Ni zn аккумуляторы как заряжать

Ni zn аккумуляторы как заряжать

Простое зарядное устройство для Ni-Zn аккумуляторов

Автор: ejsanyo
Опубликовано 24.05.2023
Создано при помощи КотоРед.

Для никель. каких аккумуляторов?!

Возможно, зададитесь вы таким вопросом, прочитав заголовок. Да, есть и такая технология аккумуляторной химии, во многом близкая, но не идентичная всем знакомым никель-кадмиевым и никель-металлгидридным аккумуляторам. При том, что изобретение ведёт историю ещё со времён Томаса Эдисона, потребительские изделия на его основе начали появляться в продаже не так уж давно, лет этак 15. 20 назад. О его непростой судьбе и ещё некоторые подробности можно прочитать, например, в Википедии.

Данная технология, имея ряд интересных преимуществ, была весьма перспективной и во временя повсеместного использования гальванических элементов могла бы завоевать всеобщую популярность, но, к сожалению, сильно опоздала с выходом в массы. Причиной тому, скорее всего, стал первоначально низкий ресурс циклов заряд-разряд. К тому времени, как разработчикам удалось довести его до приемлимого уровня, производители аппаратуры в основном уже адаптировали свою продукцию под использование Ni-Mh батарей, а спустя некоторое время рынок полностью захватил Li-ion во всех своих проявлениях. Тем не менее, и в наше время аккумуляторы Ni-Zn в формате обычных «пальчиковых» AA и AAA элементов по прежнему доступны от разных производителей и продаются в крупных специализированных магазинах и интернет-площадках.

Это всё, конечно, интересно. Но зачем оно нужно сегодня?

Пожалуй, главное достоинство, благодаря которому Ni-Zn батареи могут оказаться полезными, это их номинальное напряжение ЭДС, которое гораздо ближе к выдаваемому классическими щелочными (да и солевыми тоже) гальваническими элементами, чем у более привычных Ni-Mh (1,6 В против 1,2 В). Время от времени попадаются такие «капризные» устройства, которым уровня напряжения никель-металлгидридных элементов недостаточно, либо оно близко к их порогу отключения. В результате такие устройства могут отрабатывать не полную ёмкость аккумуляторов, работать нестабильно, либо не запускаться вообще. Использование Ni-Zn батарей с повышенным выходным напряжением позволяет решить эту проблему и перевести их на аккумуляторное питание. Мой собственный пример таких изделий: фото-«мыльница» Kodak Z885, зубная щётка Oral-B Pro-expert DB4.010 и китайский FM-приёмник неизвестной модели.

Вот для этого китайского приёмника, вернее, для его аккумуляторов типоразмера AAA мы и попробуем сделать зарядное устройство.

А в чём смысл «изобретать велосипеды»? Может, просто взять и купить готовое зарядное устройство?

Умеренная популярность технологии сказалась не только на распространённости аккумуляторов, но и зарядных устройств к ним. Они встречаются в продаже гораздо реже, чем для обычных Ni-Mh батарей, пожалуй, даже реже, чем сами аккумуляторы. При том, чаще всего это «профессиональные» и «мультисистемные» (для аккумуляторов с разным химсоставом) устройства, рассчитанные на одновременную зарядку большого количества батарей. Цена у таких изделий тоже соответствующая.

Попадаются, впрочем, и более дешёвые варианты, но их качество реализации вызывает много сомнений.

Хорошо, сделаем самостоятельно. Но как их заряжать?

На эту тему в Интернете информации не очень много. Все источники утверждают, что зарядное устройство должно реализовывать алгоритм заряда постоянным током, а затем, по достижении определённого порога, постоянным напряжением (так называемый «режим CC-CV»). Так что в этом смысле никель-цинковые аккумуляторы скорее ближе к Li-ion, чем к Ni-Mh. Но, по крайней мере, уровень перехода на стабилизацию напряжения отличается. В частности, английская версия Википедии утверждает, что типичное его значение составляет 1,85В, и что «в известных зарядных устройствах он составляет 1,9В на элемент». Там же приводится «уровень отсечки» зарядного тока (т.е. такой уровень, который можно считать окончанием заряда) равный 1/40 от ёмкости в ампер-часах. да, есть такой забавный момент, что производители для никель-цинка любят на этикетке указывать ёмкость в милливатт-часах! Видимо, потому, что так цифры выглядят ощутимо больше, чем в привычных миллиампер-часах. Впрочем, отчасти этот подход оправдан, поскольку напряжение всё-таки выше.

В доступной документации приводятся похожие сведения, например, на аккумуляторы от Robiton или от Ansmann.

Схемы зарядных устройств тоже изредка, но встречаются в Интернете. Вот, в частности, одна из немногих реализаций в Рунете. В целом, схема сделана несложно, грамотно и правильно. Однако не покидает мысль. а нельзя ли как-нибудь ещё проще? Понятно, что специализированных чипов, как это случилось с Li-ion, мы, скорее всего, не увидим в продаже. Но не хотелось бы много возиться с зарядкой небольшого аккумулятора ёмкостью 900 мВтч (а при пересчёте в ток это всего-то 550 мАч). что-ж попробуем.

Схема зарядного устройства.

И, собственно, вот что получилось в итоге.

Устройство запитывается от USB шины компьютера или любого другого источника 5В и допустимым током нагрузки более 100 мА. Чтобы зарядить два аккумулятора используются два идентичных канала. Практика эксплуатации Ni-Zn аккумуляторов (да и Ni-Mh тоже), что элементы даже из одной пачки имеют заметный разброс по ёмкости, который в процессе эксплуатации только усиливается. И чтобы зарядить два-три элемента, которые в любом случае придётся извлекать из устройства, гораздо проще сделать независимые каналы, чем пытаться изобретать схему балансировки и заряжать их от одного источника.

Рассмотрим работу одного из каналов:

DA3 представляет собой одну из модернизированных версий мегапопулярного стабилизатора TL431. С более низким напряжением встроенного ИОН 1,24В, но при этом, в отличие от большинства аналогичных компонентов, имеет относительно большой рабочий ток «катода», до 60 мА. Поэтому при заказе чипов проследите, что название начинается именно с TLVH431! На нём реализован ограничитель напряжения для режима CV, при указанных номиналах резисторов уровень ограничения составляет 1,86В, что, скорее всего, достаточно близко к параметрам аккумуляторов. По достижении указанного порога стабилизатор начинает открываться и забирать часть тока заряда на себя. При пропадании тока заряда напряжение элемента сразу же падает до 1,7 с чем-то вольт, поэтому если резко отключить устройство от первичного питания, TLVH431 сразу закрывается, и разрядки аккумуляторов через него практически не происходит: измеренный ток утечки через него и делитель составил порядка 200 мкА.

На DA1 реализован типовой стабилизатор тока для режима CC. Его ток стабилизации определяется как 1,24 / R2 и в данном случае составляет порядка 52 мА. Намного увеличивать это значение не рекомендуется из-за ограниченных возможностей DA3. Напротив, если уменьшить ток, скажем, до 15. 20 мА (хотя это нерационально с точки зрения времени заряда), в качестве DA3 будет возможно использовать более широкую номенклатуру чипов, таких как LMV431, TS431 или даже NCP100.

Номиналы емкостей конденсаторов схемы некритичны.

В качестве недостатка данного зарядного устройства можно отметить низкую энергоэффективность: потребляемый им ток всегда одинаковый и не зависит от степени заряженности аккумуляторов.

Более существенным недостатком является отсутствие какой-либо индикации степени заряда аккумуляторов: светодиод, вынесенный в авторской конструкции на разъём, просто отображает наличие питания. Не видел однозначной информации, насколько критично для Ni-Zn отсутствие автоматического отключения по завершению заряда, но возможностей описанного устройства оказалось достаточно, чтобы аккумуляторы успевали зарядиться с вечера до утра следующего рабочего дня (по времени это выходит примерно 14 часов).

Устройство собрано на небольшой плате и соединяется с батарейной колодкой через разъём. Проект платы в среде Altium Designer 10 прилагается к статье.

Аккумуляторы не для всех ! NiZn

Что же это за чудо такое:
Никель-цинковый аккумулятор — это химический источник тока, в котором анодом является цинк, электролитом — гидроксид калия с добавкой гидроксида лития, а катодом — оксид никеля. Часто сокращается аббревиатурой NiZn. Во общем это новое — хорошо забытое старое изобретенное когда то Эдисоном.
Достоинства: большое рабочее напряжение (1,6 В; наибольшее из щёлочных аккумуляторов)
Недостатки: небольшой ресурс (250—370 циклов заряд-разряд).

Внешний вид и заявленные характеристики:
Размеры:
Диаметр максимальный:14.5mm.
Высота максимальная:50.5mm.
Вес:25 грамм.




Проблем с установкой вместо батареек АА не обнаружено.
Емкость:
Типовая:2500мВтч. Примерно соответствует 1600-1700мАч (реальных).
Минимальная:2250мВтч.
Почему указывают емкость мВтч а не мАч? Единственное объяснение, которое я нашел: из-за более низких параметров мАч при той же энергоёмкости (напряжение-то выше) на этих элементах отказались от измерения в мАч и пишут ёмкость в мВтч, что в принципе не противоречит.
Номинальное напряжение:1.6 В.
В интернете встречалось упоминание о хорошей работе при низких температурах, но мной не проверялось.
Зарядка:
Поддерживается быстрая зарядка: током от 0.5C до 1C до достижения напряжения 1.9 В на элемент.
Внутреннее сопротивление при напряжении 1 В ≦20мОм (это круто).

Производитель купленных мной элементов имеет свой сайт, о котором я к своему стыду узнал только тогда, когда начал писать обзор и прочитал надпись на элементе =) описание элемента NiZn типоразмера АА

Где я применял:
Выгодны для использования в цифровых фотоаппаратах (на NiMh фотоаппарат отключается при не до конца разряженных батарейках — фотоаппарат рассчитан на щелочные батарейки с напряжением 1,5 В, а NiZn имеет высокое напряжение и в конце разряда.) Как раз история из википедии про мой случай. Мой фотоаппарат canon powershot sx150 is ругался на низкое напряжение питания буквально после 5-6 десятков фотографий, хотя вспышка заряжалась по прежнему очень быстро. Проверка аккумуляторов на зарядном устройстве показывала что емкость остаточная была не меньше 50%! Так же на мой взгляд хорошо зарекомендовали себя в электрифицированных игрушках. Разница с другими типами аккумуляторов очевидна, игрушки более подвижны за счет большего напряжения. А в случае когда элементов всего два, то и вообще говорить не приходится, у р/у машинок дальность связи и подвижность отличается очень существенно! Положительный опыт использования в автоматическом тонометре (омрон М3). Накачка шины происходит оперативнее. Так же замечено успешное применение в фонариках.
Во общем сфера применения достаточно разнообразна.

Отличие от NiCd и NiMh более менее достоверный график:

Где синим указана кривая для цинковых аккумуляторов.
Смысл графика в более высоком рабочем напряжении. Разряд производится до напряжения 1.3 В.

Ах да, любители природы будут в восторге, NiZn аккумуляторы безвредны относительно NiCd, за это им плюс в «репу».

Год пользования:
Покупал в июне 2014 года на пробу. У продавца разные варианты, но я выбрал 4 штуки целенаправленно — по 2 комплекта для фотоаппарата. С аккумуляторами идет бокс на 4 штуки АА элементов, он же подходит и для ААА элементов, просто их надо располагать поперек. Удобная коробочка.
Использовал парами, заряженный комплект всегда был в сумке для оперативной замены. Элементы тупо помечены маркером 1 и 2 полоски соответственно, дабы не перепутать при замене.
Как заряжал в первое время:
Зарядное устройство Imax B6 в режиме NiCd, выставлял ограничение по току 1800мА и использовал (не всегда) датчик температуры. При быстрой зарядке датчик температуры очень хорошо фиксирует окончание заряда. Впрочем и дельта пик ловится неплохо.
Поскольку позже фотоаппарат начала усиленно эксплуатировать старшая дочь, то пришлось покупать отдельную зарядку, заряжать имаксом я не стал доверять, а заряжать самому не всегда было возможно, да и пусть в конце концов самостоятельная будет =).
Для этого была куплена простая зарядка питаемая от USB порта
Зарядка позиционируется для NiMh с напряжением до 1.4 В, но мне повезло — замеры показали ток 190мА и напряжение макс 2В на элемент — то, что нужно. Ставили на зарядку примерно на 10-11 часов. Используя вместо таймера обычный будильник, либо программу будильник на компьютере.

За год с лишним аккумуляторы отработали не менее 150 циклов. Остаточная емкость была примерно 1100 мАч (1700мВтч). Дальнейшая судьба печальна, аккумуляторы отправились в мир иной. То, что не сделала старшая дочь, довершила младшая =(

Причина банальна: фотоаппарат был разбит и аккумуляторы оказались не у дел. Позже при отъезде на несколько дней аккумуляторы были упакованы в этого колобка — убийцу аккумуляторов:

Просто напросто забыли выключить питание. В таком состоянии аккумуляторы пробыли около 2х недель и разрядились в ноль.

Попытка реанимировать оказалась неудачной:

Заряжается с отсечкой по дельа пик (я сначала обрадовался, но не тут то было)

После колобка напряжение было 0 В на всех элементах. Попытка прокачки на интеллектуальном зарядном устройстве положительного эффекта не дала. Высокое внутреннее сопротивление и малая емкость — это все что мне осталось констатировать. Аккумуляторы пойдут на утилизацию.

Высокое напряжение — конек NiZn аккумуляторов, но это не всегда хорошо, вы должны быть уверены что ваше устройство (как правило электроника) будет адекватно функционировать. Опять же требуется отдельное зарядное устройство для NiZn элементов, либо универсальное, поддерживающее NiZn. В противном случае вы разочаруетесь в этих аккумуляторах, которые не смогут раскрыть свой потенциал полностью. На данный момент для меня никелевые аккумуляторы скорее всего пройденный этап, переходим на литий.

Никель Цинковые аккумуляторы плюсы и минусы

Перезаряжаемые химические источники электроэнергии пользуются большим спросом у владельцев электронных гаджетов. Значительное электропотребление таких устройств требует частой замены батареек.

Никель цинковые изделия можно использовать многократно, что позволяет сэкономить немало денег, а также избавляет от необходимости тратить время на приобретение новых батареек. Об особенностях использования этого типа аккумуляторных элементов будет подробно рассказано в этой статье.

Что такое никель цинковый аккумулятор

Никель цинковый аккумулятор представляет собой химический источник электроэнергии, в котором анод состоит из цинка, а катод – из оксида никеля. В качестве электролита в элементах этого типа выступает гидроксид калия, в который, для улучшения качества токопроводящей вещества, добавляется гидроксид лития.

Никель цинковые аккумуляторы были изобретены более 100 лет назад. За это время изделия этого типа эксплуатировались в различных устройствах, в том числе электромобилях и военной технике. Сейчас элементы питания этого типа наиболее часто можно встретить в следующих типоразмерах:

• АА.
• ААА.
• D.

Перезаряжаемые источники электроэнергии перечисленных размерных стандартов отлично подходят для техники, в которой используются обычные батарейки.

Принцип работы и устройство Ni-Zn аккумулятора

Если NiZn аккумулятор производится в форме батарейки, то такое изделие состоит из корпуса, изготовленного из металла. Большая часть оболочки представляет собой отрицательный контакт источника питания. Для этой цели на металлическую поверхность наносится тонкий слой оксида никеля.

Положительный вывод имеется только с одной стороны. Определить полярность не представляет особых затруднений. Как правило, на корпусе имеются соответствующие обозначения. Кроме этого, плюсовой контакт имеет немного выпуклую плоскость.

В середине цилиндра находится капсула с гидроксидом калия, в которой находится цинковый стержень. Этот элемент непосредственно соединён с положительным контактом батареи.

Между положительным и отрицательным электродами находится нейтральный наполнитель. Перезаряжаемые элементы питания, выполненные в прямоугольном корпусе, имеют такие же характеристики и принцип работы.

Вышеприведённая конструкция батареи, а также наличие активных элементов, позволяют осуществить следующие реакцию при заряде и разряде никель цинкового аккумулятора:

Технические характеристики NiZn аккумулятора

Основным характеристиками никель цинковых аккумуляторов являются:

• Напряжение: 1,6
• Количество циклов заряд/разряд: 200 – 300.
• Диапазон рабочих температур: от -30˚С до +40˚С.

Вес и ёмкость никель цинковых батарей зависят от типоразмера.

Какие бывают никель цинковые батареи

Наиболее распространёнными моделями никель цинковых аккумуляторов являются батареи тип АА. Такие устройства имеют компактные размеры и легко вынимаются из электронного прибора для подзарядки.

Другие типоразмеры цилиндрической формы также используются для питания различных устройств. Все перечисленные качества справедливы и для таких элементов, но продолжительность работы источников питания будет напрямую зависеть от их ёмкости.

Никель цинковые батареи для питания электрических машин существенно отличаются от батареек. Учитывая тот факт, что присоединение к электрической системе осуществляется посредством резьбовых клемм, такие изделия нет необходимости изготавливать в виде вытянутого цилиндра.

Прямоугольные аккумуляторы значительно устойчивее при движении электрокара, а корпус таких изделий намного прочнее, чем у бытовых изделий. Делать оболочку из металла также нет необходимости, ведь электрические выводы таких изделий находится с одной стороны.

Плюсы и минусы NiZn аккумулятора

Никель цинковые батареи имеют как положительные качества, так и серьёзные недостатки. Основными плюсами таких изделий являются:

1. Повышенное напряжение. При равных размерах аккумуляторы этого типа способны обеспечить напряжение на 0,4 В, выше чем у никель металлогидридных изделий и на 0,1 В более, чем в обычной батарейке.
2. Отличные показатели разрядного тока. Практически в течение всего времени разряда никель цинковые аккумуляторы держат напряжение на максимально возможном уровне.
3. Низкое внутреннее сопротивление. Благодаря этому качеству зарядить АКБ этого типа можно значительно быстрее с использованием тока большего значения.
4. Относительно низкая цена. Никель цинковые батареи существенно дешевле аналогов.
5. Обладают небольшим весом. Благодаря этому качеству изделия можно использовать в различных летающих игрушках на дистанционном управлении.

Кроме перечисленных преимуществ такие изделия имеют следующие недостатки:

1. Относительно небольшое количество циклов заряд/разряда.
2. Большое количество подделок.

Даже изделия от известных производителей не всегда способны выдержать более 300 циклов заряда, контрафактные аккумуляторы часто выходят из строя в течение первого месяца эксплуатации. Несмотря на наличие недостатков такие изделия являются очень востребованными у отечественных покупателей, по причине низкой стоимости.

Зарядные устройства и как заряжать

Для того чтобы зарядить никель цинковый аккумулятор достаточно приобрести ЗУ подходящего типа, установить батареи в отсек и подключить к сети 220 В. Следует использовать только специальные приборы, предназначенные для восстановления заряда NiZn элементов.

В противном случае, можно получить недозаряд и уменьшение ёмкости батареи. Применение устройств, которые имеют пометку NiZn, позволит продлить срок службы источника тока на максимально возможное время.

Среди наиболее популярных моделей ЗУ для NiZn батареек можно назвать профессиональный прибор IMAX B6. Такое устройство позволяет осуществить не только стандартную зарядку, но и восстановление АКБ при снижении напряжения на выводах батареи даже до 0,2 Вольт.

Где применяются

Применяться изделия могут в любых устройствах, где используются батарейки стандартных типоразмеров, а также в качестве батарей большой ёмкости для электромобилей.

Не совсем оправданным может быть использование никель цинковых АКБ в приборах, которые потребляют незначительное количество электроэнергии. Ограничения также накладываются на использование батарей этого типа в электронных устройствах, чувствительных к повышенному напряжению.

Правила хранения, эксплуатации и утилизации

Чтобы источник электроэнергии прослужил как можно дольше, его необходимо правильно хранить и эксплуатировать. Что касается утилизации, то вещества, входящие в состав батарейки этого типа не причиняют заметного ущерба природе и здоровью людей, поэтому утилизироваться могут на общих основаниях.

Перед первым использованием необходимо ознакомиться с инструкцией, размещённой на упаковке аккумулятора. Производители не рекомендуют хранить изделие этого типа во влажном помещении, а также при слишком низких или высоких температурах.

При эксплуатации необходимо исключить вероятность возникновения короткого замыкания, а если это невозможно, то установить в электрической цепи предохранительные элементы.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Аккумуляторы Ni-Zn и их зарядка

Приехали наконец-то долгожданные аккумуляторы и зарядник.

(Поскольку не захотелось заморачиваться с телефонной камерой, освещением и макросъемкой, далее пойдут фотографии, позаимствованные у наших китайских друзей. 🙂 )

Итак, обещанный предварительный обзор:

Зарядник поставляется в прозрачном блистере.

Себе заказывал без аккумуляторов АА, поскольку дома используются только ААА. Заказанные 12 штук ААА аккумуляторов пришли уже разложенные в полупрозрачные футляры 4 х АА (ААА). Так как зарядник может заряжать только по 2 ААА аккумулятора и для того, чтобы заражать по 4 штуки, был сделан хитрый ход конем, в виде приобретения 4-х адаптеров ААА —> АА (см. первое фото), благо зарядный ток отлично подходит.

Корпус зарядника сделан очень качественно из приятной глянцевой пластмассы без малейших неровностей, заусенцев и зазоров.
Надписи на корпусе очень четкие.

Контакты сделаны из довольно толстого, хорошо пружинящего металла.

Рядом с положительными контактами находятся 4 металлические площадочки, которые, как оказалось в последствии, являются датчиками температуры.

Приступим к вскрытию пациента. Корпус скреплен 2-мя винтами (один находится под наклейкой) и защелками.
Взору открывается довольно таки приятное зрелище:

Все что нужно — закреплено винтами, плата аккуратная, пайка блестящая и без всяких соплей.

Импульсный блок питания выполнен на ШИМе TNY117PN . Выходные диоды сидят на приличном радиаторе.

Взглянем на термодатчики изнутри. Вышеназванные металлические площадки через термопасту контактируют с терморезисторами на плате.

Переходим к самому интересному, к собственно, схеме зарядки.
Мозги выполнены на 8-битном микроконтроллере Samsung серии S3F84K4
Силовая часть — на сдвоенных N-канальных мосфетах 9926А

Обратная связь — токовые резисторы и счетверенный операционный усилитель LM324DR

Судя по компонентам, алгоритму зарядки CC/CV, защите по току, напряжению, температуре, переплюсовке и времени — схема зарядника является аналогом Самсунга для литиев , но с параметрами заданными для Ni-Zn.

Первые результаты практического применения.

Приехавшие аккумуляторы "из коробки" имели напряжение 1.56-1.72В. Для начала были отобраны 4 самых разряженных и с адаптерами вставлены в АА гнезда.
Зарядник, включенный в розетку, дважды мигнул обоими светикаим, показывая, что наши 220В для него годятся.
Далее пошла проверка аккумуляторов. Красный светик мигнул 4 раза, подтверждая, что все 4 вставленных аккумулятора "кошерные" и загорелся, сигнализируя фазу быстрой зарядки.
Поскольку, судя по всему, аккумуляторы были разряжены не в хлам, спустя 50 минут красное свечение сменилось на зеленое фазы капельной зарядки.
Выждав еще рекомендованные производителем 1.5 часа, аккумуляторы были извлечены для теста. Напряжение на всех оказалось ровно 1.85В. Ток КЗ все 4 показали так же одинаковый — 9А.
Далее были заряжены 2 аккумулятора в родных гнездах ААА.
Результаты точно же такие, за исключением времени. Быстрая зарядка заняла всего около 20 минут — очевидно, изначально были меньше разряжены.
Все аккумуляторы в течение всего цикла зарядки оставались абсолютно холодными.

Итог: имхо, довольно таки качественное и вполне грамотно сделанное зарядное устройство.
По самим аккумуляторам пока, естественно, добавить нечего.
Да и юзать их собираюсь не в экстремальных условиях, а как замену обычным батарейкам в слаботочных бытовых устройствах управления: клава, мыши, пульты, геймпад.