Μπαταρίες #6

Συσσωρευτές Ni-MH


[ #1-Γενικά περί Ηλεκτρικών Στοιχείων ] - [ #2-Φόρτιση ]- [ #3-Φορτιστές ] - [ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] - [ #5-Συσ. Ni-Cd ]
[ #7-Συσ. Λιθίου ] - [ #8-Συσ. Μολύβδου ] - [ #9-Συχνές ερωτήσεις ] - [ #10-Τροφοδοσία συστημάτων Τ/Κ ]
Τα στοιχεία Νικελίου-Υδρυδίου-Μετάλλου (Nickel Metal Hydride, Ni-MH) ήταν το αποτέλεσμα της ανάγκης αποφυγής του Καδμίου που θεωρείται πολύ τοξικό στο περιβάλλον.

Επειδή έχουν την ίδια ονομαστική τάση 1,2 V και τις ίδιες εξωτερικές διαστάσεις με τις Ni-Cd, είναι επόμενο να μπορούν να τις αντικαταστήσουν άμεσα στις πιό πολλές εφαρμογές. Αρχικά βρήκαν εφαρμογή σε κινητά τηλέφωνα και φορητούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές.

Εχουν πράγματι τόσο καλή σχέση χωρητικότητας / βάρους;

Οι Ni-MH έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα από τις Ni-Cd. Δεν υπάρχει όμως μία και μόνη σχέση μεταξύ των δύο τύπων. Στα μικρά μεγέθη στοιχείων συναντάμε Ni-MH με χωρητικότητα έως και 180% μεγαλύτερη από ισομεγέθη Ni-Cd π.χ. 100 mAh έναντι 50 mAh, ή 280 mAh έναντι 110 mAh, ενώ στα μεγαλύτερα μεγέθη όπως τα "Sub C" η διαφορά είναι γύρω στο 37% π.χ. 2400 mAh έναντι 3300 mAh.

Γιατί αυτό το μεγάλο εύρος;

Η τεχνολογία επιτρέπει και στα στοιχεία Ni-Cd να αυξήσουν την χωρητικότητά τους, αλλά πολλά μεγέθη που δεν έχουν ευρεία ζήτηση, δεν ενδιαφέρουν εμπορικά, και δεν αξίζει να "εκσυγχρονιστούν".
Αλλά ο κυριώτερος λόγος είναι ότι οι χωρητικότητες είναι "ονομαστικές" και οφείλονται στην ευχέρεια που έχει ο κατασκευαστής να "κλασσάρει" την χωρητικότητα ενός στοιχείου, ενώ αυτή στην πράξη εξαρτάται από την εσωτερική τους αντίσταση και τον τρόπο που θα τα εκφορτίσουμε.
Για παράδειγμα στο μέγεθος "sub C" έχουμε Ni-Cd με 2400 mAh και Ni-MH με 3000 mAh. Αν τα εκφορτίσουμε με 0,5-1 Αμπέρ οι Ni-MH θα δώσουν πράγματι 25% μεγαλύτερη χωρητικότητα απ' ότι οι Ni-Cd. Αν όμως τα εκφορτίσουμε με 30 Αμπέρ, εξ' αιτίας της μεγαλύτερης εσωτερικής αντίστασης, οι Ni-MH θα αποδώσουν μικρότερη χωρητικότητα από τις Ni-Cd εξανεμίζοντας κάθε πλεονέκτημα από την σχέση χωρητικότητα /βάρος, πόσο μάλλον όταν είναι και ακριβότερες.

Υπάρχει και άλλη κρυφή διαφορά;
Επειδή οι Ni-MH έχουν μεγαλύτερη εσωτερική αντίσταση, η τάση κατά την ταχεία εκφόρτιση είναι μικρότερη. Αν θέλεις να τροφοδοτείς δέκτη με πολλά σέρβο, ή το μοτέρ κίνησης με την ίδια ισχύ, θα πρέπει να προσθέσεις στην μπαταρία ένα ακόμα στοιχείο π.χ. 5 αντί για 4, 6 αντί για 5 ....... 9 αντί για 8, κ.ο.κ. Αρα το βάρος της μπαταρίας για το ίδιο αποτέλεσμα αυξάνει, και ο λόγος χωρητικότητας/βάρους μειώνεται.

Ποιά είναι η χημεία τους;

Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι το ίδιο όπως και στις Ni-Cd, δηλαδή οξυ-υδροξείδιο του νικελίου που μεταπίπτει σε υδροξείδιο του νικελίου κατά την εκφόρτιση. Το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι φτιαγμένο από ένα μέταλλο που εύκολα απορροφά και αποδίδει υδρογόνο. Εχουν τον ίδιο ηλεκτρολύτη (Υδροξείδιο του Καλίου, ΚΟΗ) και το ίδιο διαχωριστικό υλικό.
Ενα χαρακτηριστικό πλεονέκτημα των Ni-MH είναι ότι θεωρούνται φιλικές προς το περιβάλλον. Αυτό δεν είναι τελείως σωστό. Ναι μεν δεν έχουν Κάδμιο, αλλά δεν παύουν να περιέχουν χημικά που θεωρούνται βλαβερά.

Τι ζωή έχουν οι Ni-MH;

Ο αριθμός των κύκλων στην πρακτική ζωή τους είναι περίπου το ένα τρίτο αυτού των Ni-Cd. Η ζωή τους εξαρτάται άμεσα από την ένταση της φόρτισης, και από το βάθος (ποσοστό) της εκφόρτισης. Αν φορτίζεις με μεγάλες εντάσεις η ζωή τους θα ελαττωθεί. Επίσης αν όλες οι εκφορίσεις είναι πλήρεις η ζωή τους θα είναι μικρότερη απ' ότι αν όλες οι εκφορτίσεις ήταν ατελείς.

Εμφανίζουν μνήμη;

To μάρκετινγκ λέει ότι οι Ni-MH δεν αποκτούν "μνήμη", γιατί πάντα αναφέρονται στον αρχικό ορισμό της "μνήμης". Οι Ni-MH αναπτύσσουν πολύ ευκολώτερα αύξηση της εσωτερικής αντίστασής τους, και πτώση της τάσης όταν ζητείται μεγάλη ένταση εκφόρτισης.

Η φόρτιση των Ni-MH

Για όλες τις Ni-MH προτείνεται η κλασσική "ολονύκτια" φόρτιση με 0,1C. Αυτή γίνεται με τον ίδιο φορτωτή που προορίζεται για τις Ni-MH. Δεν απαιτείται (άρα και δεν υπάρχει) διαφορετικός φορτιστής για κλασσική φόρτιση.

Για γρηγορώτερες φορτίσεις, τα πράγματα αλλάζουν. Οι Ni-MH δεν είναι όλες ίδιες. Κάθε τύπος θέλει την δική του αντιμετώπιση.

Για την γρήγορη/ταχεία φόρτιση χρειάζεται ειδικός φορτιστής, με στενότερες παραμέτρους, ειδικά για τον τρόπο που ανιχνεύει και διακόπτει την φόρτιση στο τέλος της.
Οι Ni-MH δεν δίνουν κορυφή "Δ" στο τέλος της φόρτισής τους όπως οι Ni-Cd. Η μεταβολή της τάσης στο τέλος της φόρτισης είναι μικρότερη και χρειάζεται ένας σύνθετος αλγόριθμος για να αντιληφθεί ο φορτιστής την κορυφή του τέλους της φόρτισης. Αν φορτίσεις Ni-MH με φορτωτή για Ni-Cd το πιό πιθανό είναι να μην αντιληφθεί το τέλος της φόρτισης και να συνεχίσει υπερφορτίζοντας δραματικά τα στοιχεία και μειώνοντας την ζωή τους (αν και υπάρχουν εξαιρέσεις).
Το ρεύμα της φόρτισης συνήθως δεν πρέπει να υπερβεί το 1C. Ελάχιστοι τύποι Ni-MH δέχονται έως και το 2C. Για τον λόγο αυτό μην επιλέξεις πρόγραμμα αυτόματης φόρτισης, γιατί στην αρχή η ένταση θα είναι μεγαλύτερη από το επιθυμητό όριο.

Ακόμα και με το σωστό ρεύμα φόρτισης, η θερμοκρασία τους ανέρχεται περισσότερο απ΄ ότι των Ni-Cd. Γι' αυτό στους φορητούς υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα η φόρτιση διακόπτεται με αισθητήρα θερμοκρασίας.

Εκφόρτιση

Η καμπύλη εκφόρτισης των Ni-MH μοιάζει με αυτή των Ni-Cd αλλά δεν είναι τόσο εμφανής η οριζόντια περιοχή της καμπύλης. Τα στοιχεία θεωρούνται πρακτικά "άδεια" όταν η τάση τους πέσει στο 1,0-1,1V.
Οι Ni-MH προτιμούν τις ήπιες εκφορτίσεις. Ο ενδεικνυόμενος βαθμός εκφόρτισης τους είναι 0,2C-0,5C (1/5C -1/2C). Ο μέγιστος βαθμός βρίσκεται περίπου στο 3C, ενώ η νέα γενιά των Ni-MH (sub C/3000 mAh) που προορίζονται για την τροφοδοσία ηλεκτροκινητήρων αντέχει έως 10C.
Eπαναλαμβανόμενη εκφόρτιση με υψηλά ρεύματα συντομεύει την ζωή τους.

Αποθήκευση-Αποφόρτιση

Οι Ni-MH αποφορτίζονται με διπλάσιο έως και τριπλάσιο ρυθμό απ' ότι οι Ni-Cd. Τις πρώτες 24 ώρες χάνουν ένα 10% του φορτίου τους.
Πρέπει να είναι πάντα φορτισμένες. Να συμπληρώνεις το χαμένο φορτίο όσο πιό σύντομα γίνεται μετά την χρήση, και παράλληλα να συντηρείς το φορτίο με μία από τις μεθόδους που φορτίζουν "με δόσεις". Ορισμένα στοιχεία δεν πρέπει να μείνουν τελείως αφόρτιστα ούτε για δύο ημέρες.
Μετά από αποθήκευση, και πριν την χρήση τους, πρέπει να τις περάσεις από ένα πλήρη κύκλο για να ξυπνήσουν. Επίσης πρέπει να τους κάνεις ένα πλήρη κύκλο κάθε 4 εβδομάδες. Αν το αμελήσεις θα χρειαστούν μετά πολλούς κύκλους για να "ξυπνήσουν".

Αξίζει τελικά να χρησιμοποιώ Ni-MH;

Στον πομπό που το ρεύμα εκφόρτισης είναι χαμηλό υπάρχει αρκετό κέρδος σε χρόνο λειτουργίας. Στον δέκτη μεγάλου μοντέλου θα πας αναγκαστικά στα 5 στοιχεία, για να αντισταθμίσεις την μεγαλύτερη εσωτερική τους αντίσταση, και επειδή το ρεύμα εκφόρτισης θα είναι μεγαλύτερο, το κέρδος δεν θα είναι τόσο μεγάλο για να "αξίζουν τα λεφτά τους".
Στα ηλεκτροκίνητα τα μικρά μεγέθη δίνουν πράγματι εντυπωσιακή αύξηση του χρόνου λειτουργίας του μοτέρ, αλλά χρειάζονται τριπλάσιο χρόνο φόρτισης απ' ότι οι Ni-Cd. Στα μεγάλα μεγέθη, ανάλογα με το ρεύμα εκφόρτισης ίσως να υπάρχει μικρό κέρδος χρόνου, ίσως όχι. Αν συνυπολογίσουμε και την μεγάλη διαφορά στην τιμή, κρίνονται ασύμφορες.
Κανείς αερομοντελιστής δεν θα έβαζε Ni-MH στα αγωνιστικά της κατηγορίας F5B ή F5D.

Συνοψίζοντας

Οι Ni-MH έχουν μεγαλύτερο λόγο χωρητικότητας/βάρους και λιγότερα τοξικά συστατικά. Ομως έχουν πολλά μειονεκτήματα, τα οποία - προς το παρόν - είναι:
  • Αποδίδουν μικρότερα ρεύματα και έχουν μεγαλύτερη πτώση τάσης.
  • Δεν δέχονται όλοι οι τύποι την "γρήγορη" φόρτιση, και ακόμα πιό λίγοι δέχονται "ταχεία" φόρτιση.
  • Ο ρυθμός αποφόρτισής τους στην ηρεμία είναι διπλάσιος έως και τριπλάσιος από αυτόν των Ni-Cd.
  • Eίναι υπερβολικά ευαίσθητοι στην ζέστη. Σε περιβάλλον πάνω από 37οC μπορεί να χάσουν απότομα όλο το φορτίο τους.
  • Είναι περισσότερο ευαίσθητοι στους κραδασμούς και μπορεί να εκδηλώσουν εσωτερικά βραχυκυκλώματα.
  • Εχουν μικρότερο κύκλο ζωής απ΄ότι οι Ni-Cd.
  • Εχουν ανάγκη συχνότερων κύκλων φόρτισης αποφόρτισης για να μην "ατονίσουν", και επίσης περισσότερων για να "επανέλθουν".
  • Σε περίπτωση υπερφόρτισης εκλείουν Υδρογόνο που είναι αναφλέξιμο. Γι' αυτό πολλές εταιρείς τις πουλάνε μόνο μέσα σε κλειστό περίβλημα για λόγους ασφάλειας.
Κάθε νέα γενιά Ni-MH έχει όλο και λιγότερα από τα ανωτέρω προβλήματα. Ο αερομοντελιστής που αποφασίζει να χρησιμοποιήσει συσσωρευτές Ni-MH πρέπει να είναι ενήμερος για το ποιές πρέπει να είναι οι προφυλάξεις απέναντι σε αυτό τον τύπο, συμβουλευόμενος τις προδιαγραφές του κατασκευαστή.

 

[ #1-Γενικά περί Ηλεκτρικών Στοιχείων ] - [ #2-Φόρτιση ]- [ #3-Φορτιστές ] - [ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] - [ #5-Συσ. Ni-Cd ]
[ #7-Συσ. Λιθίου ] - [ #8-Συσ. Μολύβδου ] - [ #9-Συχνές ερωτήσεις ] - [ #10-Τροφοδοσία συστημάτων Τ/Κ ]


 

Πρώτη σελίδα/Home Περιεχόμενα