נוספות של סוללות.

(2) סוללות ראשוניות הן סוללות יבשות, הידועות גם כסוללות ראשוניות. הסוללות הנפוצות הן: סוללות אבץ-מנגן, סוללות אבץ-כסף, סוללות אבץ-מנגן אלקליין, סוללות אבץ-ניקל ראשוניות וסדרות נוספות של סוללות.

1.2 סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד נטענות: (סוללת Ni-MH מתכת הידריד-ניקל)

הרכב הסוללה: הסוללה מורכבת מאלקטרודות (אלקטרודה), אלקטרוליט (אלקטרוליט), דיאפרגמה (ספרטור) ומקליפה חיצונית (מעטפת חיצונית).

כלומר: הקתודה (קתודה) משתמשת בניקל הידרוקסיד וקובלט, האנודה (אנודה) משתמשת באבקת סגסוגת אחסון מימן, האלקטרוליט משתמש באשלגן הידרוקסיד, הדיאפרגמה משתמשת בבד ניילון, והקליפה החיצונית עשויה מעטפת פלדה מצופה ניקל. האלקטרודה השלילית של סוללת קדמיום ניקל היא תחמוצת קדמיום, קדמיום ספוג אלקטרוליטי, והשאר זהה לסוללת מימן ניקל.

1.3 סיווג של סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד נטענות

(1) סוללות ניקל-מתכת הידריד נטענות מסווגות לפי הלוחות שלהן: סוללות ניקל-קדמיום מחושלות, סוללות ניקל-מתכת הידריד, סוללות ניקל-קדמיום מוקצפות וסוללות ניקל-מתכת הידריד.

סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד מחולבות: הלוחות מיוצרים באמצעות סינטר, ותהליך הייצור מורכב, עם ביצועי פריקה בקצב גבוה, בקצב גבוה במיוחד, ביצועים טובים בטמפרטורה גבוהה ונמוכה, אך עלות גבוהה. בשימוש נרחב בתעופה וחלל, צבא וכו'.

סוללות ניקל-קדמיום מוקצף וניקל-מתכת הידריד: הן מיוצרות על ידי שימוש בניקל מוקצף עם נקבוביות גבוהה כמטריקס וממולאות בחומרים פעילים. תהליך הייצור פשוט, קיבולת הסוללה גבוהה והעלות נמוכה. הוא נמצא בשימוש נרחב בכלים חשמליים, תאורת חירום אש, מכשירי חשמל ביתיים ותחומים אזרחיים רבים אחרים.

(2) סיווג הצורה של הסוללה: גלילי, מרובע, סוג כפתור וכו';

(3) מסווג לפי קצב הפריקה של הסוללה: סוג קצב בינוני, סוג קצב גבוה, סוג קצב סופר גבוה וכו'.

1.4 ביצועים טכניים עיקריים של סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד

1.4.1 קיבולת של סוללות Ni-Cd ו-Ni-MH (קיבולת)

קיבולת מדורגת מתייחסת לקיבולת המינימלית שהסוללה צריכה לשחרר בתנאים מסוימים כפי שצוין על ידי הסימן המסחרי של היצרן'.

לפי ההגדרה: קיבולת=זמן×זרם………………………………①

כלומר: קיבולת טעינה=זמן טעינה×זרם טעינה……②

קיבולת פריקה=זמן פריקה×זרם פריקה……③

בנוסחאות לעיל ①, ② ו-③, הקיבולת מיוצגת על ידי C, והיחידה היא אמפר-שעה (Ah) או מיליאמפר-שעה (mAh); זמן הטעינה והפריקה מיוצג על ידי h, והיחידה היא שעה; זרם הטעינה והפריקה מיוצג על ידי אמפר (A) או אלפיות שנייה אמפר (mA).

הקיבולת המדורגת של סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד מתייחסת לקיבולת הנפרקת בקצב של 5 שעות, מבוטאת ב-C5.

לדוגמה: הערכת הקיבולת המדורגת של סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד: טעינה בזרם קבוע של 0.1 C5A למשך 14 עד 16 שעות (קיבולת הטעינה מחושבת בדרך כלל כ-120% מהקיבולת המדורגת), הניחו אותה בצד. למשך 15 עד 30 דקות, ולאחר מכן השתמש בזרם קבוע של 0.2C5A פריקה למתח הסופי 1.0V/קיבולת.

דוגמה: סוללת Ni-MH AA1500mAh, טעונה ב-0.5C5A,

זרם טעינה=0.5×1500=750mA

קיבולת טעינה=1500mAh×120% (כלומר, פי 1.2)=1800mAh

קיבולת טעינה (mAh) 1800mAh

זמן טעינה (h) ===2.4 שעות או 144 דקות

קיבולת פריקה (mAh) 750mA

קצב הכפלה: מתייחס לגודל זרם הטעינה והפריקה, המבוטא בכפולות של קיבולת מדורגת.

לדוגמה: 0.1C5A, 0.2C5A, 0.5C5A, 1C5A...

התקנים החדשים של IEC ו-GB/T 15100 משתנים ל-ItA, מה שאומר ש-ItA שווה ערך ל-C5A.

סוללת Ni-MH AA1500mAh נטענת בזרם קבוע של 0.5C5A, וזרם הטעינה הוא 750mAh. 0.5C5A ידוע בכינויו הגדלה של 0.5.

1.4.2 מתח של סוללות Ni-Cd ו-Ni-MH

המתח הרגיל של סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד הוא 1.2V כל אחת.

מתח סוללה מורכבת=1.2V × מספר סוללות מורכבות

השילוב של סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד משולב בדרך כלל בסדרה, ושילוב מקביל אינו מומלץ, מכיוון שיש הבדלים מסוימים בסוללות בודדות. לדוגמה, ההבדל בקיבולת ובקיבולת מוביל להבדל בטמפרטורת הסוללה, וההבדל בטמפרטורת הסוללה מוביל להבדל במתח. , הפרש המתח גורם לזרם הסוללה עם מתח פריקה גבוה לזרום לאחור לסוללה עם מתח פריקה נמוך, מה שגורם לסוללות מקבילות לא עקביות, וכתוצאה מכך לשימוש לא בטוח בחבילת הסוללות.

מתח הסוללה כולל מתח טעינה, מתח מעגל פתוח, מתח מעגל סגור, מתח פריקה, מתח עבודה, מתח פלטפורמה, מתח סטנדרטי ומתח סיום.

מתח נומינלי: סוללת ניקל-מימן 1.2V/pc, סוללת ניקל קדמיום 1.2V/pc, סוללת אבץ-מנגן 1.5V/pc

סוללת עופרת חומצה 2.0 V/pc סוללת Li-ion 3.6 V/pc

מתח טעינה: הערך המרבי של מתח הטעינה של הסוללה במהלך תהליך טעינת הסוללה. מתח הסוללה משתנה עם זרם הטעינה. ככל שזרם הטעינה גבוה יותר, מתח הטעינה גבוה יותר ולהיפך.

מתח ניתוק: המתח שבו הסוללה מתרוקנת לזמן ניתוק הפריקה, המשתנה עם זרם הפריקה.

כמו:

קצב פריקה

סוף מתח פריקה

פריקה של 0.2 C5A

1.0 V/בלבד

פריקת C5A אחת

0.9 וולט/בלבד

5 פריקת C5A

0.8 וולט/בלבד

פריקת 10 C5A

0.7 וולט ליחידה

1.4.3 פריקה עצמית (פריקה עצמית)

סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד משחררות את הקיבולת שלהן בסוללות נטענות ללא פריקת זרם חיצונית.

בדיקת הערכת פריקה עצמית: הסוללה נטענת בזרם קבוע של 0.1C5A למשך 14 עד 16 שעות, ולאחר שנותרה פתוחה למשך 28 ימים ולילות, נפרקת בזרם קבוע של 0.2C5A למתח סיום של 1.0V, וכן זמן הפריקה נדרש להיות ≥ 3 שעות כדי להעפיל.

1.4.4 חיי מחזור

על פי שיטת בדיקת חיי המחזור הניתנת בתקן הלאומי GB/T 15100-94, חיי המחזור של סוללת Ni-MH צריכים להיות פי 500 ≥; מחזור פירושו (טעינה ופריקה) פעם אחת, כלומר לטעון פעם אחת ולפרוק פעם אחת. החיים מסתיימים כאשר קיבולת הפריקה נמוכה מ-60% מהקיבולת המדורגת.

לוקח זמן רב להעריך את חיי המחזור של סוללות בהתאם לתקני IEC ולתקנים לאומיים. מסיבה זו, יצרנים המייצרים סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן ואלה המשתמשים בסוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן משתמשים כיום בשיטות בדיקת חיי מחזור מואצות; על פי שיטת הבדיקה של סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד שהונפקו על ידי איגוד תעשיית הסוללות בסין בשנת 2000: טעינת זרם קבוע 1C5A למשך 72 דקות, 15 עד 30 דקות בהמתנה, פריקת זרם קבוע 1C5A 1.0V/piece, זה הוא מחזור, וחיי המחזור דורשים פי 300; נדרש שכאשר כושר הפריקה נמוך מ-60% מהיכולת המדורגת, החיים יסתיימו.

1.4.5 ההתנגדות הפנימית של הסוללה (mΩ) (התנגדות פנימית)

ההתנגדות הפנימית של סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד נגרמת בעיקר על ידי הקיטוב האלקטרוכימי, קיטוב הריכוז והקיטוב האוהמי של הסוללה. מחוון זה תלוי בעיקר בכמות האלקטרוליט, ובאלקטרוליט, בסרעפת ובלוחות חיוביים ושליליים. , אביזרים וקשורים אחרים, אותו דגם, אותה קיבולת של הסוללה, ערך ההתנגדות הפנימית גדול, מה שמצביע על כך שהביצועים החשמליים של הסוללה' גרועים; להיפך, ערך ההתנגדות הפנימית קטן, מה שמעיד על הביצועים החשמליים של הסוללה' טובים.

בדיקת התנגדות פנימית: הסוללה נטענת בזרם קבוע של 0.1C5A למשך 14 עד 16 שעות, ולאחר מכן משאירה אותה למשך 60 דקות לבדיקה.

AA1200mAh—סוללה AA1800mAh ≤30mΩ

AAA500mAh—סוללה AAA800mAh ≤40mΩ

ביצועי הסוללה כוללים גם: ביצועי טמפרטורה גבוהה, ביצועי טמפרטורה נמוכה, ביצועי טעינת יתר, יכולת טעינת מתח קבוע, יכולת קליטת טעינה, ביצועי זעזועים ורעידות ועוד. למעט מבחני הביצועים הנ"ל, מתבצעות מבחני הביצועים החשמליים של הסוללה. בתנאים של סביבה של 20±5 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 65±20%.

הערה: אלא אם צוין אחרת, כל בדיקות הביצועים החשמליים של הסוללה כפופות לבדיקות תוך חודש המשולמות ללקוח על ידי המפעל.

2 תקנים לאומיים לסוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן

2.1 GB/T15100—94

התקן כולל את תקני הבדיקה לסוללות ניקל-מימן גליליות; הוא מחולק לביצועי פריקה בקצב גבוה, בקצב בינוני, בקצב נמוך ובקצב גבוה במיוחד.

2.2 GB/T11013—1996

תקן זה מכיל תקנים טכניים ושיטות בדיקה לסוללות ניקל-קדמיום גליליות.

2.3 GB/T15100—2004

התקן כולל את תקני הבדיקה לסוללות ניקל-מימן גליליות; הוא מחולק לביצועי פריקה בקצב גבוה, בקצב בינוני, בקצב נמוך ובקצב גבוה במיוחד. שנה את שיטת ביטוי קצב הטעינה והפריקה המסורתית ממכפלת הקיבולת המדורגת לכפולה של הזרם.

2.4 GB/T15100—2005

התקן כולל תקני בדיקה של סוללות ניקל-מתכת הידריד גליליות, סוללות מרובעות קטנות וסוללות כפתורים, ומוסיף בדיקת טעינה מהירה בזרם קבוע של 1.0C5A.

תקן IEC 2.5 לסוללות ניקל-קדמיום וניקל-מימן

IEC61951-2: 2003 תקן זה מכיל תקני אמינות ובטיחות שונים עבור סוללות ניקל-מתכת הידריד גליליות ותקנים טכניים שונים לסוללות.

IEC61951-1: 2003 תקן זה מכיל תקני אמינות ובטיחות שונים עבור סוללות ניקל-קדמיום גליליות, מרובעות קטנות, ותקנים טכניים לסוללות שונות.

3 תחומי יישום של סוללות קדמיום-ניקל וניקל-מימן ודרישות של תעשיות תומכות קשורות

3.1 סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד יכולות להיות בשימוש נרחב בכלים חשמליים, תאורת חירום אש (כולל אורות מדשאה, אורות סולאריים), צעצועים חשמליים (דגמי מטוסים), סכיני גילוח, טלפונים אלחוטיים, אופניים חשמליים, מצלמות דיגיטליות, מכשירי קשר- טלפונים, מכשירים ומדים, תקשורת, מכשירי חשמל ביתיים, קולטי אבק, MP3, מכשירי רדיו וכו'.

3.2 כלים חשמליים (סוג SC)

הדרישות העיקריות של תעשיית הכלים החשמליים לסוללות מסוג קדמיום-ניקל וניקל-מימן מסוג SC:

טען עם זרם קבוע 1C5A למשך 72 דקות, שים אותו בצד למשך 15-30 דקות

10C5A-15C5A פריקת זרם קבוע עד מתח קצה 0.7V/pc

זמן פריקה ≥ 4 דקות או 3.5 דקות

מחזור ברציפות 10 פעמים, לא פחות מזמן הפריקה הנדרש

בתוך 2 דקות מזמן הפריקה, מתח הסוללה אינו פחות מ-1.0V/pc

סוללות לכלים חשמליים וסוללות בודדות נדרשות לארוז בשרוולי נייר קראפט.

3.3 תעשיית גופי תאורת חירום (SC, C, D, AA, AAA, 2/3AA, 2/3AAA וכו') גופי תאורת חירום עומדים בדרישות התעשייה והתקנים הלאומיים. כאשר התעשייה משתמשת בדרך כלל בחבילות סוללות, משתמשים בהגבלת מתח וזרם קבועים. טען את חבילות הסוללות של קדמיום-ניקל וניקל-מתכת הידריד, הגדר את מתח הטעינה ל-1.43-1.45V/pc וזמן הטעינה הוא 24 שעות.