แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลไฮโดรเจนแบบชาร์จซ้ำได้และการแนะนำการใช้งาน

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลไฮโดรเจนแบบชาร์จซ้ำได้และการแนะนำการใช้งาน

1 บทนำสั้นๆ เกี่ยวกับแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้นิกเกิล-แคดเมียม (Cd-Ni) และ Ni-MH

1.1 แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้และเซลล์หลัก

(1) แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้หมายถึงแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จและคายประจุซ้ำ ๆ ได้หรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่สำรองหรือตัวสะสม

แบตเตอรี่แบบชาร์จได้ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิล แบตเตอรี่เหล็กนิกเกิล และแบตเตอรี่รุ่นอื่นๆ

(2) แบตเตอรี่หลักคือแบตเตอรี่แห้งหรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่หลัก แบตเตอรี่ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แบตเตอรี่สังกะสี-แมงกานีส แบตเตอรี่สังกะสี-เงิน แบตเตอรี่อัลคาไลน์สังกะสี-แมงกานีส แบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลหลัก และแบตเตอรี่รุ่นอื่นๆ

1.2 แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์แบบชาร์จได้: (แบตเตอรี่เมทัลไฮไดรด์-นิกเกิลแบตเตอรี่ Ni-MH)

องค์ประกอบของแบตเตอรี่: แบตเตอรี่ประกอบด้วยอิเล็กโทรด (อิเล็กโทรด) อิเล็กโทรไลต์ (อิเล็กโทรไลต์) ไดอะแฟรม (ตัวแยก) และเปลือกนอก (เปลือกนอก)

กล่าวคือ: แคโทด (แคโทด) ใช้นิกเกิลไฮดรอกไซด์และโคบอลต์ แอโนด (แอโนด) ใช้ผงโลหะผสมเก็บไฮโดรเจน อิเล็กโทรไลต์ใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ไดอะแฟรมใช้ผ้าไนลอน และเปลือกนอกทำจากเปลือกเหล็กชุบนิกเกิล อิเล็กโทรดลบของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคือแคดเมียมออกไซด์ ฟองน้ำแคดเมียมด้วยไฟฟ้า และที่เหลือก็เหมือนกับแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจน

1.3 การจำแนกประเภทของแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์แบบชาร์จซ้ำได้

(1) แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์ แบบชาร์จได้ แบ่งตามเพลตของแบตเตอรี่ ได้แก่ แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมเผา แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์ แบตเตอรี่โฟมนิกเกิล-แคดเมียม และแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์เผา: เพลตผลิตขึ้นโดยการเผาผนึก และกระบวนการผลิตมีความซับซ้อน โดยมีประสิทธิภาพการปลดปล่อยอัตราสูง อัตราสูงพิเศษ ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงและต่ำดี แต่มีต้นทุนสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายในอวกาศ ทหาร ฯลฯ.

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์แบบโฟม: ผลิตขึ้นโดยใช้นิกเกิลโฟมที่มีความพรุนสูงเป็นเมทริกซ์และเติมด้วยวัสดุที่ออกฤทธิ์ กระบวนการผลิตนั้นง่าย ความจุของแบตเตอรี่สูงและต้นทุนต่ำ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือไฟฟ้า ไฟฉุกเฉินจากอัคคีภัย เครื่องใช้ในครัวเรือน และสาขาพลเรือนอื่นๆ

(2) การจำแนกรูปร่างของแบตเตอรี่: ทรงกระบอก สี่เหลี่ยม ปุ่มชนิด ฯลฯ.;

(3) จำแนกตามอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่: ชนิดอัตราปานกลาง ชนิดอัตราสูง ชนิดอัตราสูงพิเศษ ฯลฯ

1.4 ประสิทธิภาพทางเทคนิคหลักของแบตเตอรี่แคดเมียมนิกเกิลและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์

1.4.1 ความจุของแบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-MH (ความจุ)

ความจุสูงสุดหมายถึงความจุขั้นต่ำที่แบตเตอรี่ควรปล่อยภายใต้เงื่อนไขบางประการตามที่ระบุไว้โดยเครื่องหมายการค้าของผู้ผลิต'

ตามคำจำกัดความ: ความจุ=เวลา×กระแส……………………①

กล่าวคือ: ความจุในการชาร์จ=เวลาในการชาร์จ × กระแสไฟชาร์จ…………②

ความจุในการคายประจุ=เวลาในการคายประจุ×กระแสไฟที่ไหลออก……③

ในสูตรข้างต้น ①, ② และ ③ ความจุจะแสดงด้วย C และหน่วยเป็นแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) หรือมิลลิแอมแปร์-ชั่วโมง (mAh) เวลาในการชาร์จและการคายประจุจะแสดงด้วย h และหน่วยคือชั่วโมง กระแสการชาร์จและการคายประจุจะแสดงด้วยแอมแปร์ (A) หรือมิลลิวินาทีแอมแปร์ (mA) กล่าว

ความจุพิกัดของแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์หมายถึงความจุที่คายประจุที่อัตรา 5 ชั่วโมง แสดงเป็น C5

ตัวอย่างเช่น: การประเมินความจุพิกัดของแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์: ชาร์จที่กระแสคงที่ 0.1 C5A เป็นเวลา 14 ถึง 16 ชั่วโมง (โดยทั่วไปความจุในการชาร์จจะคำนวณเป็น 120% ของความจุที่กำหนด) ให้พักไว้ เป็นเวลา 15 ถึง 30 นาที จากนั้นใช้กระแสคงที่ 0.2C5A คายประจุเป็นแรงดันสุดท้าย 1.0V/ความจุ

ตัวอย่าง: แบตเตอรี่ Ni-MH AA1500mAh ชาร์จด้วย 0.5C5A

กระแสไฟชาร์จ=0.5 × 1500=750mA

ความจุในการชาร์จ=1500mAh×120% (นั่นคือ 1.2 เท่า)=1800mAh

ความจุในการชาร์จ (mAh) 1800mAh

เวลาในการชาร์จ (h) ===2.4 ชม. หรือ 144 นาที

ความจุในการคายประจุ (mAh) 750mA

อัตราการคูณ: หมายถึงขนาดของการชาร์จและการคายประจุกระแสที่แสดงเป็นทวีคูณของความจุพิกัด

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

มาตรฐาน IEC และ GB/T 15100 ใหม่ในปัจจุบันเปลี่ยนเป็น ItA ซึ่งหมายความว่า ItA เทียบเท่ากับ C5A

แบตเตอรี่ Ni-MH AA1500mAh ชาร์จที่กระแสไฟคงที่ 0.5C5A และกระแสไฟชาร์จ 750mAh 0.5C5A เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นกำลังขยาย 0.5

1.4.2 แรงดันไฟของแบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-MH

แรงดันไฟฟ้าปกติของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์คือ 1.2V

แรงดันแบตเตอรี่ที่ประกอบ=1.2V × จำนวนแบตเตอรี่ที่ประกอบ

โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์จะรวมกันเป็นชุด และไม่แนะนำให้ใช้ร่วมกันแบบขนาน เนื่องจากแบตเตอรี่เดี่ยวมีความแตกต่างบางประการ ตัวอย่างเช่น ความแตกต่างของความจุและความจุนำไปสู่ความแตกต่างของอุณหภูมิของแบตเตอรี่ และความแตกต่างของอุณหภูมิของแบตเตอรี่ทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า , ความต่างศักย์ไฟฟ้าทำให้กระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟดิสชาร์จสูงไหลย้อนกลับไปยังแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟดิสชาร์จต่ำ ทำให้แบตเตอรี่แบบขนานไม่สอดคล้องกัน ส่งผลให้ใช้ก้อนแบตเตอรี่อย่างไม่ปลอดภัย

แรงดันไฟแบตเตอรี่รวมถึงแรงดันชาร์จ แรงดันไฟวงจรเปิด แรงดันวงจรปิด แรงดันปล่อย แรงดันใช้งาน แรงดันแท่นชาร์จ แรงดันไฟมาตรฐาน และแรงดันปลายทาง

แรงดันไฟที่กำหนด: แบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจน 1.2V/ชิ้น, แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม 1.2V/ชิ้น, แบตเตอรี่สังกะสี-แมงกานีส 1.5V/ชิ้น

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด 2.0 V/pc แบตเตอรี่ Li-ion 3.6 V/pc

แรงดันไฟชาร์จ: ค่าสูงสุดของแรงดันการชาร์จแบตเตอรีระหว่างกระบวนการชาร์จแบตเตอรี แรงดันแบตเตอรี่เปลี่ยนแปลงตามกระแสไฟชาร์จ ยิ่งกระแสไฟชาร์จสูง แรงดันการชาร์จก็จะยิ่งสูงขึ้น และในทางกลับกัน

แรงดันไฟตัด: แรงดันไฟที่แบตเตอรี่จะคายประจุจนถึงเวลาตัดการจ่ายไฟ ซึ่งจะแปรผันตามกระแสไฟดิสชาร์จ

ชอบ:

อัตราการปลดปล่อย

สิ้นสุดแรงดันจำหน่าย

0.2 C5A การปลดปล่อย

1.0 V/เท่านั้น

1 C5A การปลดปล่อย

0.9 V/เท่านั้น

5 การปลดปล่อย C5A

0.8 V/เท่านั้น

10 C5A การปลดปล่อย

0.7 V/pc

1.4.3 การปลดปล่อยตนเอง (การปลดปล่อยตนเอง)

แบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์จะปลดปล่อยความจุของตนเองในแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้โดยไม่ต้องใช้กระแสไฟภายนอก

การทดสอบการประเมินการคายประจุเอง: ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟคงที่ 0.1C5A เป็นเวลา 14 ถึง 16 ชั่วโมง และหลังจากเปิดทิ้งไว้ 28 วันทั้งคืน ให้คายประจุที่กระแสคงที่ 0.2C5A เป็นแรงดันสิ้นสุด 1.0V และ เวลาในการปลดปล่อยจะต้อง≥3ชั่วโมงจึงจะมีคุณสมบัติ

1.4.4 วงจรชีวิต

ตามวิธีการทดสอบอายุการใช้งานตามที่ระบุใน GB/T 15100-94 มาตรฐานแห่งชาติ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ Ni-MH ควรอยู่ที่ ≥500 ครั้ง วงจร หมายถึง (การชาร์จและการคายประจุ) หนึ่งครั้ง นั่นคือ การชาร์จหนึ่งครั้งและการปล่อยหนึ่งครั้ง อายุการใช้งานจะสิ้นสุดลงเมื่อความจุการคายประจุน้อยกว่า 60% ของความจุที่กำหนด

ใช้เวลานานในการประเมินอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ตามมาตรฐาน IEC และมาตรฐานระดับประเทศ ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตที่ผลิตแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-ไฮโดรเจน และผู้ที่ใช้แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-ไฮโดรเจนจึงใช้วิธีทดสอบวงจรชีวิตแบบเร่งรัด ตามวิธีการทดสอบของแบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ที่ออกโดยสมาคมอุตสาหกรรมแบตเตอรี่จีนในปี 2543: ประจุกระแสไฟคงที่ 1C5A เป็นเวลา 72 นาที พักไว้ 15 ถึง 30 นาที ปล่อยกระแสไฟคงที่ 1C5A 1.0V/ชิ้น เป็นวัฏจักรและวงจรชีวิตต้องการ 300 ครั้ง; จำเป็นเมื่อความจุการคายประจุน้อยกว่า 60% ของความจุที่กำหนด อายุการใช้งานจะสิ้นสุดลง

1.4.5 ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ (mΩ) (ความต้านทานภายใน)

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ส่วนใหญ่เกิดจากโพลาไรซ์เคมีไฟฟ้า โพลาไรซ์ความเข้มข้น และโพลาไรเซชันแบบโอห์มมิกของแบตเตอรี่ ตัวบ่งชี้นี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณของอิเล็กโทรไลต์ และอิเล็กโทรไลต์ ไดอะแฟรม และเพลตบวกและลบ , อุปกรณ์เสริมและอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง, รุ่นเดียวกัน, ความจุเท่ากันของแบตเตอรี่, ค่าความต้านทานภายในมีขนาดใหญ่, แสดงว่าแบตเตอรี่' ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าไม่ดี; ในทางตรงกันข้าม ค่าความต้านทานภายในมีขนาดเล็ก แสดงว่าแบตเตอรี่'s มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าดี

การทดสอบความต้านทานภายใน: ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟคงที่ 0.1C5A เป็นเวลา 14 ถึง 16 ชั่วโมง จากนั้นปล่อยทิ้งไว้ 60 นาทีเพื่อทดสอบ

AA1200mAh—แบตเตอรี่ AA1800mAh ≤30mΩ

AAA500mAh—แบตเตอรี่ AAA800mAh ≤40mΩ

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ยังรวมถึง: ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง, ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ, ประสิทธิภาพการชาร์จไฟเกิน, ความสามารถในการชาร์จด้วยแรงดันคงที่, ความสามารถในการรับการชาร์จ, ประสิทธิภาพการกระแทกและการสั่นสะเทือน ฯลฯ ยกเว้นการทดสอบประสิทธิภาพข้างต้น การทดสอบประสิทธิภาพไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะดำเนินการ ภายใต้สภาวะแวดล้อม 20±5 องศาเซลเซียส และความชื้นสัมพัทธ์ 65±20%

หมายเหตุ: การทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่ทั้งหมดต้องได้รับการทดสอบภายในหนึ่งเดือนที่จ่ายให้กับลูกค้าโดยโรงงาน เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น

2 มาตรฐานระดับประเทศสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-ไฮโดรเจน

2.1 GB/T15100—94

มาตรฐานนี้รวมถึงมาตรฐานการทดสอบสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจนทรงกระบอก มันถูกแบ่งออกเป็นประสิทธิภาพการปลดปล่อยอัตราสูง อัตราปานกลาง อัตราต่ำ และอัตราสูงพิเศษ

2.2 GB/T11013—1996

มาตรฐานนี้มีมาตรฐานทางเทคนิคและวิธีการทดสอบสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมทรงกระบอก

2.3 GB/T15100—2004

มาตรฐานนี้รวมถึงมาตรฐานการทดสอบสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจนทรงกระบอก มันถูกแบ่งออกเป็นประสิทธิภาพการปลดปล่อยอัตราสูง อัตราปานกลาง อัตราต่ำ และอัตราสูงพิเศษ เปลี่ยนวิธีการแสดงอัตราการชาร์จและคายประจุแบบเดิมจากจำนวนความจุที่กำหนดเป็นทวีคูณของกระแส

2.4 GB/T15100—2005

มาตรฐานดังกล่าวรวมถึงมาตรฐานการทดสอบสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์ทรงกระบอก แบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยมขนาดเล็ก และแบตเตอรี่แบบกระดุม และเพิ่มการทดสอบการชาร์จอย่างรวดเร็วด้วยกระแสไฟคงที่ 1.0C5A

2.5 มาตรฐาน IEC สำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-ไฮโดรเจน

IEC61951-2: 2003 มาตรฐานนี้ประกอบด้วยมาตรฐานการทดสอบความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยต่างๆ สำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์ทรงกระบอก และมาตรฐานทางเทคนิคต่างๆ สำหรับแบตเตอรี่

IEC61951-1: 2003 มาตรฐานนี้ประกอบด้วยมาตรฐานการทดสอบความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยที่หลากหลายสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมทรงกระบอก สี่เหลี่ยมเล็ก ปุ่มและมาตรฐานทางเทคนิคสำหรับแบตเตอรี่ต่างๆ

3 ขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-ไฮโดรเจน และข้อกำหนดของอุตสาหกรรมสนับสนุนที่เกี่ยวข้อง

3.1 แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือไฟฟ้า ไฟฉุกเฉิน (รวมถึงไฟสนามหญ้า ไฟพลังงานแสงอาทิตย์) ของเล่นไฟฟ้า (โมเดลเครื่องบิน) มีดโกน โทรศัพท์ไร้สาย รถจักรยานไฟฟ้า กล้องดิจิตอล เครื่องส่งรับวิทยุ วิทยุสื่อสาร เครื่องมือและมิเตอร์ การสื่อสาร เครื่องใช้ในครัวเรือน เครื่องเก็บฝุ่น MP3 วิทยุ ฯลฯ

3.2 เครื่องมือไฟฟ้า (แบบ SC)

ข้อกำหนดหลักของอุตสาหกรรมเครื่องมือไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่ประเภทแคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-ไฮโดรเจน:

ชาร์จด้วยกระแสไฟคงที่ 1C5A นาน 72 นาที พักไว้ 15-30 นาที

10C5A-15C5A การจ่ายกระแสไฟคงที่จนถึงแรงดันปลายทาง 0.7V/pc

เวลาในการคายประจุ ≥ 4 นาทีหรือ 3.5 นาที

รอบต่อเนื่อง 10 ครั้ง ไม่น้อยกว่าระยะเวลาการคายประจุที่ต้องการ

ภายใน 2 นาทีของการคายประจุ แรงดันแบตเตอรี่ไม่น้อยกว่า 1.0V/pc

แบตเตอรี่สำหรับเครื่องมือไฟฟ้าและแบตเตอรี่เดี่ยวจะต้องบรรจุในซองกระดาษคราฟท์

3.3 อุตสาหกรรมอุปกรณ์ให้แสงสว่างฉุกเฉิน (SC, C, D, AA, AAA, 2/3AA, 2/3AAA เป็นต้น) อุปกรณ์ไฟฉุกเฉินเป็นไปตามข้อกำหนดของอุตสาหกรรมและมาตรฐานแห่งชาติ เมื่ออุตสาหกรรมโดยทั่วไปใช้ชุดแบตเตอรี่ แรงดันคงที่และกระแสไฟจะถูกจำกัด ชาร์จชุดแบตเตอรี่แคดเมียม-นิกเกิลและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ ตั้งค่าแรงดันการชาร์จเป็น 1.43-1.45V/ชิ้น และเวลาในการชาร์จคือ 24 ชั่วโมง