Eine wiederaufladbare Zelle ist nur so langlebig wie ihr Ladegerät, dennoch ist das Ladegerät das Teil, das Verbraucher am häufigsten allein aufgrund des Preises kaufen. Nickel-Metallhydrid kann nicht wie eine einfache Blei-Säure- oder Lithium-Zelle aufgeladen werden, indem eine feste Spannung gehalten wird, bis der Strom abfällt: Eine vollständig geladene NiMH-Zelle nimmt weiterhin Energie auf und wandelt den Überschuss in Wärme und Gas um. Um den genauen Zeitpunkt zum Stoppen des Schnellladens zu bestimmen, müssen daher subtile Signaturen von Spannung und Temperatur gelesen und jede Signatur mit einem unabhängigen Timer unterstützt werden. In diesem Artikel wird der Abschlussstapel in einem hochwertigen Verbraucherladegerät erläutert – negatives Delta-V, Null-Delta-V-Plateau, Temperaturanstiegsrate, absolute Temperatur und maximale Zeit – und gezeigt, warum diese verborgene Technik die Lebensdaueransprüche der von ihm geladenen Zellen schützt.
Während des Konstantstrom-Schnellladens steigt die Spannung einer NiMH-Zelle allmählich an, erreicht einen Spitzenwert nahe der Vollladung und fällt dann – was besonders nützlich ist – leicht ab, während die Zelle noch betrieben wird. Dieser kleine Abfall nach dem Peak ist ein negatives Delta-V (-dV), das klassische Zeichen dafür, dass die Sauerstoffrekombination an der positiven Elektrode begonnen hat, Ladeenergie als Wärme abzuleiten, anstatt sie chemisch zu speichern. Im Gegensatz zu Lithium gibt es keine scharfe Konstantspannungsstufe, auf die man sich stützen kann, und im Gegensatz zu NiCd ist der Spannungsabfall bei NiMH gering – ein paar Millivolt pro Zelle – und kann bei niedrigen Ladeströmen verschwinden, weshalb sich ein Ladegerät nicht auf einen einzigen Schwellenwert verlassen kann und warum ein „dummes“ Ladegerät mit fester Spannung Verbraucherzellen langsam zum Kochen bringt.
Ein intelligenter Mikrocontroller tastet die Spannung jedes Kanals alle paar Sekunden ab und sucht nach einem reproduzierbaren Abfall um einige Millivolt pro Zelle nach einem Spitzenwert. In Designreferenzen und in der Literatur zu Lade-ICs werden üblicherweise Schwellenwerte im niedrigen einstelligen Bereich bis etwa fünfzehn Millivolt pro Zelle verwendet, je nach Strom und Zellenzahl. Bei langsameren Strömen, bei denen -dV zu flach wird, um zuverlässig erkannt zu werden, verwendet der Controller stattdessen Null-Delta-V (0dV): das Spannungsplateau, bei dem die Steigung für ein festgelegtes Fenster im Wesentlichen flach bleibt. Das eigene Schnellladegerät-Datenblatt von Energizer veranschaulicht den Branchenansatz mit Delta-V-Abschaltung über einen angegebenen Millivoltbereich pro Kanal in Kombination mit Temperatur und Timer. Der Detektor darf erst dann scharfgeschaltet werden, wenn die Zelle einen Mindestspannungs- und Ladungsanteil erreicht hat, andernfalls könnte ein vorübergehender Einbruch zu Beginn des Ladevorgangs einen Fehlstopp auslösen.
Da das Ende des NiMH-Ladevorgangs grundsätzlich ein thermisches Ereignis ist, überwacht ein robustes Ladegerät die Temperatur als parallelen und oft primären Kanal. Der Anstiegsgeschwindigkeitsdetektor dT/dt schaltet sich ab, wenn die Temperatur schneller als ein Referenzwert ansteigt – Hinweise zum Design des Ladegeräts geben Werte in der Größenordnung von etwa einem Grad Celsius pro Minute an – und erfasst die volle Ladung auch dann, wenn die Spannung nicht eindeutig ist. Eine absolute Temperaturabschaltung ist die harte Obergrenze, die je nach Design üblicherweise im niedrigen bis mittleren 40- bis 50-Grad-Bereich liegt und den Ladevorgang stoppt, wenn eine Zelle oder der Schacht aus irgendeinem Grund heiß wird. Ein Temperatursensor pro Schacht anstelle eines gemeinsamen Sensors ermöglicht es einem Ladegerät mit mehreren Schächten, AA- und AAA-Zellen unabhängig voneinander zu behandeln.
Jede Erkennungsmethode kann fehlschlagen – ein Sensor trennt sich, eine Zelle ist ungewöhnlich abgenutzt, die Umgebungstemperatur ist extrem – daher verfügt ein sicherheitszertifiziertes Ladegerät über unabhängige Rücklaufsperren: einen Maximallade-Timer, der auf den Strom und die größte unterstützte Kapazität abgestimmt ist, eine maximale Spannungsgrenze pro Zelle von etwa 1,55–1,6 V und eine Prüfung auf defekte Zellen, die kurzgeschlossene oder stark verpolte Zellen ausschließt. Nach Ende des Schnellladens muss das Erhaltungsladen sanft erfolgen: ein kleiner gepulster oder sehr niedriger Erhaltungsstrom statt eines kontinuierlich hohen Stroms, da die dauerhafte Ladedauer gemäß IEC 61951-2 selbst ein definierter Test ist und anhaltendes Überladen der schnellste Weg ist, den Retentionsvorteil einer LSD-Zelle zu zerstören. Das animierte Ladeprofil unten zeichnet Spannung und Temperatur zusammen auf, um zu zeigen, wie die Signale am Endpunkt zusammenlaufen.
Billige Ladegeräte verdrahten Zellen paarweise in Reihe, was den Benutzer dazu zwingt, zwei oder vier gleichzeitig zu laden, während die schwächere Zelle den gesamten Kanal diktiert – und leidet. Ein hochwertiges Verbraucherladegerät verwendet unabhängige Kanäle, sodass ein einzelnes AAA neben drei AAs geladen werden kann, jedes mit seiner eigenen -dV/0dV- und thermischen Entscheidung und seinem eigenen Timer. Unabhängige Einschübe ermöglichen auch Aktualisierungs- oder Entlade-Rekonditionierungsmodi, die den Speicher mit flachem Zyklus reduzieren, zu dem sogar NiMH leicht anfällig ist, und sie ermöglichen eine Statusanzeige pro Einschub. Für einen Einzelhändler, der Zellen und Ladegerät als Paket verkauft, ist die unabhängige Kanalarchitektur das sichtbarste Qualitätsunterscheidungsmerkmal im Regal und dasjenige, das am stärksten mit der realisierten Lebensdauer korreliert.
Der kommerzielle Sinn besteht darin, dass die Terminierungstechnik unsichtbar ist, bis sie ausfällt, und dass ihre Fehlerursache in der Beschwerde des Kunden liegt, dass „wiederaufladbare Batterien nicht lange halten“. Ein Ladegerät, das präzise stoppt, kühl bleibt, ein bis vier gemischte Zellen handhabt und die angeschlossenen Zellen nicht überlädt, sondern aufrechterhält, sorgt dafür, dass die angeschlossenen Zellen tatsächlich die Hunderte bis Tausende von Zyklen erreichen, die der Zellenhersteller angibt. Aufsatz B verwandelt diese Wissenschaft in eine Methode zum Entwerfen und Spezifizieren von Ladegeräten. Papier C behandelt die Validierung nach EN 60335-2-29. Für einen NiMH-Hersteller führt die gemeinsame Entwicklung der Zelle und des Ladegeräts – und deren gemeinsamer Verkauf – dazu, dass die Lebensdauer- und Aufbewahrungsgeschichte zu einem Kundenerlebnis und nicht zu einer Datenblatt-Hoffnung wird.
Weijiang MachtCo-Entwickler von LSD NiMH AA/AAA-Zellen mit passenden Smart-Charger-Programmen unter Verwendung unabhängiger Bay-dV/0dV- und dT/dt-Abschlüsse, schonender Erhaltungsladung und Timern pro Zelle. Teilen Sie uns Ihre angestrebte Ladezeit, die Anzahl der Ladeschächte und Ihr Kostenziel mit und wir stimmen Zelle und Ladegerät so aufeinander ab, dass die Nennlebensdauer im Haushalt erreicht wird.
