Tout sur les batteries Ni─MH : appareil, caractéristiques, avantages et inconvénients

Les piles nickel-hydrure métallique (Ni─MH) appartiennent au groupe alcalin. Il s'agit de sources de courant chimique dans lesquelles l'anode est une électrode à hydrure métallique d'hydrogène, la cathode est de l'oxyde de nickel et l'électrolyte est de l'hydroxyde de potassium alcalin (KOH). Les batteries Ni─MH ont une conception similaire aux batteries Ni─Cd. En termes de processus qui s'y déroulent, elles sont similaires aux batteries nickel-hydrogène. En termes d’intensité énergétique spécifique, les matériaux nickel-hydrure métallique sont supérieurs à ces deux types. Dans cet article, nous analyserons en détail le dispositif et les caractéristiques des batteries Ni─MH, ainsi que leurs avantages et inconvénients.

L'hydrure nickel-métal a commencé à être créé au milieu du siècle dernier. Ils ont été développés en tenant compte de leurs défauts. Au cours de leurs recherches, les scientifiques ont développé de nouvelles batteries nickel-hydrogène utilisées dans la technologie spatiale. Ils ont réussi à développer nouvelle façon accumulation d’hydrogène. Dans un nouveau type de batterie, l'hydrogène était collecté dans certains matériaux, ou plutôt dans des alliages de certains métaux. Ces alliages pourraient stocker un volume d’hydrogène mille fois supérieur à leur propre volume. Les alliages étaient constitués de 2 métaux ou plus. L'un d'eux accumulait de l'hydrogène et l'autre agissait comme un catalyseur assurant la transition des atomes d'hydrogène dans le réseau métallique.

Les batteries Ni─MH peuvent utiliser différentes combinaisons de métaux. En conséquence, il existe des possibilités de modifier les propriétés de l’alliage. Pour créer des batteries nickel-hydrure métallique, la production d'alliages a été lancée, fonctionnant à température ambiante et à basse pression d'hydrogène. Le développement de divers alliages et l'amélioration de la technologie de production des batteries Ni─MH sont en cours. Les échantillons modernes de batteries de ce type fournissent jusqu'à 2 000 cycles de charge-décharge. Dans ce cas, la capacité de l’électrode négative n’est réduite que de 30 pour cent. Ce résultat est obtenu en utilisant des alliages de nickel avec divers métaux des terres rares.

En 1975, Bill a obtenu un brevet pour l'alliage LaNi5. Il s’agissait du premier exemple de batterie nickel-hydrure métallique, dont cet alliage était la substance active. Quant aux spécimens antérieurs provenant d’autres alliages d’hydrures métalliques, la capacité requise n’y était pas fournie.

La production industrielle de batteries Ni─MH n'a été organisée qu'au milieu des années quatre-vingt, lorsqu'un alliage de composition La─Ni─Co a été obtenu. Il a permis une absorption réversible de l’hydrogène pendant plus d’une centaine de cycles. Par la suite, toutes les améliorations apportées à la conception des batteries Ni─MH se sont réduites à une augmentation de la densité énergétique.

Par la suite, l'électrode négative a été remplacée, ce qui a entraîné une augmentation de la masse active de l'électrode positive de 1,3 à 2 fois. La capacité de ce type de batterie dépend de l'électrode positive. Les batteries Ni-MH ont des paramètres énergétiques spécifiques plus élevés que les batteries nickel-cadmium.

En plus de la haute densité énergétique des batteries nickel-hydrure métallique, elles sont également constituées de matériaux non toxiques, ce qui simplifie leur fonctionnement et leur élimination. Grâce à ces facteurs, les batteries Ni─MH ont commencé à se répandre avec succès. De plus, vous pouvez en savoir plus sur la voiture.

Applications des batteries à hydrure métallique de nickel

Les batteries Ni─MH sont largement utilisées pour alimenter divers appareils électroniques fonctionnant en mode autonome. Pour la plupart, elles sont réalisées sous forme d’AA ou Piles AAA. Bien qu'il existe d'autres modèles, notamment des batteries industrielles. Leur champ d'application coïncide presque entièrement avec celui du nickel-cadmium et est encore plus large, car ils ne contiennent pas de matières toxiques.

Les batteries nickel-hydrure métallique vendues sur le marché peuvent être divisées en deux Grands groupes par capacité :

• 1 500 à 3 000 mAh ;
• 300-1000mAh.

Le premier groupe (1 500-3 000 mAh) est utilisé dans divers appareils ayant une consommation d'énergie élevée sur une courte période. Dans ce cas, en règle générale, il n'y a pas de stockage préalable des batteries. Les exemples incluent des appareils tels que des lecteurs, des appareils photo, des modèles radiocommandés et d'autres gadgets où l'énergie d'une batterie Ni─MH est consommée en peu de temps.

Le deuxième groupe (300-1 000 mAh) convient lorsque la consommation d'énergie commence après un certain intervalle de temps. Un exemple serait les lampes de poche, les talkies-walkies, les jouets, les navigateurs GPS et autres appareils à consommation d'énergie modérée, pendant longtemps hors ligne.

Appareil à batterie Ni─MH

Conception de batteries nickel-hydrure métallique

Ni─MH cylindrique

Dans cette conception, les électrodes opposées sont séparées par un séparateur. Tous ensemble, ils sont enroulés. Il est placé dans le boîtier et scellé avec un couvercle doté d'un joint spécial. Il y a une valve d'urgence dans le couvercle, conçue pour s'ouvrir lorsque la pression à l'intérieur de la batterie augmente jusqu'à 2-4 MPa. La figure ci-dessous montre la conception d'une batterie cylindrique nickel-hydrure métallique.

Forme prismatique Ni─MH

Les batteries Ni─MH ont une forme prismatique et un placement alterné des électrodes opposées. Ils sont également séparés par un séparateur. L'ensemble d'électrodes est logé dans un boîtier en métal ou en plastique fermé par un couvercle scellé. Dans la plupart des cas, un capteur de pression ou une vanne est installé dans le couvercle. Vous trouverez ci-dessous la conception d’une batterie nickel-hydrure métallique de forme prismatique.

Dans les piles nickel-hydrure métallique, l’alcali agit comme un électrolyte. La composition est du KOH additionné de LiOH. Le matériau séparateur est dans la plupart des cas du polyamide non tissé et du polypropylène traité avec un agent mouillant. L'épaisseur du séparateur est de 0,12 à 0,25 millimètres.

L'électrode positive des batteries Ni─MH est constituée des mêmes matériaux que ceux utilisés dans les batteries Ni─Cd. Il s'agit de céramiques métalliques à base d'oxyde de nickel, de mousse polymère et de feutres.

Les électrodes négatives pour batteries Ni─MH peuvent être parmi les options suivantes :

• lamelle. L'alliage absorbant l'hydrogène sous forme de poudre est pressé dans un treillis de nickel ;
• Mousse de nickel. Une pâte composée d'un alliage et d'un liant est introduite dans une base de mousse de nickel, suivie d'un séchage et d'un pressage ;
• déjouer. Une pâte d'alliage et de liant est appliquée sur une feuille perforée (nickel ou acier), suivie d'un séchage et d'un pressage ;
• roulé. La poudre d'un alliage et d'un liant est appliquée par laminage (roulage) sur une grille ou un grillage (cuivre ou nickel) ;
• fritté. L'alliage en poudre est pressé sur une maille de Ni puis cuit dans l'hydrogène.

Les capacités spécifiques de toutes ces options d'électrodes sont proches en valeur. Ils dépendent principalement de la capacité de l’alliage utilisé. Il vaut maintenant la peine d’examiner de plus près la conception des différentes électrodes des batteries nickel-hydrure métallique.

Structure des électrodes des batteries Ni─MH

Construction d'une électrode métallique à hydrogène

Le principal matériau qui détermine les caractéristiques des batteries Ni─MH est un alliage qui absorbe l’hydrogène. Il peut absorber un volume d’hydrogène mille fois supérieur à son propre volume. Le LaNi5 est devenu l'alliage le plus courant pour la production d'électrodes métalliques à hydrogène. Celui-ci désigne un groupe d'alliages où le nickel est partiellement remplacé par le cobalt, le manganèse et l'aluminium. Ceci est fait pour augmenter son activité et sa stabilité. Afin d'économiser de l'argent, un certain nombre de fabricants n'utilisent pas de lanthane, mais du Mm (misch metal). C'est un mélange d'éléments de terres rares dans un rapport similaire à celui trouvé dans le minerai naturel. En plus du La, il existe du néodyme, du cérium et du praséodyme.

Au cours du cycle de charge-décharge, le réseau cristallin de l'alliage se contracte et se dilate de 15 à 25 %. Cela est dû aux processus de désorption et d’absorption de l’hydrogène. En conséquence, les contraintes internes augmentent et des fissures se forment dans l'alliage. En raison de la formation de fissures, la surface exposée à la corrosion due à la réaction avec les alcalis (électrolyte) augmente. Il en résulte une diminution progressive de la capacité de décharge de l’électrode négative.

Puisque la batterie contient Quantité limitéeélectrolyte, tous les processus décrits posent des problèmes liés à sa redistribution. En raison de la corrosion de l'alliage, sa surface devient chimiquement passive. Il forme des oxydes et des hydroxydes résistants à la corrosion. Ils augmentent la surtension lorsqu'ils réagissent au niveau de l'électrode à hydrure métallique. Les produits de corrosion se forment en consommant de l'hydrogène et de l'oxygène provenant de l'alcali. Cela entraîne une diminution de la quantité d'électrolyte dans la batterie et une augmentation de sa résistance interne. Tous ces processus affectent négativement la durée de vie des batteries Ni─MH.

Pour réduire les processus indésirables de corrosion et de dispersion, les fabricants utilisent 2 techniques. La première implique la microencapsulation de particules d’alliage. Cela signifie que la surface est recouverte d'une couche poreuse de cuivre ou de nickel de faible épaisseur (5 à 10 %). La deuxième méthode est plus courante. Cette technologie consiste à traiter des particules d'alliage dans une solution alcaline. Par conséquent, film protecteur, qui est perméable à l'hydrogène.

Conception d'une électrode en oxyde de nickel

Les électrodes à l'oxyde de nickel sont disponibles dans les versions suivantes :

• lamelle;
• céramique métallique frittée sans lamelles ;
• pressé.

Les électrodes en mousse polymère et en feutre sans lamelles sont de plus en plus populaires.

Structurellement, les électrodes lamellaires en oxyde de nickel sont constituées de lamelles connectées. Les lamelles sont des boîtes perforées constituées d'un mince ruban d'acier nickelé. Son épaisseur est de 0,1 millimètre.

Les électrodes frittées en métal-céramique ont une structure poreuse à base de métal-céramique. Dans les pores, dont au moins 70 pour cent sont basés, se trouve une masse active. Le matériau de base est une poudre fine de carbonylnickel (60 à 65 %) et du carbonate d'ammonium (ou urée). Cette poudre est pressée et roulée sur un treillis en nickel ou en acier. Il peut également être pulvérisé.

Ensuite, selon la technologie, le treillis contenant de la poudre subit un traitement thermique dans une atmosphère d'hydrogène. La température est de 800 à 960 degrés Celsius. L'urée ou le carbonate d'ammonium se décompose et le nickel se fritte. Le résultat est une base d'une épaisseur de 1─2,3 millimètres. La porosité de la base résultante est de 80 à 85 pour cent et le rayon des pores est de 5 à 20 micromètres. Ensuite, la base résultante est imprégnée d'une solution de sulfate de nickel ou de nitrate de nickel chauffée à 60-90 degrés. Et puis une autre imprégnation est réalisée avec une solution alcaline, qui précipite les oxydes et hydroxydes de nickel.

La production moderne utilise la technologie d'imprégnation électrochimique. L'électrode dans une solution de nitrate de nickel est soumise à un traitement cathodique. En conséquence, de l’hydrogène est libéré dans les pores et les plaques deviennent alcalines. Les hydroxydes et oxydes de nickel précipitent dans les pores de la plaque.

Les électrodes en feuille sont un type d'électrodes frittées. Ils sont produits comme suit. Une émulsion alcoolique de poudre de nickel carbonyle avec des liants est appliquée sur un ruban de nickel perforé d'environ 0,05 millimètres d'épaisseur des deux côtés. Ensuite, un frittage et une imprégnation avec des réactifs (chimiques ou électrochimiques) sont réalisés. L'épaisseur de l'électrode est de 0,4 à 0,6 millimètres.

Les électrodes pressées sont produites en pressant la masse active sur un ruban ou un treillis d'acier. La pression est de 35 à 60 MPa. Un mélange d'hydroxydes de nickel et de cobalt, de graphite et de liants est utilisé comme masse active.

Les électrodes en feutre métallique sont une base très poreuse constituée de fibres de carbone ou de nickel. La porosité de la base est de 95 pour cent. L'électrode en feutre est fabriquée à partir de feutre de carbone-graphite ou de polymère recouvert de nickel. L'épaisseur de l'électrode peut aller de 0,8 à 10 millimètres. La masse active est introduite dans le feutre selon différentes méthodes.

Il existe une technologie où la mousse de nickel est utilisée à la place du feutre. Il est fabriqué par nickelage de mousse de polyuréthane et recuit supplémentaire dans une atmosphère réductrice. Les additifs sont ajoutés au milieu très poreux par épandage. Il s'agit d'une pâte contenant de l'hydroxyde de nickel avec un liant. Ensuite, la base est séchée et roulée. Les électrodes de type feutre métallique et mousse de nickel ont une capacité spécifique élevée et une durée de vie importante.

Réactions dans les batteries nickel-hydrure métallique

Comme déjà évoqué ci-dessus, dans une batterie Ni─MH, l’électrode positive est en oxyde de nickel, tout comme dans les batteries Ni─Cd. Mais l'électrode négative, au lieu du cadmium, est constituée d'un alliage de nickel additionné d'éléments de terres rares.

Quelles réactions se produisent dans les batteries Ni─MH ?

Sur l'électrode d'oxyde de nickel (positive) la réaction se produit :

Lors du chargement

Ni(OH) 2 + OH −- ⇒ NiOOH + H 2 O + e −

Une fois déchargé

NiOOH + H 2 O + e − ⇒ Ni(OH) 2 + OH −

Sur l'électrode en alliage de nickel (négative) la réaction se produit :

Lors du chargement

M + H 2 O + e − ⇒ MH + OH −-

Une fois déchargé

MH + OH − ⇒ M + H 2 O + e −

La réaction globale se produisant dans une batterie Ni─MH est la suivante :

Lors du chargement

Ni(OH) 2 + M ⇒ NiOOH + MH

Une fois déchargé

NiOOH + MH ⇒ Ni(OH)2 + M

Dans ce cas, l'électrolyte alcalin ne participe pas à la réaction de génération de courant.

Après avoir chargé la batterie à un niveau de 70 à 80 pour cent en oxyde de nickel, la libération d'oxygène commence conformément à la réaction suivante :

2OH − ⇒ 1/2O 2 + H 2 O + 2e −

A l'électrode négative, la réaction de réduction de cet oxygène se produit :

1/2O 2 + H 2 O + 2e − ⇒ 2OH −

Ceci décrit le processus de recharge d’une batterie nickel-hydrure métallique. Ces réactions forment une circulation fermée d'oxygène. Au cours du processus de réduction de l'oxygène, la capacité de l'électrode à hydrure métallique augmente en raison de la libération du groupe OH −.

Caractéristiques des piles Ni-MH

Les principaux paramètres des batteries nickel-hydrure métallique et nickel-cadmium sont indiqués dans le tableau suivant.

Caractéristique	Ni-Cd	Ni-MH	Ni-H2
Caractéristique	Ni-Cd	Ni-MH	Ni-H2
Densité énergétique, Wh/kg	45-80	60-120	-
Résistance interne (à 6 V), mOhm	100-200	200-300	-
Nombre de cycles de charge-décharge jusqu'à ce que la capacité tombe à 80 pour cent de la valeur nominale	1500	300-500	2000-3000
Temps charge rapide, montre	1	2-4	-
Résistance aux surcharges	moyenne	faible	-
Autodécharge à température ambiante	20% par mois	30% par mois	20-30% par jour
Tension nominale, V	1,25	1,25	1,25
Courant de charge optimal	1C	jusqu'à 0,5C	-
Courant de charge de pointe	20°C	5C	-
Température de fonctionnement (décharge), C	de -40 à +60	de -20 à +60	de -20 à +30
Fréquence de maintenance (formation), jours	30-90	30-90	-
Apparition en vente	1950	1990	-
Durée de vie, années	1-5	1-5	2-7
Énergie spécifique, Wh/litre	60-120	100-270	60-80

Caractéristiques électriques

Capacité de la batterie

À mesure que la charge augmente et que la température de fonctionnement diminue, la capacité de la batterie nickel-hydrure métallique diminue conformément au graphique ci-dessous.

L'effet de réduction de capacité est particulièrement visible à un débit de décharge important dans la région des températures négatives.

Tension de décharge nominale

La tension de décharge nominale (U r) est généralement comprise entre 1,2 et 1,25 volts au courant de décharge (I r), déterminé par la formule :

Je p = 0,1─0,2С, où

C est la capacité nominale de la batterie à une température de 25 degrés Celsius.

La tension de décharge finale est de 1 volt. Comme vous pouvez le voir sur le graphique ci-dessous, la tension diminue à mesure que la charge augmente.

Tension en circuit ouvert

La valeur de ce paramètre des batteries Ni─MH est assez difficile à déterminer. Ceci est dû au fait que le potentiel d'équilibre de l'électrode en oxyde de nickel dépend en grande partie du degré d'oxydation du Ni.

Le potentiel d'équilibre de l'électrode négative, déterminé par le degré de saturation en hydrogène, joue également un rôle important. Un jour après le chargement de la batterie, la tension de la batterie nickel-hydrure métallique en circuit ouvert est comprise entre 1,30 et 1,35 volts.

Stockage et durée de vie

Pendant le stockage d'une batterie Ni─MH, comme pour les autres types de batteries, une autodécharge se produit. À température ambiante, au cours du premier mois de stockage, une telle batterie perd 20 à 30 % de sa capacité. Par la suite, chaque mois, la capacité de la batterie nickel-hydrure métallique diminue de 3 à 7 % par mois. L’intensité de l’autodécharge augmente avec l’augmentation de la température, comme le montre le graphique ci-dessous.

La principale différence entre les batteries Ni-Cd et Ni-Mh réside dans la composition. La base de la batterie est la même - c'est du nickel, c'est la cathode, mais les anodes sont différentes. Pour une batterie Ni-Cd, l'anode est du cadmium métallique ; pour une batterie Ni-Mh, l'anode est une électrode à hydrure métallique d'hydrogène.

Chaque type de batterie a ses avantages et ses inconvénients, les connaissant, vous pouvez sélectionner plus précisément la batterie dont vous avez besoin.

	avantages	Inconvénients
Ni-Cd	Bas prix. Capacité à fournir un courant de charge élevé. Large plage de températures de fonctionnement de -50°C à +40°C. Les batteries Ni-Cd peuvent même être chargées à des températures inférieures à zéro. Jusqu'à 1000 cycles de charge-décharge, avec une utilisation appropriée.	Relativement haut niveau autodécharge (environ 8-10%% au cours du premier mois de stockage) Après un stockage à long terme, 3 à 4 cycles sont nécessaires charge complète-décharge pour récupération complète batterie Assurez-vous de décharger complètement la batterie avant de la charger pour éviter « l’effet mémoire ». Plus de poids par rapport aux batteries Ni-Mh de mêmes dimensions et capacité.
Ni-Mh	Capacité spécifique élevée par rapport à la batterie Ni-Cd (c.-à-d. Moins de poidsà la même capacité). Il n'y a pratiquement pas d'« effet mémoire ». Bonne performance à basses températures, bien qu'inférieur aux batteries Ni-Cd.	Piles plus chères que les Ni-Cd. Temps de charge plus long. Moins de courant de fonctionnement. Moins de cycles de charge-décharge (jusqu'à 500). Le niveau d'autodécharge est 1,5 à 2 fois supérieur à celui du Ni-Cd.

L'ancien chargeur s'adaptera-t-il à la nouvelle batterie si je remplace la batterie Ni-Cd par une batterie Ni-Mh ou vice versa ?

Le principe de charge des deux batteries est absolument le même, le chargeur peut donc être utilisé à partir de la batterie précédente. La règle de base pour charger ces batteries est qu’elles ne peuvent être chargées qu’une fois complètement déchargées. Cette exigence est une conséquence du fait que les deux types de batteries sont soumis à « l'effet mémoire », bien qu'avec les batteries Ni-Mh, ce problème soit minimisé.

Comment bien stocker les batteries Ni-Cd et Ni-Mh ?

Le meilleur endroit pour stocker une batterie est dans une pièce fraîche et sèche, car plus la température de stockage est élevée, plus la batterie s’autodécharge rapidement. La batterie peut être stockée dans n'importe quelle condition, sauf décharge complète ou une charge complète. La charge optimale est de 40 à 60 % %. Une fois tous les 2-3 mois, vous devez recharger (en raison de la présence d'autodécharge), décharger et recharger à 40-60 % de la capacité. Un stockage jusqu'à cinq ans est acceptable. Après stockage, la batterie doit être déchargée, chargée puis utilisée normalement.

Puis-je utiliser des piles d'une capacité supérieure ou inférieure à celle de la batterie du kit d'origine ?

La capacité de la batterie correspond à la durée de fonctionnement de votre outil électrique sur batterie. En conséquence, il n’y a absolument aucune différence de capacité de batterie pour un outil électrique. La différence réelle résidera uniquement dans le temps de charge de la batterie et la durée de fonctionnement de l'outil électrique à partir de la batterie. Lors du choix d'une capacité de batterie, vous devez partir de vos exigences ; si vous devez travailler plus longtemps avec une batterie, choisissez-en une plus grande. batteries de grande capacité, si les piles fournies vous donnent entière satisfaction, vous devez alors choisir des piles de capacité égale ou similaire.

De l'expérience d'exploitation

Les cellules NiMH sont largement présentées comme étant à haute énergie, résistantes au froid et sans mémoire. Ayant acheté un appareil photo numérique Canon PowerShot A 610, je l'ai naturellement équipé d'une grande mémoire pour 500 photos la plus haute qualité, et pour augmenter la durée du tournage j'ai acheté 4 cellules NiMH d'une capacité de 2500 mAh chez Duracell.

Comparons les caractéristiques des éléments produits industriellement :

Possibilités		Lithium-ion Li-ion	Nickel-cadmium NiCd	Nickel- hydrure métallique NiMH	Plomb-acide Pb
Durée du service cycles de charge/décharge		1-1,5 ans	500-1000		3 00-5000
Capacité énergétique, W*h/kg
Courant de décharge, mA*capacité de la batterie
Tension d'un élément, V
Taux d'autodécharge		2-5% par mois	10% pour le premier jour, 10% pour chaque mois suivant	2 fois plus élevé NiCd	40% dans l'année
Plage de température admissible, degrés Celsius	mise en charge
	détente		-20... +65
Plage de tension admissible, V		2,5-4,3 (du Coca), 3,0-4,3 (graphite)			5,25-6,85 (pour les piles 6 V), 10,5-13,7 (pour les piles 12 V)

Tableau 1.

Dans le tableau, nous voyons que les éléments NiMH ont une capacité énergétique élevée, ce qui les rend préférables lors du choix.

Pour les charger, un chargeur intelligent DESAY Full-Power Harger a été acheté, qui permet de charger les cellules NiMH avec leur formation. Les éléments ont été chargés efficacement, mais... Cependant, à la sixième charge, il est mort longtemps. L'électronique est grillée.

Après avoir remplacé le chargeur et plusieurs cycles de charge-décharge, les batteries ont commencé à s'épuiser dès la deuxième ou la troisième dizaine de tirs.

Il s'est avéré que malgré les assurances, les cellules NiMH ont également de la mémoire.

Et le plus moderne des appareils portables ceux qui les utilisent disposent d'une protection intégrée qui coupe l'alimentation lorsqu'une certaine tension minimale est atteinte. Cela évite que la batterie ne soit complètement déchargée. C'est là que la mémoire des éléments commence à jouer son rôle. Les cellules qui ne sont pas complètement déchargées reçoivent une charge incomplète et leur capacité diminue à chaque recharge.

Des chargeurs de haute qualité vous permettent de recharger sans perte de capacité. Mais je n'ai pas trouvé quelque chose comme ça en vente pour des éléments d'une capacité de 2500 mAh. Il ne reste plus qu'à les former périodiquement.

Formation sur les cellules NiMH

Tout ce qui est écrit ci-dessous ne s'applique pas aux éléments batterie ayant une forte autodécharge . Ils ne peuvent qu’être jetés ; l’expérience montre qu’ils ne peuvent pas être formés.

La formation des cellules NiMH comprend plusieurs (1 à 3) cycles de décharge-charge.

La décharge est effectuée jusqu'à ce que la tension sur la cellule de la batterie chute à 1 V. Il est conseillé de décharger les éléments individuellement. La raison en est que la capacité d’accepter des frais peut varier. Et cela s'intensifie lors d'une charge sans entraînement. Ainsi, la protection contre la tension de votre appareil (lecteur, appareil photo, ...) se déclenche prématurément et l'élément non déchargé est ensuite chargé. Il en résulte une perte croissante de capacité.

La décharge doit être effectuée dans un dispositif spécial (Fig. 3), qui permet de l'effectuer individuellement pour chaque élément. S'il n'y a pas de contrôle de tension, la décharge a été effectuée jusqu'à ce que la luminosité de l'ampoule diminue sensiblement.

Et si vous chronométrez la durée de combustion de l'ampoule, vous pouvez déterminer la capacité de la batterie, elle est calculée par la formule :

Capacité = Courant de décharge x Temps de décharge = I x t (A * heure)

Une batterie d'une capacité de 2 500 mAh est capable de fournir un courant de 0,75 A à la charge pendant 3,3 heures, si le temps obtenu suite à la décharge est inférieur et, par conséquent, la capacité résiduelle est inférieure. Et lorsque la capacité requise diminue, vous devez continuer à entraîner la batterie.

Maintenant, pour décharger les cellules de la batterie, j'utilise un appareil réalisé selon le circuit illustré à la Fig. 3.

Il est fabriqué à partir d’un vieux chargeur et ressemble à ceci :

Ce n'est que maintenant qu'il y a 4 ampoules, comme sur la figure 3. Nous devons dire quelque chose sur les ampoules séparément. Si l'ampoule a un courant de décharge égal au courant nominal d'une batterie donnée ou légèrement inférieur, elle peut être utilisée comme charge et comme indicateur, sinon l'ampoule n'est qu'un indicateur. Alors la résistance doit avoir une valeur telle que résistance totale El 1-4 et la résistance R 1-4 qui lui est parallèle étaient d'environ 1,6 Ohms. Le remplacement d'une ampoule par une LED est inacceptable.

Un exemple d’ampoule pouvant être utilisée comme charge est une ampoule de lampe de poche au krypton de 2,4 V.

Un cas particulier.

Attention! Les fabricants ne garantissent pas travail normal batteries à des courants de charge dépassant le courant charge accélérée Je charge doit être inférieur à la capacité de la batterie. Ainsi, pour les batteries d’une capacité de 2 500 mAh, elle doit être inférieure à 2,5 A.

Il arrive que les cellules NiMH après décharge aient une tension inférieure à 1,1 V. Dans ce cas, il faut appliquer la technique décrite dans l'article ci-dessus du magazine PC WORLD. Un élément ou un groupe d'éléments en série est connecté à une source d'alimentation via une ampoule de voiture de 21 W.

Encore une fois j'attire votre attention ! L'autodécharge de ces éléments doit être vérifiée ! Dans la plupart des cas, ce sont les éléments à tension réduite qui présentent une autodécharge accrue. Ces objets sont plus faciles à jeter.

Il est préférable de facturer individuellement pour chaque élément.

Pour deux éléments d'une tension de 1,2 V, la tension de charge ne doit pas dépasser 5-6 V. Lors d'une charge forcée, l'ampoule sert également d'indicateur. Lorsque la luminosité de l'ampoule diminue, vous pouvez vérifier la tension sur l'élément NiMH. Elle sera supérieure à 1,1 V. Généralement, cette charge initiale forcée prend de 1 à 10 minutes.

Si l'élément NiMH n'augmente pas la tension pendant une charge forcée pendant plusieurs minutes et devient chaud, c'est une raison pour le retirer de la charge et le jeter.

Je recommande d'utiliser uniquement des chargeurs ayant la possibilité d'entraîner (régénérer) les cellules lors de la recharge. S'il n'y en a pas, alors après 5 à 6 cycles de fonctionnement dans l'équipement, sans attendre une perte totale de capacité, entraînez-les et rejetez les éléments à forte autodécharge.

Et ils ne vous laisseront pas tomber.

L'un des forums a commenté cet article "c'est écrit bêtement, mais il n'y a rien d'autre". Ce n'est donc pas «stupide», mais simple et accessible à tous ceux qui ont besoin d'aide pour faire la cuisine. Autrement dit, aussi simple que possible. Les personnes avancées peuvent installer un contrôleur, connecter un ordinateur, ...... , mais c'est une autre histoire.

Pour que ça n'ait pas l'air stupide

Il existe des chargeurs « intelligents » pour les cellules NiMH.

Ce chargeur fonctionne avec chaque batterie séparément.

Il peut:

1. travailler individuellement avec chaque batterie dans différents modes,
2. charger les batteries en mode rapide et lent,
3. affichage LCD individuel pour chaque compartiment à piles,
4. charger chaque batterie indépendamment,
5. charger d'une à quatre piles de capacités et de tailles différentes (AA ou AAA),
6. protéger la batterie de la surchauffe,
7. protéger chaque batterie contre la surcharge,
8. détermination de la fin de la charge par chute de tension,
9. identifier les batteries défectueuses,
10. pré-décharger la batterie à la tension résiduelle,
11. restaurer les anciennes batteries (entraînement charge-décharge),
12. vérifier capacité de la batterie,
13. affichage sur l'écran LCD : - courant de charge, la tension, reflètent la capacité actuelle.

Le plus important, J'insiste, ce type d'appareil permet de travailler individuellement avec chaque batterie.

Selon les avis des utilisateurs, un tel chargeur vous permet de restaurer la majorité des batteries négligées, et celles en bon état peuvent être utilisées pendant toute la durée de vie garantie.

Malheureusement, je n'ai pas utilisé un tel chargeur, car il est tout simplement impossible de l'acheter en province, mais on peut trouver de nombreux avis sur les forums.

L'essentiel est de ne pas charger à des courants élevés, malgré le mode indiqué avec des courants de 0,7 à 1A, il s'agit toujours d'un appareil de petite taille et peut dissiper une puissance de 2 à 5 W.

Conclusion

Toute restauration de batteries NiMh est un travail strictement individuel (avec chaque élément individuel). Avec surveillance constante et rejet des éléments qui n'acceptent pas la charge.

Et il est préférable de les restaurer à l'aide de chargeurs intelligents qui vous permettent d'effectuer individuellement un rejet et un cycle de charge-décharge avec chaque élément. Et comme il n'existe pas de tels appareils fonctionnant automatiquement avec des batteries de n'importe quelle capacité, ils sont conçus pour des éléments d'une capacité strictement définie ou doivent avoir des courants de charge et de décharge contrôlés !

J'ai acheté un tas de supports pour piles (ou simplement piles) au format AA sur Ali... La chose est parfois nécessaire à la ferme, surtout si vous assemblez ou réparez des appareils électroniques ou des gadgets. En fait, il n'y aurait plus rien à écrire à leur sujet (enfin, il suffit d'évaluer la résistance des contacts, de mesurer la longueur des fils et d'évaluer le plastique à l'œil et à la dent - ce qui sera dans la revue), mais je suis tombé sur un article sur Internet et l'idée est née de vérifier si la capacité peut être restaurée pour les batteries NiCd et NiMh qui ont épuisé leur durée de vie, qui se sont accumulées dans la maison, et on ne peut pas simplement les jeter dans une décharge, car de tels éléments doivent être remis au recyclage... Qu'est-ce qui en est arrivé et si cela a fonctionné... Vous pouvez le découvrir en lisant la critique...
Attention- beaucoup de photos, du trafic !!!

Il s'agit en fait de l'article lui-même que j'ai mentionné dans la table des matières de la revue...


J'ai commencé à chercher plus d'informations sur la restauration des batteries NiCd et NiMh qui avaient perdu leur capacité et la recherche m'a conduit à un article intéressant en anglais, que vous pouvez lire en suivant le lien : Ceux qui ne connaissent pas l'anglais peuvent profiter des opportunités traduction automatique en russe Système Google. La principale chose que j'ai apprise de l'article est que les éléments NiCd et NiMh ont de la mémoire (dans NiCd c'est très prononcé, dans NiMh c'est moins prononcé, mais l'effet se produit toujours), et pour prolonger leur durée de vie, ils doivent être déchargés à une certaine tension avant de charger.


Beaucoup de gens savent probablement que le fabricant recommande de décharger les batteries à une tension résiduelle de 0,9 à 1 V, puis de les charger ensuite seulement. Mais cela est souvent ignoré et, avec le temps, les éléments perdent de leur capacité et des cristaux de sels de cadmium et de nickel s'y forment. Et pour les casser, au moins partiellement, il faut décharger les batteries avec un petit courant jusqu'à une tension résiduelle de 0,4-0,5V...

À propos, parlons un peu du fonctionnement d'une batterie : la base de toute batterie est constituée d'électrodes positives et négatives. Analysons-le sur la base d'une batterie NiCd. L'électrode positive (cathode) contient de l'hydroxyde de nickel NiOOH avec de la poudre de graphite (5 à 8 %) et l'électrode négative (anode) contient du cadmium métallique Cd sous forme de poudre.


Les batteries de ce type sont souvent appelées batteries en rouleau, car les électrodes sont enroulées dans un cylindre (rouleau) avec une couche de séparation, placées dans un boîtier métallique et remplies d'électrolyte. Un séparateur (séparateur), humidifié avec de l'électrolyte, isole les plaques les unes des autres. Il est fait d'un matériau non tissé qui doit être résistant aux alcalis. L'électrolyte est le plus souvent de l'hydroxyde de potassium KOH additionné d'hydroxyde de lithium LiOH, qui favorise la formation de nickelates de lithium et augmente la capacité de 20 %.

Les batteries nickel-hydrure métallique sont des analogues des batteries nickel-cadmium dans leur conception et des batteries nickel-hydrogène dans les processus électrochimiques. L'énergie spécifique d'une batterie Ni-MH est nettement supérieure à l'énergie spécifique des batteries Ni-Cd et Ni-H2.
La batterie NiMh (Nickel Metal Hydride) est conçue presque de la même manière que le NiCd :


Les électrodes positives et négatives, séparées par un séparateur, sont enroulées en un rouleau qui est inséré dans le boîtier et fermé par un couvercle hermétique avec un joint. Le couvercle dispose d'une soupape de sécurité qui se déclenche à une pression de 2 à 4 MPa en cas de panne pendant le fonctionnement de la batterie.

Fort de mes connaissances, j'ai décidé d'essayer d'assembler quelque chose de similaire à celui de l'article « Déchargeur automatique », et en pratique de vérifier si cela aidera ou non, à restaurer, au moins partiellement, les batteries qui ont perdu leur capacité. J'ai assemblé un tel appareil de test selon le schéma donné dans l'article. Dans l’article, une ampoule 1V 75mA était utilisée à titre indicatif ; je ne sais pas où l’auteur en a trouvé une. Il a également été proposé dans l'article d'utiliser une LED, mais cette idée ne fonctionnera pas, puisque toutes les LED ne s'allument pas à 1-1,5V... Un ampèremètre a donc été utilisé comme indicateur...

Le courant de décharge initial d'une batterie fraîchement chargée est de 250 mA et diminue progressivement. Avec une tension résiduelle de 1V, le courant de décharge chute à 30-40mA, soit exactement le courant nécessaire pour tenter de briser les cristaux de « scories » de la batterie...
J'ai fait un petit test d'une pile Ni-Mh AAA qui a été « tuée » par un radiotéléphone ; au total 4 cycles de charge-décharge ont été effectués. Les tests ont été effectués comme suit : La batterie a été déchargée à la tension recommandée par le fabricant de 1 V et a été complètement chargée à l'aide du chargeur automatique Soshine (merci aux chinois)

Le chargeur compte la quantité de charge « pompée » dans la batterie, bien sûr, ce n'est pas la bonne façon d'évaluer la capacité, car vous devez mesurer la capacité de la batterie lors de la décharge et non de la charge (à l'avenir, nous mesurerons la capacité correctement), mais indirectement vous pouvez juger si la capacité change ou non batterie « morte »...

Digression lyrique

D'ailleurs, sur Muska, de nombreux auteurs « pèchent » avec cela, mesurant la capacité des batteries avec l'aide du favori de tous, le « médecin blanc »... Après avoir mesuré la charge « injectée » dans la batterie, ils parlent avec un important l'air sur la capacité de la batterie, sans tenir compte du fait que tout n'est pas « gonflé » peut être « soufflé », ainsi que de nombreuses pertes d'énergie dues à l'autodécharge, à l'échauffement de la batterie, etc. Tout examen d'un appareil qui a port USB, est considéré comme incomplet s’il ne contient pas de photographie du « médecin blanc ». Les Chinois se sont probablement enrichis grâce à la vente de ces super appareils de test...))))

Une batterie complètement chargée a pris 480 mAh de « charge » et a été placée pour être déchargée dans un dispositif de décharge fabriqué... La coupure de décharge s'est produite à une tension résiduelle de la batterie de 0,5 V... Cette valeur dépend des paramètres des transistors utilisés dans le dispositif de décharge... Le cycle Charge-Décharge a été répété 4 fois... Les résultats des tests préliminaires sont donnés ci-dessous :

1 charge - 680 mAh

2 charges - 726 mAh

3 charges - 737 mAh

4 charges - 814 mAh

Eh bien, nous voyons dynamique positive... Au moins, de plus en plus de « charge » entre dans la batterie, mais malheureusement, ce n'est qu'une évaluation indirecte de la capacité, et pour l'estimer avec précision, vous devez décharger la batterie en mesurant la capacité...
Que ferons-nous ensuite))))
Pour évaluer correctement la capacité de la batterie, un nouveau chargeur-décharge BM200 a été commandé aux Chinois... Il est capable de décharger la batterie et de mesurer la capacité, ce sera beaucoup plus précis...

Comme vous pouvez tester 4 batteries à la fois, il a été décidé de refaire le déchargeur et de le rendre également à 4 canaux. Le dispositif chargeur-décharge VM200 est bien sûr capable de décharger indépendamment la batterie, mais il le fait jusqu'à une tension résiduelle de 0,9V, et cela ne suffit pas, je dois décharger chaque élément à 0,4V, j'ai donc trouvé un schéma de un autre appareil de décharge sur Internet

J'ai traduit ce circuit en éléments modernes et je l'ai multiplié à 4 canaux...
Le résultat est le dispositif de décharge suivant :




Depuis que j'ai réglé la même tension de coupure du comparateur dans les 4 canaux, je me suis contenté d'une diode Zener et d'une résistance de construction pour les quatre canaux...
Pour ceux qui veulent le répéter, je donne un lien vers le circuit imprimé, tous les éléments sont étiquetés dessus

C'est là que nous sommes arrivés à nos supports pour piles ou piles... J'avais besoin de 4 pièces, le reste ira « en réserve »... Comme d'habitude, le lien ne mène déjà « nulle part », j'ai donc mis un produit similaire d'un autre vendeur dans le titre. Sous le spoiler je joins une capture d'écran de la commande, sinon ils ne croiront pas que je commande des pièces détachées aux Chinois...))))

Écran de commande

Pendant que les chinois, à la sueur de leur front, m'apportent mes 2 colis à toute vitesse, en rickshaw, je me permettrai une petite digression lyrique... Il y aura certainement quelques lecteurs de Muska qui diront que je je fais des ordures, surtout dans la fabrication cartes de circuits imprimés, et en général, vous ne devriez pas vous en soucier, mais jetez simplement les piles usagées... C'est peut-être correct, mais chacun a son propre chemin, certains boivent de la vodka, d'autres vont aux bains publics, mais j'aime créer quelque chose, même si cela semble inutile à certains... L'essentiel est que j'aime ça, mais pour vous, je vous souhaite juste de vous reposer en lisant ma critique, peut-être d'apprendre quelque chose de nouveau et d'en discuter dans les commentaires, n'hésitez pas Je n'amenerai pas le débat à un "holivar"...)) )
En attendant le colis, j'ai réalisé un module d'indication à la place d'un voltmètre pour la première version de la carte, qui possède deux transistors...

s'amuser sous le spoiler

Tout cela se fait sur la puce LM3914, presque selon schéma standardà partir de la fiche technique. Alimentation 5V provenant d'une sorte de chargeur téléphone portable... Il y a un cavalier sur la carte qui peut être utilisé pour faire passer la puce du mode « Point » au mode « Colonne » et inversement...

face arrière


Lorsqu'une LED rouge est allumée, la tension sur la batterie est de 0,2 V, lorsque toute la colonne est allumée, cela signifie 1,2 V sur la batterie. Chaque LED éteinte signale que la tension sur la batterie a baissé de 0,1 V supplémentaire... Il est pratique d'utiliser cette carte sous la forme d'un voltmètre indicateur avec une précision assez élevée...

Finalement, les deux colis sont arrivés, je ne décrirai pas le déballage, la pesée, la mesure des dimensions, car il est déjà clair que les supports de piles AA sont légèrement plus grands que les piles elles-mêmes... Voici une vue générale du support.


Le plastique est élastique, maintient bien la batterie, de plus, il est assez difficile de retirer la batterie avec les doigts, il faut la soulever avec un objet fin, un tournevis par exemple.
Vérifions la résistance du contact à ressort. 2 milliOhms...


La longueur des fils (rouge et noir) est d'environ 15 cm.

Ajustons maintenant la tension de coupure des comparateurs ; cela peut être fait sur n’importe lequel des quatre canaux. Et vérifions le courant avec lequel nos batteries seront déchargées... Nous fournissons 5 V au dispositif de décharge à partir d'une sorte de source d'alimentation provenant d'un téléphone portable. On voit que toutes les LED sont allumées. Le vert signale que l'alimentation est connectée et les 4 LED rouges nous indiquent que tous les comparateurs sont dans un état fermé et qu'aucune décharge ne se produit.

Description du processus d'installation et photos sous le spoiler

Connectez-vous à la première chaîne bloc de laboratoire alimentation et donnez 1,2 V - c'est la tension d'une batterie complètement chargée... On voit que la décharge avec un courant de 70 mA a commencé (à droite se trouve un ampèremètre précis avec 4 décimales)


A noter que la LED du premier canal s'est éteinte, signalant que la décharge a commencé dans ce canal...


À une tension de batterie de 0,5 V, le courant de décharge est de 40 mA, en principe, c'est exactement le courant dont nous avons besoin pour réussir à briser les cristaux formés...


A une tension de 0,4 V, le comparateur se ferme et la décharge est terminée. Attention, le courant sur l'ampèremètre est devenu nul

À l'aide d'une pince à sertir (pas une sertisseuse professionnelle bon marché, achetée sur Ali), nous sertissons les fils dans des cosses spéciales pour les connecteurs


C'est ainsi que vous obtenez une pointe sertie... Agréable à travailler outil professionnel, même si ce n'est pas bon marché, la commodité et les résultats en valent la peine.

Eh bien... tout est prêt, nous sélectionnons les candidats pour la restauration des capacités. Les numéros 1 et 2 sont des piles NiMh provenant d'un rasoir électrique Panasonic ; la capacité initiale est inconnue. Après 3 ans d'utilisation du rasoir électrique, les batteries complètement chargées ne suffisaient plus pour une seule séance de rasage. Les piles NiCd numéros 3 et 4, d'une capacité initiale de 600 mA, ont rempli leur fonction dans un électrocardiographe...
Les batteries étant restées longtemps inutilisées, il faut d'abord les « remonter le moral » ; cela peut être fait sur le chargeur VM200 en sélectionnant le mode Gharge-Refresh - le chargeur effectuera 3 cycles de décharge à 0,9V, puis chargez complètement, et ainsi de suite 3 fois. Dans le même temps, la capacité augmente légèrement. De cette façon, nous éliminerons l'erreur d'une légère augmentation de capacité, qui sera ajoutée après plusieurs cycles d'« entraînement » des batteries restées inactives pendant une longue période. La formation a été réalisée et a duré environ 36 heures.

Vous pouvez maintenant commencer le processus de récupération...


Nous insérons toutes les batteries dans le chargeur, sélectionnons le mode « Chargement-Test »... et attendons... Après complètement chargé courant 200mA, le chargeur déchargera les batteries à 0,9V avec un courant de 100mA et calculera la capacité transférée. Nous fonctionnerons avec lui comme capacité initiale jusqu'à la restauration.


Le matin, le chargeur a donné la capacité calculée des batteries, nous l'utiliserons comme valeurs initiales, les batteries Nickel-Cadmium ont perdu la moitié de leur capacité initiale, les batteries Nickel-hydrure métallique, on ne sait pas quelle capacité elles avaient au départ, je suppose, quelque part autour de 1200 mAh, mais cela n'a pas d'importance, l'essentiel pour nous est la restauration de la dynamique et de la capacité.


Nous mettons toutes les batteries dans le dispositif de décharge, nous voyons que toutes les LED rouges se sont éteintes et les batteries ont commencé à se décharger dans les quatre canaux. Lorsqu'une tension résiduelle de 0,4V est atteinte sur chaque batterie, les comparateurs se fermeront et les LED rouges s'allumeront, signalant la fin de la décharge. Cela peut prendre beaucoup de temps...


Je suis rentré du travail et les 4 LED rouges du dispositif de décharge étaient allumées. Au cas où, j'ai mesuré la tension résiduelle sur toutes les batteries avec un voltmètre. Environ 0,4 V sur chaque...

Eh bien, commençons à répéter le cycle de décharge-charge. Long et fastidieux, de jour comme de nuit. Tous les tests ont duré 4 jours. L'écran du chargeur VM200 montre une dynamique positive, de plus en plus de charge « entre » dans les batteries... Il est clair que la méthode fonctionne...)))))


Mais les points sont au dessus je organisera le test final de la capacité de la batterie pendant la décharge.
5 cycles de charge-décharge se sont écoulés... On met les batteries pour déterminer la capacité, c'est le mode « Gharge-Test »... Eh bien, voici le résultat final - le verdict...


Comme on peut le voir, la capacité est restée la même... Un miracle ne s'est pas produit, même si tout disait que les batteries étaient en train d'être restaurées, car... la capacité « pompée » augmente... Mais hélas...
À ce stade, les Muskovites ayant une formation en sciences humaines ont malheureusement fermé la revue et m'ont donné un gros moins... Les Muskovites avec une formation d'ingénieur ont ri et ont pensé que personne n'avait jamais trompé les lois de la physique, de la chimie, de la vieillesse et de la vieille femme avec une faux... Et ils le savaient d'avance... Mais... Il y a un petit MAIS...
Comme vous vous en souvenez, j'ai déjà écrit sur la restauration des piles AAA d'un radiotéléphone, au début de l'article... Les piles ont fonctionné pendant 2 ans et ont cessé de tenir la charge. Si vous retirez le téléphone du chargeur, après 10 à 15 minutes, l'icône de batterie faible clignote sur l'écran et vous demande de mettre le téléphone en charge. Si sa demande était ignorée, le téléphone était simplement éteint. Il y a environ un an. Après 4 cycles de décharge-charge, j'ai remis les batteries dans le téléphone, et elles fonctionnent depuis un an maintenant, même si je dois recharger le téléphone un peu plus souvent qu'avec des batteries neuves, MAIS !!! Le téléphone fonctionne bien depuis un an avec des batteries reconditionnées !!! Pourquoi et comment, je ne sais pas... Mais le fait demeure...
Maintenant, remettons les batteries chargées au rasoir Panasonic... Avant que les batteries ne soient restaurées, elles duraient environ 4 à 5 minutes après avoir été complètement chargées... Ensuite, le rasoir est inévitablement « mort »... Eh bien, vérifions, mettons les piles ont été remises en place... Je me suis rasé... puis je l'ai tenu pendant encore 25 minutes, le rasoir était allumé... Il bourdonnait comme s'il avait des piles neuves... Je n'ai plus dérangé le moteur.. Je l'ai éteint... J'ai l'impression que ces piles vont me durer un moment...
Je ne tirerai pas de conclusions, chacun peut les tirer lui-même... Merci à tous ceux qui ont lu mon avis jusqu'au bout...
A la fin de l'examen, selon la tradition, l'animal... L'animal a aimé le plastique et la résistance du contact à ressort, mais n'a vraiment pas aimé la longueur des fils... Il faudrait qu'il soit plus long... et il devrait y avoir un bruissement au bout des fils...

Tout a commencé avec le fait que mon appareil photo « viser et photographier » a catégoriquement refusé de fonctionner avec des piles fraîchement retirées du chargeur – quatre piles NiMH de type AA. Prenez-les comme d'habitude et jetez-les. Mais pour une raison quelconque, cette fois, la curiosité a pris le pas sur le bon sens (ou peut-être que c'était le crapaud qui a parlé), et je voulais comprendre s'il était possible de tirer au moins autre chose de ces batteries. L'appareil photo est très gourmand en énergie, mais il existe aussi des consommateurs plus modestes - des souris ou des claviers sans fil par exemple.

En fait, deux paramètres intéressent le consommateur : la capacité de la batterie et sa résistance interne. Il existe également peu de manipulations possibles - décharge et charge. En mesurant le courant et le temps pendant le processus de décharge, vous pouvez estimer la capacité de la batterie. Par la différence de tension de la batterie au ralenti et en charge, vous pouvez estimer la résistance interne. En répétant le cycle de décharge-charge (c’est-à-dire en effectuant « l’entraînement ») plusieurs fois, vous pouvez comprendre si cette action a du sens.

En conséquence, le plan suivant a été élaboré : nous fabriquons un éclateur et un chargeur contrôlés avec la capacité de mesurer en continu les paramètres du processus, d'effectuer des opérations arithmétiques simples sur les valeurs mesurées et de répéter le processus le nombre de fois requis. Nous comparons, tirons des conclusions et finalement jetons les piles.

Support de mesure

Une collection complète de vélos. Il se compose d'une partie analogique (dans le schéma ci-dessous) et d'un microcontrôleur. Dans mon cas, la partie intellectuelle était l'Arduino, même si ce n'est pas du tout important - tant qu'il y a l'ensemble d'entrées/sorties nécessaire.

Le stand a été réalisé à partir de ce qui a été trouvé dans un rayon de trois mètres. Si quelqu’un veut le répéter, il n’est pas du tout nécessaire de suivre exactement le schéma. Le choix des paramètres des éléments peut être assez large, j'en parlerai un peu plus tard.

L'unité de décharge est un stabilisateur de courant contrôlé basé sur l'amplificateur opérationnel IC1B (LM324N) et transistor à effet de champ T1. Presque tous les transistors, à condition qu'il y ait suffisamment de tensions, de courants et de dissipation de puissance admissibles. Et ils sont tous petits ici. Résistance de rétroaction et en même temps une partie de la charge (avec Q1 et R20) pour la batterie - R1. Sa valeur maximale doit être telle qu'elle fournisse le courant de décharge maximal requis. Si nous supposons que la batterie peut être déchargée jusqu'à 1 V, alors pour garantir un courant de décharge de, par exemple, 500 mA, la résistance R1 ne doit pas être supérieure à 2 Ohms. Le stabilisateur est contrôlé par un DAC résistif trois bits (R12-R17). Ici, le calcul est le suivant : la tension à l'entrée directe de l'ampli-op est égale à la tension à R1 (qui est proportionnelle au courant de décharge). Nous modifions la tension à l'entrée directe - le courant de décharge change. Pour adapter la sortie DAC à la plage souhaitée, il existe une résistance d'ajustement R3. C'est mieux si c'est multi-tours. Les valeurs de R12-R17 peuvent être quelconques (de l'ordre de dizaines de kilo-ohms), l'essentiel est que le rapport de leurs valeurs soit de 1/2. Aucune précision particulière n'est requise de la part du DAC, puisque le courant de décharge (tension sur R1) est mesuré directement par l'amplificateur d'instrumentation IC1D pendant le processus. Son gain est K=R11/R10=R9/R8. La sortie est transmise au microcontrôleur ADC (A1). En modifiant les valeurs de R8-R11, le gain peut être ajusté à la valeur souhaitée. La tension sur la batterie est mesurée par le deuxième amplificateur IC1C, K=R5/R4=R7/R6. Pourquoi contrôler le courant de décharge ? Le point ici est essentiellement le suivant. Si vous déchargez avec un courant constant et élevé, alors en raison de la grande résistance interne des batteries usées, le tension admissible 1 V (et il n'y a pas d'autre point de référence pour arrêter la décharge) sera atteint avant que la batterie ne se décharge réellement. Si vous déchargez avec un courant faible et constant, le processus prendra trop de temps. La décharge s’effectue donc par étapes. Huit pas me semblaient suffisants. Si la chasse est plus/moins, vous pouvez alors modifier la profondeur de bits du DAC. De plus, en allumant et éteignant la charge, vous pouvez estimer la résistance interne de la batterie. Je pense que l'algorithme de fonctionnement du contrôleur pendant la décharge ne nécessite pas d'explications supplémentaires. À la fin du processus, Q1 est verrouillé, la batterie est complètement déconnectée de la charge et le contrôleur allume l'unité de charge.

Blocage des charges. Également un stabilisateur de courant, uniquement incontrôlé, mais commutable. Le courant est réglé par la source de tension de référence sur IC2 (2,5 V, précision 1% selon la fiche technique) et la résistance R21. Dans mon cas, le courant de charge était classique - 1/10 de la capacité nominale de la batterie. Résistance de rétroaction - R20. Vous pouvez utiliser n'importe quelle autre source de tension de référence - en fonction de vos goûts et de la disponibilité des pièces. Le transistor Q2 fonctionne dans un mode plus rigide que Q1. En raison de la différence notable entre Vcc et la tension de la batterie, une puissance importante est dissipée à travers celle-ci. C'est le prix à payer pour la simplicité du circuit. Mais le radiateur sauve la situation. Le transistor Q3 sert à forcer Q2 à s'éteindre, c'est-à-dire à éteindre l'unité de charge. Contrôlé par le signal 12 du microcontrôleur. Une autre source de tension de référence (IC3) est nécessaire pour que le CAN du contrôleur fonctionne. La précision des mesures de notre stand dépend de ses paramètres. LED1 - pour indiquer l'état du processus. Dans mon cas, il ne s'allume pas pendant le processus de décharge, s'allume lors de la charge et clignote lorsque le cycle est terminé.
La tension d'alimentation est sélectionnée pour garantir que les transistors s'ouvrent et fonctionnent dans les plages requises. Dans ce cas, les deux transistors ont une tension de déverrouillage de grille assez élevée - environ 2 à 4 V. De plus, Q2 est « sauvegardé » par la tension de la batterie et R20, de sorte que la tension de déverrouillage de grille commence à environ 3,5 à 5,5 V. Dans tour Le LM323 ne peut pas augmenter la tension de sortie au-dessus de Vcc moins 1,5 V. Par conséquent, Vcc doit être assez grand et dans mon cas, il est de 9 V.

L'algorithme de contrôle de charge était basé sur la version classique de surveillance du moment où la tension de la batterie commence à baisser. Cependant, en réalité, tout s'est avéré ne pas être tout à fait vrai, mais nous y reviendrons plus tard.
Toutes les valeurs mesurées au cours du processus de « recherche » ont été écrites dans un fichier, puis des calculs ont été effectués et des graphiques ont été dessinés.

Je pense que tout est clair avec le support de mesure, passons donc aux résultats.

Résultats de mesure

Nous avons donc des batteries chargées (mais non fonctionnelles), que nous déchargeons et mesurons la capacité stockée, et en même temps la résistance interne. Cela ressemble à ceci.

Graphiques sur les axes : temps, heures (X) et puissance, W (Y) pour les meilleures et les pires batteries. On peut voir que l’énergie stockée (la surface sous les graphiques) est très différente. En termes numériques, les capacités de batterie mesurées étaient de 1 196, 739, 1 237 et 1 007 mAh. Pas grand-chose, sachant que la capacité nominale (indiquée sur le boîtier) est de 2700 mAh. Et la dispersion est assez large. Qu’en est-il de la résistance interne ? C'était respectivement 0,39, 0,43, 0,32 et 0,64 Ohm. Terrible. Il est clair pourquoi le porte-savon a refusé de fonctionner : les piles ne sont tout simplement pas capables de fournir un courant important. Eh bien, commençons l'entraînement.

Premier cycle. Encore une fois la puissance de sortie de la meilleure et de la pire batterie.

Les progrès sont visibles à l’œil nu ! Les chiffres le confirment : 1715, 1444, 1762 et 1634 mAh. La résistance interne s'est également améliorée, mais de manière très inégale - 0,23, 0,40, 0,1, 0,43 Ohm. Il semblerait qu'il y ait une chance. Mais hélas, d’autres cycles de décharge/charge n’ont rien donné. Les valeurs de capacité, ainsi que la résistance interne, variaient d'un cycle à l'autre dans une plage d'environ 10 %. Ce qui se situe quelque part près des limites de la précision des mesures. Ceux. Un long entraînement, du moins pour mes batteries, n’a rien fait. Mais il est devenu évident que les batteries conservaient plus de la moitié de leur capacité et fonctionneraient toujours à faible courant. Au moins quelques économies à la ferme.

Maintenant, je veux m'attarder un peu sur le processus de charge. Peut-être que mes observations seront utiles à quelqu'un qui envisage de concevoir un chargeur intelligent.
Voici un graphique de charge typique (à gauche se trouve l'échelle de tension de la batterie en volts).

Après le début de la charge, une chute de tension est observée. Selon les cycles, elle peut être plus ou moins profonde, de durée légèrement différente et parfois absente. Puis, pendant environ 10 heures, on observe une augmentation uniforme puis un plateau presque horizontal. La théorie stipule qu’avec un faible courant de charge, il n’y a pas de chute de tension à la fin de la charge. J'ai été patient et j'attendais toujours cet automne. C’est petit (c’est presque invisible à l’œil nu sur la carte), il faut attendre très longtemps pour l’avoir, mais il est toujours là. Après dix heures de charge et avant la baisse, la tension sur la batterie, bien qu'elle augmente, est extrêmement insignifiante. Cela n'a quasiment aucun effet sur la charge finale, aucun phénomène désagréable tel qu'un échauffement de la batterie n'est observé. Ainsi, lors de la conception de chargeurs à faible courant, il ne sert à rien de les doter d’intelligence. Une minuterie de 10 à 12 heures suffit et aucune précision particulière n'est requise.

Cependant, cette idylle a été perturbée par l’un des éléments. Après environ 5 à 6 heures de charge, des fluctuations de tension très visibles se sont produites.

Au début, je l'ai attribué à défaut de conception ma position. La photo montre que tout a été assemblé à l'aide d'une installation articulée et que le contrôleur était connecté avec des fils assez longs. Cependant, des expériences répétées ont montré que de telles absurdités se produisent systématiquement avec la même batterie et ne se produisent jamais avec d'autres. À ma grande honte, je n'ai pas trouvé la raison de ce comportement. Néanmoins (et cela est clairement visible sur le graphique), la valeur moyenne de la tension augmente comme elle le devrait.

Épilogue

Nous disposons ainsi de quatre batteries pour lesquelles une niche écologique a été trouvée grâce à des méthodes scientifiques précises. Nous sommes déçus des capacités du processus de formation. Et nous avons un effet inexpliqué qui se produit pendant la charge.
La prochaine étape est une batterie plus grosse - batterie de voiture. Mais là, les résistances de charge sont plusieurs ordres de grandeur plus puissantes. Quelque part, ils voyagent à travers les étendues de l'Eurasie.

C'est tout. Merci pour votre attention.