En guide til oppladbare NiCd & NiMH batterier

av Espen Braathen

Sist oppdatert 08.02.2005

Innledning

På denne siden har jeg samlet en del linker til forskjellige nettsteder og dokumenter som er informative for de som vil lære mer om oppladbare batterier av NiCd eller NiMH typen. Jeg anbefaler spesielt de tekniske håndbøkene til GP Batteries, Panasonic og Sanyo. På hjemmesiden til PowerStream finner du en del informasjon som er mindre produsentavhengig.

Etter hvert vil jeg legge ut en kjapp guide på denne siden som er bedre egnet for de som ikke vil lese igjennom lange tekniske dokumenter.

NiMH kjemi

Prinsippet bak et Nickel Metal Hydride (NiMH) batteri er at hydrogen beveger seg fra den positive til den negative elektroden under lading og motsatt vei under utladning.

Ni(OH)2 + M <===lading/utladning====> NiOOH + MHab

Nickel hydroxide + hydrogen-absorberende legering <======> Nickel oxyhydroxide + hydrogen absorberende legering med absorbert hydrogen

NiMH er en batteriteknologi som har en noe kortere levetid i antall opp- og utladningssyklusere enn NiCd-batterier, men til gjengjeld kan batterikapasiteten være opptil 30-40 prosent større. I tillegg kan NiMH-batteriene levere en langt større utladningsstrøm.

NiCd kjemi

For oppladbare Nickel Cadmium (NiCd) batterier kan lading og utladningsreaksjonene illustreres med formelen under:

2NiOOH + Cd + 2H20 <===lading/utlading===> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

Nickel oxyhydroxide + Cadmium + Water <======> Nickel hydroxide + Cadmium hydroxide

Kadmium og kadmiumforbindelser er ekstremt giftige. Brukte NiCd-batterier er derfor å betrakte som miljøskadelig avfall som ikke må kastes i søpplekassen når de vrakes. Selv om også NiMH-batterier bør samles inn etter bruk representerer de ikke den samme faren for miljøet. Dette er ytterligere en egenskap som går i favør av NiMH-batterier.

Nikkelfolie, bilde er hentet fra Web Elements.

Batterikapasitet

Kapasiteten til et batteri (C) oppgies i ampere timer (Ah). Hvor stor del av kapasiteten man får utnyttet er avhengig av hvor kraftig batteriet belastes under utladningen. Den nominelle kapasiteten forutsetter en utladning på 0,2C (C/5) og battericellen er å anse som tom når cellespenningen har sunket til 1,0 volt.

Eksempel:
Nominell kapasitet = 1800 mAh.
Utladning ved 0,2C = 360 mA, noe som gir 1800 mAh / 360 mA = 5 timer.

En utladning på 1,0C skal i teorien vare i en time (60 minutter), men i virkeligheten vil batteriets spenning synke til 1,0 volt etter ca 57-58 minutte. Forskjellen i prosent er ikke så veldig stor i dette eksempelet, men faktoren vil forværre seg dersom utladningsstrømmen blir ennå større. Den forventede reelle batterikapasiteten kan man finne i produsentens datablad for den aktuelle battericellen. I databladet vil man også finne den maksimale utadningsstrømmen som produsenten anbefaler.

Nominelle maksimumskapasiteter per dags dato for de vanligste batteristørrelsene:

"AA"-cell (LR6) = 2500 mAh
"C"-cell (LR14) = 4500 mAh
"D"-cell (LR20) = 9000 mAh

De tre vanligste batteristørrelsene "AA" (LR06), "C" (LR14) og "D" (LR20).

Lading

Standard ladetid for oppladbare batterier oppgies normalt ved en ladestrøm på 0,1C (C/10) og ligger normalt på en av tre følgende tider: Verdien for ladetiden varierer avhengig av produsent og kjemitype, og kan normalt finnes i produsentens datablad eller trykt på selve batteri-innkapslingen.

De fleste batterier kan hurtiglades med en langt større ladestrøm enn 0,1C (i enkelte tilfeller kan ladestrømmen være på hele 1C), men det krever en intelligent lader som kan avbryte ladningen på rett tidspunkt. Den vanligste måten å avslutte ladningen på er den såkalte negativ delta V-metoden (-dV). Når ladingen er ferdig vil cellespenningen synke med noen millivolt og dette spenningsfallet over cellen kan detekteres og ladningen avbrytes. Spenningsfallet er mest markert på NiCd-batterier, men metoden brukes som regel også på NiMH-batterier. Man kan også benytte en mer avansert overvåkning av forløpet til spenning og strøm. Når man lader flere serie-koblede celler i en batteripakke bør man også overvåke temperaturen (med en termistor i batteripakken) og avbryte ladningen når temperaturen når et vist nivå (dT) eller når temperaturen får en plutselig økning (dT/dt).

Ansmann Energy 16 bordlader. Ladestrøm 1000 mA ("C" og "D" celler) og -dV cut-off.

15 minutters "Charge & Go" - batterier med "intelligens"

Frem til nylig var all hurtigladning av NiMH-batterier basert på ekstern overvåking av temperatur og spenningsforløp. Men nå har Varta intodusert en ny type ladeprosess som er basert på intern overvåking av battericellens tilstand. Teknologien går under navnet In-Cell Charge Controll (I-C3). Dette systemet er i stand til å overvåke det interne trykket i battericellen ved hjelp av teknologi som er bygd in i selve battericellen. Denne lademetoden krever derfor spesielle battericeller for å kunne fungere. Battericeller med I-C3 teknologi lades med en strøm på nesten 4C og ladetiden blir dermed ekstremt kort. Varta selv selger en I-C3 hurtiglader som bruker 15 minutter på å lade en AA-celle med 2000 mAh kapasitet. Ladestrømmen som brukes er på hele 7500 mA. Laderen bruker det innvendige celletrykket, temperaturen og en sikkerhetstimer på 16 minutter til å avslutte ladningen. I-C3 teknologien fåes foreløpig kun i AAA- og AA-batterier. I tillegg til Varta selger Rayovac og Energizer slike batterier og tilhørende ladere.

15 minutters hurtiglader for I-C3 batterier.

Forklaringer og akronymer:

C = tegn for kapasitet, må ikke forveksles med battericellestørrelse "C".
Cd = symbol for kadmium, et hvitt, metallisk grunnstoff
h = time (engelsk hours)
hydrid = (gresk) forbindelse mellom hydrogen og andre gunnstoffer
Ni = symbol for nikkel som er et sølvhvitt metall (grunnstoff)
NiCd = Nickel Cadmium
NiMH = Nickel Metal Hydride
nominell = teoretisk/bare i navnet
mAh = milli Ampere timer
milli = en tusendel, eks: 1000 mAh = 1 Ah
reell = virkelig/faktisk

Eksterne artikler

Mye å spare på nye superbatterier (VG) - Test av 13 forskjellige NiMH-batterer (HTML)
Batteriretur - Sortering av oppladbare batterier i ulike kategorier (HTML)
Batteriretur - Sortering av oppladbare batterier (PDF)
Metallhydrider i oppladbare batterier (info om doktoravhandling)
Energiplugger - test av seks forskjellige NiMH-batterier
Plugg og lad - test av batteriladere for AA-celler (PDF)
Miljøstatus i Norge: Kadmium (HTML)

Batteriprodusenter:

Duracell OEM
Energizer Rechargeables (USA)
GB (Gold Peak) Batteries (Kina).
Hãhnel AAA/AA-batterier og hurtigladere (ikke egen produksjon?)
Minamoto Industrial Limited (Kina).
Panasonic Corporation USA (OEM Batteries)
Panasonic Batteries (forbrukerorientert webside)
Rayovac Batteries
SAFT Rechargeable Battery Systems (Frankrike).
Sanyo Energy (USA)
TECxus (Kina).
Varta Consumer Batteries (English)
Yuasa Batteries UK (Kinesisk produsent)

Ladere:

Ansmann Energy
FRIWO (USA)
Patco Electronics (brukes av bl.a. Halcyon & Salvo Diving)
Vanson Electronics Ltd (Kina/HK)

Teknisk info og litteratur på nettet:

Tilbake til hovedmenyen