Какие виды аккумуляторов бывают: Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения — magazinakb.ru

Содержание

Виды и типы аккумуляторов

На сегодня основным используемым типом аккумуляторов для ИБП и автономных решений являются кислотно-свинцовые и литий-ионные аккумуляторы.

На рынке сегодня можно найти много разновидностей кислотно-свинцовых (LA = lead-acid) аккумуляторов и АКБ. Это стартерные, GEL, AGM, OPzV, OPzS. И из описаний «различных» типов LA аккумуляторов создаётся впечатление, что можно некоторым образом подобрать их и, заплатив таки весьма приличную сумму, надолго избавиться от этой проблемы. Однако это совсем не так.

Как бы красиво не назывался LA аккумулятор, в нём всегда есть водный раствор серной кислоты, свинец и их многочисленные соединения. Все прочие добавки в виде кальция, сурьмы, серебра … если и влияют на химические реакции, протекающие в ячейках, то только в худшую сторону. Применение этих добавок вызвано в основном физическими свойствами чистого свинца, а именно его мягкостью, которая не позволяет применять чистый свинец в АКБ автомобилей и других транспортных средств из-за вибраций и ударов.

Классическая призматическая компоновка ячеек LA АКБ, мягко говоря, малооптимальна, батареи же из ячеек рулонного (циллиндрического) типа стоят несоразмерно дорого.
LA АКБ лучше всего работают при температуре около 25°С, при понижении температуры теряется их электрическая ёмкость, а при повышении температуры снижается ресурс (количество циклов заряда-разряда). Так AGM батарея при 25°С может работать 10 лет, а при 33°С — только 5 лет, а при 42°С — 1 год. Оптимальная глубина разряда LA аккумуляторов обычно не превышает 30%, а при превышении оптимальной глубины разряда опять-таки снижается ресурс, причём иногда для того чтобы необратимо «убить» такой аккумулятор достаточно один раз разрядить его в ноль (например, на сильном морозе это легко сделать, как и случается с незаводящимися автомобилями). Вообще LA АКБ не любят недозаряда, хотя и перезаряд также вреден для них, и лучше всего работают в буферном режиме, а в системе автономного энергоснабжения АКБ работает в циклическом режиме.

А, поскольку, любая батарея это последовательная цепочка из первичных ячеек, которые не могут быть совершенно идентичными, всегда возникает проблема разбалансировки уровней заряда на разных ячейках. Либо одни ячейки недозаряжаются, либо другие ячейки перезаряжаются, и проконтролировать это подручными средствами очень трудно. Несмотря на то, что все эти проблемы давно известны, не существует за внятные деньги аппаратуры, следящей за уровнями заряда для каждой ячейки, вероятно из-за того, что эти АКБ умирают тихо, а простейшие стартерные батареи стоят сравнительно недорого и в любом случае эксплуатируются в недружественных температурных режимах.

Это далеко не все, но вполне достаточные причины, чтобы считать LA аккумулятор очень нежным устройством. Этот аккумулятор может отработать заявленное количество циклов, но Вы должны постоянно следить за уровнем заряда в каждой его ячейке и эксплуатировать его при 20-25°С. Насколько это реально? Думаю, что это совершенно невыполнимая задача для простого пользователя.

А результатом будут убитые за год-два аккумуляторы, может быть самые дорогие и стойкие продержаться три-четыре года. Поскольку же время жизни LA АКБ очень сильно зависит от множества трудно выдерживаемых в реальной жизни параметров, не один продавец не сможет внятно сказать, сколько реально прослужат LA АКБ именно у Вас. Зато открывается широкое поле для всякого рода недоговорённостей и умных слов, смысл которых сводится к следующему: кислотно-свинцовые АКБ у рядового пользователя ВСЕГДА проработают в несколько раз меньше в сравнении с максимально заявляемым сроком. Выражение «в несколько раз» при интенсивной эксплуатации я оцениваю как число между двумя и семью. И, наконец, последний гвоздь в крышку гроба кислотно-свинцовых аккумуляторов. Они заряжаются очень долго – просто непозволительно долго. Нормальный ток зарядки в амперах для них составляет всего лишь 10% от амперчасов ёмкости АКБ (такой ток называется C/10 или 0,1C). Это означает следующее: даже если Вы возьмёте самые стойкие элементы OPzS и будете разряжать их до допустимых (но не оптимальных!) для них 70% разряда, то заряжать их Вам придётся около 6 часов, а потом «добивать» в импульсном режиме оставшиеся 5-10% ёмкости ещё 3-5 часов.

Это не проблема для резервных систем, заряжаемых от сети, но очень неэффективно для автономных, внесетевых систем, и уж совсем неэффективно для зимней автономии, когда по времени солнца очень мало. Для добивки (полной зарядки) АКБ в пасмурную погоду потребуется несколько часов малопродуктивной работы топливного генератора практически на холостом ходу. А ведь все топливные генераторы не очень любят работать без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода, они быстро теряют свой ресурс. Если же LA АКБ не дозаряжать, в них активно развиваются процессы сульфатации пластин, приводящие к снижению срока службы и реальной ёмкости. Сейчас на рынке появились LA АКБ, которые производитель «позволяет» заряжать до 80% ёмкости токами 0,3С, однако все основные параметры паспортной ёмкости как и прежде позиционируются на 0,05С. Это значит, что заряжая LA АКБ в таком режиме мы уменьшаем их ресурс и снижаем электрический КПД* АКБ. Для LA АКБ КПД = 65-80% (в зависимости от конкретного производителя и скоростей заряда и разряда)

Литий-ионные аккумуляторы, а именно LiFePO₄ АКБ последнего поколения выглядят более предпочтительно как для использования в системах полной автономии так и для серьёзных резервных систем.

Их КПД в автономных системах 96-99%. Диапазон рабочих температур от -40 до +60°С. В диапазоне от 0 до +35°С без существенного снижения ёмкости и ресурса. Хорошо держат глубокий разряд. Циклический заряд-разряд до 60-80% от номинальной ёмкости абсолютно нормальное явление для литиевых АКБ. 100%-й разряд не убивает литиевую АКБ, а только незначительно (менее 0,1%) снижает её общий ресурс. Количество глубоких циклов заряда-разряда достигает 5-8 тысяч, что существенно превосходит показатели кислотно-свинцовых АКБ. Ток зарядки литиевых АКБ может достигать 3С. Реально же нужны меньшие значения в диапазоне 0,3-0,5С, что позволяет за 1-2 часа заряжать АКБ. Причём необязательно заряжать АКБ на 100%, для литиевых батарей это несущественно. А ведь именно в режиме неполного заряда очень часто работает система автономного энергоснабжения.

Литиевая АКБ в сравнении с аналогичной по номинальной ёмкости AGM дороже последней приблизительно в 3,5 раза. Однако AGM имеет оптимальную глубину разряда около 40 %, и соотношение цен за эффективный ватт-час равно уже 2-м. Вспоминаем сроки жизни сравниваемых АКБ. Для AGM заявленный срок работы в буферном режиме при 25°С составляет 7 лет, при циклическом режиме 2-3 года, т.е. около 1000 циклов, для LiFePO

4 батарей срок жизни как таковой не существует, кол-во же циклов таково, что можно говорить о 25 годах циклической эксплуатации. Т.е. время жизни LiFePO₄ в 8-12 раз больше чем AGM. Подытоживая всё вышесказанное, итоговая стоимость 1 полезного кВт-ч в AGM будет в 5-8 раз выше чем в LiFePO4.

Кроме того важным преимуществом LiFePO₄ АКБ является то, что в процессе работы они ничего не выделяют, их можно устанавливать в любом месте дома или офиса. А вот кислотно-свинцовые АКБ изначально требуют отдельного помещения с вентиляцией и поддержанием температуры в +20 +25°С, что сразу же удорожает вроде бы небольшую начальную стоимость этих АКБ.

* Коэффициент использования энергии или КПД АКБ, показывает отношение энергии, отданной АКБ, к энергии, израсходованной для её заряда

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея — химический источник электрического тока, состоящий из объединения (батареи) нескольких отдельных элементов питания. Использование нескольких элементов вместо одного позволяет получить большее напряжение или большую силу тока, в зависимости от способа подключения — последовательного или параллельного.

Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся материалом электродов и электролита. Многие слышали и знают, например, что есть всевозможные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторы.

Из всего разнообразия в автомобилях в качестве стартерных используются только свинцовые. Это обусловлено тем, что аккумуляторы этого типа обладают максимальной, по сравнению с другими, энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток. При этом приходится мириться с тем, что как кислота, так и свинец — очень вредные вещества. Корпуса всех свинцовых аккумуляторов делаются из прочной кислотостойкой пластмассы, чтобы обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки и эксплуатации.

В настоящее время в качестве материала для электродов используется свинец не в чистом виде, а с разнообразными добавками, в зависимости от которых АКБ делят на несколько типов.

В зависимости от добавок для материала электродов автомобильные аккумуляторы делят на:

Традиционные («сурьмянистые»)
Малосурьмянистые
Кальциевые
Гибридные
Гелевые, AGM
И дополнительно:
Щелочные
Литий-ионные

Традиционные («сурьмянистые»)

АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.

Сурьму добавляют в свинец, чтобы увеличить прочность пластин. Но из-за этой добавки резко усиливается, ускоряется процесс электролиза, который начинается уже при 12 вольтах. Из-за выделяющихся газов (кислород и водород) кажется, что вода кипит. Из-за того, что вода улетучивается наружу в большом количестве, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края электродов. Для компенсации «выкипевшей» воды в АКБ заливают дистиллированную воду.

Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.

Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. «Сурьмянистые» батареи могут устанавливаться на стационарные установки, где важнее неприхотливость источников питания и где нет особых проблем с их обслуживанием. Все автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Малосурьмянистые

Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.

Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Огромным плюсом малосурьмянистой батареи является ее нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми.

Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.

Кальциевые

Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.

Применение кальция позволило значительно снизить интенсивность газовыделения и потери воды, по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Фактически, потери воды за весь срок службы батареи составили столь малую величину, что отпала необходимость в проверке плотности электролита и уровня воды в банках. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют право называться необслуживаемыми.

Кроме низкой скорости «выкипания» воды, кальциевые аккумуляторы имеют еще и сниженный почти на 70%, по сравнению с малосурьмянистыми, уровень саморазряда. Это позволяет кальциевым батареям дольше сохранять свои эксплуатационные свойства при долгом хранении.

Т.к. использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды с прежних 12 до 16 вольт, перезаряд стал не так страшен.

Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.

Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.

Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.

Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.

Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т. е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано. При покупке аккумулятора данного типа следует иметь в виду, что батарея в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая, но зато при должном уходе Вы получаете высококачественный и надежный источник питания для Вашего автомобиля.

Гибридные

Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые. Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

Гелевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).

Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ. Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.

Эта проблема была решена путем перевода электролита из жидкого в гелеобразное состояние. Т.к. гель гораздо более плотный и менее текучий, чем жидкость, это решило сразу обе проблемы — активное вещество уже не осыпалось (плотная окружающая среда фиксировала его) и электролит не вытекал (гель имеет низкую текучесть).

И в гелевых, и в AGM батареях электролит находится в гелеобразном состоянии. Отличие в том, что в AGM аккумуляторах помимо этого между пластинами-электродами находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания. Сама аббревиатура «AGM» так и расшифровывается — Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). Т.к. гелевые и AGM аккумуляторы имеют почти схожие характеристики, далее по тексту под гелевыми будут иметься в виду и AGM батареи. В случае имеющихся различий об этом будет указано отдельно.

Благодаря тому, что гель в аккумуляторах находится фактически в зафиксированном состоянии, данные батареи не боятся наклонов. Производители пишут даже, что эксплуатация батареи допустима в любом положении. Хотя это лишь маркетинговое высказывание, т.к. все равно не стоит держать гелевые АКБ в перевернутом состоянии.

Отличная виброустойчивость — это не единственное положительное качество гелевых аккумуляторов. Данные типы батарей имеют низкую скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения заряда. Хранить следует в заряженном состоянии.

Гелевые АКБ могут выдавать одинаково высокий ток вплоть до полного разряда. При этом они не боятся переразряда, полностью восстанавливая после подзарядки свою номинальную емкость.

Если при разряде гелевые аккумуляторы менее капризны, чем классические, то с зарядом батарей ситуация совсем иная. Недопустим ускоренный заряд — процесс зарядки гелевых аккумуляторных батарей должен происходить гораздо меньшим током. Для этого даже используются специальные зарядные устройства, подходящие для зарядки только гелевых аккумуляторов. Хотя на рынке имеются и универсальные ЗУ, умеющие, по заверениям производителей, производить зарядку всех типов батарей. Насколько это соответствует действительности — необходимо смотреть внимательно, обращая внимание на репутацию и гарантии производителя.

К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.

Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).

Щелочные

Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.

Автомобильные щелочные аккумуляторы бывают двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (он же гидрат окиси никеля III или метагидроксид никеля), отрицательные пластины — смесью кадмия и железа. В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем же составом, что и в никель-кадмиевой батарее — гидроксооксидом никеля. Отличие лишь в отрицательном электроде — в никель-железном аккумуляторе он сделан из чистого железа. Электролитом в обоих типах аккумуляторов является раствор едкого калия КОН.

Пластины-электроды в щелочных батареях упаковываются в «конверты» из тончайшей перфорированной металлической пластины. В эти же конверты запрессовывается активное вещество. Это позволяет сильно повысить виброустойчивость батарей.

У щелочных АКБ есть интересная особенность: в никель-кадмиевых аккумуляторах положительных пластин на одну больше, чем отрицательных, и находятся они по краям, соединяясь с корпусом. В никель-железных аккумуляторах все наоборот — отрицательных пластин больше, чем положительных.

Еще одной особенностью щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит. По этой причине его требуется меньше, чем в кислотных, где приходится наливать электролит с запасом по причине его «выкипания».

У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:

Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).

Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:

Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
Щелочные батареи намного дороже кислотных.

Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.

В химических элементах этого типа носителями электрического тока являются ионы лития. К сожалению, нельзя однозначно описать материалы электродов, т.к. технология постоянно меняется, совершенствуется. Можно лишь сказать, что первое время в качестве отрицательных электродов использовался металлический литий, но подобные аккумуляторы оказались взрывоопасными. В дальнейшем стал использоваться графит. В качестве материала положительных электродов раньше использовались оксиды лития с добавлением либо кобальта, либо марганца. Однако сейчас они всё больше замещаются литий-ферро-фосфатными, т.к. новый материал оказался менее токсичным, более дешевым и экологичным (можно безопасно утилизировать).

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).
Выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Напомним, что напряжение элемента классической АКБ — 2 вольта.
Низкий саморазряд.

Однако все имеющиеся достоинства перевешивают недостатки, из-за которых не получается уже сегодня массово использовать литий-ионные батареи в качестве замены классических свинцово-кислотных.

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

Чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается. И это одна из главных проблем, над решением которой и бьются разработчики.
Число зарядов-разрядов пока слишком мало (в среднем, около 500).
Литий-ионные аккумуляторы «стареют». При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20% ёмкости. Просьба не путать с саморазрядом или эффектом памяти. Но хорошо, что работа над решением этой проблемы все-таки ведется.
Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам.
Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.

Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).

Очень важна работа и в направлении обеспечения экологичности, т.к. нынешние технологии производства аккумуляторных батарей не могут обойтись без использования ядовитых и просто опасных веществ (взять хотя бы свинец или серную кислоту).

Вряд ли у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей есть будущее. AGM батареи — это промежуточный этап в эволюции. Аккумулятор будущего не будет иметь в своем составе жидкость (чтобы ничего не вылилось при повреждении), будет иметь произвольную форму (чтобы была возможность использовать все возможные пустоты автомобиля), а также множество других параметров, которые позволят автовладельцам наслаждаться поездкой, а не нервничать по поводу того, что аккумуляторная батарея может отказать в самый неподходящий момент.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14. 10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Основные виды аккумуляторных батарей — Pulsar

Обзор технологий «консервированного электричества»

Аккумуляторные батареи (АКБ) активно потребляются большинством отраслей промышленности и просто человеческой деятельности. Без АКБ немыслимы сегодня энергетика, телекоммуникации и транспорт. Огромный пласт использования АКБ составляет работа вычислительной техники, систем передачи данных с участием источников бесперебойного питания (а это промышленные предприятия, офисы, банки, государственные и научные учреждения, ЦОД, и вообще практически любой производственный участок, где присутствует компьютер). Масштабно эксплуатируются сегодня АБ в частном жилом секторе. Мы уже не говорим о мини-аккумуляторах, питающих бесчисленное семейство всяческих мобильных устройств. Одним словом – без батарей никуда.

На базе устойчивого спроса и само производство аккумуляторных батарей давно уже стало самостоятельной отраслью. Тысячи предприятий в мире ежедневно выдают «на-гора» миллионы единиц «консервированного электричества». И среди этого разнообразия уже не так-то просто порой сделать правильный выбор. Конструкций АКБ сегодня множество, и в каждой имеются свои тонкости и премудрости.

Основные виды аккумуляторных батарей

Прежде чем говорить о видах аккумуляторных батарей, стоит договориться о понятиях. По сути, «аккумулятор» и «аккумуляторная батарея» – одно и то же. Если подходить строже, то аккумулятором называют единичный элемент того или иного напряжения (пара электродов с электролитом), а батареей – несколько таких элементов, соединенных между собой. На практике обычно мы имеем дело с батареями, хотя называем их аккумуляторами.

Как мы сказали ранее, мир аккумуляторов – это бескрайнее море, однако среди них различают три основных вида – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (вариант – никель-железные металл-гидридные) и литиевые. Названия отражают различия активных материалов в конструкции. Свинцово-кислотные – со свинцовыми пластинами и кислотным электролитом, у никель-кадмиевых – одна пластина содержит никель, а другая – кадмий (иногда железо), электролитом здесь выступает щелочь. В литиевых батареях применяется твердый электролит, а в виде электродов – литий (отрицательный потенциал) и другие материалы (нередко полимерного происхождения).

Электрохимические процессы, которые происходят в батарее, в зависимости от материалов обеспечивают характеристики АКБ и их свойства для электропитания. Важный электрический параметр – это напряжение элемента, которое может меняться в пределах от 1 до 3,6 В. Ещё один ключевой параметр – ёмкость (запас энергии, который может питать нагрузку с определенной силой тока в течение определенного времени, измеряется в ампер-часах – Ач). Ещё один важный параметр, который мы будем часто упоминать, – количество циклов заряда-разряда, что напрямую связано со сроком службы АКБ. Безусловно, имеют значения и другие параметры: диапазон рабочих температур, глубина разряда, значения токов заряда и разряда.

Самые распространенные аккумуляторы на сегодняшний день – это свинцово-кислотные (СК). Они характеризуются относительной простотой и доступностью. При изготовлении СК используются относительно недорогие материалы: свинец в качестве электродов и раствор серной кислоты. Стандартный элемент имеет напряжение 2 В, а диапазон емкостей АКБ варьируется в диапазоне от долей Ач до тысяч Ач. Такие АКБ широко применяются в качестве стартерных в автомобиле. Промышленные модели обычно отличаются по исполнению и характеристикам.

Никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы относятся к группе щелочных. Здесь одна пластина содержит гидроокись кадмия, другая – гидроокись никеля. Активный материал в виде порошка запрессован в пластины, представляющие собой решетчатую или перфорированную структуру Перфорация обеспечивает обмен зарядами через электролит. Впрочем, бывают и другие варианты конструкции, например, с так называемыми «спеченными электродами».

Аккумуляторы НК отличаются высокой надежностью. Одно из главных их достоинств – низкая чувствительность к перепадам температур, в чем они превосходят свинцово-кислотные. Поэтому для работы в особых климатических условиях, низких и высоких температурах выбираются именно НК. Они неприхотливы, не боятся глубокого разряда, перезаряда, они не могут внезапно выйти из строя, что иногда случается с аккумуляторами СК. Как следствие, и срок службы хорошо сделанных НК заметно превосходит стандартный срок службы для СК в полтора-два раза – 15-25 лет против 5-10-ти. Соответственно НК и стоят подороже.

Непосредственно к группе НК примыкает и их подвид – никель-железные АКБ, но их роднит разве что слово «никель», сама технология и близкая устойчивость к температурам. А в остальном это совсем другой класс устройств, с более низкими характеристиками. И по надежности уступают НК, низкий КПД, большие потери, сложны в обслуживании. Еще недавно считалось, что это уже устаревшая конструкция и используется главным образом на постсоветском пространстве по причине относительной дешевизны и устоявшейся традиции. Однако, по последним сведениям, интерес к никель-железным АКБ возродился, и причем даже не в нашей стране, а как раз за рубежом. Причина – простота утилизации, экологичность. К слову, и сама технология модернизировалась.

Еще одна разновидность АКБ – это литиевые батареи, прежде известные всем главным образом по батарейкам в мобильных телефонах или в ноутбуках. Ранее в серьезных мощных системах литий-ионные аккумуляторы не применялись по причине дороговизны. Однако в последние несколько лет все решительно изменилось. Во-первых, литиевые батареи почти уровнялись по стоимости с традиционными АКБ (с НК практически сравнялись, и лишь вдвое дороже СК). А во-вторых, как выяснилось, литий-ионные (точнее, литий-железо-фосфатные) аккумуляторы превосходят все остальные по всем статьям. Какой параметр ни возьми, будь то температурный диапазон, ресурс службы, устойчивость к глубоким разрядам – везде они лучшие. Добавим сюда еще лучший показатель удельной запасаемой энергии, т.е. максимальный запас энергии в минимальном объеме – и станет ясно, что за этими АКБ будущее. Сегодня они в основном используются в электромобилях, но уже постепенно завоевывают место и в других сферах. Особенно интересно направление альтернативной энергетики.

О параметрах подробнее

Какого бы типа не были АКБ, их качество и возможности описываются одними и теми же параметрами. Главные из них – это напряжение и емкость. Суть емкости заключается в том, сколько тока в течение определенного времени (при заданном напряжении) способна отдать батарея до своего минимума разряда. Поэтому измеряется емкость в ампер-часах. Емкость АКБ обычно привязывают ко времени, поэтому на изделии можно встретить пометки: С5, С10 или С20. Наибольшую абсолютную емкость АКБ имеют при длительном разряде в стационарном режиме. Емкость при отдаче за короткое время меньше.

Значение емкости во многом зависит от температуры эксплуатации. Номинальная емкость нормируется для комнатной температуры, при повышении температуры емкость возрастает, при понижении – падает, причем очень быстро, экспоненциально (замедление химических процессов). Скажем, на нулевой температурной отметке в зависимости от тока емкость может упасть на 50-70% для разных типов АКБ. Самые чувствительные в этом плане свинцово-кислотные АКБ: рабочий температурный диапазон для них – от -30 до +40°С, а самые устойчивые никель-кадмиевые и литиевые – от -40-50 до + 50-60°С. Превышение этих норм, особенно в сторону тепла, приводит к резкому сокращению сроков службы.

Емкость зависит от продолжительности заряда, и у каждой АКБ такое время задано. Обычно они заряжаются несколько часов, например, свинцово-кислотные в зависимости способа заряда могут заряжаться от 8 до 48 часов. Никель-кадмиевые можно зарядить до 90% за несколько часов, а литиевым для полного заряда достаточно будет и часа (а для некоторых типов литиевых батарей – и 20 минут).

Еще один важный параметр – срок службы. Обычно за норму принимается расчетный срок службы в АКБ в режиме буферного подзаряда (когда аккумулятор постоянно подключен к источнику постоянного тока). Т.е. они периодически находятся в этом режиме и иногда, от случая к случаю разряжаются. У свинцово-кислотных, например, такой срок составляет 3-5 лет, но может быть и 10-15, у наиболее продвинутых – 8-20 лет, есть и другие, которые служат ещё больше. Все зависит от исполнения АКБ, от технологи и, от состава активных материалов, от качества материала, добавок. Чистота материала – это очень важный фактор, поскольку переработанный свинец рафинировать до бесконечности невозможно, меняется структура материала, и срок службы резко снижается. К сожалению, в Украине такая продукция может иногда встречаться.

Наиболее долговечные АКБ свинцово-кислотного типа – это АКБ из сплошного свинца. Так называемые элементы Планте, или как их сейчас называют GroE, могут служить и 20, и 30 лет.

Обслуживаемые и герметизированные

АКБ бывают обслуживаемые, малообслуживаемые и необслуживаемыe. Обслуживание – это постоянный контроль уровня электролита и время от времени долив в аккумулятор дистиллированной воды. Отметим, что при разряде АКБ вода не просто испаряется, а происходит диссоциация, ее разложение на водород и кислород. Улетучивание происходит обычно через специальный фильтр пробки, которая защищает от испарения аэрозолей, паров, и от проникновения искры внутрь.

Литиевые – по определению необслуживаемые. НК, как правило, обслуживаемые. СК тоже могут быть обслуживаемыми, и такие батареи называются обслуживаемыми АКБ вентилируемого типа. Вентилируемые батареи обычно устанавливаются в отдельных аккумуляторных помещениях с серьезной вентиляцией. Их нужно обслуживать, периодически доливать воду в электролит измерять плотность, испытывать. И такие батареи ещё в недавнее время составляли большинство.

Вместе с тем те же типы АКБ могут быть и необслуживаемыми. НК, например, обслуживаемые по определению, но имеются разновидности НК, которые в определенных режимах могут и не обслуживаться. То есть не требуют долива в течение длительного срока, порой десятилетий.

Как мы уже отметили раньше, в процессе разряда на разных пластинах выделяется водород и кислород, и если их превращать обратно в воду, не позволяя испариться, то АКБ в обслуживании не нуждается. Такой метод называется рекомбинацией, и чаше всего используется в СК аккумуляторах (т.н. батареи рекомбинационного типа).

Чтобы кислород и водород не улетучивались, а обязательно встречались и объединялись в молекулы воды, им создаются специальные условия. Для этого электролит делают затушенного типа, добавляя в раствор серной кислоты силиконовые добавки. Таким образом, электролит в виде хорошей сметаны или геля (желе) находится между пластинами, не заполняет другие объемы и представляет собой этакий бутерброд. При диффузии эти частички газов затрачивают больше время, чтобы вылететь наружу, увязают в геле, и вероятность встречи повышается и рождается молекула воды. Так происходит рекомбинация, а такие АКБ называются гелевыми. Отметим, что АКБ этого типа могут работать в любом положении: на боку, даже вверх ногами – из них ничего не вытекает.

Но самым удачным представителем в семействе герметичных батарей считаются так называемые AGM батареи. Здесь пространство между пластинами заполняется пористым губчатым веществом, обычно это стеклокапиллярный материал, салфетка из стекловолокна, которая напитывается электролитом (только электролит здесь более жидкий). За счет длинного пути, который кислороду и водороду нужно проделать по лабиринтам этой губки, рекомбинация получается ещё эффектней, чем в геле. Вот почему эти АКБ и называются AGM – Absorbent Glass Mat, или абсорбция в стекловолоконном материале.

Эти АКБ имеют высший коэффициент рекомбинации, потери воды очень незначительны, при нормальных условиях зарядки коэффициент рекомбинации превышает даже 99% при нормальных условиях заряда и разряда. Казалось бы, служить ему и служить, но на самом деле газы понемногу стравливаются. Для этого есть клапан, который представляет собой мембрану, рассчитанную на определенное избыточное давление, что-то типа ниппеля, только наоборот.

Собственно, постепенное очень медленное выбрасывание газов и ведет к конечной точке службы. Обслуживание невозможно, доливать воду некуда, так уж оно устроено.

Каждый из этих АКБ имеет свою сферу применения. АКБ с жидким электролитом обычной плотности в силу лучшей в этой среде подвижности носителя заряда имеют лучшие динамические характеристики, то есть скорость заряда-разряда.

Гелевые желательно применять в системах, которое имеют стационарный продолжительный разряд, и точно так же неспешно могут заряжаться, потому что заряд большим током ведет к их разрушению.

Гелевые АКБ имеют довольно сильный плюс – больший циклический ресурс. Если говорить о глубоком разряде, то гелевые глубокого заряда и разряда могут обеспечить вдвое, а то и втрое циклов больше. Гелевые могут иметь 500-600 циклов, a AGM – 250-300 (есть исключения), причем устройства примерно одного уровня по качеству. Из-за своего потенциала цикличности гелевые АКБ и стоят дороже.

Впрочем, на сегодня уже есть AGM аккумуляторы, способные обеспечить 600 и более циклов глубокого разряда (например, АКБ ТМ EverExceed). Обслуживаемые АКБ могут иметь ресурс ещё выше.

Скромная привлекательность литиевых батарей

Технология литиевых батарей получила такое развитие, что грозит оставить за спиной более традиционные АКБ, прежде всего свинцово-кислотные в связи с массой преимуществ и снизившейся ценой. Если пять лет назад литиевые батареи были раз в шесть дороже аналогичных свинцово-кислотных, то сейчас можно говорить только о двукратном превышении цены.

Литиевые батареи применяются уже не только в электромобилях, но и телекоммуникации, источниках бесперебойного питания, системах резервного питания и в альтернативной энергетике, где требуется большой циклический ресурс батарей.

Все больше поставщиков добавляют в свой ассортимент литиевые батареи. Когда только в два раза дороже и целый веер преимуществ, потребитель уже благосклонно смотрит на этот товар.

Чем же хороши литиевые батареи конкретно? Срок службы литиевых батарей на сегодня на отметке 15 лет. У свинцово-кислотных ожидаемый срок службы, у батарей средней емкости, 30-300 Ач, – 10-12 лет. Но в реальных условиях, с поправкой на условия эксплуатации, с учетом человеческого фактора, этот срок службы обычно 7-8 лет. У литий-ионных – 15.

Циклический ресурс у свинцово-кислотных, самых хороших, наиболее распространенных, обычно в пределах нескольких сотен циклов глубокого разряда, максимум 600-700. У литиевых батарей – 4000 циклов.

Конструкция литий-ионных батарей

Литиевые батареи абсолютно другого типа, нежели СК. Во-первых, они управляемы на программном уровне, они не могут работать без блока управления BMS. По сути, это компьютер, который отслеживает все параметры, следит за зарядкой, прекращает разряд, фиксирует параметры сопротивления – и все это транслирует на монитор. Обычные батареи – это вообще черный ящик, там трудно даже определить, по какой причине батарея вышла из строя, почему потеряла емкость. Здесь же мы все видим, можем посмотреть историю, сколько циклов разряда прошла батарея.

Форма литий-ионной аккумуляторной батареи на автомобиле KIA Motors

Литиевые батареи собираются из маленьких элементов, похожих на пальчиковые батарейки или патроны. Благодаря такому модульному исполнению батареи могут принимать самые необычные формы разных размеров, заполняя пустоты. А могут сохранять и традиционную форму, свойственную привычным АКБ. В электромобиле конструкция неправильной формы вдоль днища набита этими кассетами. Для телекоммуникаций – стоечное исполнение 19¨.

Литий-ионные аккумуляторы легче и компактней. Что еще? Быстрая зарядка, большие токи разряда, высокая плотность энергии (Втч/кг), работа в широком t-диапазоне… Для полного перечня достоинств нет места.

Литиевая батарея EverExceed в телекоммуникационной стойке

Назначение аккумуляторов

Будучи источником автономного и резервного питания аккумуляторные батареи широко используются в различным сферах жизни, и, конечно, в промышленности. В различных отраслях АКБ призваны выполнять разные задачи. И для каждой отрасли есть наиболее подходящий тип батарей.

В энергетике аккумуляторные батареи применяются очень широко. В огромном хозяйстве электростанций, подстанций, систем различной автоматики, механики слежения обязательно присутствуют батареи. Во многих производственных процессах АКБ несут миссию безопасности и резервного питания. Подача масла насосами на подшипники в генераторе – беспрерывный процесс, который не должен прерываться. И здесь нужна АКБ для резервирования питания. Причем подойдет батарея любого типа, потому что каких-то больших толчковых токов здесь не требуется.

А вот при аварийных включениях требуются большие пусковые, толчковые токи, кратковременные, которые длятся доли секунды, включение – и ток заканчивается. Здесь пригодятся свинцово-кислотные аккумуляторы типа GrоЕ.

Стоит добавить, что в наши дни в энергетике все чаше применяют стационарные необслуживаемые аккумуляторы герметизированного типа АGМ, хоть дорогу эти современные решения в консервативной энергетической среде пробивали с трудом. Приходилось слышать от поставщиков досаду на приверженность к старым наливным системам именно в энергетике.

В телекоммуникациях (мобильные операторы, системы фиксированной связи) используются, как правило, стационарные СК аккумуляторы, потому что в телекоммуникациях используется продолжительный стационарный разряд и не нужны динамические режимы. Важный параметр здесь – срок службы. На участках, где возможен глубокий разряд, устанавливаются СК с трубчатыми пластинами типа OPzS или OPzV, обладающие, кстати, солидным ресурсом циклического разряда – 1500 циклов.

В системах, где нагрузка небольшая, где нужна емкость десятками или небольшими сотнями ампер-часов, используются герметизированные аккумуляторы типа АGМ, реже гелевые. В телекоммуникациях в шкафах с оборудованием редко кто применяет какие-то другие аккумуляторы, кроме герметизированных, критериями их подбора могут быть разве что емкость и напряжение. По габаритным размерам они унифицированы и удобно устраиваются в шкафах электропитания, в источниках бесперебойного питания, рядом с чувствительной электроникой.

На транспорте также роль АКБ трудно переоценить. На железной дороге батареи служат для резервирования функций включения-отключения, в локомотивах, электропоездах и тепловозах, а также для автономного питания в вагонах. На ходу вагон питается от генератора, и он же заряжает эти аккумуляторы, а на стоянке эти АКБ дают освещение, вентиляцию, кондиционирование в вагоны. На железной дороге применяются как свинцово-кислотные, так и никель-кадмиевые, и никель-железные, причем последние, щелочные, чаше.

На городском электротранспорте обычно в работе никель-кадмиевые, там сильные вибрации, низкие-высокие сезонные температуры, там СК не выдержит. АКБ на электротранспорте могут выполнять несколько функций, например, в метро – резервирование открывания дверей и работы автоматики, в трамвае – электромагнитный тормоз, такой башмак, который притягивается под напряжением к рельсам и тормозит.

Тормозной башмак трамвая АКБ

На промышленных предприятиях примеров применения АКБ не перечесть. На каждом крупном заводе есть свои подстанции, ИБП, система аварийного питания. Поэтому применение – смотри выше.

Близки к электротранспорту, например, шахты. Там редко бывает контактная сеть (опасно по газу, по пыли), поэтому уголь вывозится электровозами с вагонетками, которые приводят в движение тяговые АКБ.

Традиционно в шахтах применяются никель-железные АКБ и никель-кадмиевые, но уже несколько лет в шахтах в подвижном электротранспорте работают и свинцово-кислотные. Тоже тяговые, которые имеют хорошие показатели и дешевле (никель-кадмиевые по надежности и безопасности выше, но они дороже вдвое-втрое).

То ли к промышленности, то ли к транспорту можно отнести погрузочно-разгрузочный парк. Это тоже очень большая сфера: склады, магазины, логистические центры, заводы, здесь в основном используются кислотно-свинцовые тягового назначения с трубчатыми пластинами (а сегодня уже и литиевые). К тяговым аккумуляторам повышенные требования по механической устойчивости. Также они должны быть устойчивы к циклическому режиму дня: день разряжаются, ночью заряжаются; и если это хороший тяговый аккумулятор на 1500 циклов, и мы имеем в виду 250 рабочих дней, то хватит его на 6 лет.

АКБ для автопогрузчика

Частный сектор. Здесь системы безопасности, сигнализации, это любой киоск, магазинчик и частная сигнализация в домах. Здесь применяют АКБ АGМ-типа, небольшой емкости, 5-20 Ач.

Когда люди хотят зарезервировать себе какие-то системы, например, газовые котлы с собственной системой прокачки и электроприводом – здесь нужны АКБ АGМ типа большой емкости, можно гелевые, если денег больше.

Объекты малого бизнеса. Обычно это ИБП. Но те, что применяются в банках, офисах, обычно рассчитаны на непродолжительное время работы, на 5-10 мин, редко на час. Как правило, такие ИБП могут работать только от батареи ограниченной емкости.

Для жилья такие источники бесперебойного питания неприемлемы, они зашивают самые важные функции на короткое время. Для жилья нужно думать о большом времени резервирования. Здесь требуется очень мощное зарядное устройство, способное поддерживать АКБ очень большой емкости, обеспечивая многочасовую автономность, может, суточную.

Завершая этот небольшой обзор, следует сказать, что мир аккумуляторов безбрежен, и существует множество вариаций, как внутри самих технологий, так и у отдельных производителей. Знакомство с фирменными тонкостями мы продолжим в следующем материале.

Подготовил Евгений ПОЛИЩУК

Выражаем большую благодарность за проведённое интервью и предосатвленные материалы журналу «Украина-Электро» (http://ua-electro.com)

Типы аккумуляторов у ноутбуков

Различные типы аккумуляторов в ноутбуках напрямую влияют на продолжительность автономной работы устройства. При выборе нужно учитывать не только совместимость с конкретной моделью, но и тип элемента питания, от которого зависит целый ряд свойств аккумуляторной батареи. АКБ разных типов отличаются принципом работы и способом заряда, поэтому менять их между собой нельзя.

Основные типы аккумуляторов в ноутбуках

В современных переносных компьютерах используются следующие типы аккумуляторных батарей:

Литий-ионные батареи (маркировка Li-on) – самый распространенный современный тип аккумуляторов для ноутбуков. Преимуществом являются компактные размеры и небольшой вес, они также отличаются долговечностью. Литий-ионный аккумулятор рассчитан на 300 циклов полной зарядки и разрядки. Однако у него есть и важные минусы это способность к саморазряду и уменьшению емкости со временем, работать такая батарея в состоянии только при пюсовых температурах. Однако они продолжают пользоваться спросом из-за высокой производительности. Ниже представлена схема литий-ионных аккумуляторов:

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCad). Продолжительность использования достигает 350 циклов зарядки и разрядки, от литий-ионных батарей они отличаются невысокой стоимостью. Главное преимущество – возможность работы в любых условиях, в том числе при низких температурах и резких температурных перепадах. Однако есть и существенный минус – большой вес. Такие батареи относительно редко применяются в ноутбуках.
Никель-металл-гидридные батареи питания (NiMh). В отличие от никель-кадмиевых, они обладают увеличенной емкостью, что продлевает автономную работу ноутбука, при этом по размеру и весу они практически не отличаются. При их изготовлении не применяются тяжелые металлы поэтому они считаются наиболее безопасными экологически.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) — относительно новое изобретение, обладающее маленькими габаритными размерами. Такие элементы питания используются в различных небольших гаджетах, их можно справедливо назвать технологией будущего. Одно из преимуществ – возможность придания любой формы, что дополнительно расширяет возможности использования в портативных устройствах.

В зависимости от того, как вы собираетесь использовать аккумулятором в связи с вашими привычками и ритмом жизни, есть следующие рекомендации:

В ближайшем будущем можно ожидать появление более совершенных аккумуляторных батарей, которые позволят забыть о постоянной подзарядке ноутбука. Технологии продолжают совершенствоваться, развитие техники идет в сторону уменьшения веса АКБ и увеличения ее емкости.

Ниже представлена сводная таблица по характеристикам аккумуляторов для ноутбуков

Тип аккумулятора	SLA (герметичный свинцово-кислотный)	NiCD (никель-кадмиевый)	NiMH (никель-металл-гидридный)	Li-Ion (литий-ионный)	Li-Pol (литий-полимерный)
Напряжение на элемент, Вольт	02.янв	01.фев	01.фев	03.июн	03.июн
*Удельная энергоёмкость, Втч/кг**	30-40	40-60	30-80	100-250	130-200
*Удельная энергоплотность, Втч/литр**	60-75	50-150	140-300	250-360	~300
Максимальное число циклов заряд/разряд	500-800	2000	500-1000	1000-1200	500-1000
Саморазряд за месяц	3%-20%	10%	30%	8-15%	~5%
Минимальное время зарядки, часов	авг. 16	1	02.апр	02.апр	02.апр
Диапазон рабочих температур, градусов Цельсия	-20…60	-40…60	-20…60	-20…60	0…60
Пиковый ток нагрузки (в долях от ёмкости)	5С	20C	5C	> 2.0C	> 2.0C
Оптимальный ток нагрузки (в долях от ёмкости)	0.2С	1C	0.5C	< 1.0C	< 1.0C
Эффект памяти	Отсутствует	Присутствует	Присутствует	Отсутствует	Отсутствует
Устойчивость к перезаряду	Высокая	Средняя	Низкая	Очень низкая	Очень низкая

Что такое эффект памяти аккумуляторов?

Батареи типа Ni-Cad и Ni-Mh обладают свойством, которое получило название «эффект памяти». Аккумулятор ноутбука способен «запоминать», сколько энергии было отдано, и в следующий раз при зарядке количество полученной энергии окажется меньше. Этот эффект приводит к постепенному снижению емкости батареи и уменьшению промежутков между зарядкой от сети.

Чтобы уменьшить проявления эффекта памяти, батареи таких типов необходимо обязательно заряжать и разряжать полностью, в результате энергия будет расходоваться и накапливаться в соответствии с изначальной емкостью. Эффект памяти обусловлен химическими процессами, протекающими в данных видах аккумуляторных батарей.

Все типы аккумуляторов нуждаются в аккуратном обращении и соблюдении требований производителя. Соблюдение простых правил эксплуатации и хранения позволяет значительно увеличивать продолжительность их работы, и АКБ не придется менять часто. Разные виды батарей предъявляют разные условия к эксплуатации, необходимо ознакомиться с инструкцией производителя.

Виды аккумуляторов и зарядных устройств Makita. Плюсы и минусы.

26.04.2018 г.

Батареи для аккумуляторных инструментов Makita делятся на три типа:

Никель-кадмиевые (Ni-Cd). Первый прототип батареи с никелем и кадмием в качестве электродов был создан в 1899 году. В наше время аккумуляторы этого типа используются не только в электроинструментах, но и авиации, морском и речном транспорте, а также при производстве электрокаров. Причиной этого являются главные преимущества никель-кадмиевых источников питания — морозоустойчивость (рабочая температура — до −50°C), долговечность (до 1000 циклов зарядки) и стабильность работы. Главный минус NiCd аккумуляторов — подверженность «эффекту памяти».
Никель-металлогидридные (Ni-MH). Гораздо более экологичны по сравнению с Ni-Cd батареями. Также, в отличие от никель-кадмиевых, никель-металлогидридные источники питания обладают гораздо менее выраженным «эффектом памяти» и, следовательно, их можно заряжать, не дожидаясь полного разряда. Однако, при длительном хранении необходимо периодически следить за их напряжением — этот тип подвержен саморазряду. Кроме того, такие аккумуляторы имеют гораздо меньший срок службы — до 500 циклов заряда/разряда.
Литий-ионные(Li-Ion). Первые аккумуляторы этого типа были выпущены в начале 90-х годов. Это делает литий-ионные батареи наиболее совершенными на фоне конкурентов. Главные преимущества — крайне низкая подверженность «эффекту памяти» и более высокая емкость. Еще один существенный плюс — более низкий вес по сравнению с никель-металлогидридными источниками питания. С другой стороны, ресурс таких аккумуляторов существенно снижается при работе в условиях низких температур. Необходимо учитывать этот фактор при подборе аккумулятора, который будет использоваться на открытом воздухе в холодное время года. Еще один минус — эффект старения при длительном (1 год и более) хранении, который выражается в снижении емкости аккумулятора.

Помимо типа источника питания, имеют значение и другие характеристики. Так, напряжение аккумулятора непосредственно влияет на производительность работы. Бытовому инструменту, для которого не предполагается интенсивное использование, достаточно батареи с напряжением до 12 В (шуруповерты, гайковерты) или до 24 В (дрели, лобзики, шлифовальные машины, клеевые пистолеты). Для профессионального инструмента потребуется аккумулятор с напряжением до 36 В.

Другая важная характеристика аккумуляторной батареи — емкость. При прочих равных условиях (рабочее напряжение, интенсивность работы) источник питания с большей емкостью сможет проработать дольше. В то же время, стоимость аккумулятора зависит и от его емкости. Таким образом, если инструмент не планируется к постоянному интенсивному использованию, то можно обратить внимание на источники питания с меньшей емкостью и, следовательно, с более низкой ценой. Для использования в профессиональных целях стоит приобрести более емкую модель, а если эксплуатация будет достаточно интенсивной — то лучше всего купить сразу две батареи, чтобы избежать вынужденных перерывов в работе.

Зарядные устройства

От выбора зарядника для аккумуляторов Makita зависит, в первую очередь, время зарядки. Так, самое быстрое наполнение батареи энергией обеспечивают скоростные зарядные устройства (например, Makita DC1439). Такой результат обеспечивается благодаря системе внутренней циркуляции воздуха: она не дает аккумулятору нагреваться слишком сильно и делает возможной зарядку током с большим напряжением. При этом батарея не подвергается опасности выхода из строя.

Также существуют автомобильные зарядные устройства для аккумуляторов Makita. Они будут крайне полезны в полевых условиях, когда в непосредственной близости от места работы нет сетевых источников питания. Таким образом, уровень мобильности инструментов Makita может стать ещё выше.

Но самый важный критерий при подборе зарядного устройства — тип аккумулятора. Некоторые зарядники могут работать практически с любыми батареями Makita (к примеру, модель DC18RA), другие же подойдут только для зарядки никель-металлогидридных и никель-кадмиевых источников питания.

Типы аккумуляторов для электровелосипедов

Современный аккумулятор электровелосипеда представляет собой набор литий–ионных (Li-ion) или литий-железофосфатных (LiFePo4) элементов и платы управления батареей (БМС).

БМС следит за равномерностью заряда батарей и параметрами зарядки/разрядки, защищает от коротких замыканий. Кроме того существуют устаревшие типы АКБ, применяемые в электротранспорте.

Напряжение АКБ напрямую влияет на частоту вращения (скорость). Произведение Напряжения*Ёмкость — на дальность езды.

Достоинства свинцовых (гелевых) аккумуляторов:

— самые дешевые, по сравнению с другими АКБ.

— возможна эксплуатация при небольших отрицательных температурах, но с потерей ёмкости АКБ.

Недостатки свинцовых (гелевых) аккумуляторов:

— тяжёлые (низкая удельная емкость),

— медленный режим заряда (8-10 ч),

— низкая постоянная мощность отдачи (порядка 500Вт для 48В-10Ач),

— малое количество циклов (150-200).

Достоинства литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:

— они наиболее легкие и ёмкие,

— имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч\кг),

Недостатки литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:

— температурный режим эксплуатации ограничен от 0 до +40 градусов Цельсия,

— невозможность быстрой зарядки,

— низкая постоянная мощность отдачи (порядка 500Вт для 48В-10Ач),

— высокое внутреннее сопротивление, что не дает возможности эксплуатировать такие батареи с мощными моторами, более 750Вт.,

— количество циклов заряд-разряд составляет в среднем 300-400,

— при неблагоприятном стечении обстоятельств (короткое замыкание, при вышедшей из строя БМС) есть риск возгорания.

Достоинства литий-железо-фосфатных (LiFePo4) аккумуляторов:

— Самое главное достоинство -это большой срок службы: более 2000 циклов (на призматических элементах в железном корпусе), но в пакетах имеют срок службы 200-400 циклов, т. к. они взбухают и рвутся по швам.

— может эксплуатироваться на морозе до -20 градусов,

— доступен быстрый заряд за 45 мин (при наличии соответствующего зарядного устройства и платы управления батареей (БМС)),

— высокая постоянная мощность отдачи (порядка 1500Вт для 48В-10Ач), подходит для мощных моторов, выдавая большую постоянную и мгновенную мощность,

— пожаробезопасны, не горючи.

Недостатки литий-железо-фосфатных (LiFePo4) аккумуляторов:

— более низкая удельная ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (на 30% выше вес при той же ёмкости).

— дороже всех остальных АКБ (но удельная цена эксплуатации самая низкая).

Отдельно следует упомянуть о вариантах Литий-полимерных батарей (LiPo), выпускаемых в мягких корпусах (так называемые «липоли», «котлеты», «пакеты»).

Данный тип корпуса батарей не рассчитан на эксплуатацию в условиях электровелосипеда, так как очень боится ударов и вибрации во время работы, а так же требует специальных контейнеров, поддерживающих их форму.

Они предназначены для эксплуатации в электроавтомобилях, где таких вибраций нет. Очень часто использует в авиамоделях, где важен вес.

В связи с чем их срок службы будет, как правило, существенно ниже заявленного, при сопоставимой цене с элементами в твердой оболочке. В связи с этим данные виды литиевых батарей в отличие от других производителей мы не используем.

Достоинства Литий-полимерных (LiPo) аккумуляторов:

— они самые легкие и ёмкие,

— возможность быстрой зарядки,

— имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч\кг),

— самая высокая постоянная мощность отдачи (порядка 2400Вт для 48В-10Ач),

Недостатки литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:

— Самые опасные в плане возгорания! При неблагоприятном стечении обстоятельств (короткое замыкание, при вышедшей из строя БМС, разрыв пакетов, авария) есть большой риск возгорания.

— температурный режим эксплуатации ограничен от 0 до +40 градусов Цельсия,

— количество циклов заряд-разряд составляет в среднем 400-500 (чаще всего пакеты расходяться по швам)

Эксплуатация аккумуляторной батареи

Li-ion (литий — ионную) батарею можно эксплуатировать при температуре воздуха от 0 до +35С. При отрицательных температурах такие батареи быстро деградируют. Хранение осуществляется от -20 до +50 градусов с зарядом 50% от номинала. Срок службы такой батареи составляет в среднем 3 года..

LiFePO4 (литий – железофосфатную) можно эксплуатировать на разряд и хранить от -20 до +50С,

Заряжать от 0 до +50С. Хранение литий-железофосфатной батареи рекомендуется при 70% заряда. Срок службы такой батареи составляет 8 лет.

Свинцовые аккумуляторы (AGM, GEL)

Некоторые производители электровелосипедов до сих пор для удешевления конструкции применяют устаревшие свинцовые аккумуляторы (гелевые, жидкостные, рулонные), изначально разработанные для источников бесперебойного питания. Их эксплуатация в составе электровелосипеда, как правило, происходит за пределами рекомендуемых производителями этих батарей режимов, что приводит к быстрой деградации. К тому же, свинцовые гелевые аккумуляторы имеют значительный вес — в 2 раза тяжелее, по сравнению с более современными литиевыми батареями, а так же более длительное время зарядки.

Литий-ионные (Li-ion) и Литий Полимерные (LiPO) батареи могут быть очень опасны!

Как правило заряд и разряд этих батарей контролирует специальный контроллер (BMS), который следит за параметрами, чтобы они не выходили за допустимые пределы. Но иногда он выходит из строя,и тогда параметры очень быстро, иногда даже в течение 2-3 циклов выйдут за область допустимых режимов элементов.

Вот что случается при перезаряде банки до 4,6В, которая обычно заряжается под контролем БМС до 4,2В. Тест проводился зимой и только на одной ячейке:

В батарее электровелосипеда их может стоять от 12 до 20-40 штук. Возгорание такого количества литий-ионных и полимерных батарей представляет очень большую опасность!

Температура горения литиевых АКБ достигает 3000С. Для справки: сталь плавится при температуре всего 1500С, бетон плавится при 600С. При возгорании литиевых АКБ ни в коем случае не тушить водой, т.к. происходит химическая реакция лития с водой, вызывая усиление горения. Лучше засыпать песком или накрыть плотной тканью для прекращения доступа кислорода.

Вот еще один пример, электросамокат хранился в гараже и произошло самопроизвольное возгорание батареи, едва не сгорел весь гаражный кооператив:

Аналогичные тесты были проведены за границей на липолях (LiPO):

Li-ion батареи могут возгореться не только от перезаряда, но и от механических повреждений (при падении велосипеда, аварии):

Видео горения липолей (LiPO) на электровелосипеде в одной из веломастерских:

Фото сгоревшего электровелосипеда из-за неисправности BMS:

Так что покупая Литий-ионные батареи и Li-PO, не забудьте на всякий случай застраховать свою квартиру\дачу, где будет храниться и заряжаться такая АКБ.

Какая будет потребляемая мощность АКБ, в зависимости от веса, скорости, Вы можете самостоятельно посчитать в Калькуляторе здесь, понять требуемый тип АКБ (по выдаваемой мощности) и оценить необходимую ёмкость батареи.

Щелочные аккумуляторы и популярные вопросы о них

Аккумулятор – один из химических источников тока, предназначенных для поддержания определенное время постоянного тока в сети. Щелочные аккумуляторные батареи плотно вошли в нашу жизнь.

Сегодня хотелось бы ответить на самые популярные вопросы, касающиеся щелочных аккумуляторов.

Что такое щелочной аккумулятор и для чего он нужен?

Щелочной аккумулятор – это наиболее распространенный вид аккумуляторов. Свое название получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH). Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Область применения аккумуляторных батарей широка и разнообразна. Он является источником энергии для работы транспорта (трамваи, троллейбусы, электрокары), различной спецтехники, погрузочного транспорта (автотележки, погрузчики, штабелеры), шахтных электрических аппаратов (тягачи, комбайны, дрезины и прочие), солнечных электростанций, бытовых устройств.

Какие виды щелочных аккумуляторов чаще всего используются?

Самыми распространенными видами щелочных батарей являются никель-кадмиевые и никель-металлогидридные (никель-железные). Никель-кадмиевые аккумуляторы используются как судовые аккумуляторы (KL), щелочные аккумуляторы для ж/д транспорта (KL, KM, KPL, KPM, KPH и т.д.).

Важной особенностью является низкое сопротивление аккумулятора, поэтому он не нагревается при зарядке, даже если используется большой ток. Греться он начинает только тогда, когда зарядится полностью.

Никель-железные аккумуляторы в основном используются в качестве тяговых АКБ (ТНЖ), аккумуляторов для ж/д транспорта (ВНЖ, ТПНЖ), имеют длительный срок службы (до 3 тысяч циклов заряд-разряд), быстро заряжаются, стоимость ниже никель-кадмиевых.

Какими положительными и отрицательными сторонами обладают щелочные аккумуляторные батареи?

К преимуществам щелочных аккумуляторов относятся:

длительный период эксплуатации, высокая энергоемкость, проще переносят глубокие разряды в сравнении со свинцовыми аккумуляторными батареями;
можно длительно не подключать к зарядным устройствам, оставляя в состоянии полного разряда;
устойчивы к механическим воздействиям, вибрациям.

К недостаткам можно отнести:

химическая активность кадмия, который может засорять окружающую среду;
щелочные аккумуляторы обладают «памятью»;
для обслуживания тяговых аккумуляторов необходим штат профильных специалистов.

Какой срок службы тягового аккумулятора?

Продолжительная и успешная эксплуатация тяговой аккумуляторной батареи зависит от регулярного обслуживания аккумулятора. Тяговой батареи необходим современный контроль на предмет предотвращения возможных сбоев работы, очистки от загрязнений, проверки сопротивления изоляции между батареей и корпусом техники.
Срок службы щелочного тягового аккумулятора (4 тысячи циклов, до 25 лет работы), это значительно превышает показатели службы кислотных тяговых батарей. Благодаря высокому внутреннему сопротивлению щелочной тяговый аккумулятор более устойчив к короткому замыканию.

Как поступить с тяговым щелочным аккумулятором после выхода его из строя?

После того, как аккумуляторная батарея отработала свой срок ее необходимо утилизировать. Есть несколько вариантов. Щелочные аккумуляторы можно сдавать в специализированные фирмы или на перерабатывающие заводы, которые занимаются утилизационной деятельностью.

Главной целью утилизации щелочных аккумуляторов является снижение уровня опасности, которую наносят использованные аккумуляторы окружающей среде.

Конечно, раскрыть все интересующие вопросы в рамках одной статьи невозможно. Но Вы всегда можете позвонить нашим менеджерам по номеру 8 800 200 60 10, у них есть ответ на любой вопрос, всегда помогут определиться какой аккумулятор нужен именно Вам.

Компания ООО «Курс» предлагает широкий выбор щелочных аккумуляторов от российских производителей. Осуществляем доставку как по России, так и в страны СНГ.

типов батарей | Ассоциация аккумуляторных батарей

НИКЕЛЕВЫЕ БАТАРЕИ КАДМИЯ

Активные компоненты NiCd аккумуляторной батареи в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и кадмия (Cd) в отрицательном электроде. В качестве электролита обычно используется гидроксид калия (КОН). Благодаря низкому внутреннему сопротивлению и очень хорошим токопроводящим свойствам никель-кадмиевые батареи могут обеспечивать чрезвычайно высокие токи и быстро заряжаться.Эти элементы способны выдерживать температуры до -20 ° C. Выбор сепаратора (нейлон или полипропилен) и электролита (KOH, LiOH, NaOH) влияет на условия напряжения в случае сильноточного разряда, срок службы и способность к перезарядке. В случае неправильного использования может быстро возникнуть очень высокое давление. По этой причине для элементов требуется предохранительный клапан. NiCd элементы обычно имеют длительный срок службы, что обеспечивает высокую степень экономии.

НИКЕЛЬ-МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ГИДРИДНЫЕ БАТАРЕИ

Активные компоненты никель-металлгидридной аккумуляторной батареи в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и металлического сплава, аккумулирующего водород (MH), в отрицательном электроде, а также из электролита гидроксида калия (КОН). По сравнению с перезаряжаемыми никель-кадмиевыми батареями, никель-металлгидридные батареи имеют более высокую удельную энергию на единицу объема и веса.

ЛИТИЕВЫЕ ИОННЫЕ БАТАРЕИ

Термин ионно-литиевый аккумулятор относится к перезаряжаемой батарее, в которой материалы отрицательного электрода (анода) и положительного электрода (катода) служат в качестве хозяина для иона лития (Li +). Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и интеркалируются (вставляются в пустоты в кристаллографической структуре) катода.Ионы меняют направление во время зарядки. Поскольку ионы лития внедряются в материалы-хозяева во время заряда или разряда, в литий-ионном элементе нет свободного металлического лития. В литий-ионном элементе чередующиеся слои анода и катода разделены пористой пленкой (разделителем). Электролит, состоящий из органического растворителя и растворенной соли лития, обеспечивает среду для переноса ионов лития. Для большинства коммерческих литий-ионных ячеек диапазон напряжения составляет примерно от 3,0 В (в разряженном состоянии или при 0% состоянии заряда, SOC) до 4. 2 В (полностью заряженный или 100% SOC).

Свинцово-кислотные батареи с малым уплотнением

Перезаряжаемые небольшие герметичные свинцово-кислотные батареи (SSLA), которые представляют собой свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном (батареи VRLA), не требуют регулярного добавления воды в элементы и выпускают меньше газа, чем залитые (влажные) свинцово-кислотные батареи. батареи иногда называют «необслуживаемыми» батареями. Уменьшение вентиляции является преимуществом, поскольку они могут использоваться в ограниченных или плохо вентилируемых помещениях.

Есть два типа батарей VRLA,

Аккумулятор из абсорбированного стекломата (AGM)
Гелевый аккумулятор («гелевый элемент»)

В батарее из абсорбированного стекломата электролит абсорбируется в сепараторе из стекловолокна.В гелевой ячейке электролит смешан с кремнеземной пылью с образованием иммобилизованного геля.

Батареи

SSLA включают предохранительный клапан сброса давления. В отличие от залитых батарей, батарея SSLA сконструирована так, чтобы не проливать электролит при перевернутом положении.

19 Различные типы батарей (подробная классификация батарей)

Существует гораздо больше типов батарей, чем батарейки типа AA, AAA и автомобильные. Фактически, аккумуляторные технологии стремительно развиваются.Узнайте о различных классификациях батарей и о том, что делает каждый из них (то есть, что они питают и как).

Батареи существуют уже очень давно и стали чрезвычайно важным и удобным устройством для включения питания. По сути, батареи хранят химическую энергию, которая преобразуется в электрическую и заставляет работать другие устройства. По сути, батареи — это крошечные химические реакторы, которые производят энергичные электроны в качестве конечной реакции и протекают через подключенное устройство.

Батареи сегодня настолько распространены, что трудно представить современную жизнь без них. Однако батареи не всегда были «вездесущими». Считается, что в 1938 году директор Багдадского музея обнаружил «Багдадскую батарею» в подвале своего музея. Батарея в форме кувшина имела длину 5 дюймов (12,7 см) и состояла из железного стержня, заключенного в медь; При исследовании выяснилось, что эта необычная батарея датируется примерно 200 г. до н. э. С момента открытия специалисты воспроизводили модель различными способами, чтобы произвести электрический заряд.Эти багдадские батареи в основном использовались в религиозных или медицинских целях или для гальваники.

В 1749 году один из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамин Франклин использовал термин «батарея», когда проводил электрические эксперименты с параллельными конденсаторами. Но только в 1800 году была изобретена первая настоящая батарея. Алессандро Вольта — итальянский физик — создал первую батарею, составив чередующиеся диски из цинка, картона и серебра. Этот набор различных элементов был назван «гальванической связкой» и был первым устройством, выпускающим непрерывный и продолжительный ток. К сожалению, первая батарея оказалась не самой лучшей, поскольку имела немало недостатков. В 1859 году появился самый прочный аккумулятор — свинцово-кислотный. Батареи этого типа все еще используются и могут считаться самой старой формой «аккумуляторных батарей».

Сегодня вы найдете аккумуляторы самых разных размеров, форм, моделей и функций; каждый из которых различается в зависимости от типа батареи. В этом сообщении блога мы обсудим различные типы батарей, которые помогут вам понять, чем каждый тип отличается от другого.

Общие типы батарей

Хотя батареи можно разделить в зависимости от их размеров, состава, формы и функций, они, как правило, делятся на следующие категории:

Первичные батареи
Вторичные батареи

Первичные батареи

Самое простое значение для понимания первичных батарей состоит в том, что эти батареи предназначены только для одноразового использования и затем должны быть выброшены. Эти батареи также известны как неперезаряжаемые батареи, поскольку их нельзя перезаряжать и использовать снова. Именно такую батарею первым изобрел Алессандро Вольта в 1800 году.

Неперезаряжаемые батареи обладают широким спектром преимуществ, которые делают эти устройства выбором номер один для большинства пользователей. Прежде всего, первичные батареи стоят очень дешево по сравнению с другими интеллектуальными батареями. Помимо доступности, эти батареи легки, просты и удобны до такой степени, что любой новичок может использовать их без проблем.

Часто рентабельные товары имеют короткий срок службы. Однако это не относится к первичным батареям, так как эти устройства имеют срок службы 10 лет. Эта характеристика делает эти батареи сверхнадежными и долговечными. Лучше всего то, что вы можете найти их в широком диапазоне размеров и форм, которые могут идеально подходить для различных типов приложений.

Существует несколько основных типов первичных батарей, которые подробно обсуждаются ниже:

Щелочные батареи

Это один из самых основных типов первичных батарей, которые получают энергию от химических веществ. реакция между металлическим цинком и диоксидом марганца.По сравнению с другими батареями, такими как угольно-цинковые батареи из хлорида цинка, щелочные батареи обладают большей плотностью энергии и более длительным сроком службы.

Вместо кислого хлорида аммония или хлорида цинка батарея состоит из щелочного электролита гидроксида калия, и благодаря этому свойству она называется «щелочные батареи».

Щелочные батареи состоят из постоянного напряжения, которое обеспечивает лучшую плотность энергии и сопротивление утечкам, в отличие от угольно-цинковых батарей.Эти батареи получают эту характеристику в основном из-за наличия анода из диоксида марганца, так как он лучше и плотнее, а другие компоненты не занимают много ненужного места.

Основные пользователи щелочных батарей находятся в регионах Северной Америки и Европы. Однако в Латинской Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе вероятность роста рынка щелочных батарей выше. Это потому, что эти регионы переходят от угольно-цинковых батарей к щелочным. Что касается Ближнего Востока и Африки, в обоих этих регионах наблюдается растущая тенденция использования этих батарей.

Вы можете найти щелочные батареи разных размеров, например AAA, AA, C, D, 9 В и т. Д. C, D и 9 В идеально подходят для устройств с высоким энергопотреблением, а AA и AAA — для приложений с низким энергопотреблением.

Литиевые батареи

Эти первичные батареи, также известные как литиевые аккумуляторные батареи, состоят из металлического лития в качестве анода.Сегодня они широко популярны, так как вы можете использовать их для питания таких устройств, как MP3-плееры, автомобильные замки, термометры, лазерные указки и слуховые аппараты.

Что отличает их от других типов батарей, так это то, что они обеспечивают высокую плотность заряда и высокую стоимость за единицу. Литиевые элементы известны тем, что вырабатывают напряжение от 1,5 В до 3,7 В, в зависимости от их модели и используемых химических соединений.

Однако не следует путать литиевые батареи с литий-ионными батареями , поскольку они являются перезаряжаемыми аккумуляторными батареями, используемыми в таких устройствах, как ноутбуки, сотовые телефоны, КПК и iPod.

Ртуть

Ртутная батарея, также известная как ртутная батарея или ртутный элемент, представляет собой неперезаряжаемую электрохимическую батарею, которая может использоваться до 10 лет. В этой миниатюрной батарее используется химическая реакция между цинковыми электродами и оксидом ртути в щелочном электролите.

Благодаря длительному сроку службы и стабильному выходному напряжению, эти батареи являются наиболее распространенным типом батарей в 20, ^и годах.Они широко используются в портативных электронных устройствах, таких как часы, калькуляторы, игрушки, фотоаппараты, цифровой термометр и т. Д.

В отличие от двух других батарей, которые обсуждались выше, ртутные элементы имеют форму и размер, напоминающие пуговицы, что делает эти батареи превосходными. удобно и легко носить с собой.

Цинково-воздушная батарея

Воздушно-цинковые батареи, также называемые воздушно-цинковыми топливными элементами, представляют собой металлические воздушные устройства, которые работают с комбинацией кислорода и окисляющего цинка.Эти батареи обладают высокой плотностью энергии и не требуют больших затрат в производстве. Вы можете приобрести эти батарейки различных размеров по вполне доступной цене.

Цинково-воздушные топливные элементы содержат анод, состоящий из гранулированного порошка и электролита. Электролит действует как гелеобразующий агент, который помогает поддерживать контакт между частицами цинка и электролитом. Во-вторых, эти батареи также содержат катод, который помогает кислороду вступать в контакт с другим химическим соединением, чтобы могла произойти реакция.

Обычно воздушно-цинковые топливные элементы применяются в часах, фонариках, дистанционном управлении, пленочных камерах, слуховых аппаратах , и т. Д. В зависимости от размера устройства вы можете выбрать воздушно-цинковую батарею соответственно.

Вторичные батареи

Вторичные батареи, также называемые аккумуляторными батареями , поставляются с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно легко обратить вспять, приложив некоторое количество напряжения в противоположном направлении.

В отличие от первичных батарей, вторичные элементы можно перезаряжать и использовать снова. Обычно эти элементы используются в устройствах с большим стоком или в ситуациях, которые могут быть слишком дорогими или непрактичными. Аккумуляторы можно использовать в мобильных телефонах, MP3-плеерах, компьютерах, телефонных станциях, наручных часах, слуховых аппаратах и т. Д.

Ниже приведены типы аккумуляторных батарей, которые широко используются сегодня:

Свинцово-кислотный гель

Свинцово-кислотно-гелевая батарея , также известная как «гелевые элементы», представляет собой батарею VRLA (что означает свинцово-кислотную батарею с клапанным регулированием) с гелеобразным электролитом. Эта гелеобразная масса производится из смеси серной кислоты с коллоидальным кремнеземом. Гелевую ячейку часто путают с ячейками в стиле AGM, поскольку в них обоих находится взвешенный электролит. Однако, в отличие от ячеек AGM, гелевый элемент имеет кремнезем, который делает электролит жестким. Преимущество гелевых аккумуляторов перед другими видами аккумуляторов в том, что они служат дольше, особенно в жаркую погоду.

Имейте в виду, что это самые чувствительные батареи, так как они могут вызвать нежелательную реакцию, если они будут чрезмерно заряжены.Кроме того, если для питания свинцово-кислотных элементов используется неправильное зарядное устройство, устройство может плохо работать или полностью выйти из строя. Диапазон напряжения поглощения от 14,0 до 14,2 вольт.

Гелевые элементы не так распространены, как другие батареи, такие как AGM, но они широко используются в инвалидных колясках, троллинговых двигателях и велосипедах для жилых автофургонов.

Литий-ионный аккумулятор

Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно популярны в наши дни, поскольку они используются для зарядки или подзарядки популярных гаджетов, таких как КПК, сотовые телефоны, плееры iPod и ноутбуки. Помимо того, что они помогают заряжать устройства, без которых мы не можем жить, эти батареи считаются самыми легкими и энергоемкими батареями, доступными на рынке.

Эти батареи состоят из сверхвоздушного лития и углерода, поэтому они легкие по своей природе. Литий также обладает высокой реактивной энергией, что означает, что литий-ионные батареи могут хранить чрезмерное количество энергии в своих атомных связях.

Более того, у литий-ионных аккумуляторов отсутствует эффект памяти.Это означает, что вам не нужно сначала их разряжать, чтобы зарядить, как это бывает с некоторыми другими батареями. Прежде всего, эти элементы способны накапливать 5% своего заряда каждый месяц по сравнению с 20% -ными потерями, наблюдаемыми в NiMH батареях.

Никель-кадмиевая (NiCd) батарея

Это тип перезаряжаемой батареи, в которой в качестве источника электродов используется гидроксид кадмия и оксида никеля. Чтобы эти клетки работали, их нужно держать в пределах от +60 градусов по Цельсию до минус 20 градусов по Цельсию.

Выбор подходящего сепаратора, такого как полипропилен или нейлон, и электролита, такого как LiOH, NaOH и KOH, также имеет первостепенное значение для эффективной работы этих батарей. Эти составляющие сохраняют напряжение в никель-кадмиевых батареях, особенно в таких случаях, как сильный разряд.

При неправильном использовании или неправильном обращении эти батареи могут вызвать опасно высокое давление, которое может привести к полному повреждению устройства. Чтобы этого не произошло, эти ячейки содержат обратимый предохранительный клапан.Лучшим преимуществом никель-кадмиевых элементов является то, что они очень долго остаются прочными.

Никель-металлогидридная батарея

Никель-металлогидридная батарея с аббревиатурой NiMH или Ni-MH дает множество преимуществ по сравнению с другими аккумуляторными батареями. Прежде всего, никель-металлогидридные батареи — это быстро работающие батареи, которые могут работать очень долго, не испытывая стресса.

Даже при неправильном использовании эти батареи могут обеспечить хорошую нагрузочную способность и довольно длительный срок хранения.Эти батареи не требуют особого обслуживания и могут храниться в разряженном состоянии. Несмотря на то, что они предлагают широкий спектр преимуществ, эти батареи экономичны и могут иметь разные размеры, формы и характеристики.

Однако аккумулятор имеет определенные ограничения. Например, по сравнению с более новыми системами батарей эти батареи излучают мало энергии. Эти батареи также требуют саморазряда даже после хранения. Хуже всего то, что кадмий — опасный металл, а это означает, что батарею нужно использовать осторожно, иначе она может вызвать серьезные разрушения.

Другие типы аккумуляторов

Промышленные аккумуляторы

Как следует из названия, эти аккумуляторы специально разработаны для промышленных целей. Они тяжелые, потребляют больше энергии и обеспечивают высокую прожорливость в промышленности.

Основное применение этих аккумуляторов — питание тяжелой техники, железных дорог и систем резервного питания для коммунальных служб и телекоммуникаций. Ниже приведены некоторые распространенные типы промышленных батарей , используемых сегодня:

Absolyte Battery

Это тип промышленных батарей, которые имеют свинцово-кислотную конструкцию с регулируемым клапаном (VRLA).По сравнению с другими видами промышленных батарей, абсолитные батареи более безопасны, поскольку они препятствуют выделению вредного газообразного водорода и утечке кислоты. Этот аккумулятор имеет поразительно современный дизайн. Например, он состоит из емкости, закрывающей термосварку, разделителя с отличным сжатием, модульного стального поддона и т. Д.

Эти батареи можно использовать для телекоммуникаций, энергетических систем, накопителей энергии, железнодорожной сигнализации и связи, распределительных устройств и фотоэлектрических устройств.

Никель-железная батарея

Никель-железная батарея — еще одна промышленная батарея, состоящая из никеля (III), оксидно-гидроксидных положительных пластин и железных отрицательных пластин.В дополнение к этому, высоковольтная батарея состоит из электролита гидроксида калия.

Эти батареи, как правило, обладают удивительным жизненным циклом и имеют широкий спектр применения. Первоначально он использовался в горных поездах и на железных дорогах. Однако сегодня у него есть совершенно новая область применения, так как он используется для перемещения и зарядки электромобилей.

Стальной корпус

Это надежные и чрезвычайно мощные промышленные аккумуляторы, которые используются в различных сферах применения — подъемные погрузчики и вилочные погрузчики.

Чтобы идентифицировать эти батареи, вы должны знать, что они тяжелее, чем любые другие типы промышленных батарей, и весят от нескольких сотен килограммов до тысяч килограммов.

Батареи в стальном корпусе также доступны в виде лома, что означает, что они могут быть переработаны и использованы снова. Большинство складов металлолома готовы принять их, но, скорее всего, они не будут принимать другие типы батарей.

Свинцово-кислотная батарея с затоплением

Свинцово-кислотные батареи с затоплением известны тем, что они используют солнечную энергию и используются во многих автономных энергетических системах.Они имеют относительно долгий срок службы и дешевизну на ампер-час; но для того, чтобы максимально использовать эти преимущества, эти батареи нуждаются в регулярном обслуживании , включая очистку и полив их внутренних компонентов .

Некоторыми распространенными примерами свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых только в солнечных и ветровых электрических системах, являются 2-вольтовые промышленные элементы, 6-вольтовые L-16 и 6-вольтовые батареи для гольф-карт.

Аккумуляторы для транспортных средств

Судя по названию, автомобильные аккумуляторы используются в таких транспортных средствах, как легковые автомобили, грузовики, мотоциклы и т. Д.Эти батареи подают электрический ток в двигатель автомобиля для его запуска.

Когда двигатель начинает работать, автомобиль приводится в движение генератором переменного тока — внутренней функцией автомобиля, которая помогает заряжать аккумулятор автомобиля. Ниже приведены некоторые популярные типы автомобильных аккумуляторов, о которых вы должны знать:

Гибридный автомобильный аккумулятор

Гибридный автомобильный аккумулятор похож на любой другой аккумулятор, только он является перезаряжаемым и имеет достаточно решения, чтобы сделать автомобиль пробегает много миль.

Гибридные батареи состоят из двух электродов, которые помогают принимать и излучать электрический заряд. Эти электроды находятся в растворе на основе ионов, известном как электролит. Электроды разделены разделителем, чтобы избежать короткого замыкания. Двухпозиционный переключатель, подключенный к вашему телефону или ноутбуку, помогает электродам ячейки вырабатывать энергию, что приводит к электрохимической реакции.

Свинцово-кислотная батарея

Свинцово-кислотная батарея , изобретенная Гастоном Планте (французским физиком) в 1859 году, является одной из старейших, но наиболее широко используемых батарей в мире.Это вид автомобильного транспорта, в котором используется губчатый свинец и перекись свинца для преобразования химической энергии в электрическую.

Хотя это обычный автомобильный аккумулятор, он также широко используется на различных электростанциях и подстанциях из-за его отличной емкости по напряжению и более низкой стоимости.

Сохранять химическую и электрическую энергию, хранящуюся в батарее, помогают две части батареи — контейнер и пластина. Контейнер свинцовой батареи изготовлен из стекла, свинца, эбонита или твердой резины, что помогает предотвратить разряд электролита.С другой стороны, пластина свинцово-кислотной батареи сконструирована из сетки, которая обеспечивает равномерное распределение тока. Без равномерного распределения электрический ток может просочиться наружу и повлиять на аккумулятор.

VRLA

Аккумуляторы VRLA — это необслуживаемые аккумуляторы среднего и большого размера, которые иногда также называют герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Внутри этой батареи есть элементы VRLA, которые состоят из плоских пластин, таких как заливная свинцово-кислотная батарея или спиральный валик.

Батареи VRLA поставляются с устройством сброса давления, которое активируется, когда давление газообразного водорода начинает расти. Эта активация клапана приводит к утечке некоторого количества газа и электролита. Это, в свою очередь, снижает общую емкость аккумулятора.

Один из распространенных методов зарядки батареи VRLA — зарядка постоянным напряжением. Однако для быстрой зарядки методов VRLA используются и другие методы. Наличие VRLA в вашем автомобиле требует регулярного обслуживания.В противном случае могут возникнуть такие инциденты, как короткое замыкание и небольшие пожары.

Батареи, несомненно, являются наиболее надежным и компактным способом производства электроэнергии в различных устройствах, оборудовании, механизмах и транспортных средствах. Без различных типов батарей мир был бы трудным и трудным местом для жизни.

PNNL: Хранение энергии: Типы батарей

Ванадий-окислительно-восстановительный поток: Эти батареи показали способность справиться с этой задачей интеграции энергии из возобновляемых источников, таких как солнечные и ветряные электростанции.В течение многих лет чувствительность к высокой температуре, высокая стоимость и меньшая емкость хранилища ограничивали широкое использование этих батарей. Наши исследователи, однако, разработали первую коммерчески жизнеспособную проточную батарею окислительно-восстановительного потенциала, которая может быть развернута в масштабе сети, и в 2012 году наша технология была лицензирована для UniEnergy Technologies LLC.

Цинк-полииодидный поток: Цинк-полийодидный проточный окислительно-восстановительный аккумулятор, разработанный в 2015 году, используется для хранения возобновляемой энергии. В нем используется электролит, плотность энергии или запасенная энергия которого более чем в два раза выше, чем у следующего лучшего проточного аккумулятора, что приближается к плотности энергии типа литий-ионного аккумулятора, используемого для питания портативных электронных устройств и некоторых небольших электромобилей.

Органический водный поток: Подобно ванадиевой батарее с окислительно-восстановительным потоком, а также используется для интеграции с возобновляемыми источниками энергии, эта батарея вырабатывает энергию, перекачивая жидкости из внешних резервуаров в центральную батарею. Ожидается, что новейшая версия будет стоить всего 180 долларов за киловатт-час после полной разработки — на 60 процентов меньше, чем современные стандартные проточные батареи.

Натрий-ионные: Натрий-ионные аккумуляторы высокоэффективны и относительно дешевы, но разработка таких аккумуляторов с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы была сложной задачей.Наши исследователи работают над тем, чтобы сделать натрий жизнеспособной заменой лития для хранения энергии в сети, разрабатывая защитный слой для снижения потребления ионов натрия в батарее.

Галогенид натрия и металла: Также известные как батареи ZEBRA, они обладают потенциалом в качестве стационарных батарей, используемых для хранения энергии для сети. В 2016 году наши исследователи обнаружили новую конструкцию, более стабильную и менее дорогую в производстве, с повышенной плотностью энергии.

Магниево-ионные: Магниевые аккумуляторы, обладающие большей емкостью и меньшими проблемами безопасности, чем их литиевые аналоги, являются потенциально многообещающим вариантом хранения энергии, но электроды трудны в производстве и быстро выходят из строя.Наши исследователи обнаружили, что олово и сурьма могут работать вместе, чтобы сделать магниевые батареи лучше.

Гибридный магний-литий: У магния и лития есть свои преимущества, и наши исследователи стремились объединить их при разработке гибридной батареи, которую можно использовать для многих приложений, особенно для хранения энергии в сети. Гибридная батарея соединяет анод из магниевого металла с положительным литиево-ионным катодом, обеспечивая как выдающуюся производительность, так и превосходную безопасность и стабильность.

Оксид цинка и марганца: Эти батареи подходят для хранения возобновляемой энергии и поддержки энергосистемы. Они используют обильные недорогие материалы, а их удельная энергия может превосходить свинцово-кислотные батареи. Мы продолжаем совершенствовать нашу цинково-марганцевую батарею — в 2016 году ее емкость достигла 285 миллиампер-часов на грамм оксида марганца за 5000 циклов, сохранив при этом 92 процента своей первоначальной емкости.

Аккумуляторы как источники электроэнергии

Содержание

Аккумуляторы как источники электроэнергии

Это Раздел посвящен батареям — этим маленьким источникам энергии в портативных электрических устройствах.

Ежегодно производится более 15 миллиардов аккумуляторов для домашнего использования и продается по всему миру.
Многие из них представляют собой щелочные или угольно-цинковые батареи, которые выбрасываются после одноразовое использование, при значительных затратах как экономически, так и Окружающая среда.
Постоянное развитие как аккумуляторных батарей, так и зарядных устройств, означает что одноразовые батареи можно в значительной степени заменить экологически чистыми дружественный перезаряжаемый никель-металлогидридный (NiMH) или литий-ионный (Li-ion) батареи, которые служат намного дольше в устройствах с высоким разрядом — каждый раз, когда они заряжен — и может использоваться много сотен раз…сэкономить много Деньги.

Типы АКБ

Существует ряд различных типов бытовых батарей, используемых для различных целей.

Три основных типа:

Wet-cell: Свинцово-кислотные батареи для транспортных средств; также используется в промышленности.
Сухие неперезаряжаемые элементы: это наиболее распространенные типы бытовых аккумулятор.
Сухой аккумуляторный аккумулятор батареи, используемые в электроинструментах, беспроводных приборах, мобильных телефонах и т. д.

Одноразовые бытовые батареи общего назначения включают:

Цинк-уголь, используемый в приборах с низким уровнем дренажа, таких как фонарики, часы, бритвы и радио.
Хлорид цинка, используемый в аналогичных областях.
Щелочной марганец, используемый в личных стереосистемах, магнитофонах. Меньше склонны к протеканию, чем два вышеупомянутых типа, и служат дольше.
Основные кнопочные ячейки:
Оксид ртути, используемый в батареях для слуховых аппаратов, кардиостимуляторов, фотографических оборудование.
Цинк-воздух — альтернатива кнопочным элементам с оксидом ртути — используется для слуха вспомогательные средства и радиопейджеры.
Оксид серебра, используемый для изготовления электронных часов и калькуляторов.
Литий, используемый для изготовления часов и фотоаппаратуры.

Сухие аккумуляторные батареи для домашнего использования включают:

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи — одна из самых ранних технологий, но одна из самых быстрорастущих отраслей на рынке аккумуляторов.
Никель-металлогидридные (NiMH) батареи — менее вредны для окружающей среды альтернатива NiCd и имеет более длительный срок службы.
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы — большая емкость хранения энергии, чем NiCd и NiMH аккумуляторы.

Используется для беспроводных электроинструментов, персональных стереосистем, портативных телефонов, портативных компьютеров. компьютеры, бритвы, моторизованные игрушки и др. со сроком службы 4-5 лет. Использование аккумуляторных батарей снижает количество батареи, требующие утилизации, но 80% из них содержат никель-кадмий, известный канцероген для человека, поэтому его необходимо безопасно утилизировать.

Проблемы окружающей среды

В среднем домохозяйство использует 21 батарею в год. Великобритания производит от 20 до 30 000 тонн отходов батарей общего назначения каждый год, но меньше перерабатывается более 1000 тонн.

В 2001 году мы купили 680 миллионов аккумуляторов в Великобритании. Большинство из них (89%) были батареи общего назначения. Это составило почти 19000 тонн отработанные батареи общего назначения, требующие утилизации в Великобритании.

В настоящее время только очень небольшой процент потребительских одноразовых батарей перерабатываются (менее 2%), и большая часть отработанных батарей утилизируется на свалке места. Скорость утилизации бытовых аккумуляторных батарей оценивается в быть 5%.

Хотя точный химический состав варьируется от типа к типу (см. Ниже), большинство батареи содержат тяжелые металлы, которые являются основной причиной беспокойство. При неправильной утилизации эти тяжелые металлы могут просочиться в заземление при коррозии корпуса аккумулятора.Это может способствовать развитию почвы и загрязнение воды и опасность для дикой природы. Кадмий, например, может быть токсичным для водные беспозвоночные и могут накапливаться в рыбе, что наносит ущерб экосистемам и делает их непригодными для употребления в пищу. Некоторые батареи, например, кнопочные батареи также содержат ртуть, которая имеет аналогичные опасные свойства. Ртуть больше не используется в производстве неперезаряжаемых батареи, за исключением кнопочных элементов, где они являются функциональным компонентом.В основные европейские поставщики аккумуляторов предлагают одноразовые безртутные аккумуляторы с 1994 года.

Утилизация батарей

Все большее число домовладельцев признают остаточную стоимость потраченных аккумуляторы и отделите их от бытовых отходов для переработки. Ряд местных властей теперь собирают отработанные бытовые батареи на обочине дороги. коллекции. Аккумуляторы также можно утилизировать, если они достигли конца своего срока полезного использования.

Батареи содержат ряд металлов, которые можно повторно использовать в качестве вторичного сырья. материал. Существуют хорошо зарекомендовавшие себя методы утилизации большинства батарей. содержащие свинец, никель-кадмий, гидрид никеля и ртуть. Для некоторых, например новые никель-гидридные и литиевые системы, переработка все еще находится на ранней стадии этапы.

Первый в Великобритании завод по переработке бытовых аккумуляторов недавно открылся в Вест Бромвич. Предполагается, что он сможет перерабатывать до 1800 тонн в год; ожидается, что открытие этого завода будет стимулировать значительный рост объемов утилизации бытовых аккумуляторов в Великобритании.

Чем мы можем помочь?

По возможности используйте сеть, а не батареи.
Выключайте приборы с батарейным питанием, когда они не используются
Используйте аккумуляторные батареи и батарею. зарядное устройство. Это экономит энергию, поскольку энергия, необходимая для производства батареи, уменьшается. в среднем в 50 раз больше, чем выделяемая энергия.
Однако аккумуляторная батарейки не подходят для дымовых извещателей, так как они могут внезапно разрядиться, предотвращение срабатывания сигнализации при низком уровне заряда батареи.
Выбираю бытовую технику которые могут использовать энергию, полученную от солнца через солнечные панели или от обмотки механизм, например магнитолы, зарядные устройства для мобильных телефонов

Справка о стоимости энергии от аккумуляторов

Если мы посмотрим на выбор, который у нас есть для домашнего хозяйства аккумуляторов, и попытаться сравнить их стоимость, мы должны посмотреть на стоимость киловатт-часа. питание от сети переменного тока оплачивается в тех же единицах, а стоимость 1 кВтч — количество энергии, необходимое для работы типичного электрического камина с одним стержнем в течение одного часа) — на данный момент около 10 пенсов.Одноразовые батареи — гораздо более дорогой способ использования энергии. В зависимости от на типе, емкости и стоимости аккумулятора одноразовые предметы имеют ценник от 300 до более 10 000 за киловатт-час. Напротив, стоимость использование аккумуляторных батарей составляет порядка 1 на киловатт-час!

соток аккумуляторные батареи рентабельны?

На основании приведенного выше аргумента, в чистом выражении стоимости энергии, да . Но это зависит от приложения.Для портативный CD-плеер, ДА! Однозначно того стоит! Для калькулятора, где время автономной работы может быть значительным, меньше очевидно. Способ решить — выяснить, сколько комплектов аккумуляторов (плюс необходимое зарядное устройство) будет стоимость, по сравнению со стоимостью одноразовых батареек. Разделите результаты и вы иметь число, обозначающее, сколько комплектов сухих батарей вы можете приобрести за такие же затраты!

В некоторых случаях производители оборудования не рекомендуют использовать аккумуляторные батареи. Хотя есть несколько обстоятельств, когда использование аккумуляторных батарей может повлиять на нормальная работа, важно знать, что аккумуляторные батареи могут «разряжаться» довольно внезапно — то есть их напряжение на клеммах может упасть до точки, при которой оборудование перестает работать без предупреждения; и они разрядятся вполне заметно, даже если ток не подается. Одноразовые батарейки можно получены со сроком хранения от года и более; при установке они постепенно снижение производительности, при продолжительном периоде, пока напряжение на клеммах постепенно падает.Они идут ровно, как бегун на длинные дистанции устаете, а аккумуляторные батареи разряжаются, как едет машина закончилось топливо. Аккумуляторы никогда не должны использоваться в аварийном оборудовании — например дымовая сигнализация, аварийное освещение и т. д., так как терминал быстро падает напряжение может остаться незамеченным, и устройство может перестать работать, когда это необходимо.

Как работают аккумуляторы

Батарея состоит из одной или нескольких отдельных ячеек .Однако срок Батарея широко используется как для батарей, так и для одиночных элементов. Все батареи преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую. Это достигается заставляя электроны течь всякий раз, когда есть внешний проводящий путь между электродами ячейки. Электроны текут в результате электрохимической реакции между двумя электродами ячейки, разделенными электролитом. Ячейка становится разряжается, когда активные материалы внутри ячейки истощаются и химические реакции замедляются.Напряжение, создаваемое ячейкой, зависит от материала электродов, площади их поверхности и материала между электродами (электролита). Ток прекращается при удалении соединения между электродами. Перезаряжаемые элементы работают по тому же принципу, за исключением того, что протекающая химическая реакция разряд может быть обратным , если аккумулятор заряжен . Эта вызывает прохождение тока через батарею в обратном направлении, путем подачи внешнего напряжения между выводами.При подключении к соответствующему зарядному устройству элементы преобразовывают электрическую энергию обратно в потенциальную химическую энергию. Процесс повторяется каждый раз, когда батарея разряжается и перезаряжается.

В разных элементах используются разные электродные материалы и разное выходное напряжение (1,2, 1,5, 2 и 3,6 В для типов, обсуждаемых здесь). Более высокие напряжения возможны при последовательном соединении ячеек.

Емкость ячеек определяется материалами, используемыми в их конструкции и выражается в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч).Приблизительное время работы аккумулятора на одной зарядке можно узнать, разделив емкость аккумулятора. (часто печатается на самой батарее) по среднему потреблению тока устройством.

Таким образом, можно ожидать, что батарея емкостью 600 мАч обеспечит питание приемника, потребляющего 60 мА в течение 10 часов.

Батареи можно представить как состоящие из одной или нескольких идеальных ячеек с резистором в серия — внутреннее сопротивление. Вы не найдете настоящего резистора, если вскроете батарейный блок, но эффект тот же.Некоторые типы батарей имеют более высокие значения внутреннего сопротивления, чем другие. Высокое внутреннее сопротивление не имеет значения, если используются устройства, потребляющие довольно низкие токи (например, часы или небольшой приемник). Однако, если вы используете что-то вроде мощного фонарика или усилителя звука, по закону Ома батарея с высоким внутренним сопротивлением может не передавать требуемый для нее ток.

Никель-кадмиевый (NiCad)

Никель-кадмиевые элементы — это наиболее часто используемые аккумуляторные батареи в потребительских приложениях. Они используют никель и кадмий в качестве электродов и водный гидроксид калия в качестве электролит. Они бывают такого же размера, что и неперезаряжаемые элементы, и часто могут напрямую заменить неперезаряжаемые щелочные или цинк-углеродные элементы. NiCad имеют несколько более низкое выходное напряжение, чем неперезаряжаемые элементы (1,2 против 1,5 вольт). В большинстве случаев эта разница не важна. Батарейные блоки NiCad имеют напряжение 2,4, 3,6, 4,8, 6, 7,2, 9, 10,8 вольт и т. Д. Это соответствует 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 элементам соответственно.Никель-кадмиевые батареи лучше всего работают при температуре от 16 до 26 градусов Цельсия. Их емкость снижается при более высоких температурах. При температуре ниже 0 градусов образуется водород, и при использовании элементов существует опасность взрыва. Никель-кадмиевые батареи имеют низкое внутреннее сопротивление. Это делает их подходящими для оборудования, потребляющего большие токи (например, переносных передающих устройств). Однако, низкое внутреннее сопротивление означает, что в случае короткого замыкания элементов будут протекать чрезвычайно высокие токи (до 30 ампер для ячейки размера C!). Следует избегать короткого замыкания, так как это может вызвать перегрев и повреждение элементов.

Нормальная скорость зарядки составляет 10 процентов емкости аккумулятора в течение 14 часов. Например, если аккумулятор имеет емкость 600 мАч, его правильный зарядный ток составляет 60 мА. Поскольку процесс зарядки не является 100% эффективным, зарядное устройство необходимо оставить работающим примерно на 14 часов вместо 10 часов. Возможны более высокие зарядные токи, но необходимо пропорционально сократить время зарядки.Никель-кадмиевые аккумуляторы можно оставлять на зарядном устройстве на неопределенный срок, если зарядный ток снижен до 2% от номинальной емкости батареи в ампер-часах. Избегайте нагрева во время зарядки, чтобы продлить срок службы батареи. Никель-кадмиевые батареи требуют зарядного устройства постоянного тока; то есть тот, при котором ток, подаваемый на батарею, является фиксированным в течение всего периода зарядки. Такое зарядное устройство может быть таким же простым, как нерегулируемый источник питания постоянного тока с последовательным резистором для ограничения зарядного тока в элементах. Если напряжение зарядного устройства и желаемый ток зарядки аккумулятора известны, закон Ома можно использовать для расчета правильного значения последовательного резистора.Поскольку никель-кадмиевые аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивление, правильная зарядка может происходить с несколькими последовательными элементами. Для обеспечения наилучшего срока службы никель-кадмиевые батареи не должны разряжаться ниже 1,0 В на элемент. При зарядке NiCads должны показывать 1,45 В на элемент. Если во время зарядки напряжение элемента выше (например, 1,6 или 1,7 В), элемент неисправен и его следует выбросить.

Часто обсуждается так называемый «эффект памяти», проявляемый никель-кадмиевыми ячейками. Это относится к заявленной тенденции ячеек не выдавать свое номинальное напряжение при помещении в зарядное устройство до полной разрядки.Факты свидетельствуют о том, что настоящий «эффект памяти» встречается редко, и эти наблюдения фактически из-за постоянной перезарядки, которая может привести к потере электролита. кристаллизуются внутри клетки. К счастью, этот эффект можно преодолеть, подвергнув аккумулятор одному или нескольким циклам глубокой зарядки / разрядки. Другой часто встречающийся термин — это обращение ячейки . Это может произойти, когда батарея элементов разряжается ниже безопасного уровня 1,0 вольт на элемент. Во время этого разряда различия между отдельными ячейками могут привести к тому, что одна ячейка истощится раньше остальных.Когда это происходит, ток, генерируемый оставшимися активными элементами, «заряжает» самый слабый элемент, но с обратной полярностью. Это может привести к выбросу газа и необратимому повреждению аккумуляторной батареи.

В никель-кадмиевых батареях иногда возникает внутреннее короткое замыкание из-за накопления кристаллов внутри ячейка, и это обычно означает конец ее полезной жизни. Срок службы от 200 до 800 зарядов и разряды типичны для никель-кадмиевых аккумуляторов.

Металлогидрид никеля (NiMH)

Подобно никель-кадмиевым батареям, никель-металлогидридные элементы обеспечивают 1.25 вольт на ячейку. Кадмий в NiCad заменен на гидриды металлов, которые представляют меньшую опасность для окружающей среды. Аккумулятор производители заявляют, что NiMH-элементы не страдают «эффектом памяти» и могут заряжаться до 1000 раз. Элементы NiMH не так подходят, как NiCad, для экстремальных токовых нагрузок, но предлагают большую емкость при том же размере элемента. Типичный никель-кадмиевый аккумулятор AA, (часто используется в велосипедных лампах, магнитофонах или проигрывателях компакт-дисков) может иметь емкость 750 мАч, но никель-металлгидридный аккумулятор может обеспечить 1100 мАч — на 45 процентов больше.Это делает никель-металлгидридные элементы хорошим выбором для приложений, где желателен долгий срок службы, но текущие требования невысоки. Зарядное устройство, необходимое для NiMH аккумуляторов, аналогично зарядному устройству, необходимому для NiCad; Это должен обеспечивать постоянный ток, но обычно время зарядки необходимо увеличивать ввиду большей емкости ячеек.

Главный враг аккумуляторных батарей — тепло. Если элементы нагреваются во время зарядки, ток зарядки необходимо уменьшить, чтобы предотвратить повреждение.

Литий-ионный (Li-Ion)

Литий-ионные элементы — это самые последние из обсуждаемых здесь типов батарей, появившиеся на рынке.Они предлагают более высокое напряжение элемента (3,6 В) и большую емкость для данного объема. Это делает их особенно подходящими для портативного оборудования, где важно длительное время работы, например для мобильных телефонов. Например, размер типичного литий-ионного аккумулятора составляет 55x45x20 мм, но он обеспечивает напряжение 7,2 В и емкость 1100 мАч. Литий-ионные батареи все еще довольно дороги, но бытовое использование за счет их включения в фотоаппараты, видеокамеры, карманные компьютеры компьютеры и мобильные телефоны.Требуется специальное зарядное устройство; один предназначен для NiCad или NiMH использовать нельзя.

Некоторые ссылки

Добро пожаловать в Battery University

Батареи как компоненты — из: Образовательные энциклопедия

http://www.energizer.com/learning/howbatterieswork.asp

Руководство по применению резервного аккумулятора

http://www.wasteonline.org.uk/resources/InformationSheets/Batteries.htm

http: // www.cycom.co.uk/howto/electricity_consuming_measurement.html

Практический пример некоторых проблем устойчивости / окружающей среды, связанных с выбором одноразовых или аккумуляторных батарей для питания Walkman можно найти здесь (PDF). Он организован как проблема с предлагаемым решением, и вы может обсудить это со своим руководителем.

Зарядка аккумулятора

Дэвид Холберн Октябрь 2005

Другие аккумуляторные батареи | Введение в химию

Учебная цель

Обсудить общие характеристики аккумуляторов

Ключевые моменты

Перезаряжаемые батареи накапливают энергию за счет обратимой химической реакции, которая позволяет снова сохранять заряд после того, как батарея разряжена.
Перезаряжаемые батареи имеют более низкую общую стоимость использования и меньшее воздействие на окружающую среду, чем одноразовые батареи, что может быть причиной того, что спрос на аккумуляторные батареи в США растет намного быстрее, чем спрос на неперезаряжаемые батареи.
Общие типы аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионные полимерные (LiPo) и перезаряжаемые щелочные батареи.

Условия

Плотность энергии: Количество энергии, которое может храниться в зависимости от объема батареи.
вторичный элемент: Электрический элемент, который можно перезаряжать, поскольку он преобразует химическую энергию в электрическую с помощью обратимой химической реакции.

Аккумуляторы

Перезаряжаемый аккумулятор — это тип электрического аккумулятора, который состоит из одного или нескольких электрохимических элементов. Он известен как вторичный элемент, потому что его электрохимические реакции электрически обратимы. Другими словами, после того, как накопленный заряд был истощен, химические реакции батареи могут произойти снова, в обратном порядке, чтобы сохранить новый заряд.Спрос в США на аккумуляторные батареи растет вдвое быстрее, чем спрос на неперезаряжаемые батареи, отчасти потому, что аккумуляторные батареи имеют меньшее воздействие на окружающую среду и общую стоимость использования, чем одноразовые.

Сетевые накопители энергии используют перезаряжаемые батареи для выравнивания нагрузки. Выравнивание нагрузки подразумевает хранение электроэнергии для использования в период пиковой нагрузки. Заряжая аккумуляторы в периоды низкого потребления электроэнергии для использования в периоды высокого спроса, выравнивание нагрузки помогает устранить необходимость в дорогостоящих пиковых электростанциях и помогает снизить стоимость генераторов в течение большего количества часов работы.

Конструкция аккумуляторной батареи

Как и все батареи, аккумуляторные батареи состоят из анода, катода и электролита. Во время зарядки материал анода окисляется, образуя электроны, а катод восстанавливается, потребляя электроны.

Зарядка аккумулятора Схема зарядки аккумулятора.

Эти электроны составляют ток во внешней цепи. Электролит может служить простым буфером для внутреннего ионного потока между электродами, как в литий-ионных и никель-кадмиевых элементах, или он может быть активным участником электрохимической реакции, как в свинцово-кислотных элементах.

Типы аккумуляторных батарей

В аккумуляторных батареях обычно используется несколько различных комбинаций химикатов. Различные типы включают свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионные полимерные (LiPo) и перезаряжаемые щелочные батареи.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи, изобретенные в 1859 году французским физиком Гастоном Планте, являются старейшим типом аккумуляторных батарей. Их способность обеспечивать высокие импульсные токи означает, что элементы поддерживают относительно большое отношение мощности к весу.Эти особенности, наряду с их низкой стоимостью, делают их привлекательными для использования в автомобилях, требующих больших токов.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлгидридная батарея, сокращенно NiMH или Ni-MH, очень похожа на никель-кадмиевый элемент (NiCd). В NiMH батареях используются положительные электроды из оксигидроксида никеля (NiOOH), как и в NiCd, но в отрицательных электродах вместо кадмия используется сплав, поглощающий водород. Аккумулятор NiMH может иметь емкость в два-три раза больше, чем аккумулятор NiCd эквивалентного размера, а его плотность энергии приближается к плотности литий-ионного элемента.

Литий-ионные батареи

Литий-ионный аккумулятор — это семейство аккумуляторных батарей, в которых ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Отрицательный электрод обычного литий-ионного элемента сделан из углерода. Положительный электрод представляет собой оксид металла, а электролит представляет собой соль лития в органическом растворителе. Это один из самых популярных типов перезаряжаемых батарей для портативной электроники, с одной из лучших плотностей энергии и лишь медленной потерей заряда, когда они не используются.Литий-ионные аккумуляторы дороже никель-кадмиевых аккумуляторов, но работают в более широком диапазоне температур, при этом они меньше и легче. Они хрупкие и поэтому нуждаются в схеме защиты для ограничения пиковых напряжений.

Литий-ионные полимерные батареи

Литий-ионные полимерные (LiPo) батареи обычно состоят из нескольких идентичных вторичных ячеек, включенных параллельно, чтобы увеличить ток разряда. Они часто доступны в серии «упаковок» для увеличения общего доступного напряжения.Их основное отличие от литий-ионных аккумуляторов состоит в том, что их электролит из литиевой соли не содержится в органическом растворителе. Вместо этого он находится в твердом полимерном композите, таком как полиэтиленоксид или полиакрилонитрил. Преимущества LiPo по сравнению с литий-ионной конструкцией включают потенциально более низкую стоимость производства, приспособляемость к большому разнообразию форм упаковки, надежность и прочность. Их главный недостаток — меньший заряд.