Заряд аккумулятора разряд: Принудительный разряд автомобильной аккумуляторной батареи и контрольно-тренировочный цикл

Содержание

Циклы зарядки и разрядки аккумулятора.


Циклы зарядки и разрядки аккумулятора




Цикл зарядка-разрядка и определение фактической емкости аккумулятора

Фактическая емкость аккумуляторной батареи определяется с использованием, так называемого контрольного цикла зарядка-разрядка. Выполняется цикл в следующей последовательности.
Вначале производится зарядка аккумуляторной батареи током, равным 5 % номинальной емкости батареи. Затем с помощью специального прибора или реостата с амперметром аккумуляторную батарею разряжают током силой 5 % емкости до напряжения 10,2…10,3 В.

Фактическая емкость (СФ) аккумуляторной батареи равна произведению времени разрядки на величину тока разрядки и может быть определена по формуле:

СФ = tр×0,05 Сном,

где:
tр – время разрядки аккумуляторной батареи;
Сном – номинальная (паспортная) емкость аккумуляторной батареи.

Пример:
Аккумуляторная батарея 6СТ-90 имеет емкость 90 А×ч, следовательно, ток ее разряда должен составлять 9 А. В результате контрольного цикла разрядки установлено, что аккумулятор разрядился за 6 часов.
Из этого следует, что реальная (фактическая) емкость аккумулятора
СФ = 9×6 = 54 А×ч,
т. е. значительно меньше номинальной (паспортной) емкости.

При повторе цикла разрядка-зарядка по описанной выше схеме фактическая емкость батареи в большинстве случаев постепенно увеличивается и может составить 90 % номинальной после 3…4 циклов. Поэтому не следует спешить с утилизацией старой аккумуляторной батареи без оценки ее реального состояния при помощи описанных циклов заряда-разряда.

Если измеренная емкость аккумуляторной батареи меньше 40 % от номинальной емкости, то она, вероятнее всего, подлежит замене, а если больше, то после 2…4 циклов зарядки-разрядки ее можно установить на автомобиль для дальнейшей эксплуатации.

При определении технического состояния аккумуляторной батареи обычно ограничиваются определением степени ее заряженности по изменению плотности электролита для определения необходимости в подзарядке.
На практике чаще всего исправность аккумуляторной батареи и ее пригодность к дальнейшей эксплуатации определяют исходя из возможности надлежащего пуска двигателя и ее нормальной зарядки.

***



Восстановительный цикл зарядка-разрядка

Восстановительный цикл зарядка-разрядка проводится для восстановления емкости аккумуляторной батареи, снизившейся в результате сульфатации ее пластин или загрязненности электролита. Цикл технологически аналогичен описанному выше тренировочному циклу зарядки-разрядки, но при восстановлении применяется поэтапная замена электролита с промывкой бака и блоков пластин дистиллированной водой.
Восстановительная зарядка занимает значительно больше времени, поскольку заряд осуществляется слабым током (примерно

2 % номинальной емкости аккумулятора).

Для проведения восстановительного цикла зарядка-разрядка аккумуляторную батарею разряжают током, равным 10 %-й емкости до 10,2 В. После этого сливают старый электролит, промывают батарею дистиллированной водой и заливают электролит пониженной емкости (1,1 г/см3). Затем заряжают аккумуляторную батарею малым током, равным 2% емкости до появления признаков окончания зарядки (стабилизация плотности электролита и ЭДС, выделение газов – «кипение» электролита).

По окончании зарядки сливают из аккумуляторной батареи электролит пониженной плотности, заливают электролит нормальной плотности и полностью заряжают ее током, равным 5% емкости батареи.

Для полного слива электролита или промывочной дистиллированной воды аккумуляторную батарею аккуратно переворачивают вниз отверстиями и выдерживают так в течение 5…10 минут.
Желательно большую часть содержимого бака батареи откачать при помощи резиновой груши, а остатки слить описанным выше способом. Не следует при сливе взбалтывать содержимое – мусор, застрявший между пластинами батареи существенно снизит ее реальную емкость.

Перед восстановительным циклом целесообразно выполнить контрольную зарядку-разрядку, оценив при этом фактическую емкость аккумуляторной батареи. Это позволит определить техническое состояние аккумуляторной батареи и избежать потери времени на длительную восстановительную зарядку в случае непригодности батареи – если фактическая емкость менее

40 % восстановительный цикл будет бесполезен. В большинстве таких случаев аккумуляторная батарея выбраковывается, поскольку ее ремонт или невозможен, или нецелесообразен.

Не следует забывать, что при зарядке аккумуляторной батареи происходит выделение вредных для здоровья и взрывоопасных газов, поэтому зарядку следует проводить в отдельном хорошо проветриваемом помещении, не допускать поблизости появления открытого огня и искр.

***

Сухозаряженные аккумуляторные батареи


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Заряд аккумулятора

Заряд и разряд аккумулятора являются основными процессами, которые идут при его эксплуатации. Во время заряда аккумуляторная батарея восполняет потерянную ёмкость и по окончании процесса вновь может эксплуатироваться. В этом материале речь пойдёт о заряде аккумуляторов основных типов: свинцово-кислотных, щелочных и литиевых. Будут рассмотрены процессы происходящие при зарядке и режимы.

 

Содержание статьи

Заряд аккумуляторов различных типов

Свинцово-кислотные АКБ

Самой распространённой сферой применения свинцово-кислотных аккумуляторов, являются стартерные батареи в транспортных средствах. Они применяются для запуска двигателя, а также поддержки генератора при сильной нагрузке на бортовую сеть автомобиля. В штатном режиме работы свинцово-кислотные АКБ не испытывают глубокого разряда. Заряд батареи после пуска осуществляется током, вырабатываемым генератором. Кроме того, рекомендуется периодически выполнять зарядку стартерного аккумулятора от зарядного устройства. Какие реакции при этом происходят?


Происходящие процессы

В электрохимической реакции внутри свинцово-кислотного аккумулятора участвуют материалы положительного и отрицательного электрода, а также электролит. Активная масса положительного электрода представляет собой диоксид свинца (PbO2). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции.

Положительный электрод

PbSO4 + H2O -> PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e

Отрицательный электрод

PbSO4 -> Pb + SO42- — 2e

Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением.

2PbSO4 + 2H2O -> Pb + 2H2SO4 + PbO2

В процессе заряда из электролита расходуется вода и постепенно увеличивается его плотность. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора находится около 1,27 гр/см

3. Ниже можно посмотреть таблицу степени заряженности АКБ.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,1111,78,40-7
1,1211,768,546-8
1,1311,828,6812,56-9
1,1411,888,8419-11
1,1511,94925-13
1,16129,1431-14
1,1712,069,337,5-16
1,1812,129,4644-18
1,1912,189,650-24
1,212,249,7456-27
1,2112,39,962,5-32
1,2212,3610,0669-37
1,2312,4210,275-42
1,2412,4810,3481-46
1,2512,5410,587,5-50
1,2612,610,6694-55
1,2712,6610,8100-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия


Сульфат свинца растворяется до определённого значения, а потом начинается электролиз воды. Он представляет собой разложение воды на водород и кислород. В результате наблюдается газовыделение, которое часто называют кипением электролита при перезаряде.

Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO

4). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

По мере эксплуатации аккумуляторной батареи сульфата свинца на пластинах после заряда остаётся всё больше. Процесс носит название сульфатации. Он является причиной выхода из строя большинства свинцово-кислотных аккумуляторов на транспортных средствах.


Вернуться к содержанию
 
Режимы заряда

Если не считать ускоренной зарядки, то есть две основные схемы заряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При постоянном напряжении и постоянном токе. Сегодня в продаже можно найти много зарядных устройств (ЗУ), имеющих возможность использования этих режимов, а также их комбинаций.

Наиболее распространённой является схема заряда при постоянном напряжении. Смысл здесь в том, что на терминалы аккумулятора подаётся постоянное напряжение. Заряд обеспечивается благодаря выравниванию напряжений на выводах ЗУ. Полнота заряда в этом случае зависит от напряжения, подаваемого на только выводы АКБ. То есть если заряжать аккумуляторную батарею одинаковое время напряжением 14,4, 15 и 16 вольт, то наиболее полный заряд достигается при 16 В.



В зарядных устройствах подобный режим чаще всего подразумевает подачу напряжения около 16 вольт на токовыводы, а ток уменьшается в процессе зарядки. Изначально величина тока не должна превышать 10% от номинальной ёмкости аккумулятора. По мере роста внутреннего сопротивления АКБ ток снижается до значений, соизмеримых с током саморазряда. Зарядное устройство фиксирует это и отключает процесс. К плюсам этого варианта следует отнести полную автоматизацию. Поставили аккумулятор на заряд и забыли.

Другой распространённой схемой является заряд постоянным током. Этот процесс включает в себя несколько этапов, на каждом из которых поддерживается постоянная сила тока.

Такая схема зарядки требует постоянного контроля и корректировки подаваемого тока. Этапы разделяются по уровню напряжения на выводах аккумулятора.

Обычно процесс выглядит следующим образом.

  • На первом этапе сила тока устанавливается в размере 10% от номинальной ёмкости АКБ. После этого проводится зарядка до постоянного напряжения 14,4 вольта.
  • Второй этап начинается с напряжения 14,4 вольта. Это значение является тем уровнем, на котором начинается разложение воды из электролита на кислород и водород. У аккумуляторов, выпускаемых по технологии Ca-Ca, это значение напряжения выше. Чтобы минимизировать выделение газов, сила тока снижается в два раза. То есть если на первом этапе она была 5 ампер, то здесь нужно уменьшить до 2,5 А.
  • Третий этап стартует с напряжения 15 вольт. Сила тока уменьшается два раза по сравнению со вторым этапом. Далее через определённые промежутки времени (1─2 часа) проверяется напряжение на терминалах. Как только оно перестаёт меняться, так можно считать процесс оконченным. На последнем этапе будет идти активное выделение газов. По этой причине аккумуляторная батарея должна находиться в хорошо проветриваемом помещении, а рядом не должно быть искр и открытого пламени.

Варианты постоянным током неудобен тем, что требует контроля со стороны человека на протяжении всего процесса. Поэтому он используется в тех случаях, когда аккумулятор испытал глубокий разряд. При этом на начальной стадии (до того, как напряжение АКБ не достигнет 12 вольт) ток подаётся импульсами. То есть, несколько секунд он подаётся на выводы аккумулятора, а затем отключается. Более подробно о разных режимах заряда свинцово-кислотных аккумуляторов можно прочитать в этом материале.

Выше был упомянут метод ускоренной зарядки аккумуляторной батареи. Подобный режим есть во многих зарядных устройствах. Он отличается лишь тем, что на аккумулятор подаётся увеличенный до 30% (по сравнению со штатным значением 0,1*С) ток. Это используется в тех случаях, когда аккумулятору нужно быстро отдать заряд, который необходим для запуска двигателя. Увеличенная сила тока при зарядке отрицательно сказывается на состоянии электродов и активной массы. Поэтому без необходимости этот режим лучше не использовать.


Вернуться к содержанию
 

Щелочные аккумуляторные батареи

Щелочные аккумуляторы используются в качестве тяговых. Их можно встретить в различной складской технике, железнодорожном транспорте, электроинструменте и других сферах применения, где они работают в режиме циклирования.


Происходящие процессы

Наиболее распространёнными электрохимическими системами щелочных аккумуляторов являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные. Рассмотрим процесс заряда на их примере. Оба типа батарей имеют положительный электрод с активной массой из гидроокиси никеля (NiOOH). В ней присутствует графит и окись бария. Окись бария продлевает срок службы АКБ, а графит увеличивает электропроводность активной массы.

Активная масса на отрицательном электроде в никель─кадмиевых аккумуляторах представляет собой смесь порошков кадмия (Cd) и железа (Fe). У никель─металлогидридных аккумуляторов активная масса на минусовом электроде является смесью порошков железа и его окислов. В неё добавляют сернокислый никель (NiSO4) и сернистое железо (FeS).


Электролитом чаще всего является 20%-й водный раствор едкого калия (КОН). Для увеличения срока службы в него является небольшое количество моногидрата лития (LiOH).

Ниже представлены реакции, происходящие в щелочном аккумуляторе при заряде.

Система Ni-MH

2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Fe

Система Ni-Cd

2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Cd

В процессе разряда активная масса на положительном электроде окисляется и 2Ni(OH)2 превращается в гидроокись никеля. Одновременно с этим в активной массе отрицательного электрода происходит восстановление, в результате которого образуется железо и кадмий.


Вернуться к содержанию
 
Режимы заряда

Если рассматривать заряд стандартного аккумуляторного элемента Ni-Cd, то рекомендуемый ток составляет 10─20% от номинальной ёмкости. Во время зарядки может доходить до 16 часов. Допустимый диапазон температур для зарядки щелочных аккумуляторов составляет от 0 до 50 по Цельсию. Наиболее эффективно процесс заряда происходит в диапазоне температур от 10 до 40 градусов Цельсия.

На практике конструкция щелочных аккумуляторов позволяет заряжать их током не менее 30% от номинальной ёмкости. Процесс заряда в этом случае занимает несколько часов. При заряде щелочных аккумуляторов есть один важный момент. Особенно это актуально для никель─кадмиевых батарей. Они имеют такую проблему, как «эффект памяти». Поэтому перед зарядом эти АКБ требуется разрядить. Подобным функционалом располагают многие зарядные устройства, предназначенные для работы со щелочными аккумуляторами.

Поэтому процесс зарядки щелочного аккумулятора чаще всего начинается с его разряда. При этом не должно допускаться снижение напряжения на выводах элемента ниже 1 вольта. После разряда запускается процесс заряда.

Различных схем заряда для щелочных батарей значительно больше, чем для свинцово-кислотных. Некоторые из них приведены на изображении ниже.



Существуют также различные механизмы определения окончания заряда щелочного элемента. В некоторых случаях может использоваться сразу несколько способов для фиксации окончания процесса. Более подробно о процессе заряда щелочных батарей можно узнать из этого материала.

В процессе заряда напряжение на выводах щелочного аккумулятора постепенно увеличивается до 1,6─1,75 вольта. На заключительном этапе напряжение может подниматься до 1,8 вольта. В случае с герметичными щелочными АКБ бывает так, что окончание заряда определяется переданными ампер-часами. Чтобы зарядить батарею целиком иногда расходуется количество энергии, соответствующее 150 процентам от номинальной ёмкости. Напряжение полностью заряженного щелочного аккумулятора в разомкнутой цепи составляет 1,45 вольта.
Вернуться к содержанию
 

Литиевые

Процесс заряда будет рассмотрен на примере литий─ионных аккумуляторных батарей. В последнее время они получили широкое распространение в качестве источников питания для бытовой техники, потребительской электроники, электроинструмента, электромобилей, электровелосипедов, скутеров и т. п. По сравнению с вышеописанными свинцово-кислотными и щелочными АКБ литий─ионные модели имеют более высокую энергоёмкость.


Происходящие процессы

В литиевый электрохимической системе сейчас используются различные химические соединения и периодически разрабатываются новые. Мы рассмотрим реакции, происходящие при заряде в большинстве распространённых коммерческих Li─Ion батареях.

Отрицательный электрод выполняется из материала, содержащего углерод. Благодаря его природе и составу электролита происходит процесс интеркаляции ионов лития в углерод. Углеродная матрица обладает слоистой структурой, которая может быть упорядоченной или частично упорядоченной. Это уже зависит от конкретного углеродосодержащего материала.

Материалы, используемые для производства положительного электрода, могут отличаться для различных разновидностей литиевых батарей. Чаще всего для этих целей используются литированные оксиды кобальта или никеля. Используются также литий─марганцевые шпинели.


Поиски новых материалов для положительного электрода ведутся постоянно и периодически выпускаются новые модели с усовершенствованными характеристиками.

При заряде литий─ионного аккумулятора на электродах протекают следующие реакции.

Положительный электрод

LiCoO2 -> Li1-xCoO2 + xLi+ +xe

Отрицательный электрод

C + xLi+ + xe -> CLix

В процессе интеркаляция ионы лития из электролита внедряются между слоями углерода. При этом объём углеродной матрицы меняется незначительно. Этими качествами был обусловлен выбор углерода в качестве материала анода. Помимо материала, содержащего углерод, в отрицательном электроде могут быть такие добавки, как олово, серебро и их сплавы. В некоторых моделях встречаются композитные материалы.


Вернуться к содержанию
 
Режимы заряда

Процесс заряда литий─ионных аккумуляторов комбинированный и проходит в два этапа. На первой стадии ведётся зарядка током, величина которого составляет от 20 до 100% от номинальной емкости батареи. Этот этап продолжается до того, пока напряжение АКБ не достигнет 4,1 вольта. После этого начинается второй этап, во время которого заряд ведётся при постоянном напряжении. По времени вся зарядка продолжается около 3 часов (при максимально допустимом токе), из которых на первый этап отводится один час. Более подробно о процессе заряда литиевых аккумуляторов можно прочитать в этой статье.

Окончание заряда фиксируется в тот момент, когда напряжение достигло максимального (4,1─4,2 В), а ток уменьшился до 3% от своей величины в начале процесса. В некоторых случаях возможен третий этап, который представляет собой хранение. Этот этап представляет собой периодическую подзарядку для компенсации ёмкости, потерянной в результате саморазряда.

Если увеличивать ток заряда выше 0,2─1*С, это не приводит к уменьшению времени процесса. В этом случае просто сокращается первый и увеличивается второй этап.

Бывают зарядные устройства, которые обеспечивают только первый этап зарядки. При таком варианте степень заряженности батареи составляет около 70─80%.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваше мнение о заряде свинцово-кислотных, щелочных, литиевых аккумуляторов, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Виды зарядов и разрядов батарей, режимы заряд-разряд

В процессе эксплуатации аккумуляторные батареи подвергают восстановительному или лечебно-тренировочному зарядам.

Восстановительный заряд для кислотных батарей производят током 45 А до напряжения 2,3-2,4 В у большинства элементов, далее отключают ток на 1-2 ч и затем продолжают заряд током 20 А в течение 1 ч. Операции заряда током 20 А с перерывами 1—2 ч повторяют 2-3 раза до тех пор, пока не будет бурное газовыделение при включении батареи под заряд. Щелочные батареи заряжают, током 150 А в течение 2-5 ч.

Лечебно-тренировочный заряд выполняют в такой последовательности:

для кислотных батарей — заряд током 35 А до постоянства напряжений и плотности электролита в течение двух последних часов заряда и обильного газовыделения, разряд током 45 А до напряжения 1,8 В на двух наиболее слабых аккумуляторах, заряд двухступенчатым режимом (1-я ступень током 65 А до достижения напряжения 2,4 В, 2-я ступень — током 35 А) до постоянства напряжения и плотности электролита у всех элементов батареи;

для щелочных батарей — разряд током 110 А, после чего сливают электролит, заливают теплой подщелоченной водой и оставляют для отстоя на 15-20 ч, далее выливают воду, батарею заполняют свежим электролитом и проводят лечебно-тренировочный цикл: заряд током 150 А в течение 12 ч, разряд током 110 А в течение 5 ч, заряд током 150 А — 6 ч, разряд током 110 А до напряжения 1 В на элементе, заряд током 150 А в течение 12 ч.

При комплектовании кислотных батарей из новых или отремонтированных аккумуляторов выполняют несколько циклов зарядов-разрядов.

Первый цикл проводят в два этапа: заряд током 40 А до достижения у большинства элементов напряжения 2,4 В, снижение тока до 25 А до „закипания” электролита. При достижении температуры электролита 40 °С батарею разряжают током 45 А до напряжения 1,8 В на одном-двух наиболее слабых элементах.

Второй цикл проводят через 2 ч после первого и дают заряд током 65 А до напряжения 2,4 В, далее ток снижают до 35 А до появления обильного газовыделения. Разряд производят аналогично первому.

Последующие режимы заряда и разряда выполняют подобно второму циклу. Критерием годности батареи к установке на тепловоз является отдача ее при втором разряде не’ менее 80 %, а при третьем не менее 86 % гарантированной емкости 10-часового разрядного режима.

Процесс подготовки новых щелочных батарей не отличается от лечебного заряда и должен обеспечить не менее 90 % гарантированной емкости. Если после контрольного заряда-разряда этого не произошло, то выполняют дополнительно 1-3 тренировочных цикла, пока ее емкость не достигнет нормы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные неисправности аккумуляторных батарей?

2. Какова плотность электролита, как ее измеряют?

3. Как измеряют уровень электролита?

4. Как определяют сопротивление изоляции аккумуляторной батареи?

5. В каких случаях производят разборку аккумуляторов и в какой последовательности?

6. Каким образом можно устранить сульфатацию аккумулятора?

7. Какие виды зарядов и разрядов аккумуляторных батарей выполняют в депо?

Глава VII.
ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ПОИСК ОТКАЗАВШИХ ЭЛЕМЕНТОВ

⇐Сборка, герметизация крышки, заливка электролитом | Ремонт электрооборудования тепловозов | Характерные признаки отказов электрических цепей и способы их обнаружения⇒

Разряд и заряд АКБ. Физика и химия процесса

Активные вещества заряженного свинцово-кислотного аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе, это:


— двуокись свинца темно-коричневого цвета на положительном электроде;
— губчатый свинец серого цвета на отрицательном электроде;
— водный раствор серной кислоты плотностью 1,27 г/см3- электролит
В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). При этом плотность электролита снижается к концу разряда до 1,10-1,14 г/см3.

При разряде аккумулятора генерируется ток за счет осаждения SO4 на пластинах, в связи с чем снижается концентрация электролита и постепенно повышается внутреннее сопротивление. При полном разряде практически вся активная масса превращается в сернокислый свинец (сульфат свинца), который имеет свойство постепенно кристаллизоваться и терять способность к электрохимическим преобразованиям, после чего батарею практически невозможно восстановить. Этот процесс называется «сульфатацией». Поэтому долгое пребывание в состоянии разрядки губительно для аккумулятора. Чтобы избежать «сульфатации» необходимо как можно быстрее произвести зарядку разряженной батареи.


Максимальный ток, который способна обеспечить батарея в основном зависит от активной поверхности пластин, а ее емкость — от количества активной массы свинца. При этом более толстые пластины могут быть даже менее эффективны, поскольку «внутренние слои свинца при этом трудно сделать «активными». Кроме того, требуется дополнительный электролит. Для увеличения максимального тока применяются технологии, делающие активную массу пластин более пористой.
Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при медленном разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течении 10 с забирает емкость около 400А х 10с = 4000 Ас = 1.1 А/ч, что составляет около 2% от емкости стандартной батареи 60 а/ч. Процесс зарядки батареи состоит в электрохимическом разложении PbSO4на электродах под воздействием постоянного тока внешнего источника. Процесс заряда полностью разряженной батареи похож на процесс разряда как бы развивающийся в обратном направлении. Первоначально ток заряда достаточно велик и ограничен лишь способностью внешнего источника генерировать необходимый ток и сопротивлением токонесущих элементов. Теоретически он ограничен только скоростью с которой продукты реакции выводятся из активной зоны. Затем, по мере «растворения» молекул серной кислоты, ток снижается.


Стандартно свинцовую АКБ рекомендуют заряжать используя источник напряжения. Теоретически рекомендуемое напряжении заряда на одну ячейку составляет приблизительно 2.23В или 13.4 В на всю батарею. Более высокое напряжение заряда приводит к более быстрому накоплению заряда, но одновременно увеличивает количество разлагаемой воды. Часть ионов кислорода и водорода остается в растворе, обеспечивая ему избыточную проводимость (повышая тем самым паразитный ток), часть выводится в виде газа. Аккумулятор «кипит». При увеличении избыточного зарядного напряжения на аккумуляторе в два раза, ток подзаряда возрастает в десять раз, что приводит к неоправданному расходу воды и преждевременному выходу АКБ из строя.


Поскольку средний пробег автомобиля недостаточен для полной зарядки аккумулятора напряжением 13.38 В, применяется компромиссное значение напряжения, несколько превышающее оптимальное значение подзаряда в 2.23В на банку или 13.38 на батарею, но несколько меньшее, чем напряжение быстрой подзарядки в 2.4В (14.4В на батарею). Оптимальным считается значение 13.8-14.3В. При этом потери воды остаются приемлемыми, а аккумулятор получает достаточно полный заряд при среднестатистическом пробеге.


При заряде от генератора (который «прикидывается» источником напряжения, на самом деле являясь источником тока, придушенным регулятором), напряжение должно соответствовать условиям быстрого подзаряда и определяется реле регулятором. Свинцово-кислотный аккумулятор не портится в режиме непрерывного подзаряда. Этот режим всячески поощряется и рекомендуется.
Старение АКБ приводит к тому, что напряжение, которое она способна обеспечить под нагрузкой падает за счет больших потерь на внутреннем сопротивлении, при том, что без нагрузки его значение остается практически тождественным новому (полностью заряженному). Поэтому определить степень изношенности АКБ просто вольтметром практически не представляется возможным.


Напряжение отсоединенного аккумулятора практически не зависит от температуры. От температуры зависит внутреннее сопротивление и количество запасенной энергии. Стартер зимой плохо крутит по причине большого падения напряжения на внутреннем сопротивлении, а ограничение времени работы стартера связано с пониженной емкостью и мощностью аккумулятора из за сниженной активности химических реакций.

Ремонт сульфатированных аккумуляторов, десульфатация кислотных акб

Лучшим способом заряда сильно разряженной батареи является ее длительный заряд очень маленькими токами (0,01 — 0,05С).

Затем восстановительный разряд очень большим током (0,3 — 0,5 С) – такой ток в какой-то мере, «разрывает» слой окисла с пластин АКБ. И так, следует повторить циклы 5 — 10 раз. Но если сульфатация превысила некоторый предел, восстановление ёмкости АКБ станет невозможным.

Ориентировочное время работы аккумуляторов на различные нагрузки:

Время автономной работы зависит только от ёмкости подключённых аккумуляторов и мощности нагрузки. В таблице, оно указано. Но необходимо учитывать, что если не использовать электрообогреватели (а их использование от автономных источников не рекомендуется), в реальных условиях такой нагрузки в среднем не будет никогда.

Например, в стандартном доме к автономному источнику обычно подключают освещение, телевизор, холодильник, насос водоснабжения и отопительный котёл на жидком топливе.

Надо рассмотреть два аспекта:

необходимую мощность для обеспечения пусковых мощностей всего оборудования;

среднюю потребляемую мощность в сутки.

Пусковая мощность зависит от конкретных устройств. Но можно прикинуть ориентировочно. Пуск освещения – 500 Вт, телевизора 150 Вт, холодильника 1,5 кВт, насос (сильно зависит от его мощности и глубины расположения) 5 кВт, котёл 1 кВт. Итого, порядка 8 кВт. Следовательно, по этому параметру, для описанного случая гарантированно сработает МАП «Энергия» SIN 9,0 кВт (скорее всего, справится и МАП SIN 6 кВт).

Средняя же потребляемая мощность будет всего порядка 500 Вт около 6 часов в сутки. Это обусловлено тем, что освещение и телевизор обычно включаются по вечерам, насос включается редко и на маленький срок (при потреблении его мощность 500 – 1500 Вт), холодильник потребляет 150 Вт и включается на 15 минут в час. Котёл потребляет порядка 200 Вт и тоже работает в прерывистом режиме.

Теперь легко оценить время реальной автономной работы. Смотрим по таблице – там написано, что например от 6 шт АКБ по 190 АЧ (или набранная такая же энергоёмкость из любых аккумуляторов 570 Ач/24 В, или 285Ач/48 В, или 1140 Ач/12 В), при нагрузке 500 Вт, будут работать 25ч 30м. Но так как, ориентировочно, такое потребление будет лишь 6 часов в сутки, то 25,5/6=4 суток.

Таким образом, вышеперечисленная нагрузка, от 6-и АКБ по 190 Ач, будет обеспечена автономным питанием примерно в течении 4-х суток.

Для определения времени работы неважно как соединены между собой аккумуляторы — последовательно, параллельно или последовательно и параллельно.

Напоминаем так же, что аккумуляторы обладают свойством остаточной ёмкости, например, если используя аккумулятор 90 Ач/12 В вы работали газонокосилкой мощностью 1 кВт в течении 45 мин. после чего МАП выключил 220 В (т.к. напряжение на АКБ просело ниже 11 В) – уменьшите нагрузку до 500 Вт (подключите, к примеру, электролобзик) и работайте ещё столько же.

Затем можно подключить 300 Вт-ную дрель, а потом 130 Вт-ный краскопульт, далее 60 Вт-ный паяльник и, наконец, 30 Вт-ную лампочку.

Однако в двух последних случаях, нагрузка буде потреблять малый относительно ёмкости АКБ ток, и вы «вычерпаете» около 100% от максимальной ёмкости аккумулятора (если конечно, напряжение отключения потребления в инверторе не установлено на 11,5 В или выше), а «вычёрпывание» 100% не рекомендуется, т. к. ресурс аккумулятора, в этом случае, сокращается. Во всём нужно знать меру

Из вышеприведенного примера совсем не следует, что эти (и другие) нагрузки нельзя включить все сразу.


Ниже представлены некоторые модели аккумуляторных батарей, способных к восстановлению:

Аккумулятор Trojan 27TMH

Обслуживаемая аккумуляторная батарея с жидким электролитом, емкость 115Ач 12В

Аккумулятор Trojan T105RE

Обслуживаемая аккумуляторная батарея с жидким электролитом,емкость 225Ач 6В

Аккумулятор US 27 DC XC2

Обслуживаемая аккумуляторная батарея с жидким электролитом,емкость 105Ач 12В

Аккумулятор US REGC2H XC

Обслуживаемая аккумуляторная батарея с жидким электролитом,емкость 242Ач 6В


Заряд, разряд, перезаряд свинцовых аккумуляторов

Страница 76 из 106

Заряд.

Существует несколько способов заряда свинцовых аккумуляторов, отличающихся друг от друга режимом, значениями зарядного тока и конечного напряжения. К ним относятся двухступенчатый заряд при постоянном значении тока и одноступенчатый заряд при постоянном напряжении, которые нашли наибольшее применение.
Способ заряда выбирают с учетом условий эксплуатации аккумуляторов, допустимой продолжительности заряда при наличии соответствующих зарядных устройств.
Двухступенчатый заряд при постоянном токе проводят в две ступени. Наибольший зарядный ток аккумуляторов типов С и СК на первой ступени составляет 0,25 их номинальной емкости (9N, А). Этот ток можно снизить до значения 6N. А. Током такого значения батарею заряжают до напряжения 2,4 В на аккумулятор. После этого зарядный ток снижают до значения 4N, А, и продолжают заряд до конца. Снижение зарядного тока во второй ступени необходимо для того, чтобы избежать слишком обильного газовыделения, которое приводит к порче пластин и излишнему расходу электрической энергии. По мере заряда увеличивается плотность электролита и напряжение кислотного аккумулятора.
Конец заряда определяют по таким признакам: начинается интенсивное выделение газов на пластинах обеих полярностей; плотность электролита достигает (1,205 ± 0,005) г/см3; напряжение аккумулятора становится равным 2,7—2,8 В; положительные пластины окрашиваются в темно-коричневый цвет, отрицательные — в светлосерый; количество электричества, полученное батареей при заряде, должно быть примерно в 1,2 раза больше количества электричества, отданного ею при предыдущем разряде. Средняя продолжительность заряда 7—8 ч.
Во избежание коробления пластин аккумуляторов при заряде температура электролита не должна превышать +40 С. Если температура электролита приближается к указанному пределу, то необходимо уменьшить зарядный ток. Во время заряда должна работать вентиляция аккумуляторного помещения. Прежде чем отключить батарею от зарядного агрегата, необходимо проверить, во всех ли элементах равномерно и одновременно начинается газовыделение. Недозаряженные элементы следует дозарядить.

Для этого увеличивают время заряда всей батареи или подключают эти элементы к специальному зарядному выпрямителю при помощи временной проводки. До заряда и после него необходимо измерить плотность электролита в одном контрольном элементе батареи. Время от времени следует проверять плотность электролита всех элементов и выравнивать разницу добавлением раствора серной кислоты или дистиллированной воды. В аккумуляторах электролит должен полностью покрывать пластины. У аккумуляторов типов С и СК слой электролита над верхними кромками пластин должен быть не менее 15 мм.
Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении осуществляется зарядными выпрямительными устройствами, которые работают в режиме стабилизации напряжения. Выпрямленное напряжение поддерживается в пределах 2,2—2,35 В на аккумулятор. При этих напряжениях в аккумуляторе исключается «кипение» электролита на протяжении всего времени заряда. В результате уменьшается выпадение активных веществ пластин на дно сосудов, увеличивается срок службы аккумуляторов и значительно упрощается уход за аккумуляторными батареями. Однако такой заряд требует длительного времени, исчисляемого несколькими сутками. Поэтому рассматриваемый способ заряда обычно применяют при надежном энергоснабжении, когда батареи аккумуляторов являются резервными источниками питания и включаются на разряд очень редко.
Одноступенчатый заряд при постоянном пониженном напряжении находит все более широкое применение. При постоянном напряжении 2,3 В на аккумуляторах типов С и СК начальный ток заряда достигает значения 36 N, А. По мере заряда этот ток автоматически снижается до (0,03 -:- 0,1)М, А. Основную часть израсходованной емкости (около 80%) батарея получает в первые 10 ч заряда. Для передачи остальной емкости затрачивается до нескольких суток. Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении заканчивается, если зарядный ток и плотность электролита не будут изменяться в течение последних 10 ч заряда.

Разряд.

 Аккумуляторы можно разряжать различными токами. Чем больше разрядный ток, тем меньше время разряда и емкость аккумуляторов.
Номинальную емкость стационарные аккумуляторы отдают при 10-часовом режиме разряда. Максимально допустимый разрядный ток аккумуляторов типа С соответствует 3-часовому режиму разряда. Аккумуляторы типа СК можно разряжать также токами 2-часового и 0,25-часового режимов разряда. По мере разряда аккумулятора уменьшаются его напряжение и плотность электролита. Окончание разряда характеризуется следующими признаками: напряжение одного аккумулятора типа С становится равным 1,8 В, типа СК — 1,75 В; плотность электролита понижается до 1,15—1,17 г/см3; положительные пластины становятся бурыми, отрицательные — темно-серыми; емкость, полученная от аккумулятора, соответствует данному режиму разряда.
Разряженные аккумуляторы следует поставить на заряд не позднее чем через 12 ч с момента окончания разряда.

Перезаряд.

При нормальных зарядах аккумуляторов некоторая часть сернокислого свинца PbSО4 не восстанавливается, превращаясь в твердое крупнокристаллическое вещество. В результате этого пластины аккумуляторов постепенно сульфатируются. Для предохранения пластин от сульфитации аккумуляторные батареи перезаряжают таким образом. Батарею разряжают до напряжения 1,8 В на каждый элемент, а затем заряжают до «кипения» током, равным 0,1 номинальной емкости; делают перерыв 1 ч; затем продолжают заряд тем же током до «кипения» и т. д. Перезаряд заканчивается, когда батарея, включенная на заряд после часового перерыва, сразу начинает «закипать».

Зарядка аккумуляторов глубокого разряда — Мобильные Электросистемы

Разработка электрической системы на катере или яхте состоит из нескольких этапов. Необходимо выбрать правильный тип аккумуляторов, рассчитать их емкость и определить мощность генератора для зарядки аккумуляторной батареи. Однако ни один из этих шагов не принесет успеха, если напряжение генератора не будет соответствовать требованиям бортовой электрической системы.

Аналогия с баком для воды

Понять процессы заряда и разряда аккумулятора помогает сравнение его пластин с баком для воды.

Аналогия с баком для воды, в который подключенный насос закачивает воду, помогает понять процесс зарядки аккумулятора глубокого разряда

Представим закрытый бак внутри которого от верхней крышки до дна установлено несколько сплошных перегородок. В нижней части каждой перегородки расположена полупроницаемая мембрана. К резервуару подсоединен насос, который закачивает в него воду.

Постепенно вода заполняет первую секцию бака. Через некоторое время давление воздуха в отсеке повышается, первая мембрана срабатывает и пропускает воду во второе отделение. Вода заполняет второй отсек, но давление в нем остается меньше, чем в первом. Если насос продолжает работу, то давление воды в первом и втором отсеках возрастает до тех пор, пока не откроется второй клапан, и вода не попадет в третью секцию.

Зарядка аккумулятора напоминает заполнение бака водой. Зарядный ток в первую очередь поглощается поверхностью пластин. Напряжение в поверхностных зонах возрастает и возникающая между наружными и внутренними областями разность потенциалов заставляет ток течь вглубь пластины.

Переключатель давления

Генератор автомобильного типа уменьшает выходной ток сразу после того, как аккумулятор глубокого разряда зарядится до 50% емкости

Предположим, что в насосе, качающем воду в бак, установлено реле, которое выключает насос, если давлении в баке достигает 14 атм.  Когда давление в первом отсеке бака повысится до этого уровня, насос выключится, но из-за разности давлений между различными частями бака вода продолжит просачиваться через мембраны в отдаленные секции резервуара. Из-за этого через некоторое время давление в первом отсеке понизится и регулятор включит насос, который вновь поднимет давление до заданного уровня. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление во всем баке не выровняется и не достигнет 14 атмосфер. После этого насос выключится надолго. Но он включится снова, когда из бака выйдет часть воды и давление в резервуаре упадет.

Генераторы и зарядные устройства работают по похожему принципу благодаря регуляторам напряжения. Если регулятор выставлен на 14 вольт, генератор отключится, когда напряжение на поверхности аккумуляторных пластин повысится до этого значения. Но даже после того, как генератор отключился, разность напряжений между поверхностью пластин и их внутренними областями заставляет зарядный ток проникать внутрь пластин. Напряжение на поверхности пластины снижается и регулятор снова включает генератор, который повышает напряжение до установленного значения.  Если времени достаточно, процесс продолжается до тех пор, пока аккумулятор полностью не зарядится и напряжение по всей толщине пластины не достигнет 14 вольт.  После этого регулятор отключает устройство зарядки.  Как только подключенное оборудование разрядит аккумулятор и поверхностное напряжение на пластинах понизится регулятор включит генератор вновь.

Допустимый ток зарядки

Самая высокая разность давлений между отсеками в баке возникает, когда в нем заполнена только первая секция. В этот момент вода течет через мембраны быстрее всего. По мере того, как давление во внутренних областях бака растет, разность давлений между отделениями снижается, и скорость заполнения отсеков уменьшается.

Похожим образом выглядит процесс зарядки аккумулятора. У разряженной батареи внутри пластин низкое напряжение.  Сразу после включения генератор повышает напряжение на поверхности пластин, разность потенциалов по толщине пластины возрастает до максимального значения и скорость приема заряда внутренними областями пластины также становится максимальной. Внутренние области пластин поглощают заряд, разница напряжений уменьшается и скорость зарядки замедляется.

В примере с баком воды, первый отсек резервуара похож на участок аккумуляторной пластины, непосредственно соприкасающийся с электролитом. Внутренние секции бака – на внутренним части аккумуляторных пластин.

В стартовом аккумуляторе много тонких пластин, общая площадью поверхности которых велика. Такой аккумулятор похож на бак в котором первое отделение занимает большую часть объема. Стартовый аккумулятор допускает относительно высокий зарядный ток и заряжается очень быстро. В аккумуляторе глубокого разряда с жидким электролитом пластин меньше, но они толще. Аналог этого аккумулятора – бак с маленьким первым отделением и большими внутренними отсеками. Во время зарядки первая секция бака заполняется быстро (поверхности пластин заряжаются), после этого скорость приема заряда замедляется. Требуется время, чтобы заряд проник во внутренние области пластин. Еще больше времени необходимо, чтобы разряженный тяговый аккумулятор зарядить на 100%.

Неравномерность зарядки аккумулятора иллюстрирует следующий факт. 90% заряда можно восстановить в течении 60% времени зарядки. На десять оставшихся процентов емкости расходуется 40% времени.

Сульфатация

Сульфатация аккумуляторных пластин в зависимости от количества циклов заряда-разряда аккумулятора

Вода, выкачиваемая из резервуара, в сначала выходит из его первого отсека. Если бак сразу наполнить вновь, уровень воды во внутренних секциях почти не изменится и время заполнения окажется не большим. Но если оставить бак с полупустым первым отсеком на долго, вода из внутренних отделений перетечет в первую секцию и, чтобы заполнить бак целиком, понадобится больше времени.

При разряде аккумулятора ток в первую очередь поступает с поверхности пластин. Если аккумулятор зарядить сразу, внутренние области пластин не успеют разрядится, и перезарядка не займет много времени. Но если аккумулятор оставить в частично разряженном состоянии, напряжение по толщине пластин выровняется и внутренние области окажутся разряженными. Время зарядки возрастет, но если ее не выполнить полностью пластины аккумулятора станут уязвимы для сульфатации.

Ток зарядки

Если к небольшому баку подключить мощный насос, он быстро заполнит первое отделение резервуара. Как только это произойдет, бак перестанет наполнятся с прежней скоростью и насос уменьшит расход перекачиваемой воды. Если к этому моменту вода не успела распространится по внутренним отделениям, то возникнет ситуация, когда давление, измеренное в первом отделении полупустого бака окажется равным давлению полностью заполненного резервуара.

Но если к большому баку подсоединить насос с маленьким расходом, скорость, с которой вода проникает во внутренние отсеки окажется примерно равной расходу насоса. Значит в момент, когда давление в баке достигнет заданного значения насос заполнит бак полностью.

Аналогия сохраняется, если мощный генератор подключен к аккумуляторной батарее не большой емкости. Такой генератор быстро поднимет поверхностное напряжение на пластинах аккумулятора, регулятор напряжения уменьшит выходной ток, и большая часть мощности генератора окажется не востребованной.

К тому моменту, когда ток зарядки начнет уменьшаться внутренние области пластин могут быть по-прежнему разряженными, хотя напряжение аккумулятора будет соответствовать напряжению полностью заряженной батареи.

В этой ситуации предпочтительнее генератор меньшей мощности. Он полнее зарядит аккумуляторную батарею, поскольку скорость распространения заряда будет соответствовать выходу генератора и регулятор напряжения не уменьшит ток до тех пор, пока аккумулятор не зарядится полностью.

Насыщение и абсорбция

Закачивать воду в пустой бак можно с любой скоростью. Единственное ограничение в этом случае – расход насоса. Однако после того как первое отделение резервуара заполнилось и давление в нем достигло установленного значения, переключатель многократно включает и выключает насос, чтобы поддержать это давление на нужном уровне. время наполнения бака в этот момент зависит от скорости перетекания воды во внутренние отделения резервуара.

Чем больше наполняются водой дальние отсеки бака, тем больше снижается скорость протекания воды через мембраны. Из-за этого насос находится в выключенном состоянии все дольше и дольше, а расход перекачиваемой им воды постоянно уменьшается.

Настройки регулятора

Автомобильный аккумулятор с тонкими пластинами редко разряжается больше, чем на несколько процентов от своей емкости.  После запуска двигателя заряд аккумулятора сразу же восстанавливается и внутренние области пластин не успевают разрядится. Но двигатель и генератор работают намного дольше, чем требуется для зарядки, и, чтобы не повредить аккумулятор напряжение регулятора устанавливают относительно низким.

Левый график. Зависимость тока поглощаемого аккумулятором от напряжения зарядки при разном уровне заряда аккумулятора. К тяговому аккумулятору емкостью 100 Ач, подключено зарядное устройство мощностью 180 А. Правый график. Ток поглощаемый аккумулятором емкостью 100 Ач во время зарядки при различном напряжении. Чем выше напряжение зарядки, тем больше энергии сохраняет аккумулятор и дольше работает подключенный к нему инвертер. Источник — Sterling Power

Аккумуляторы глубокого разряда с толстыми пластинами разряжаются в течении нескольких часов или дней. За это время напряжение по толщине пластин выравниваться, а ток поступает как с поверхности, так и с внутренних областей пластин. Однако в этом случае двигатель и генератор работают намного меньше, чем требуется для восстановления полного заряда тягового аккумулятора.

Если регулятор напряжения установлен на 14,0 вольт, рост напряжения на поверхности аккумуляторных пластин приведет к тому, что выходной ток генератора снизится сразу после того, как аккумулятор зарядится на 50%. Такое поведение регулятора не защищает аккумулятор, но значительно увеличивает продолжительность зарядки.

Поскольку правильно подобранная батарея аккумуляторов глубокого разряда эксплуатируется в интервале от 50% до 80% емкости, регулятор напряжения автомобильного типа сокращает ток зарядки в самой важной области работы аккумуляторной батареи. И если для зарядки аккумуляторов используется двигатель, работающий на низких оборотах, он никогда не зарядит аккумуляторы глубокого разряда полностью, даже если непрерывно проработает много часов.  В результате многие аккумуляторы регулярно недозаряжаются, страдают от сульфатации и раньше времени выходят из строя.

Время зарядки можно сократить, подняв напряжение регулятора. Однако если повышенное напряжение безопасно при уровне заряда в 50 — 80% от емкости, аккумуляторы перезарядятся во время продолжительной работы двигателя. Перезарядка приведет к потере электролита в жидко-кислотных аккумуляторах, высыханию и разрушение гелевых и AGM ячеек. Решетки положительных пластин разрушатся во всех типах аккумуляторов.

Таким образом возникает следующая проблема. Тяговые аккумуляторы разряжаются до 50% и больше, но время их зарядки часто ограничено. Значит нужны устройства быстрой зарядки в которых будет более высокое напряжение регулятора чем в автомобилях. В противном случае аккумуляторы будут недорзаряжаться, разовьется сульфатация и емкость аккумулятора уменьшится. Однако при высоком напряжении регулятора и длительной работе двигателя наступит перезарядка, газообразование и повреждение пластин.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Деградация сепараторов аккумуляторов при циклах заряда-разряда

Исследователи сообщили об электрохимическом старении литий-ионных батарей. Механизмы потери емкости аккумулятора, такие как расход электролитов и обесцвечивание электродов, обычно наблюдаемое как разрушение покрытий, интенсивно изучаются. Широко используемые полимерные сепараторы, расположенные между катодом и анодом, которые не вносят прямого вклада в электрохимические свойства элемента, обычно считаются химически, термически и структурно стабильными материалами.В этой статье исследуется деградация трехслойного сепаратора сухой обработки из-за циклов заряда-разряда. Было обнаружено, что сепараторы, подвергшиеся более высоким циклам, выходили из строя при меньшем поперечном усилии штампа и меньшей деформации. Испытания живых клеток также показывают, что деформация и интенсивность силы в начале короткого замыкания уменьшились для клетки после 1200 циклов по сравнению с таковыми для нециклированной клетки при боковом вдавливании. Для понимания этого механического старения, вызванного зарядом-разрядом, использовались различные методы определения характеристик.Сквозные изображения сепараторов по толщине не показывают значительного изменения размера пор, но продукты реакции накапливаются в порах среднего слоя сепаратора. Исследование поверхностей этих сепараторов с помощью FTIR (инфракрасного преобразования Фурье) показывает, что не было видимого изменения химической связи на поверхности сепаратора во время процесса зарядки и разгрузки.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз? Система тестирования заряда и разряда батарей

— добро пожаловать в ITECH

Профессиональное системное программное обеспечение

Тестовая система ITS5300 оснащена программным обеспечением для тестирования заряда / разряда аккумуляторов, разработанным на основе пользовательских спецификаций.Редактируя этапы тестирования, пользователь может выполнять тесты заряда постоянным током, заряда постоянным давлением и постоянного тока / мощности / сопротивления на многоканальных элементах или аккумуляторных блоках. Кроме того, программное обеспечение поможет пользователю контролировать напряжение элемента, температуру и ИК-излучение, строить кривые заряда / разряда, а также отслеживать и сохранять соответствующие данные.


Монитор зарядки и разрядки в реальном времени каждого канала

Аккумуляторная батарея обычно представляет собой набор последовательно соединенных ячеек, которые демонстрируют различные характеристики во время зарядки и разрядки.По этой причине мониторинг клеток имеет большое значение. Помимо основных параметров каждого канала, в тестовой системе ITS5300 может быть установлен термограф и ИК-тестер для осуществления мониторинга напряжения, ИК-излучения и температуры элемента в реальном времени. Во время теста пользователь может четко наблюдать тестовую информацию каждого канала через программное обеспечение. Программное обеспечение имеет интуитивно понятные цветные блок-схемы, которые символизируют нормальность или отклонение от нормы характеристик элемента и при необходимости дают раннее предупреждение, включая конфигурацию канала, напряжение элемента, ток, разрядную емкость и другие параметры.Это не только легко для наблюдения и записи, но и повышает надежность тестирования
.


Защита памяти при отключении питания

Тестовая система ITS5300 превосходит традиционное встроенное устройство зарядки и разрядки тем, что имеет функцию отключения памяти, в то время как последнее имеет только конфигурацию единственной защиты. Функция памяти с отключенным питанием — это самая передовая и совершенная функция защиты, разработанная ITECH и предназначенная для длительных испытаний на старение.С помощью функции защиты ранее полученные данные могут быть эффективно сохранены в неизменном виде в случае неожиданного сбоя питания или сбоя компьютера во время длительной проверки на старение, и пользователь может продолжить выполнение тестовой программы с неисправного канала связи после того, как система вернется в нормальное состояние. Таким образом можно избежать повторных испытаний для повышения эффективности. Аналогичным образом, если состояние отключения питания продолжается в течение длительного времени, система автоматически отключит активную цепь заряда / разряда, чтобы предотвратить перезаряд и чрезмерную разрядку и гарантировать безопасность и надежность тестирования батареи.


Модульная конструкция

ITS5300 Система тестирования заряда-разряда аккумуляторов состоит из источника питания, электронной нагрузки, тестера внутреннего сопротивления, прибора для сбора данных о температуре и программного обеспечения IT9320. Он преодолевает ограничения традиционной системы тестирования, предоставляя профессиональные шаги для повышения эффективности тестирования. Пользователь может выбрать наиболее подходящее оборудование для своих собственных требований к испытаниям для создания испытательной платформы для автомобилей.

Профили заряда и разряда переоборудованных LiFePO4 аккумуляторов на основе стандарта UL 1974

  • 1.

    Бейкер Дж. Н. и Коллинсон А. Накопление электроэнергии на рубеже тысячелетий. Power Engineering Journal 13 , 107–112, https://doi.org/10.1049/pe:199

    (1999).

    Артикул Google Scholar

  • 2.

    Силва, Г. Д. Э. и Хендрик, П.Накопление гидроэнергии в зданиях. Applied Energy 179 , 1242–1250, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.07.046 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 3.

    Рехман, С., Аль-Хадрами, Л. М. и Алам, М. М. Насосная система хранения гидроэнергии: технологический обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 44 , 586, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.040 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 4.

    Янг, Ю.К., Бремнер, С., Мениктас, К. и Кей, М. Определение размера аккумуляторной системы хранения энергии в системах возобновляемой энергетики: обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 91 , 109, https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.047 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    Хилл, К. А., Суч, М.К., Чен, Д. М., Гонсалес, Дж. И Грэди, В. М. Аккумуляторная батарея для обеспечения интеграции распределенного производства солнечной энергии. IEEE Transactions on Smart Grid 3 , 850–857, https://doi.org/10.1109/tsg.2012.21

    (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 6.

    Телеке, С., Баран, М. Э., Хуанг, А. К., Бхаттачарья, С. и Андерсон, Л. Стратегии управления аккумуляторным накоплением энергии для диспетчеризации ветряных электростанций. IEEE Transactions on Energy Conversion 24 , 725–732, https://doi.org/10.1109/tec.2009.2016000 (2009).

    ADS Статья Google Scholar

  • 7.

    Дивья К. и Остергаард Дж. Аккумуляторная технология хранения энергии для энергосистем — обзор. Исследование электроэнергетических систем 79 , 511, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2008.09.017 (2009).

    Артикул Google Scholar

  • 8.

    Банерджи, П., Перес, И., Хенн-Лекордиер, Л., Ли, С. Б. и Рублофф, Г. В. Матрицы нанотрубчатых конденсаторов металл-изолятор-металл для накопления энергии. Nature Nanotechnology 4 , 292–296, https://doi.org/10.1038/nnano.2009.37 (2009).

    ADS CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 9.

    Киндзё, Т., Сендзю, Т., Урасаки, Н. и Фудзита, Х. Регулирование выработки возобновляемой энергии с помощью электрического двухслойного конденсатора, применяемого для системы накопления энергии. IEEE Transactions on Energy Conversion 21 , 221–227, https://doi.org/10.1109/tec.2005.853752 (2006).

    ADS Статья Google Scholar

  • 10.

    Конвей, Б. Э. Переход от суперконденсатора к поведению батареи в электрохимических накопителях энергии. Журнал Электрохимического общества 138 , 1539–1548, https://doi.org/10.1149/1.2085829 (1991).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 11.

    Ван, Дж. Д. и др. . Обзор накопления энергии сжатым воздухом и развития технологий. Энергия 10 , 991, https://doi.org/10.3390/en10070991 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    Будт, М., Вольф, Д., Спан, Р. и Ян, Дж. Й. Обзор накопления энергии сжатым воздухом: основные принципы, основные этапы развития и недавние разработки. Applied Energy 170 , 250, https: // doi.org / 10.1016 / j.apenergy.2016.02.108 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 13.

    Кавалло, А. Контролируемая и доступная электроэнергия в масштабе коммунальных предприятий от непостоянных источников энергии ветра и накопителя энергии сжатого воздуха (CAES). Energy 32 , 120–127, https://doi.org/10.1016/j.energy.2006.03.018 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 14.

    Ху, Б., DeBruler, C., Rhodes, Z. & Liu, T. L. Водно-органический проточный окислительно-восстановительный аккумулятор с длительным циклом работы (AORFB) для устойчивого и безопасного хранения энергии. Журнал Американского химического общества 139 , 1207–1214, https://doi.org/10.1021/jacs.6b10984 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 15.

    Кир, Г., Шах, А. А. и Уолш, Ф. С. Разработка полностью ванадиевой проточной окислительно-восстановительной батареи для хранения энергии: обзор технологических, финансовых и политических аспектов. Международный журнал энергетических исследований 36 , 1105–1120, https://doi.org/10.1002/er.1863 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Li, L. Y. et al. . Стабильный ванадиевый проточно-окислительно-восстановительный аккумулятор с высокой плотностью энергии для крупномасштабного хранения энергии. Advanced Energy Materials 1 , 394–400, https://doi.org/10.1002/aenm.201100008 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 17.

    Jang, M. & Agelidis, V.G. Энергетическая система топливных элементов с минимальной степенью обработки мощности, основанная на повышающем инверторе с двунаправленным резервным аккумулятором. IEEE Transactions on Power Electronics 26 , 1568–1577, https://doi.org/10.1109/tpel.2010.2086490 (2011).

    ADS Статья Google Scholar

  • 18.

    Смит У. Роль топливных элементов в хранении энергии. Журнал источников энергии 86 , 74–83, https: // doi.org / 10.1016 / s0378-7753 (99) 00485-1 (2000).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 19.

    Митлицкий Ф., Майерс Б. и Вайсберг А. Х. Регенеративные системы топливных элементов. Energy and Fuels 12 , 56–71, https://doi.org/10.1021/ef970151w (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 20.

    Сан, К. и др. . Использование кремния для производства солнечного топлива. Chemical Reviews 114 , 8662–8719, https://doi.org/10.1021/cr300459q (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 21.

    Боржессон, К., Дзебо, Д., Альбинссон, Б. и Мот-Поулсен, К. Повышающее преобразование фотона способствовало хранению молекулярной солнечной энергии. Journal of Materials Chemistry A 1 , 8521–8524, https://doi.org/10.1039/c3ta12002c (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 22.

    Мур, Г. Ф. и Брудвиг, Г. В. Преобразование энергии в фотосинтезе: парадигма производства солнечного топлива. Ежегодный обзор физики конденсированных сред 2 , 303–327, https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-062910-140503 (2011).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Гаст Д., Мур Т. А. и Мур А. Л. Солнечное топливо посредством искусственного фотосинтеза. Отчет о химических исследованиях 42 , 1890–1898, https: // doi.org / 10.1021 / ar9b (2009 г.).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 24.

    Вулусала, Г. В. С. и Мадичетти, С. Применение сверхпроводящего магнитного накопителя энергии в электроэнергетических и энергетических системах: обзор. Международный журнал энергетических исследований 42 , 358, https://doi.org/10.1002/er.3773 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 25.

    Dondapati, R. S., Kumar, A., Kumar, G. R., Usurumarti, P. R. & Dondapati, S. Сверхпроводящие устройства накопления магнитной энергии (SMES), интегрированные со сверхпроводящим ограничителем тока повреждения резистивного типа для быстрого восстановления. Journal of Energy Storage 13 , 287–295, https://doi.org/10.1016/j.est.2017.07.005 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 26.

    Али, М. М., Абдель-Ахер, М., Саид, С.M. & Senjyu, T. Разработанная стратегия управления для смягчения переходных процессов ветроэнергетики с использованием сверхпроводящего магнитного накопителя энергии с поддержкой реактивной мощности. Международный журнал электроэнергетики и энергетических систем 83 , 485–494, https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2016.04.037 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 27.

    Боениг, Х. Дж. И Хауэр, Дж. Ф. Испытания на ввод в эксплуатацию энергосистемы Бонневилля сверхпроводящего магнитного накопителя энергии мощностью 30 МДж. Транзакции IEEE по силовым аппаратам и системам 104 , 302–312, https://doi.org/10.1109/tpas.1985.319044 (1985).

    ADS Статья Google Scholar

  • 28.

    Пуллен, К. Р. Состояние и будущее маховикового накопителя энергии. Джоуль 3 , 1394–1399, https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.04.006 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 29.

    Сарбу И. и Себархиевич К. Комплексный обзор аккумулирования тепловой энергии. Устойчивое развитие 10 , 191, https://doi.org/10.3390/su10010191 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 30.

    Кек, Ф., Лензен, М., Вассалло, А. и Ли, М. Ю. Влияние аккумуляторов энергии на возобновляемые источники энергии в электрических сетях Австралии. Energy 173 , 647–657, https: // doi.org / 10.1016 / j.energy.2019.02.053 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 31.

    Рэдклифф, Дж. К. Связь водной энергии в Австралии — результат двух кризисов. Water-Energy Nexus 1 , 66–85, https://doi.org/10.1016/j.wen.2018.07.003 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 32.

    Й. Д., Цяо, Ю. и Лу, З. Х. Революция регулирования частоты в энергосистеме с преобладанием преобразователя. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 111 , 145–156, https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.066 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 33.

    Zeng, H. et al. . Внедрение австралийского хранилища мощностью 100 МВт и его ознакомление с Китаем. 2018 Китайская международная конференция по распределению электроэнергии (CICED) 2895, https://doi.org/10.1109/CICED.2018.8592035 (2018).

  • 34.

    Фернандес-Муньос, Д., Перес-Диас, Дж. И., Гисандес, И., Чазарра, М. и Фернандес-Эспина, А. Вспомогательные услуги по быстрому регулированию частоты: международный обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 120 , 109662, https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109662 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 35.

    Пальяро, М. Системы возобновляемой энергии: повышение устойчивости, снижение затрат. Энергетические технологии 7 , 11, https://doi.org/10.1002/ente.2011 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 36.

    Азиз, А., Оо, А. М. Т. и Стойчевски, А. Проблемы и смягчение последствий проникновения ветровой энергии в сеть: пример австралийской сети. Журнал современных энергетических систем и чистой энергии 6 , 1141–1157, https://doi.org/10.1007/s40565-018-0430-4 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 37.

    МЭА. Global EV Outlook 2020. Отчет (2020).

  • 38.

    Martinez-Laserna, E. et al. . Вторая жизнь батареи: шумиха, надежда или реальность? Критический обзор современного состояния. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 93 , 701–718, https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.035 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 39.

    Ахмади, Л., Ип, А., Фаулер, М., Янг, С. Б. и Фрейзер, Р.A. Экологическая целесообразность повторного использования аккумуляторов электромобилей. Устойчивые энергетические технологии и оценки 6 , 64, https://doi.org/10.1016/j.seta.2014.01.006 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 40.

    Казальс, Л. К., Гарсия, Б. А. и Канал, С. Срок службы вторичных батарей: оставшийся срок полезного использования и анализ окружающей среды. Журнал экологического менеджмента 232 , 354–363, https: // doi.org / 10.1016 / j.jenvman.2018.11.046 (2019).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 41.

    Podias, A. et al. . Оценка устойчивости вторичного использования автомобильных аккумуляторов: старение литий-ионных аккумуляторных элементов в автомобильных и сетевых приложениях. World Electric Vehicle Journal 9 , 24, https://doi.org/10.3390/wevj

    24 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 42.

    Тонг, С., Фунг, Т., Кляйн, М. П., Вайсбах, Д. А. и Парк, Дж. У. Демонстрация повторного использования аккумуляторных батарей электромобилей для хранения солнечной энергии и управления спросом. Journal of Energy Storage 11 , 200–210, https://doi.org/10.1016/j.est.2017.03.003 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 43.

    Вуд, Э., Александр, М. и Брэдли, Т. Х. Исследование условий окончания срока службы аккумуляторных батарей для гибридных электромобилей. Журнал источников энергии 196 , 5147–5154, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.02.025 (2011).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 44.

    Камат, Д., Шукла, С., Арсено, Р., Ким, Х. К. и Анктил, А. Оценка стоимости и выбросов углекислого газа от вторичных аккумуляторных батарей электромобилей в жилых домах и коммунальных службах. Управление отходами 113 , 497–507, https: // doi.org / 10.1016 / j.wasman.2020.05.034 (2020).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 45.

    Куинард, Х., Редондо-Иглесиас, Э., Пелисье, С. и Венет, П. Быстрые электрические характеристики высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов с длительным сроком службы для встроенных и стационарных применений. Батареи 5 , 33, https://doi.org/10.3390/batteries5010033 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 46.

    Хейманс, К., Уокер, С. Б., Янг, С. Б. и Фаулер, М. Экономический анализ вторичных аккумуляторных батарей электромобилей для хранения энергии в жилых домах и выравнивания нагрузки. Энергетическая политика 71 , 22–30, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2014.04.016 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 47.

    Casals, L.C. и Garcia, B.A. Аккумуляторы вторичного использования на газотурбинной электростанции для оказания услуг по регулированию территории. Батареи 3 , 10, https://doi.org/10.3390/batteries3010010 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 48.

    Chung, H.-C. & Cheng, Y.-C. Планирование действий и анализ ситуации при перепрофилировании восстановления и применения аккумуляторов в Китае. Тайваньский энергетический журнал 6 , 425, https://doi.org/10.31224/osf.io/nxv7f (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 49.

    Hossain, E. и др. . Комплексный обзор вторичных аккумуляторов: текущее состояние, производственные соображения, приложения, воздействия, препятствия и потенциальные решения, бизнес-стратегии и политики. IEEE Access 7 , 73215–73252, https://doi.org/10.1109/access.2019.29 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 50.

    Гур, К., Чатзикириаку, Д., Башет, К. и Саломон, М.Повторное использование аккумуляторных батарей для электрифицированных транспортных средств как средство интеграции возобновляемых источников энергии в европейскую электросеть: политика и анализ рынка. Энергетическая политика 113 , 535–545, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.11.002 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 51.

    Laboratories, U. UL 1974 — стандарт оценки для перепрофилирования батарей (2018).

  • 52.

    Chung, H.-C. И Ченг, Ю.-C. Краткое изложение стандартов безопасности при перепрофилировании аккумуляторов. Ежемесячный журнал инженерии Taipower 860 , 35, https://doi.org/10.31224/osf.io/d4n3s (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 53.

    Чжан У. Дж. Структура и характеристики катодных материалов LiFePO 4 : обзор. Журнал источников энергии 196 , 2962–2970, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.113 (2011).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 54.

    Хуанг, Ю. Х., Парк, К. С. и Гуденаф, Дж. Б. Улучшение литиевых батарей путем привязки LiFePO 4 с углеродным покрытием к полипирролу. Журнал Электрохимического общества 153 , A2282 – A2286, https://doi.org/10.1149/1.2360769 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 55.

    Падхи, А. К., Нанджундасвами, К. С. и Гуденаф, Дж. Б. Фосфооливины в качестве материалов положительных электродов для перезаряжаемых литиевых батарей. Журнал Электрохимического общества 144 , 1188, https://doi.org/10.1149/1.1837571 (1997).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 56.

    Carrilero, I. et al. . Перестройка европейского общественного транспорта: влияние новых аккумуляторных технологий на дизайн парка электрических автобусов. Процедуры исследования транспорта 33 , 195, https://doi.org/10.1016/j.trpro.2018.10.092 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 57.

    Zheng, Y.J. et al. . Оценка несогласованности состояния заряда аккумуляторной батареи LiFePO 4 в гибридных электромобилях с использованием модели средней разницы. Applied Energy 111 , 571–580, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.05.048 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 58.

    Damen, L., Hassoun, J., Mastragostino, M. & Scrosati, B. Твердотельный аккумулятор Li / LiFePO 4 полимерный аккумулятор для электромобилей. Журнал источников энергии 195 , 6902–6904, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.03.089 (2010).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 59.

    Лиан, Б., Симс, А., Ю, Д. М., Ван, К. и Данн, Р. В. Оптимизация аккумуляторных систем аккумулирования энергии LiFePO 4 для частотной характеристики в системе Великобритании. IEEE Transactions on Sustainable Energy 8 , 385–394, https://doi.org/10.1109/tste.2016.2600274 (2017).

    ADS Статья Google Scholar

  • 60.

    Gatta, F. M. et al. . Применение аккумуляторной системы аккумулирования энергии LiFePO 4 для управления первичной частотой: моделирование и экспериментальные результаты. Энергия 9 , 887, https://doi.org/10.3390/en87 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 61.

    Choi, D. W. et al. . Литий-ионные аккумуляторы с катодом LiFePO 4 и анодом из композитного анатаза / графена для стационарного накопления энергии. Electrochemistry Communications 12 , 378–381, https://doi.org/10.1016/j.elecom.2009.12.039 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 62.

    Стэн, А. и др. . Сравнительное исследование литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов для использования в ИБП. , 2014 г., 36-я Международная конференция по электросвязи и энергетике, IEEE (INTELEC) https://doi.org/10.1109/INTLEC.2014.6972152.

  • 63.

    Kontorinis, V. et al. . Управление распределенной энергией ИБП для эффективного ограничения мощности в центрах обработки данных. 2012 39-й ежегодный международный симпозиум по компьютерной архитектуре (ISCA) 488–499, https: // doi.org / 10.1109 / ISCA.2012.6237042 (2012).

  • 64.

    Geza, C. & Laszlo, T. Встраиваемые интеллектуальные ИБП с питанием от постоянного тока для малых и средних приложений резервного питания от батарей. 2012 13-я Международная конференция по оптимизации электрического и электронного оборудования (OPTIM) 1567, https://doi.org/10.1109/OPTIM.2012.6231824 (2012).

  • 65.

    Иклодин, К., Варга, Б., Бернете, Н., Цимердин, Д. и Джурчис, Б. Сравнение различных типов аккумуляторов для электромобилей. Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия 252 , 012058, https://doi.org/10.1088/1757-899X/252/1/012058 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 66.

    Данн, Дж. Б., Гейнс, Л., Келли, Дж. К., Джеймс, К. и Галлахер, К. Г. Значение литий-ионных аккумуляторов в энергии жизненного цикла электромобилей, а также роль утилизации и утилизации в их сокращении. Энергетика и экология 8 , 158–168, https: // doi.org / 10.1039 / c4ee03029j (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 67.

    Садун, Р., Ризуг, Н., Бартоломеус, П., Барбедетт, Б. и Ле Муань, П. Оптимальный размер гибридного источника питания для электромобиля с использованием литий-ионного аккумулятора и суперконденсатора. Конференция IEEE по мощности и движению транспортных средств, 2011 г. https://doi.org/10.1109/VPPC.2011.6043183 (2011).

  • 68.

    Фатхабади, Х. Объединение батареи топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC) с литий-ионной батареей для обеспечения потребностей в энергии гибридного электромобиля. Возобновляемая энергия 130 , 714–724, https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.06.104 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 69.

    Фатхабади, Х. Подключаемые гибридные электромобили: замена двигателя внутреннего сгорания вспомогательными источниками энергии на основе экологически чистых и возобновляемых источников энергии. IEEE Transactions on Power Electronics 33 , 9611–9618, https://doi.org/10.1109/tpel.2018.2797250 (2018).

    ADS Статья Google Scholar

  • 70.

    Ортузар, М., Морено, Дж. И Диксон, Дж. Вспомогательная энергетическая система на основе ультраконденсаторов для электромобиля: реализация и оценка. IEEE Transactions on Industrial Electronics 54 , 2147–2156, https://doi.org/10.1109/tie.2007.894713 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 71.

    Гавиха, Н., Кампилло, Дж., Болин, М. и Дальквист, Э. Обзор применения накопителей энергии на железнодорожном транспорте. Энергетические процедуры 105 , 4561–4568, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.980 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 72.

    Эррера В. И. и др. . Оптимальное управление энергопотреблением и определение размеров легкорельсового транспорта на аккумуляторных суперконденсаторах с использованием многокритериального подхода. Транзакции IEEE в отраслевых приложениях 52 , 3367–3377, https://doi.org/10.1109/tia.2016.2555790 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 73.

    Гонсалес-Гил, А., Паласин, Р. и Бэтти, П. Устойчивые городские железнодорожные системы: стратегии и технологии для оптимального управления рекуперативной энергией торможения. Преобразование энергии и управление 75 , 374–388, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.06.039 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 74.

    Уайт, К., Томпсон, Б. и Свон, Л. Г. Переработанные характеристики аккумуляторной батареи электромобиля в службе регулирования частоты вторичной электросети. Журнал по хранению энергии 28 , 101278, https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101278 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 75.

    Shokrzadeh, S. & Bibeau, E. Устойчивая интеграция возобновляемых источников энергии и электрифицированного легкового транспорта посредством перепрофилирования аккумуляторов электрических транспортных средств. Energy 106 , 701–711, https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.03.016 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 76.

    Assuncao, A., Moura, P. S. & de Almeida, A. T. Технико-экономическая оценка вторичного использования перепрофилированных аккумуляторных батарей электромобилей в жилом секторе для поддержки солнечной энергии. Applied Energy 181 , 120–131, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.056 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 77.

    Пиллер, С., Перрин, М. и Йоссен, А. Методы определения состояния заряда и их применения. Журнал источников энергии 96 , 113–120, https://doi.org/10.1016/s0378-7753(01)00560-2 (2001).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 78.

    Коулман, М., Херли, У. Г. и Ли, К. К. Усовершенствованный метод определения характеристик батареи с использованием испытания с двухимпульсной нагрузкой. IEEE Transactions on Energy Conversion 23 , 708–713, https://doi.org/10.1109/tec.2007.9 (2008).

    ADS Статья Google Scholar

  • 79.

    МЭК. IEC 61951-1: 2017 Вторичные элементы и батареи, содержащие щелочные или другие некислотные электролиты — Вторичные герметичные элементы и батареи для портативных применений — Часть 1: Никель-кадмиевые (2017).

  • 80.

    МЭК. IEC 61960-3: 2017 Вторичные элементы и батареи, содержащие щелочные или другие некислотные электролиты. Вторичные литиевые элементы и батареи для портативных применений. Часть 3. Призматические и цилиндрические литиевые вторичные элементы и батареи, изготовленные из них (2017).

  • 81.

    ISO. ISO 12405-4: 2018 Дорожные транспортные средства с электрическим приводом. Технические требования к испытаниям литий-ионных тяговых аккумуляторных батарей и систем. Часть 4: Эксплуатационные испытания (2018 г.).

  • 82.

    Chung, H.-C. Разработка технологий и полевые испытания инновационных домашних систем хранения энергии. Open Science Framework https://doi.org/10.17605/OSF.IO/PFh4G (2019).

  • Испытание электрохимических конденсаторов: циклические зарядно-разрядные батареи

    Введение

    Это примечание по применению является частью 2, описывающей электрохимические методы для устройств накопления энергии. В нем объясняется измерительное программное обеспечение Gamry PWR800 и описываются методы исследования электрохимических конденсаторов.Это примечание по применению также можно распространить на тестирование аккумуляторов.

    Введение в электрохимические конденсаторы можно найти в Части 1 этой заметки по применению, в которой обсуждаются методы, знакомые химикам, работавшим не в области накопления энергии. Часть 3 описывает теорию и практику измерения EIS на конденсаторах.

    Вы можете найти все части этого примечания по применению в разделе примечаний по применению на домашней странице Gamry, www.gamry.com.

    Experimental

    Данные, показанные в этой заметке, были записаны на потенциостате Gamry Instruments с использованием программного обеспечения Electrochemical Energy.Испытания проводились с коммерческими двухслойными электрическими конденсаторами (EDLC) 3 Ф (P / N ESHSR-0003C0-002R7) и 5 ​​F (P / N ESHSR-0005C0-002R7) от Nesscap [1]. EDLC демонстрируют гораздо меньшее время зарядки и разрядки, чем батареи, что значительно сокращает время на измерения.

    Основы циклического заряда-разряда

    Циклический заряд-разряд (ПЗС) — это стандартный метод, используемый для проверки рабочих характеристик и срока службы EDLC и батарей. Повторяющийся цикл зарядки и разрядки называется циклом.

    Чаще всего заряд и разряд проводятся при постоянном токе до достижения заданного напряжения. Заряд (емкость) каждого цикла измеряется и рассчитывается емкость C в фарадах (Ф) (уравнение 1).

    где Q — заряд в кулонах, а V — окно напряжения. Оба графика показаны как функция номера цикла. Эта кривая называется кривой производительности.

    На практике заряд обычно называют емкостью. Обычно емкость измеряется в ампер-часах (Ач), где 1 Ач = 3600 кулонов.

    Если емкость падает на заданное значение (обычно 10% или 20%), фактическое количество циклов указывает срок службы конденсатора. Как правило, коммерческие конденсаторы могут работать в течение сотен тысяч циклов.

    На рисунке 1 показаны данные ПЗС, записанные на новом 3 F EDLC. Показаны пять циклов с графиком зависимости тока и напряжения от времени, причем каждый цикл показан другим цветом.

    Сигнал более светлого цвета — это ток, подаваемый на конденсатор. Форма волны более темного цвета показывает измеренное напряжение.Конденсатор переключали между 0 В и 2,7 В при токе ± 0,225 А.

    Рис. 1. Тест CCD на новом 3 F EDLC. Напряжение и ток в зависимости от времени показаны для пяти циклов. Подробности см. В тексте.

    Этот новый EDLC показывает почти идеальное поведение: наклон кривой (dV / dt) постоянный и определяется уравнением. 2.

    В — потенциал элемента в вольтах (В), I — ток элемента в амперах (А), а Q — заряд в кулонах (Кл) или ампер-секундах (А · с).

    На рис. 2 показана та же процедура ПЗС, но на конденсаторе емкостью 3 Ф, поврежденном чрезмерным напряжением. Очевидно, что поведение этого конденсатора далеко от идеального.

    Рис. 2. Тест CCD на поврежденном 3 F EDLC. Напряжение и ток в зависимости от времени показаны для пяти циклов. Подробности см. В тексте.

    Повышенный саморазряд вызывает экспоненциальную форму напряжения заряда и разряда в зависимости от времени. Более высокое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) также приводит к большому падению напряжения (IR-drop) на каждом полупериоде, что резко снижает мощность и емкость.Ущерб значительно снизил эффективность этого EDLC.

    Программа циклической зарядки-разрядки Gamrys

    На рисунках 1 и 2 показаны отдельные кривые зарядки и разрядки. Чаще всего данные CCD отображаются в виде кривой производительности: производительность в зависимости от количества циклов.

    Файл данных CCD Gamry содержит дополнительную информацию, которая позволяет построить график ∆ емкости, энергии, энергоэффективности, кулоновской эффективности и емкости в зависимости от количества циклов.

    На рисунке 3 показаны типичные окна настройки для эксперимента CCD, представленные на трех страницах.Простой тест CCD состоит из повторяющегося цикла, состоящего из нескольких этапов:

    1. Постоянный ток заряда

    2. Потенциостатическая фиксация (опция)

    3. Отдых при потенциале холостого хода (OCP) (опция)

    4. Разряд постоянного тока

    5. Отдых в (OCP) (опционально)

    На странице Page 1 настройки можно определить имя выходного файла, а также различные параметры ячейки и настройки.Параметр Рабочий вывод указывает, как потенциостат подключен к ячейке. Когда рабочий провод (зеленый) подключен к положительному электроду (разрядному катоду) электрохимической ячейки, выберите переключатель «Положительный» для этого параметра. В противном случае установите для этого параметра переключатель «Отрицательный».

    Дополнительный модуль Cable Check предупреждает в отдельном окне, насколько кабельные соединения подходят для выбранного типа ячейки .


    Пожалуйста, обратитесь к меню Gamry Help для подробного описания всех параметров настройки.

    Рис. 3. Программная установка для эксперимента CCD.

    Reference 3000 со вспомогательным электрометром позволяет индивидуально измерять напряжение до восьми ячеек в последовательно соединенной батарее. При подключении в окне настройки появляется необязательный параметр. Этот параметр состоит из флажков, позволяющих выбрать, какие каналы активны во время эксперимента.

    Все соответствующие параметры для этапов заряда и разряда устанавливаются на Page 2 настройки CCD (см. Рисунок 3).

    Эксперимент с ПЗС-матрицей можно начать с этапа заряда или разряда. Продолжительностью теста CCD можно управлять с помощью номера цикла и различных критериев Конец цикла (см. Рисунок 4). Измерение останавливается после достижения предела цикла, критерия завершения цикла, или его можно отменить в любое время, нажав F1 ‑ Abort.

    Рисунок 4 . Выбираемые критерии окончания цикла, которые могут преждевременно прервать эксперимент ПЗС.

    Отдельную длину шага заряда / разряда можно дополнительно контролировать, задав максимальное время или различные критерии остановки (см. Рисунок 5). Критерий остановки может определяться напряжением, температурным режимом, зарядом или энергией ячейки. Этап зарядки / разрядки прерывается преждевременно, если выполняется любой из установленных критериев. Затем эксперимент с ПЗС продолжается следующим этапом.

    После каждого отдельного шага емкость ячейки автоматически рассчитывается и отображается на кривой емкости.

    Рисунок 5 . Выбираемые критерии остановки заряда / разряда.

    Этап разряда допускает четыре различных режима: Постоянный ток, Постоянная мощность, Постоянная нагрузка или Постоянная скорость (емкость * N, емкость / N) (см. Рисунок 6).Обратите внимание, что этап зарядки может быть выполнен только в режиме постоянного тока для экспериментов с ПЗС. Однако эксперименты с одним зарядом также можно проводить в режиме постоянной C-скорости.

    Рис. 6. Выбираемые режимы для шага разряда (показан режим постоянной скорости C).

    C ‑ rate (скорость заряда или разряда) определяет, насколько быстро аккумулятор заряжается или разряжается. Обычно емкость аккумулятора составляет 1С. Это означает, что аккумулятор емкостью 1 Ач обеспечивает ток 1 А в течение одного часа.Более высокие коэффициенты C обеспечивают больший ток, но более короткий период.

    Два параметра имеют решающее значение при выборе режима постоянной скорости C. Первый параметр — это номинальная / ожидаемая емкость батареи и устанавливается в первом окне настройки эксперимента CCD. Второй параметр — это множитель / делитель N и определяет скорость. Обратите внимание, что N — целое число. Используйте Capacity * N для значений C выше 1C и Capacity / N ниже 1C.

    Включение Voltage Finish удерживает потенциостатический элемент ячейки на конечном потенциале до тех пор, пока измеренный ток не упадет ниже предельного значения или не будет достигнуто заданное время.Этот шаг особенно рекомендуется, если проводятся (необязательные) эксперименты EIS, поскольку он гарантирует, что потенциал остается стабильным и не дрейфует.

    Соответствующие параметры EIS могут быть установлены в Page 3 настройки CCD. Кроме того, можно выбрать интервалы сохранения необработанных данных (отдельные кривые заряда и разряда), а также данных импеданса.

    ПЗС на одинарных 3 F EDLC

    Различные пределы напряжения

    Рисунок 7. Изменение емкости EDLC 3 F в процентах во время переключения на различные пределы напряжения. (синий) 2,7 В, (зеленый) 3,1 В, (красный) 3,5 В, (фиолетовый) 4,0 В. Подробнее см. в тексте.

    Срок службы зависит от ряда переменных:

    • Предельное напряжение,
    • Ток, используемый для заряда и разряда,
    • Температура

    Чтобы продемонстрировать первую точку, четыре 3 F EDLC были циклически включены в различные пределы напряжения, большинство из которых значительно превышает максимальное напряжение 2,7 В, указанное для EDLC.

    На рисунке 7 показаны соответствующие кривые с относительным изменением емкости до 50 000 циклов. Конденсаторы заряжались и разряжались током ± 2,25 А. Нижний предел напряжения составлял 1,35 В, что составляет половину номинального напряжения EDLC. Верхние пределы напряжения были установлены на 2,7 В, 3,1 В, 3,5 В и 4,0 В.

    Затухание емкости более выражено на образцах, заряженных до более высоких пределов напряжения. Емкость снижается всего на 10% после 50 000 циклов при потенциалах ниже 3.0 В. Конденсатор, заряженный до 4,0 В, потерял 20% своей емкости после 500 циклов.

    Сильное ухудшение характеристик при более высоких потенциалах в основном происходит, когда электрохимические реакции Фарадея разлагают электролит. Это может повредить поверхность электрода, привести к газообразованию, повредить электроды и иметь другие неблагоприятные последствия.

    Различные токи заряда и разряда

    Срок службы также зависит от приложенного тока. Чтобы продемонстрировать влияние более высоких токов на эксперименты с ПЗС, были выбраны значения тока, значительно превосходящие характеристики конденсатора.Используемые конденсаторы емкостью 3 Ф рассчитаны на ток 3,3 А.

    Для этих экспериментов требовались токи более 3 А. Для этого требуется усилитель Gamry Instruments Reference 30k Booster.

    Рис. 8. Кривые пропускной способности 3-фазного EDLC во время цикла с разными токами. (синий) 2,25 А, (зеленый) 7,5 А, (красный) 15 А.

    Кривые емкости при более высоких токах показывают резкое снижение емкости с увеличением номера цикла.Два EDLC, для которых использовались циклы 7,5 А и 15 А, вышли из строя, не дойдя до 400 и 800 циклов соответственно.

    Даже в первом цикле ПЗС более высокие токи приводят к снижению емкости. Напряжение теряется из-за падения IR (потеря напряжения В) согласно формуле. 3:

    Падение напряжения IR не используется при зарядке и разрядке конденсатора. И при зарядке, и при разрядке эффективный диапазон напряжений V eff уменьшается вдвое по сравнению с падением напряжения IR.

    Предполагая ESR 40 мОм для конденсаторов 3 Ф, мы ожидаем эти параметры для разных токов:

    Усилитель Reference 30k Booster является расширением для Reference 3000 с допустимым током, увеличенным до ± 30 A. Он работает со всеми приложениями для Reference 3000, включая вспомогательный электрометр. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Gamry: www.gamry.com

    I (А)

    В Потеря (В)

    В эфф (В)]

    Q (мАч)

    P Потеря (Вт)

    2.25

    0,09

    1,97

    1,6

    0,2 ​​

    7,5

    0,3

    1,55

    1,3

    2,3

    15

    0.6

    0,95

    0,8

    9,0

    Таблица 1. Расчетное падение напряжения IR, эффективный диапазон напряжения, емкость и потери мощности для 3 F EDLC с 40 мОм ESR. Подробности см. В тексте.

    IR-drop снижает емкость примерно на 19% и 50% соответственно. Обратите внимание на приблизительное совпадение начальных емкостей измерений с 7.5 А и 15 А на Рисунке 8 и в Таблице 1.

    Два конденсатора, проработавшие циклически с током 7,5 А и 15 А, сильно нагрелись, прежде чем выйти из строя.

    Тепло, выделяемое при быстром цикле, также вызвано потерями инфракрасного излучения. Предполагая постоянное значение ESR, потери мощности P Loss в этих устройствах можно оценить по формуле. 4:


    Таблица 1 показывает, что потери мощности оцениваются более чем в 2 Вт даже при 7,5 А. Небольшие конденсаторы емкостью 3 Ф, используемые для этих тестов, не могут рассеять такую ​​мощность, не будучи очень горячими.Тепло может вызвать деградацию электролита и резко сократить срок службы.

    Конденсатор, проверенный на 15 А, был настолько сильно раздут в конце теста, что удивительно, что он не лопнул.

    ПЗС на стеках для более высоких напряжений

    Сбалансированный стек

    Для приложений большой мощности несколько устройств накопления энергии часто объединяются в последовательные и параллельные цепи. Для последовательно соединенных конденсаторов уравнения. Применяются 5 и 6:

    Общая емкость для n идентичных конденсаторов составляет n часть емкости одного конденсатора.Отдельные напряжения конденсаторов суммируются, чтобы получить общее напряжение пакета.

    На Рисунке 9 показана принципиальная схема последовательно соединенного блока конденсаторов.

    Рисунок 9 . Схема последовательно соединенных конденсаторов с подключениями вспомогательного электрометра.

    Если все отдельные ячейки в стеке имеют одинаковые параметры, стек называется сбалансированным. Стек является несбалансированным, если есть ячейки, которые различаются по таким параметрам производительности, как емкость, ESR или сопротивление утечке.

    Вспомогательный электрометр Gamry (AE) позволяет детально исследовать отдельные ячейки в стопке. Каждый отдельный канал (AECH 1, AECH 2, AECH 3,…) измеряет напряжение на ячейке.

    Кривые грузоподъемности не могут отображать неровности штабелей. Все ячейки получают одинаковый ток, поэтому их емкости идентичны. В следующих разделах тесты были выполнены с небольшими пакетами, содержащими три последовательно соединенных EDLC. Стопки были намеренно разбалансированы, чтобы показать эффект двух общих нарушений.Для выявления этих нарушений использовались разные графики.

    Несимметричный пакет с разными емкостями

    Использование конденсаторов с разными емкостями в пакете приводит к колебаниям напряжения, определяемым уравнением 7.

    Применение постоянного заряда Q в пакете приводит к более низкому напряжению V i для одиночных ячеек с большей емкостью C i .

    Последовательный стек, состоящий из двух 3 F EDLC (C 1 , C 2 ) и одного 5 F EDLC (C 3 ) (см. Также рисунок 9), использовался для тестирования несбалансированного стека.Все три конденсатора были первоначально заряжены до 1,35 В перед добавлением в батарею, поэтому начальное напряжение батареи было близко к 4 В.

    В батарее были циклически циклически выполнены 500 циклов с током ± 0,225 А. Испытание началось с заряда. шаг. Пределы цикла были установлены на 4 В и 9,5 В. Напряжение каждой отдельной ячейки измерялось с помощью трех каналов АЭ.

    Рис. 10. Предельные потенциалы для процесса заряда (темнее) и разрядки (светлее) несбалансированной батареи с двумя 3 F EDLC (синий C 1 , зеленый C 2 ) и одним 5 F EDLC (красный C 3 ).

    На рисунке 10 показано одно представление данных этого теста. График зависимости предельных напряжений каждого канала для заряда (более темный цвет) и шага разряда (более светлый цвет) от номера цикла.

    Как и ожидалось, конечное напряжение разряда для каждой ячейки (независимо от емкости) близко к 1,3 В. Небольшие отклонения от 1,3 В, вероятно, вызваны дисбалансом тока утечки, описанным ниже.

    Конечное напряжение заряда поинтереснее. Если бы у нас был сбалансированный стек, напряжение полностью заряженного стека составляло 9.5 В будет равномерно разделено между ячейками, так что каждая ячейка будет заряжаться примерно до 3,16 В.

    Три F EDLC (C 1 и C 2 ) заряжаются примерно до 3,36 В в несбалансированной батарее. Каждый заряжен примерно на 200 мВ. Конденсатор 5 Ф (C 3 ) заряжен только примерно до 2,7 В и, следовательно, недозаряд на 400 мВ. Дисбаланс напряжения не зависит от номера цикла.

    На рисунке 11 показана зависимость рассчитанной энергии шага заряда от номера цикла для того же измерения.

    Рисунок 11 . Зависимость энергии заряда от количества циклов одиночных ячеек в несбалансированном стеке с двумя 3 F EDLC (синий C 1 , зеленый C 2 ) и одним 5 F EDLC (красный C 3 ).

    В конденсаторной батарее с несимметричными значениями емкости конденсаторы с наибольшей емкостью имеют более низкий диапазон эффективного напряжения. Эти отклонения напряжения также приводят к разнице в энергии.

    Энергия EDLC 5 F снижена из-за более низких пределов напряжения.Два 3 F EDLC пытаются уравновесить эту потерю напряжения более высокими напряжениями. Их энергоемкость увеличилась.

    В крайних случаях повышение напряжения (и энергии) может быть достаточно большим, чтобы повредить элементы, вызывая угрозу безопасности.

    Несбалансированная батарея с разным сопротивлением утечке

    Устойчивость к утечке влияет как на производительность батареи, так и на срок ее службы. Оно может измениться с возрастом конденсатора. Низкое сопротивление утечки приводит к более высоким токам утечки, которые разряжают элемент без приложения внешнего тока.

    Сопротивление утечки можно смоделировать как резистор, параллельный конденсатору (см. Рисунок 12).

    Рисунок 12. Схема последовательно подключенных конденсаторов с подключениями AE. Параллельные резисторы R 1 и R 2 имитируют различные сопротивления утечки.

    На рисунке 13 показан саморазряд от тока утечки. Два резистора (R 1 = 16,5 кОм, R 2 = 154 кОм) были установлены параллельно C 1 и C 2 .Собственное сопротивление утечки для C 3 находится в диапазоне МОм. Все три конденсатора имеют номинальную емкость 3 F. Пакет был заряжен до 8,1 В с использованием зарядного тока 0,225 А. После зарядки до 8,1 В напряжение регистрировалось в обесточенном состоянии в течение 6 часов.

    Внутренний ток утечки приводит к постоянному дрейфу напряжения, разряжающему элемент. Конденсатор С 1 с наименьшим сопротивлением утечки имеет наибольший ток утечки. Это вызывает самые высокие потери напряжения (около 850 мВ).Для сравнения, полная потеря напряжения батареи составляет около 1 В через 6 часов.

    Рис. 13. Саморазряд в течение 6 часов несбалансированной батареи (фиолетовый) и ее отдельных элементов (синий C 1 , зеленый C 2 , красный C 3 ) с различными сопротивлениями утечки.

    Расчетный ток утечки для C 1 составляет 47 мкА, тогда как два других конденсатора показывают значения только 7 мкА (C 2 ) и 2 мкА (C 3 ).

    Это измерение было выполнено с помощью специального скрипта саморазряда в программном обеспечении (версия 5.61 и новее) с именем PWR Self-Discharge.exp

    Более высокие токи утечки также приводят к увеличению потерь энергии и мощности. На рисунке 14 показано поведение энергии во время езды на велосипеде. В предыдущей установке пакета использовалось 500 циклов между 4 В и 8,1 В с током ± 0,225 А.

    Рисунок 14. Зависимость энергии заряда от количества циклов одиночных ячеек (синий C 1 , зеленый C 2 , красный C 3 ) с разными сопротивлениями утечки в несбалансированной батарее.

    Более высокие токи утечки вызывают постоянное затухание энергии во время цикла. Энергия C 1 непрерывно уменьшается из-за более высокого саморазряда. Это контрастирует с рисунками 10 и 11, где дисбаланс напряжения и энергии не зависел от номера цикла.

    Конденсаторы C 2 и C 3 компенсируют эти потери и перезаряд до более высоких напряжений. Энергия увеличивается, но это может происходить за счет более низкой электрохимической стабильности и сокращения срока службы.

    Заключение

    В этом примечании к применению описывается программное обеспечение ПЗС Gamry с помощью тестов на одиночных 3 F EDLC и небольших стеках. Было представлено влияние различных параметров установки на производительность EDLC и описано влияние общих неровностей в стопках. Комбинация исследования отдельных ячеек и регистрации нескольких параметров позволяет точно оценивать неровности в штабелях.


    [1] Nesscap Energy Inc., 24040 Camino Del Avion # A118, Monarch Beach, CA 92629.

    Циклы зарядки литий-ионных полимерных аккумуляторов

    Литиевые батареи

    или литий-ионные полимерные (LiPo) батареи — это батареи, в которых в качестве материала отрицательного электрода используется литий, а также используется неводный раствор электролита. В 1912 году литий-металлические батареи были впервые предложены и изучены Гилбертом Н. Льюисом. В 1970-е годы М.С. Уиттингем предложил и начал исследовать литий-ионные батареи. Однако из-за сложностей, связанных с использованием нестабильного металлического лития, батареи в то время не были популярны.

    Благодаря дальнейшему развитию литий-ионные полимерные батареи быстро стали предпочтительным источником питания для многих приложений и отраслей. По этой причине в этой статье мы подробно рассмотрим циклы зарядки литий-ионных полимерных аккумуляторов.

    Что такое цикл зарядки?

    Некоторые потребители могут сказать, что срок службы литий-ионных полимерных батарей при зарядке и разрядке составляет «500 раз». Но что такое «500 раз»? Это относится к количеству циклов зарядки и разрядки аккумулятора.

    Давайте посмотрим на пример: допустим, есть литиевая батарея, которая использует только половину своего заряда за один день, а затем полностью заряжается. На следующий день он снова использует только половину своей мощности. Хотя аккумулятор заряжался дважды, это считается не одним циклом зарядки, а двумя.

    Цикл зарядки — это когда батарея переходит от полностью заряженной к разряженной, а затем от разряженной к полностью заряженной; это не одно обвинение. Из предыдущего примера ясно, что для завершения цикла обычно может потребоваться несколько зарядов.

    Каждый раз, когда цикл зарядки завершается, емкость аккумулятора немного уменьшается. Однако уменьшенная емкость очень мала. Качественные аккумуляторы сохранят 80% своей первоначальной емкости после многих циклов зарядки. Многие продукты с литиевыми батареями все еще будут использоваться через два или три года. Конечно, по истечении срока службы литиевой батареи ее все равно необходимо заменить.

    В конечном счете, срок службы 500 циклов означает, что производитель достиг примерно 625 раз перезарядки при постоянной глубине разряда (например, 80%) и достиг 500 циклов зарядки.Другими словами, если мы проигнорируем другие факторы, которые могут снизить емкость литий-ионного аккумулятора, и возьмем 80% от 625, мы получим 500.

    Однако из-за различных факторов в жизни, особенно с учетом того, что глубина разряда (DOD) во время зарядки непостоянна, «500 циклов зарядки» можно использовать только как ссылку на срок службы батареи.

    В целом, срок службы литиевой батареи лучше рассматривать как отношение к количеству завершений цикла зарядки, а не как прямое отношение к количеству зарядов.

    Глубокая и мелкая загрузка

    Вот еще один способ представить себе циклический срок службы литий-ионных полимерных батарей: срок службы литиевой батареи обычно составляет от 300 до 500 циклов зарядки. Предположим, что емкость, обеспечиваемая полным разрядом, равна Q. Если не учитывать снижение емкости после каждого цикла зарядки, литиевые батареи могут обеспечивать или дополнять мощность 300Q-500Q в целом в течение своего срока службы. Из этого мы знаем, что если вы используете 1/2 каждый раз, вы можете заряжать 600-1000 раз; если использовать 1/3 каждый раз, можно заряжать 900-1500 раз.По аналогии, если вы заряжаете случайным образом, количество раз неизвестно. Короче говоря, независимо от того, как заряжается литиевая батарея, постоянно добавляется в общей сложности от 300 к 500 кОм мощности. Следовательно, мы также можем понять это: срок службы литиевой батареи зависит от общего заряда батареи и не имеет никакого отношения к количеству зарядов. Влияние глубокой зарядки и неглубокой зарядки на срок службы литиевых батарей схоже.

    На самом деле, мелкий разряд и мелкий заряд более выгодны для литиевых батарей.Глубокая зарядка необходима только в том случае, если силовой модуль продукта откалиброван для литиевых батарей. Следовательно, продукты с литий-ионным питанием не должны быть ограничены технологическим процессом: их можно заряжать в любое время, не беспокоясь о том, что это повлияет на срок службы батареи.

    Влияние температуры на срок службы батареи

    Если литий-ионный полимерный аккумулятор используется при температуре окружающей среды, превышающей указанную рабочую температуру (выше 35 ℃), мощность аккумулятора будет продолжать снижаться.Другими словами, время работы от батареи будет меньше обычного. Если устройство заряжать при таких температурах, повреждение аккумулятора будет больше. Даже если аккумулятор хранится в условиях высокой температуры, это неизбежно приведет к его повреждению. Поэтому рекомендуется как можно чаще использовать литий-ионные полимерные батареи при нормальных рабочих температурах.

    Если вы используете литиевые батареи в условиях низкой температуры (ниже 4 ℃), срок службы батареи также сократится.Некоторые старые литиевые батареи мобильных телефонов нельзя заряжать даже при низких температурах. Однако, в отличие от высоких температур, при повышении температуры молекулы в аккумуляторе нагреваются и немедленно возвращаются к предыдущему заряду.

    Изучив характеристики батарей при таких экстремальных температурах, теперь возникает вопрос, есть ли какие-либо батареи, которые можно использовать в средах с низкими или высокими температурами.

    В настоящее время батареи GREPOW могут использоваться в диапазоне температур от -50 ℃ до 50 ℃ или от 20 ℃ до 80 ℃.Ток разряда наших низкотемпературных литиевых аккумуляторов составляет 0,2 ° C при -50 ° C, что обеспечивает эффективность более 60%, эффективность более 80% при -40 ° C и эффективность около 80% при -30 ° C.

    Мы можем изготовить аккумуляторы на заказ в зависимости от ваших требований.

    Источник графиков от Grepow Низкотемпературная литиевая батарея Источник графиков от Grepow Низкотемпературная литиевая батарея

    Цикл заряда-разряда

    Чтобы получить максимальную отдачу от литий-ионных аккумуляторов, вам необходимо часто использовать их, чтобы электроны в литиевых аккумуляторах всегда находились в текучем состоянии.Если вы не часто используете литиевые батареи, не забывайте выполнять цикл зарядки каждый месяц и один раз выполнять калибровку мощности, то есть глубокую разрядку и глубокую зарядку.

    После того, как номинальное количество циклов зарядки и разрядки израсходовано, способность аккумулятора накапливать энергию упадет до определенного уровня, но аккумулятор можно будет продолжать использовать.

    Литиевые батареи

    не имеют ограничений по количеству перезарядок. Обычные производители могут заряжать и разряжать аккумуляторы не менее 500 раз, при этом емкость поддерживается на уровне более 80% от начальной емкости.Если заряжать и разряжать один раз в день, батареи можно использовать в течение двух лет. Обычно аккумуляторы в мобильных телефонах заряжаются 1000 или более раз, что приводит к тому, что аккумуляторы становятся очень недолговечными.

    Ниже приведен правильный метод обслуживания аккумулятора мобильного устройства:

    1. Заряжайте телефон каждый раз полностью.
    2. Не разряжайте аккумулятор полностью. Аккумулятор необходимо зарядить, если уровень заряда менее 10%.
    3. Зарядка оригинальным зарядным устройством; не используйте стороннее зарядное устройство.
    4. Не пользуйтесь мобильным телефоном, пока он заряжается.
    5. Не перезаряжайте: прекратите зарядку после полной зарядки аккумулятора.

    Согласно результатам экспериментов, срок службы литиевой батареи непрерывно сокращается с увеличением количества зарядов.

    Цикл работы литиевой батареи в соответствии с национальным стандартом

    Чтобы измерить, как долго можно использовать аккумулятор, указывается количество циклов.Фактические пользователи используют широкий спектр тестов, потому что тесты с разными условиями несопоставимы, и сравнение должно определять определение срока службы.

    Условия испытания на срок службы литиевой батареи и требования, указанные в национальном стандарте, следующие:

    Зарядка при 1 ° C при температуре окружающей среды 20 ° C ± 5 ° C. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает предельного напряжения зарядки 4,2 В, переходите к зарядке с постоянным напряжением до тех пор, пока зарядный ток не станет меньше или равен 1/20 ° C, прекратите зарядку, оставьте на 0.От 5 до 1 часа, а затем разрядите его при 1C до напряжения завершения 2,75 В.

    После завершения разряда оставьте его на 0,5–1 час, а затем выполните следующий цикл зарядки и разрядки два раза подряд. Срок службы менее 36 минут считается окончанием срока службы, а количество циклов должно быть больше 300 раз.

    Перейдя к национальному стандарту, следует пояснить следующее:

    1. Стандарт определяет, что испытание на жизнеспособность цикла выполняется в режиме глубокого заряда и глубокого высвобождения.
    2. Указан срок службы литиевой батареи. Согласно этой модели, емкость по-прежнему превышает 60% после ≥300 циклов.

    Однако количество циклов, получаемых разными системами циклирования, сильно различается. Например, остальные условия, указанные выше, остаются неизменными, и только постоянное напряжение 4,2 В изменяется на постоянное напряжение 4,1 В в течение срока службы батареи того же типа. Таким образом, аккумулятор больше не находится в состоянии глубокого заряда, а срок службы может быть увеличен почти на 60%.Затем, если напряжение отключения увеличивается до 3,9 В для тестирования, количество циклов следует увеличить в несколько раз.

    В связи с этим утверждением о том, что цикл зарядки и разрядки сокращается на один срок службы, мы должны обратить внимание на определение цикла зарядки литиевой батареи: цикл зарядки относится к полной зарядке литиевой батареи от разряженной до полной, а затем от пустого к полному процессу. И это не то же самое, что зарядка один раз.

    Кроме того, когда мы говорим о количестве циклов, мы не можем игнорировать условия цикла.Бессмысленно говорить о количестве циклов помимо правил, потому что количество циклов — это всего лишь способ измерить срок службы батареи.

    Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах или наших аккумуляторах, изготовленных на заказ, свяжитесь с нами по адресу [email protected] и посетите наш веб-сайт: https://www.grepow.com/ .

    Система зарядки / разрядки аккумуляторов серии HJ | Продукция

    HJ1001 SD8 Серия

    HJ предлагает различные модели для конкретных функций, применимые к различным измерениям для базовых исследований аккумуляторов и т. Д.
    Серия HJ-SD8 может обеспечить измерение полуячейки трехэлектродным методом с использованием электрода сравнения и может обеспечить испытание каждой характеристики на положительном и отрицательном материале (на независимых четырех выводах и с высоким входным импедансом).

    Свяжитесь с нами

    Характеристики

    Минимальное напряжение разряда может быть установлено до -2 В и позволяет провести полный тест разряда.
    ПК, подключенный к серии HJ, может выполнять одновременный многоканальный тест и анализ данных различных характеристик батареи.

    HJ-SD8

    • Независимый 8-канальный контроль заряда и разряда.
    • Минимальный интервал выборки данных составляет 10 мс.
    • Оснащен функцией записи переходных процессов, которая собирает данные переходных процессов за 10 мс.
      (в момент перехода в режим разряда из режима заряда при длительно часовом измерении.)
    • Оснащен операцией CC-CV с цифровым управлением для минимального выброса.
    • Автоматический выбор текущего диапазона.
    • Цифровой фильтр снижает шум.
      (Может работать при установке интервала времени сохранения данных более 500 мс.)
    • Оснащен режимами постоянного контроля мощности и постоянного сопротивления.
    • Состояние системы, ход измерения и предварительно заданные условия измерения можно увидеть на одном экране.
    • Возможность программирования максимум 20 шагов и 50 паттернов.
    • Оснащен функцией перехода, которая повторяет несколько непрерывных рисунков.
    • Оборудован высокоскоростной многоступенчатой ​​функцией:
      1 ступень-20 ступеней (макс.) И 1 ступень может быть установлена ​​на 10 мс (минимум)
    • Возможность управления максимум 16 устройствами (128 каналов) с помощью серверного ПК и клиентского ПК.
    • * Одна компьютерная система может управлять максимум 6 устройствами (48 каналов).

    Технические характеристики

    Тип HJ1001SD8 HJ1005SD8 HJ1010SD8
    Канал Число 8 каналов
    Настройка Независимая настройка для каждого канала
    Контроль Напряжение -2-10В
    Текущий ± 1A ± 5A ± 10А
    Время шага 0.1 сек -100 дней (разрешение 0,1 сек)
    Диапазон Напряжение 10 В
    Текущий 1A, 100 мА, 10 мА,
    1 мА, 100 мкА, Авто
    5A, 500 мА, 50 мА,
    5 мА, 500 мкА, Авто
    10A, 1A, 100mA,
    10mA, 1mA, Авто
    Метод управления CC, CC / CV, CP, CP / CV, CR (в режиме разряда)
    Связь Подключение к ПК через Ethernet
    Точность регулирования Напряжение ± 0.05% от контроля ± 1 мВ
    Текущий ± 0,05% от контроля ± 0,05% от полной шкалы. (более 10% от полной шкалы)
    Напряжение ± 0,05% от показания ± 1 мВ
    Текущий ± 0,05% от показаний ± 0,05% полной шкалы.
    Цепь защиты Обнаружение перенапряжения / перегрузки по току / обрыва линии напряжения
    Напряжение питания AC100 — 240 В, однофазный (* 1) AC200-240V однофазный
    Потребляемая мощность 350 ВА 1000 ВА 2500 ВА
    Размеры
    (Ш × В × Г мм)
    434 × 225 × 500 434 × 225 × 635 434 × 597 (* 2) × 450
    Масса 19 кг 30 кг 50 кг
    1. * 1 Прилагаемый кабель питания рассчитан только на напряжение 100 В переменного тока.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *