Обозначение на схеме акб: Условные обозначения для электрических схем — magazinakb.ru

Содержание

Условные графические и буквенные обозначения

Условные графические и буквенные обозначения устанавливаются государственными стандартами, что позволяет всем, кто работает со схемами электрических цепей, легко понимать их.

В схемах электрических цепей (силовых, управления, вспомогательных) электроподвижного состава наиболее часто используют следующие условные графические обозначения:

Заземление «Земля». Через коробку заземления провода низковольтных цепей соединяются с «минусом» аккумуляторной ба тареи, а высоковольтных — с ходовыми рельсами

Примечание. Принадлежность к тому или иному аппарату указывается сокращенным обозначением этого аппарата — номером или буквенным обозначением контактора или другого аппарата.

В схеме силовых цепей приняты следующие условные буквенные обозначения:

ТР — токоприемник рельсовый

КС1 — силовая соединительная коробка

КС2 — коробка заземления

Ц — главный предохранитель

ГВ — главный разъединитель

Л Kl — ЛК4 — линейные контакторы

РПЛ, РП1-3, РП2-4 — силовые катушки реле перегрузки (соответственно линейного, в цепи тяговых двигателей 1 и 3, 2 и 4)

Я1 — ЯЯ1, Я2 — ЯЯ2, ЯЗ — ЯЯЗ, Я4 — ЯЯ4 — начало и конец обмоток якорей тяговых двигателей

Kl — КК1, К2 — КК2, КЗ — ККЗ, К4 — КК4 — обмотки возбуждения тяговых двигателей

«Вперед», «Назад» — силовые контакторы реверсора КИП — КШ4 — электромагнитные контакторы ослабления возбуждения ИШ1-3, ИШ2-4 — индуктивные шунты в цепях 1-й и 2-й групп тяговых двигателей ТШ — электромагнитный контактор цепи подмагничивания тяговых двигателей PI — Р37 — резисторы

PKI — РК26 — силовые контакторы реостатного контроллера Т1 — Т22 — силовые контакторы переключателя положений РУТ — силовая катушка реле ускорения и торможения ЗУМ — заземляющее устройство РЗ-1 — реле защиты

Н1 — НН1, Н2 — НН2, ЯЗ — ННЗ, Н4 — НН4 — обмотки подмагничивания тяговых двигателей

В схемах вспомогательных цепей и цепей управления приняты следующие условные буквенные обозначения:

АБ — аккумуляторная батарея

КВ — контроллер машиниста

КРП — контроллер резервного пуска

РЦУ — разъединитель цепей управления

СДРК — серводвигатель реостатного контроллера

РК — реостатный контроллер

СДЯП — серводвигатель переключателя положений 3777# — электромагнитный дисковый тормоз переключателя положений

KIK — мотор-компрессор

КК — контактор мотор-компрессора

КО — контактор освещения

КЗ-2 — контактор заряда аккумуляторной батареи

ДВР — дверной воздухораспределитель

БД — дверные блокировки (конечные выключатели)

ВЗ-1, ВЗ-2 — вентили замещения

Р1-5 — контактор в цепи 1-го и 5-го проводов

АК — регулятор давления

УАВА — универсальный автоматический выключатель автостопа АВТ — автоматический выключатель тормоза КРР — кнопка резервного реверсирования Ф — фары

РП — реле перегрузки

«Возврат РП» — реле возврата реле перегрузки

РУТ — реле ускорения и торможения

НР — нулевое реле

СР-1 — стоп-реле

РВ-1, РВ-2 — реле времени

Р_пер — реле перехода

РР — реле реверсирования

РРТ — реле ручного торможения

РКП, РКМ — кулачковые контакторы реостатного контроллера РЗ — реле заряда

ПРВ — промежуточное реле времени РЗ-2 — реле сигнализации РРП — реле резервного пуска ВУ- выключатель управления КУ- кнопка управления

ПС, ПП, ПТ1, ПТ2 — блок-контакты переключателя положений соответственно для позиций последовательного и параллельного соединения тяговых двигателей в режиме тяги, для позиций «Тормоз 1» и «Тормоз 2».

Контрольные вопросы 1. Для чего нужны условные обозначения в схемах электрических цепей?

2. Чем определяются условные обозначения?

⇐Виды схем, принципы их построения | Электропоезда метрополитена | Способы управления тяговыми двигателями⇒

Условные обозначения на электрических принципиальных схемах КамАЗ 5490.

Условные обозначения на электрических принципиальных схемах КамАЗ 5490.

Пример обозначения провода:

W68 0.70 mm Ч – провод № W68, черный, сечение 0.75 кв.мм.

Опции.

СС – тип кабины:

СС01 – С двумя спальными местами;
СС01 – С одним спальным местом;
СС02 – Без спального места.

GA – Тип Коробки передач:

GA01 – Механическая КП;
GA02 – Механическая КП с автоматическим управлением;
GA04 – Механическая с автоматическим управлением, Traxon.

GB – Ретардер:

GB00 – Нет;
GB01 – Да.

LC – АБС:

LC00 – без электронного управления;
LC01 – ABS;
LC02 – ABS/ASR;
LC03 – ABS/ASR/ESP;
LC04 – EBS.

LN – Расширение функций пневматической системы:

LN 00 – Нет;
LN 01 – Контроль нагрузки на ось, компенсация продавливания шин.

VA – Автопоезд:

VA01 – Одиночный автомобиль;
VA02 – Автомобиль-автопоезд.

VF – Колёсная формула:

VF01 – 4×2;
VF01 – 4×4;
VF03 – 6×2-2;

VF04 – 6×2/2;
VF05 – 6×4;
VF06 – 6×6;
VF07 – 8×4;
VF08 – 8×8.

VN – Назначение:

VN01 – Шасси;
VN02 – Автомобиль с надстройкой;
VN03 – Седельный тягач;
VN09 – Шасси с опасным грузом;
VN10 – Седельный тягач с опасным грузом.

ХР – Передняя подвеска:

ХР01 – Рессорная;
ХР02 – Пневматическая;
ХРОЗ – Независимая.

YP – Задняя подвеска:

YP01 – Рессорная;
YP02 – Пневматическая;
YP03 – Независимая.

Поделиться ссылкой:

Электросхемы автомобилей — как правильно читать обозначения + Видео

Все больше и больше современных автомобилей становятся настоящим сбором электронных устройств. Ведь с увеличением комфорта и улучшением характеристик двигателя, в автомобилях применяется большое количество различных приборов и аппаратов управления. Все это усложняет обслуживание электрической части автомобиля и требует необходимости умения читать электрические схемы. В этой статье мы расскажем вам, что такое электрические схемы, для чего нужно уметь читать их, и расскажем вам об основных обозначения.

Что такое электрическая схема?

Электрическая схема представляет собой графическое (на бумаге) изображение специальных символов и пиктограмм, которые имеют параллельное или последовательное соединение. Схема никогда не показывает действительное изображение совокупности предметов, а лишь показывает их связь между собой. Таким образом, если знать, как правильно читать схемы, можно разобраться в принципе действия того или иного устройства или системы устройств.

Практически на всех электрических схемах располагаются следующие предметы:

Источник питания. Таковым является аккумуляторная батарея или генератор.
Проводники – провода, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии по цепи.
Аппаратура управления – это устройства, предназначенные для замыкания или размыкания электрической цепи, которые могут присутствовать или отсутствовать в схеме.
Потребители электрической энергии – это все приборы или устройства, которые осуществляют преобразование электрического тока в другой вид энергии. Например, прикуриватель преобразует электрический ток в тепловую энергию.

Для чего нужно уметь читать электрические схемы?

Такие знания не нужны были владельцам первых автомобилей. Дело в том, что их электрооборудование было ограниченным, что позволяло легко запомнить связь элементов цепи и выучить все провода наизусть. Другое дело современные автомобили, где монтируется большое количество электротехнических устройств и приборов. Вот тут электрическая схема понадобится в обязательном порядке.

Умение читать схему может понадобиться вам при эксплуатации любого автомобиля. Это поможет вам легко найти и устранить мелкие неисправности связанные с отказом того или иного электрического прибора. Ведь диагностика неисправностей и затем последующий ремонт могут обойтись в довольно немалую сумму. Почему бы не сделать это самостоятельно?

В другом случае, знание схемы поможет вам при подключении новых электрических приборов. Многим водителям схема помогает осуществить монтаж сигнализации, автозапуска и многих других устройств, где подключение к бортовой сети автомобиля является обязательным.

Многие водители затрудняются с подключением цепи прицепа к электрической сети автомобиля. Знание элементов схемы поможет вам быстро найти неисправность и произвести ее оперативное устранение.

Видео — Как читать схему проводки автомобиля

Условные обозначения на электросхемах авто

Условные обозначения электрических схем не представляют собой ничего сложного. Чтобы понять их, необходимо иметь минимальное представление о действии электрического тока.

Как известно, ток – это упорядоченное движение заряженных частиц по проводникам электрического тока. В роли проводников выступают разноцветные провода, которые обозначаются в схеме в виде прямых линий. Цвет линий должен в обязательном порядке соответствовать цвету проводов в действительности. Именно это и помогает разобраться водителю с толстыми жгутами проводов и не запутаться.

Различные контактные соединения обозначаются при помощи специальных цифр, которые есть как на схеме, так и в местах соединения. Как правило, такими цифрами в обязательном порядке обладают реле, имеющие множество контактных выводов. Элементы электрической цепи на схеме подписываются при помощи цифр. Внизу схемы или в виде отдельной таблицы отображается специальная расшифровка этих чисел, которая отображает название элемента цепи.

Подытожим. Читать электрические схемы – это достаточно легкое занятие. Главное правильно взаимодействовать с условными обозначениями и уметь понимать симптомы неисправности, чтобы своевременно и правильно определить род и место неисправности на схеме.

5. Классификация аккумуляторов, их типы и условные обозначения

Классификация

По виду накапливаемой энергии аккумуляторы бывают: электрические, гидравлические, тепловые, инерционные.

Области применения: свинцовые (кислотные) – авиация, авто, связь; кадмиево-никелевые, железо-никелевые (щелочные) – авиация, связь, космические аппараты; серебряно-цинковые, серебряно-кадмиевые (щелочные) – авиация, средства связи, киносъёмная аппаратура.

На автомобилях применяют стартерные свинцовые аккумуляторные батареи. Аккумуляторная батарея обеспечивает питание электростартера при пуске двигателя и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или его недостаточной мощности. Электростартер является основным потребителем энергии аккумуляторной батареи. Работа в стартерном режиме определяет тип и конструкцию батареи.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи классифицируют по номинальному напряжению (6 и 12 В) и номинальной емкости, а также по функционально-конструктивному признаку: батареи обычной конструкции (в моноблоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками над крышками), батареи в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой, батареи необслуживаемые (с общей крышкой).

На стартерные аккумуляторные батареи наносят товарный знак предприятия-изготовителя, указывают тип батареи, дату выпуска и обозначение стандарта или технических условий на батарею конкретного типа. Условное обозначение типа батареи (например, батарея 6СТ-55А) содержит указание на количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (3 или 6), характеризующих ее номинальное напряжение (6 или 12 В), указание на назначение по функциональному признаку (СТ — стартерная), номинальную емкость в Ач и исполнение (при необходимости): А — с общей крышкой; Н — несухозаряженная; 3 — для необслуживаемой, залитой электролитом и полностью заряженной батареи. В условных обозначениях еще применяемых в настоящее время батарей буква Э и Т величины номинальной емкости указывают на материал моноблока (со-ответственно эбонит и термопласт). Последующие буквы обозначают материал сепаратора (М — мипласт, Р — мипор).

6. Устройство, принцип работы и основные характеристики аккумуляторных батарей

Большинство стартерных батарей, выпускаемых в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен принцип двойной сульфатации.

Как наглядно видно из формулы, при разряде батареи (стрелка вправо) происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (серной кислотой), в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. При зарядке батареи от внешнего источника происходят обратные электрохимические процессы (стрелка влево), что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных — диоксида свинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита. Любая автомобильная батарея представляет из себя корпус — контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек — банок (см. рис.1).Каждая банка является законченным источником питания напряжением порядка 2.1 В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6 — 12.8 В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть ни что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных — диоксид свинца.

Характеристики аккумуляторных батарей

Электродвижущая сила аккумуляторной батареи представляет собой разность потенциалов между электродами, измеренную при разомкнутой цепи. С повышением плотности электролита ЭДС возрастает, однако, величина ЭДС не даёт точного представления о степени разреженности батареи, т.к. ЭДС разряженного аккумулятора с электролитом большей плотности будет выше.

Напряжение аккумуляторной батареи отличается от её ЭДС на величину падения напряжения во внутренней цепи при прохождении тока.

Внутренним сопротивлением аккумуляторные батареи называют сопротивление, оказываемое постоянному току, проходящему через аккумулятор при его заряде или разряде.

Внутреннее сопротивление аккумуляторные батареи складывается из сопротивления элементов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и составляет сотые доли ома.

Вольтамперной характеристикой называют зависимость напряжения на выводах аккумуляторные батареи от разрядного тока. Вольтамперные характеристики являются нелинейными из-за непостоянства сопротивления поляризации, в зоне стартерных токов ВАХ близка к прямой.

Ёмкостью аккумуляторные батареи называют количество электричества, получаемое или отдаваемое батареей при её заряде или разряде. Соответственно различают зарядную или разрядную ёмкость, измеряемую в Ампер-часах.

Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.

В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.

Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.

Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента.

В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник. Далее поговорим об этом более подробно.

Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.

Параллельное соединение:

Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.

Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.

Последовательное соединение:

При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений.

Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи.

Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.

Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.

И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.

Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.

По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.

Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.

Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.

Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.

По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными.

И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно.

Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.

Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов.

Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера.

Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?

Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.

Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.

Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера.

Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор.

Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.

Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.

А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.

Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.

Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.

Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.

Андрей Повный

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

При параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Получившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

Для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. Если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

В любых электрических системах или устройствах есть омические потери: часть электрической энергия превращается в тепло, не производя полезной работы. Чем больше напряжение электросистемы, тем (при той же мощности) меньше ток, меньше омические потери и меньше цена системы. Т.е. выгодно иметь электрические системы высокого напряжения.

Причем, чем больше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольной.

Поэтому в небольших UPS (на несколько сотен ВА) обычно стоит один аккумулятор на 12 вольт (так получается дешевле), в UPS на несколько кВА используется аккумуляторная батарея напряжением в десятки вольт, а в мощных ИБП на десятки киловатт напряжение аккумуляторной батареи может превышать 500 В.

Следовательно, цель использования аккумуляторных батарей с последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).

Иногда емкости одного аккумулятора недостаточно, и нужно увеличить емкость. Иногда удобнее не ставить взамен аккумулятор большей емкости, а поставить еще один такой же аккумулятора параллельно, чтобы суммарная емкость аккумуляторной батареи аккумуляторной батареи удвоилась.

Например, для увеличения времени работы высококлассного ИБП Eaton Powerware 9130 от аккумуляторной батареи параллельно существующей батарее подключают еще одну или несколько таких же аккумуляторных батарей.

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Известно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора.

Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения.

Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.

Предположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).

По данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе изменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.

Примерно через 10 часов напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час достигнет 13.8 вольт. Аккумулятор в этот момент будет заряжен примерно на 80%. Остальные аккумуляторы будут заряжены примерно на 70%, а напряжение на каждом из них будет около 13.2 В.

Аккумулятор емкостью 8 А*час уже нужно переводить в режим стабилизации напряжения, но это невозможно — ведь суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще не достигло конечного напряжения 110 В, а составляет примерно 13.2 * 7 + 13.8 = 106.2 В.

Поэтому все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут продолжать заряжаться, суммарное напряжение продолжит расти, а вместе с ним и напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час.

Еще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В.

Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены.

Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.

Рассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″.

Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.

1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться.

Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.

Теперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя.

Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии.

Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов

Для параллельно соединенных свинцовых кислотных аккумуляторов нет опасности появления на клеммах аккумулятора разных напряжений. Напряжения на всех параллельно соединенных аккумуляторах одинаковы в силу самого характера соединения. Значит параллельно соединенные аккумуляторы не могут «разбежаться» — они будут разряжаться или заряжаться синхронно.

Но у свинцовых аккумуляторов есть ограничение не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по токам. Например, для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272) производителем установлены следующие ограничения по токам.

Максимальный разрядный ток не должен превышать 100 А для аккумуляторов с клеммами шириной 3/16″ (4.75 мм) и 130 А для аккумуляторов с клеммами 1/4″ (6. 35 мм) — 130 А (18С).

Протекание такого большого тока через аккумулятор емкостью всего 7.2 А*час ограничено и по времени: не более 5 с.

Почему ограничен разрядный ток, понятно — клеммы аккумулятора не могут надежно передать больший ток (хотя сам аккумулятор, вероятно, мог бы).

Если мы посмотрим технические характеристики аккумуляторов разных производителей (правда не все указывают максимально допустимый ток), нам откроется довольно пестрая картина. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов, максимальный ток ограничен значением, которое численно (в амперах) составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора (в А*час).

Некоторые производители указывают еще и ток короткого замыкания (иногда с ограничением времени — 0.1 с) — он численно составляет от 15 до 70 емкостей аккумулятора (15С….70С).

Суммируя эти данные, можно сказать, что свинцовый аккумулятор может безопасно разряжаться очень большими токами, вплоть до десятков С, причем чем меньше время разряда, тем больше допустимый ток.

Жесткого ограничения максимального зарядного тока производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает, он только рекомендует ограничить максимальный ток зарядного устройства значением 2.16 А (это численно равно 30% емкости аккумулятора — 0.3С).

Это ограничение совершенно точно не связано с возможностями проводников (клемм и решетки пластин аккумулятора), — проводники этого аккумулятора, как мы уже знаем, могут передать в 50 раз больший ток.

Тогда с чем же связано это ограничение?

В процессе зарядки свинцового аккумулятора, сернокислый свинец превращается в свинец или окись свинца (в зависимости от того, на положительной или отрицательной пластине происходит реакция), а сера, входившая в состав сернокислого свинца, переходит в электролит.

Для эффективного протекания электрохимической реакции зарядки свинцового аккумуляторав, нужно все время подводить в поверхности, на которой происходит реакция, свежий электролит и отводить продукты реакции (все тот же электролит, но уже содержащий больше серы).

Активная масса пластины свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора).

К открытой части активной поверхности очень легко подводить (и отводить) вещества, участвующие в реакции, а перенос свежего электролита вглубь пористой пластины затруднен — по мере удаления от поверхности, поры становятся все уже и глубже.

Поэтому в начале зарядки свинцового аккумулятора, электрохимическая реакция происходит главным образом на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы.

В начале зарядки, аккумулятор способен безопасно воспринять довольно большой зарядный ток — ведь к поверхности пластины можно быстро доставить сколько угодно свежего электролита. Но по мере того, как процесс зарядки перемещается вглубь активной масыы, зарядный ток нужно уменьшать, иначе вместо электрохимической реакции зарядки аккумулятора будет происходить разложение электролита (аккумулятор «закипит»). Свинцовый аккумулятор может быть и не выйдет из строя сразу, но его старение ускорится и он раньше потеряет емкость.

Соблюдение общего ограничения тока зарядного устройства (2.16 А для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272), установленного производителем, позволяет безопасно заряжать аккумулятор, независимо от глубины и характера его разряда и температуры (в определенных производителем пределах). Тем не менее, в начале зарядки свинцового аккумулятора, допустим и больший зарядный ток.

Вернемся теперь к параллельно соединенным свинцовым аккумуляторам. Понятно, что, если суммарный ток через параллельную аккумуляторную батарею не превышает ограничений, установленных для каждого аккумулятора батареи, то никакой опасности для аккумуляторов нет.

Понятно также, что, если мы соединим параллельно 5 аккумуляторов CSB GP 1272 (GP1272) из одной партии и будем их заряжать током 5 х 2 = 10 А, то опять-таки нет никакой опасности — аккумуляторы абсолютно одинаковые, токи разделятся поровну, и ток через каждый аккумулятор не превысит установленного производителем ограничения.

Но если мы соединим в параллельную батарею разные аккумуляторы, и суммарный разрядный или зарядный ток заметно превысит ограничения, установленные для отдельного свинцового аккумулятора, то через какой-то аккумулятор может потечь ток, превышающий возможности этого аккумулятора. Посмотрим теперь, как распределяются токи между свинцовыми аккумуляторами параллельной аккумуляторной батареи, составленной из аккумуляторов разных типов.

В начале зарядки или разряда параллельной аккумуляторной батареи, токи (зарядный или разрядный) разделятся между аккумуляторами обратно пропорционально их внутреннему сопротивлению.

Если свинцовые аккумуляторы сильно различаются по емкости, конструкции, составу пластин или технологии изготовления, то внутреннее сопротивление аккумуляторов может оказаться не совсем обратно пропорциональным их емкости.

В этом случае, и токи в начале разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов могут распределиться не совсем пропорционально их емкости.

Соединенные параллельно свинцовые аккумуляторы имеют одинаковое напряжение на своих клеммах. Поэтому их разряд или зарядка происходят синхронно: невозможна ситуация, когда один из параллельно соединенных аккумуляторов разрядился (или зарядился) наполовину, а другой — полностью.

Поэтому, через некоторое время после начала разряда или зарядки, токи начинают перераспределяться между аккумуляторами так, чтобы компенсировать возможно имевшую в начале процесса место диспропорцию.

В конечном счете (или, вернее сказать, в среднем), токи распределяются между аккумуляторами пропорционально их реальной емкости, даже если внутреннее сопротивление аккумуляторов не совсем обратно пропорционально емкости аккумуляторов.

Следовательно, потенциальную опасность представляет начало разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно.

Но в начале разряда или зарядки, как мы уже выяснили, свинцовые аккумуляторы могут без вреда для себя разряжаться или заряжаться токами, которые превышают установленные производителем ограничения.

Поэтому можно было бы сказать, что параллельное соединение разнородных аккумуляторов не представляет опасности.

Но мы будем осторожнее, и скажем, что такой опасности почти нет — но при параллельном соединении свинцовых аккумуляторов разной емкости или изготовленных по разным технологиям нужно избегать ситуаций, когда зарядный или разрядный ток аккумуляторной батареи в несколько раз превышает установленное производителем предельное значение зарядного или разрядного тока одного аккумулятора.

Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

66008 Опубликовано 26 апреля 2017

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт.

В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений.

Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока.

Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В.

Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами.

Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически.

Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего.

Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников.

Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры.

Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя.

Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:
Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 10.04.

2016 14:30
Abramova Olesya

Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов — каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы.

Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока — суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений.

Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч.

Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского — 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению.

Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы.

Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро.

При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы.

Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

1. Области применения одиночных элементов питания

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста.

Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше.

Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента.

Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

2. Последовательное соединение

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно.

Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В.

(BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента.

Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать.

Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В.

Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”).

Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля.

Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В.

Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях.

Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его.

Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе.

Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс.

Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов.

И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами.

(Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым.

Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее.

Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента — его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

3. Параллельное соединение

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов.

Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel).

Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя.

Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания — автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре.

С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

4. Последовательно-параллельное соединение

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы.

Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт.

Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента — для соответствия значений напряжения и силы тока.

Такой мониторинг реализуется аппаратно — путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов.

Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки — отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла.

Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно. Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места.

Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.

Проверим:

200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е.

в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В.

Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему.

Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы.

Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор.

Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают.

Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Схемы подключения аккумуляторов

У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:

Номинальное напряжение (В ― Вольт)
Емкость (Ач – Ампер*час)
Максимальное количество запасенной энергии = Номинальное напряжение умноженное на Емкость (кВт*ч – киловатт*час)

Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.

Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:

1) Последовательное соединение аккумуляторов

При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.
В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.
Например:

Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.

2) Параллельное соединение аккумуляторов

При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.

В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Например:

Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.

3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.
При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.
Например:

Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В.

Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач.

Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов!

Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.

Источник: oporasolar.ru

Эта статья прочитана 12146 раз(а)!

Продолжить чтение

Page not found — автомануал заказ автокниг с доставкой в любую точку мира

НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Любой современный легковой или грузовой автомобиль можно обслуживать и ремонтировать самостоятельно, в обычном гараже. Все что для этого потребуется – набор инструмента и заводское руководство по ремонту с подробным (пошаговым) описанием выполнения операций. Такое руководство должно содержать типы применяемых эксплуатационных жидкостей, масел и смазок, а самое главное – моменты затяжки всех резьбовых соединений деталей узлов и агрегатов автомобиля. Итальянские автомобили – Fiat (Фиат) Alfa Romeo (Альфа Ромео) Lancia (Лянча) Ferrari (Феррари) Mazerati (Мазерати) имеют свои конструктивные особенности. Также в особую группу можно выделить все французские машины – Peugout (Пежо), Renault (Рено) и Citroen (Ситроен). Немецкие машины сложные. Особенно это относится к Mercedes Benz (Мерседес Бенц), BMW (БМВ), Audi (Ауди) и Porsche (Порш), в чуть меньшей — к Volkswagen (Фольксваген) и Opel (Опель). Следующую большую группу, обособленную по конструктивным признакам составляют американские производители- Chrysler, Jeep, Plymouth, Dodge, Eagle, Chevrolet, GMC, Cadillac, Pontiac, Oldsmobile, Ford, Mercury, Lincoln. Из Корейских фирм следует отметить Hyundai/Kia, GM-DAT (Daewoo), SsangYong.

Совсем недавно японские машины отличались относительно низкой первоначальной стоимостью и доступными ценами на запасные части, но в последнее время они догнали по этим показателям престижные европейские марки. Причем это относится практически в одинаковой степени ко всем маркам автомобилей из страны восходящего солнца – Toyota (Тойота), Mitsubishi (Мицубиси), Subaru (Субару), Isuzu (Исудзу), Honda (Хонда), Mazda (Мазда или как говорили раньше Мацуда), Suzuki (Сузуки), Daihatsu (Дайхатсу), Nissan (Ниссан). Ну, а машины, выпущенные под японо-американскими брендами Lexus (Лексус), Scion (Сцион), Infinity (Инфинити), Acura (Акура) с самого начала были недешевыми.

Отечественные автомобили также сильно изменились с введением норм евро-3. лада калина, лада приора и даже лада нива 4х4 теперь значительно сложнее в обслуживании и ремонте.

что делать если машина не заводится, как зарядить аккумулятор, как завести машину в мороз. ответы на эти вопросы можно найти на страницах сайта и книг. представленных здесь же

Автомануал — от англ. manual — руководство. Пособие по ремонту автомобиля или мотоцикла. различают заводские руководства и книги , выпущенные специализированными автомобильными издательствами.

Cайт Автомануал не несет никакой ответственности за возможные повреждения техники или несчастные случаи, связанные с использованием размещенной информации.

Как читать схемы электрооборудования автомобилей?

Для того что бы понимать содержимое схемы, надо знать соответствие между символами схемы и реальными элементами устройства. Какие функции эти устройства выполняют и как между собой взаимодействуют.

Определимся с терминами:

Элемент схемы — составная часть схемы, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части, имеющие самостоятельное назначение.
Устройство — совокупность элементов, представляющая единую конструкцию (блок, плата, и т.п.).
Схема принципиальная (полная) — схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними, и как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия . Схемами принципиальными пользуются для изучения принципов работы изделий, а также при их наладке, контроле и ремонте. Они служат основанием для разработки других конструкторских документов, например, схем соединений (монтажных) и чертежей.
Схема соединений (монтажная) — схема, показывающая соединения составных частей изделия и определяющая провода, жгуты, кабели , которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединений и ввода (разъемы, платы, и т.п.).
Схема расположения — схема, определяющая относительное расположение составных частей изделия, а при необходимости, также жгутов, проводов, кабелей и т.п.
Жгут — совокупность проводов упакованных определенным образом в единое целое.

В схемах электрооборудования автомобилей схемы принципиальная, монтажная, расположения — объеденены в одну в упрощенном виде, упрощение касается схем монтажных и расположения. На схемах, устройства имеют рисунок в какой то степени соответствующий их внешнему виду, и расположены они по схеме также (вид сверху) как и в реальности физически, с определенным упрощением. Такое совмещение касается схем в основном автомобилей ранних выпусков. Схемы современных автомобилей выполнены иначе, ввиду существенного усложнения электрооборудования, схема расположения выполняется отдельно.

При чтении схем надо знать основополагающие принципы:

Все провода соединений имеют цветовую маркировку, которая может состоять из одного цвета или двух (основного и дополнительного). Дополнительным цветом наносятся штрихи поперечные или продольные.
В пределах одного жгута, провода одинаковой маркировки имеют гальваническое соединение (физически соеденены между собой).
На схемах провод при входе в жгут имеет наклон в сторону, куда он проложен.
Черным цветом, как правило, обозначается провод имеющий соединение с корпусом автомобиля (массой).
Положение контактов реле указаны в состоянии, когда через их обмотку не протекает ток. По исходному состоянию, контакты реле различаются — на нормально замкнутые и нормально разомкнутые.
Некоторые провода имеют цифровое обозначение в месте подключения к устройству, которое позволяет не прослеживая цепь определить откуда он идет. Смотрите таблицу.

Согласно стандарту DIN 72552 (часто используемые значения):

Контакт	Значение
15	Плюс аккумулятора после контактов ключа зажигания.
30	Плюс аккумулятора напрямую.
31	Минус аккумулятора напрямую или корпус.
50	Управление стартером.
53	Стеклоочиститель.
56	Головной свет.
56a	Дальний свет.
56b	Ближний свет.
58	Габаритные огни.
85	Обмотка реле (-) .
86	Обмотка реле (+).
87	Общий контакт реле ).
87a	Нормально замкнутый контакт реле.
87b	Нормально разомкнутый контакт реле.
88	Общий контакт 2 реле .
88a	Нормально замкнутый 2 контакт реле.
88b	Нормально разомкнутый 2 контакт реле.

Перечень наиболее используемых символических рисунков:

Так же часто с элементом схемы стоит символический рисунок поясняющий к какому устройству этот элемент относится.

Обозначения элементов схемы.

Как читать схемы электооборудования автомобилей иностранных моделей?

Рассмотрим пример чтения схем автомобилей марки Ниссан. Для этого нам надо ознакомится с системой обозначений элементов электооборудования на схемах. Начнём с обозначения контактов разъёмов. Как показано на рис.1.

Рядом с рисунком разъёма располагается обозначение с какой стороны разъёма его рассматривать, со стороны контактов (Terminal Side)(T.S.) или со стороны жгута (Harness Side) (H.S.). Обратите внимание что контур разъёма , где контакты рассматриваются со стороны проводов обведён линией.

На рис.2 и рис.3 показаны обозначения элементов схемы, смысл которых разъяснён в таблице 1.

Номер	Наименование	Описание
1	Battery	Аккумулятор
2	Fusible link	Предохранитель установленный в провод
3	Number fusible link or fuse	Порядковый номер линии с предохранителем или предохранителя
4	Fuse	Предохранитель
5	Current rating	Номинал предохранителя в амперах
6	Optional splice	Окружность показывает, что соединение зависит от исполнения автомобиля
7	Connector number	Номер разъёма
8	Splice	Чёрный круг обозначает соединение проводников
9	Page crossing	Данная цепь продолжается на следующей странице
10	Option abbreviation	Цепь между этими знаками присутствует только для полного привода
11	Relay	Показывает внутренние соединения реле
12	Option description	Показывает вариант исполнения схемы в зависимости от автомобиля
13	Switch	Cостояние контактов в зависимости от положения переключателя (замкнуты или размкнуты)
14	Circuit	Цепь
15	System branch	Указывет что соединение идёт в другую систему (головного освещения)
16	Shielded line	Линия имеет экранирование
17	Component name	Наименование элемента схемы
18	Ground (GND)	Заземление
19	Connector	Указан порядок нумерации контактов при просмотре со стороны жгута
20	Connectors	Показывает, что провод имеет 2 разъёма
21	Wire color	Сокращённое обозначение цвета провода
22	Terminal number	Описывает номер контакта, цвет провода и наименование сигнала

Таблица 1.

Обозначения сокращений цвета

B = Black	LA = Lavender
W = White	OR or O = Orange
R = Red	P = Pink
G = Green	PU or V (Violet) = Purple
L = Blue	GY or GR = Gray
Y = Yellow	SB = Sky Blue
LG = Light Green	CH = Dark Brown
BG = Beige	DG = Dark Green
BR = Brown

На рис. 4 показано изображение в схеме нормально разомкнутых и нормально замкнутых контактов, это состояние, когда через обмотку реле не протекает ток.

На рис.5. показан переключатель стеклоочистителя в виде графического рисунка и двух таблиц. На рисунке показано схематически внутренние соединения переключателя. Таблицы нам описывают работу переключателя, как «чёрного ящика», неизвестно как реализуется схема внутри, но на выходе состояние контактов соответствует указанным в таблице, для режимов:

OFF- выключено;
INT- интервальный;
LO- низкая скорость;
HI- высокая скорость;
WASH- плюс включение омывателя.

Последовательные и параллельные конфигурации батарей и информация

BU-302: Configuraciones de Baterías en Serie y Paralelo (Español)

Узнайте, как расположить батареи для увеличения напряжения или увеличения емкости.

Батареи достигают желаемого рабочего напряжения путем последовательного соединения нескольких ячеек; каждая ячейка складывает свой потенциал напряжения, чтобы получить общее напряжение на клеммах. Параллельное соединение обеспечивает более высокую мощность за счет суммирования общего ампер-часа (Ач).

Некоторые блоки могут состоять из комбинации последовательного и параллельного подключения. Аккумуляторы для ноутбуков обычно имеют четыре литий-ионных элемента 3,6 В последовательно для достижения номинального напряжения 14,4 В и два параллельно для увеличения емкости с 2400 мАч до 4800 мАч. Такая конфигурация называется 4s2p, что означает четыре ячейки последовательно и две параллельно. Изоляционная фольга между ячейками предотвращает электрическое короткое замыкание проводящей металлической оболочкой.

Аккумуляторы большинства типов подходят для последовательного и параллельного подключения.Важно использовать батареи одного типа с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать батареи разных производителей и размеров. Более слабая ячейка вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется самым слабым звеном в цепи. Аналогия — это цепочка, звенья которой представляют последовательно соединенные элементы батареи (рис. 1).

Рисунок 1: Сравнение батареи с цепью.
Звенья цепи представляют собой элементы, включенные последовательно для увеличения напряжения, удвоение звена означает параллельное соединение для повышения токовой нагрузки.

Слабый элемент может не выйти из строя сразу, но при нагрузке он истощится быстрее, чем сильный. При зарядке аккумулятор с низким уровнем заряда заполняется раньше, чем с высоким уровнем заряда, потому что его нужно заполнить меньше, и он остается заряженным дольше, чем другие. При разряде слабая ячейка опорожняется первой, и ее забивают более сильные братья.Ячейки в групповых упаковках должны быть согласованы, особенно при использовании под большими нагрузками. (См. BU-803a: Несоответствие ячеек, балансировка).

Приложения с одной ячейкой

Одноэлементная конфигурация представляет собой простейший аккумуляторный блок; элемент не требует согласования, и схема защиты на небольшом литий-ионном элементе может быть простой. Типичными примерами являются мобильные телефоны и планшеты с одним литий-ионным аккумулятором 3,60 В. Одноэлементный элемент также используется в настенных часах, в которых обычно используются щелочные элементы на 1,5 В, наручные часы и резервное копирование памяти, большинство из которых имеют очень низкое энергопотребление.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи на никелевой основе составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В; оксид серебра составляет 1,6 В, а свинцово-кислотный — 2,0 В. Первичные литиевые батареи находятся в диапазоне от 3,0 В до 3,9 В. Литий-ионный — 3,6 В; Li-фосфат — 3,2 В, а литий-титанат — 2,4 В.

Литий-марганцевые и другие системы на основе лития часто используют ячейки с напряжением 3,7 В и выше. Это связано не столько с химией, сколько с увеличением ватт-часов (Втч), что становится возможным при более высоком напряжении. Аргумент гласит, что низкое внутреннее сопротивление элемента поддерживает высокое напряжение под нагрузкой.Для рабочих целей эти ячейки подходят как кандидаты на 3,6 В. (См. BU-303 «Путаница с напряжениями»)

Соединение серии

В портативном оборудовании, требующем более высоких напряжений, используются аккумуляторные блоки с двумя или более элементами, соединенными последовательно. На рисунке 2 показан аккумуляторный блок с четырьмя последовательно соединенными литий-ионными элементами 3,6 В, также известными как 4S, для получения номинального напряжения 14,4 В. Для сравнения: свинцово-кислотная цепочка с шестью ячейками с 2 В на элемент будет генерировать 12 В, а четыре щелочных с 1,5 В на элемент — 6 В.

Рисунок 2: S eries подключение четырех ячеек (4s).
Добавление ячеек в цепочку увеличивает напряжение; емкость остается прежней.
^{Предоставлено Cadex}

Если вам нужно нечетное напряжение, скажем, 9,50 В, подключите последовательно пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых или три литий-ионных аккумулятора. Конечное напряжение батареи не обязательно должно быть точным, если оно выше, чем указано в устройстве. Источник питания 12 В может работать вместо 9,50 В. Большинство устройств с батарейным питанием могут выдерживать некоторое перенапряжение; однако необходимо соблюдать напряжение в конце разряда.

Высоковольтные батареи сохраняют малый размер проводника. Аккумуляторные электроинструменты работают от батарей 12 В и 18 В; в моделях высокого класса используются 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов поставляются с литий-ионным аккумулятором 36 В, некоторые — 48 В. Автомобильная промышленность хотела увеличить стартерную батарею с 12 В (14 В) до 36 В, более известную как 42 В, путем последовательного размещения 18 свинцово-кислотных элементов. Логистика замены электрических компонентов и проблемы с дугой на механических переключателях сорвали ход.

Некоторые легкие гибридные автомобили работают от литий-ионных аккумуляторов 48 В и используют преобразование постоянного тока в 12 В для электрической системы.Запуск двигателя часто осуществляется отдельной свинцово-кислотной батареей на 12 В. Ранние гибридные автомобили работали от батареи 148 В; электромобили обычно 450–500 В. Такой аккумулятор требует более 100 последовательно соединенных литий-ионных элементов.

Высоковольтные батареи требуют тщательного согласования ячеек, особенно при работе с большими нагрузками или при работе при низких температурах. Если несколько ячеек соединены в цепочку, вероятность отказа одной ячейки реальна, и это приведет к сбою. Чтобы этого не произошло, твердотельный переключатель в некоторых больших батареях обходит неисправную ячейку, чтобы обеспечить непрерывный ток, хотя и при более низком напряжении в цепи.

Сопоставление ячеек является проблемой при замене неисправного элемента в устаревшем пакете. Новая ячейка имеет большую емкость, чем другие, что вызывает дисбаланс. Сварная конструкция усложняет ремонт, поэтому аккумуляторные блоки обычно заменяются целиком.

Высоковольтные батареи в электромобилях, полная замена которых невозможна, делят батарею на модули, каждый из которых состоит из определенного количества ячеек. Если одна ячейка выходит из строя, заменяется только затронутый модуль.Небольшой дисбаланс может возникнуть, если новый модуль будет оснащен новыми ячейками. (См. BU-910: Как отремонтировать аккумуляторный блок.)

На рисунке 3 показан аккумуляторный блок, в котором «ячейка 3» выдает только 2,8 В вместо полностью номинальных 3,6 В. При пониженном рабочем напряжении эта батарея достигает точки окончания разряда раньше, чем обычная батарея. Напряжение падает, и устройство выключается с сообщением «Батарея разряжена».

Рисунок 3: S eries соединение с неисправной ячейкой.
Неисправный элемент 3 снижает напряжение и преждевременно отключает оборудование.
^{Предоставлено Cadex}

Батареи в дронах и пультах дистанционного управления для любителей, которым требуется высокий ток нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если одна ячейка в цепочке слаба. Максимальный ток нагружает хрупкие ячейки, что может привести к поломке. Считывание напряжения после заряда не позволяет выявить эту аномалию; проверка баланса ячеек или проверка емкости с помощью анализатора батарей.

Постукивание по последовательной строке

Обычной практикой является подключение к последовательной цепочке свинцово-кислотного массива для получения более низкого напряжения. Для тяжелонагруженного оборудования, работающего от батарейного блока 24 В, может потребоваться источник питания 12 В для вспомогательной работы, и это напряжение удобно доступно в промежуточной точке.

Постукивание не рекомендуется, поскольку оно создает дисбаланс ячеек, так как одна сторона батарейного блока загружена больше, чем другая. Если несоответствие не может быть исправлено с помощью специального зарядного устройства, побочным эффектом является сокращение срока службы батареи.Вот почему:

При зарядке несбалансированного блока свинцово-кислотных аккумуляторов с помощью обычного зарядного устройства в недозаряженной части возникает тенденция к сульфатированию, поскольку элементы никогда не получают полного заряда. Секция высокого напряжения батареи, которая не принимает дополнительную нагрузку, имеет тенденцию к перезарядке, что приводит к коррозии и потере воды из-за выделения газов. Обратите внимание, что зарядное устройство, заряжающее всю цепочку, проверяет среднее напряжение и соответственно прекращает заряд.

Постукивание также распространено на литий-ионных и никелевых батареях, и результаты аналогичны свинцово-кислотным: сокращение срока службы.(См. BU-803a: Согласование и балансировка ячеек.) В новых устройствах используется преобразователь постоянного тока в постоянный для обеспечения правильного напряжения. В электрических и гибридных транспортных средствах в качестве альтернативы используется отдельная низковольтная батарея для вспомогательной системы.

Параллельное соединение

Если требуются более высокие токи, а ячейки большего размера недоступны или не соответствуют конструктивным ограничениям, одна или несколько ячеек могут быть подключены параллельно. Большинство химических компонентов батарей допускают параллельные конфигурации с небольшими побочными эффектами.На рисунке 4 показаны четыре ячейки, соединенные параллельно в схеме P4. Номинальное напряжение показанного блока остается на уровне 3,60 В, но емкость (Ач) и время работы увеличиваются в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех ячеек (4p).
При параллельном подключении ячеек емкость в Ач и время работы увеличиваются, а напряжение остается неизменным.

^{Предоставлено Cadex}

Ячейка, которая развивает высокое сопротивление или размыкается, менее критична в параллельной цепи, чем в последовательной конфигурации, но неисправная ячейка снизит общую нагрузочную способность.Это как двигатель, работающий только на трех цилиндрах, а не на всех четырех. С другой стороны, электрическое короткое замыкание является более серьезным, поскольку неисправный элемент забирает энергию из других элементов, вызывая опасность пожара. Большинство так называемых электрических коротких замыканий мягкие и проявляются как повышенный саморазряд.

Полное короткое замыкание может произойти из-за обратной поляризации или роста дендритов. Большие блоки часто включают в себя предохранитель, который отключает неисправный элемент от параллельной цепи в случае короткого замыкания.На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одной неисправной ячейкой.

Рисунок 5: Параллельное соединение / соединение с одной неисправной ячейкой.
Слабый элемент не повлияет на напряжение, но обеспечит малое время работы из-за пониженной емкости. Закороченный элемент может вызвать чрезмерный нагрев и стать причиной возгорания. В более крупных батареях предохранитель предотвращает высокий ток, изолируя элемент.

^{Предоставлено Cadex}

Последовательное / параллельное соединение

Последовательная / параллельная конфигурация, показанная на рисунке 6, обеспечивает гибкость конструкции и позволяет достичь требуемых номинальных значений напряжения и тока со стандартным размером ячейки.Полная мощность — это сумма напряжения, умноженного на ток; батарея 3,6 В (номинальная), умноженная на 3400 мАч, дает 12,24 Втч. Четыре элемента питания 18650 емкостью 3400 мАч каждый можно подключить последовательно и параллельно, как показано, чтобы получить номинальное напряжение 7,2 В и общую мощность 48,96 Вт-ч. Комбинация с 8 ячейками даст 97,92 Втч, допустимый предел для перевозки на воздушном судне или перевозки без опасных материалов класса 9. (См. BU-704a: Доставка литиевых батарей по воздуху). Тонкий элемент позволяет гибкую конструкцию блока, но необходима схема защиты.

Рисунок 6: S eries / параллельное соединение четырех ячеек (2s2p).
Эта конфигурация обеспечивает максимальную гибкость проектирования. Распараллеливание ячеек помогает в управлении напряжением.

^{Предоставлено Cadex}

Литий-ионный аккумулятор
хорошо подходит для последовательной / параллельной конфигурации, но элементы нуждаются в мониторинге, чтобы оставаться в пределах напряжения и тока.Интегральные схемы (ИС) для различных комбинаций ячеек доступны для контроля до 13 литий-ионных ячеек. Для более крупных пакетов требуются специальные схемы, и это относится к батареям для электронных велосипедов, гибридным автомобилям и Tesla Model 85, которая потребляет более 7000 ячеек 18650, чтобы составить пакет мощностью 90 кВт / ч.

Терминология для описания последовательного и параллельного соединения

В производстве аккумуляторов сначала указывается количество ячеек, соединенных последовательно, а затем — параллельно. Пример — 2с2п.В Li-ion сначала всегда изготавливаются параллельные струны; завершенные параллельные блоки затем помещаются последовательно. Литий-ионная система — это система, основанная на напряжении, которая хорошо подходит для параллельного формирования. Объединение нескольких ячеек в параллель с последующим последовательным добавлением блоков снижает сложность управления напряжением для защиты блока.

Сначала сборка гирлянд, а затем их параллельное размещение может быть более обычным для никель-кадмиевых аккумуляторов, чтобы удовлетворить химический механизм челнока, который уравновешивает заряд в верхней части заряда.«2с2п» — обычное дело; Были выпущены официальные документы, которые относятся к 2p2s при параллельном соединении последовательной строки.

Устройства безопасности при последовательном и параллельном подключении

Переключатели с положительным температурным коэффициентом (PTC) и устройства прерывания заряда (CID) защищают аккумулятор от перегрузки по току и избыточного давления. Хотя эти защитные устройства рекомендуются для обеспечения безопасности в небольших батареях из 2 или 3 элементов с последовательной и параллельной конфигурацией, они часто не используются в более крупных многоэлементных батареях, например, для электроинструментов.PTC и CID работают, как ожидалось, переключая ячейку на чрезмерный ток и внутреннее давление в ячейке; однако завершение работы происходит в каскадном формате. Хотя некоторые ячейки могут рано отключиться, ток нагрузки вызывает избыточный ток на оставшихся ячейках. Такое состояние перегрузки может привести к тепловому разгоне до срабатывания остальных предохранительных устройств.

Некоторые ячейки имеют встроенные PCT и CID; эти защитные устройства также могут быть добавлены задним числом. Инженер-проектировщик должен знать, что любое предохранительное устройство может выйти из строя.Кроме того, PTC вызывает небольшое внутреннее сопротивление, которое снижает ток нагрузки. (См. Также BU-304b: Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов)

Простые инструкции по использованию первичных бытовых батарей

Следите за чистотой контактов аккумулятора. Конфигурация с четырьмя ячейками имеет восемь контактов, и каждый контакт добавляет сопротивление (ячейка к держателю и держатель к следующей ячейке).
Никогда не смешивайте батареи; замените все ячейки, когда они слабые. Общая производительность зависит от самого слабого звена в цепи.
Соблюдайте полярность. Перевернутая ячейка вычитает, а не добавляет к напряжению ячейки.
Выньте батареи из оборудования, когда оно больше не используется, чтобы предотвратить утечку и коррозию. Это особенно важно для первичных цинк-углеродных элементов.
Не храните незакрепленные элементы в металлическом ящике. Поместите отдельные ячейки в небольшие пластиковые пакеты, чтобы предотвратить короткое замыкание. Не носите в карманах незакрепленные ячейки.
Храните батарейки в недоступном для маленьких детей месте.Ток от батареи может не только вызвать удушье, но и вызвать изъязвление стенки желудка при проглатывании. Батарея также может разорваться и вызвать отравление. (См. BU-703: Проблемы со здоровьем, связанные с батареями.)
Не заряжайте неперезаряжаемые батареи; скопление водорода может привести к взрыву. Выполняйте экспериментальную зарядку только под наблюдением.

Простые инструкции по использованию вторичных батарей

Соблюдайте полярность при зарядке вторичного элемента.Обратная полярность может вызвать короткое замыкание и создать опасную ситуацию.
Выньте полностью заряженные аккумуляторы из зарядного устройства. Потребительское зарядное устройство может не подавать правильный постоянный заряд при полной зарядке, что может привести к перегреву элемента.
Заряжайте только при комнатной температуре.

Последнее изменение: 19 июн 2020

* Пожалуйста, прочтите комментарии *

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Предыдущий урок Следующий урок

или перейти к другой артикуле

Батареи как источник питания

Как работают батареи? Детали, типы и терминология (со схемой)

Без батарей не было бы сотовых телефонов, часов, планшетов, слуховых аппаратов, фонарей, электромобилей или спутников связи — и этот список можно продолжить. Первый аккумулятор был изобретен более 200 лет назад, и с тех пор эти гениальные устройства стали незаменимыми в нашей повседневной жизни.

Что такое аккумулятор?

Проще говоря, аккумулятор — это любое устройство, которое может обеспечить переносной временный источник электроэнергии.

В электрической цепи батареи служат источником энергии, создавая разность потенциалов, которая приводит в движение электрический ток. Когда ток проходит по цепи, он передает энергию любым подключенным к ней устройствам. В такой цепи протекает постоянный ток. Другими словами, ток идет в одном непрерывном направлении.

И наоборот, питание от электростанции поступает через розетки в вашем доме и выдается в виде переменного тока. Этот тип тока меняет направление с определенной частотой для питания устройств.

Как работают батареи

Типичная батарея состоит из одной или нескольких ячеек, которые имеют катод (положительный полюс) на одном конце и анод (отрицательный полюс) на другом конце. Химические реакции, содержащиеся внутри, вызывают накопление электрического заряда на клеммах, создавая электрический потенциал через узлы за счет высвобождения химической энергии.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов на аноде. Это создает электрический потенциал между катодом и анодом. Электроны хотят добраться до катода, чтобы нейтрализовать заряд, но они не могут сделать это, путешествуя через электролитический материал внутри самой батареи. Вместо этого электроны легко проходят через провод, соединяющий анод с катодом.

В конце концов, химические процессы, создающие избыток электронов в аноде, останавливаются, и батарея умирает.Однако с аккумуляторными батареями (также называемыми вторичными батареями) этот процесс можно обратить вспять, подключив батареи к зарядным устройствам после того, как они разрядятся. Перезарядка аккумулятора меняет направление потока электронов на противоположный за счет использования другого источника питания. Химические процессы в батарее могут быть обращены вспять из-за этой дополнительной энергии, и батарея снова сможет питать цепь самостоятельно.

Создайте свою собственную лимонную батарею!

Отличный способ лучше понять, как работает батарея, — это создать свою собственную батарею дома с лимоном, цинковым гвоздем и медной монетой и использовать ее для питания маленькой лампочки.

Вставьте медную монету в одну сторону лимона и вставьте гальванизированный (оцинкованный) гвоздь в другую сторону (убедившись, что два предмета не соприкасаются внутри лимона). Гвоздь будет служить положительным электродом (катодом), а монета — отрицательным электродом (анодом). Лимонный сок служит электролитом. Затем вы можете подключить вольтметр к лимонной батарее, чтобы увидеть, какое напряжение она создает. При необходимости вы можете последовательно подключить несколько лимонных батарей, чтобы создать напряжение, достаточное для питания маленькой лампочки.

Различные типы батарей

Батареи бывают разных форм, размеров, составов и напряжений. Вот некоторые из наиболее распространенных типов:

Перезаряжаемые батареи, используемые в обычных бытовых электронных устройствах. К ним относятся литий-ионные батареи, никель-кадмиевые и металлогидридные никель (NiMH). Названия батарей указывают на содержащиеся в них электролиты.
Свинцово-кислотные батареи также можно перезаряжать, но они используются для более тяжелых условий эксплуатации (например, в качестве автомобильных аккумуляторов).
Батареи, которые обычно не являются перезаряжаемыми, включают щелочные батареи или угольно-цинковые батареи с сухими элементами.

Таблица размеров батареи

Не все размеры, указанные в этой таблице, можно найти в продаже. Tenergy предлагает практически любой возможный размер. Просто спроси!

Батареи, стандартизированные IEC (Международной электротехнической комиссией), имеют четкое международное обозначение. Однако использование этого обозначения является добровольным, поэтому оно необязательно присутствует на каждой первичной батарее.Тем не менее, обозначение производителя и напряжение батареи всегда печатаются на корпусе батареи.

Из-за своей популярности многие наименования, хотя и устарели, были сохранены. Обозначения ANSI (Американский национальный институт стандартов), например больше не действуют официально, как и те, которые указаны в JIS (Японский промышленный стандарт). Бывшая терминология ANSI теперь используется только для обозначений размеров. Например, первоначальное обозначение AA ранее использовалось для угольно-цинковой батареи размера R6 (Mignon) с использованием природного диоксида марганца.Сегодня «AA» часто используется в качестве обозначения размера, независимо от электрохимической системы батареи.

Основные числа, используемые для наиболее распространенных размеров NiMH и NiCad аккумуляторов:

граммов AA

Размер элемента	Диаметр	Длина	Вес Щелочной	Вес NiCad	Вес NiMH
	мм	мм	граммов	граммов	8.4	40,2	6	10	10
4/3 AAAA	8,4	67		12-13	13
1/4 AAA	10,5	14		2,5–3,5	2,5–4
1/3 AAA	10,5	16		5.5	5,5
1/2 AAA	10,5	22			7
2/3 AAA	10,5	30		6-8	8-9
AAA36	10,5	36			11
4/5 AAA	10.5	37			11
AAA38	10,5	38			11
3/4 AAA	10,5	39,5		12	12
AAA42	10,5	42			12
AAA	10.5	44,5	12	10	13
5/4 AAA	10,5	50		14	15
L-AAA	10,5	50		13	14
4/3 AAA	10,5	67		17	18
5/3 AAA	10.5	67		19	19
LL-AAA	10,5	67		17	18
3/2 AAA	10,5	67		19	20
6/4 AAA	10,5	67		20	20
7/5 AAA	10.5	66,5		15	15
7/4 AAA	10,5	76		19	20-21
7/3 AAA	10,5	80			23
SL AAA	10,5	80			23
1/3 №	11.5	10,8		6	6
№	11,5	28	6,6	8-10	11
4/3 №	11,5	44,5		18	18
Тип ячейки	Диаметр	Длина	Щелочная масса	NiCad Вес	NiMH Масса
1/3 AA	14.2	17,5		6,5	7
1/2 AA	14,2	30		12	15
2/3 AA	14,2	28,7		13-15	13-16
4/5 AA	14,2	43		20	22
AA	14.2	50	24	21	27
AA с плоским верхом	14,2	48	24	21	27
5/4 AA	14,2	64,5			29
L-AA	14,2	65		29	30
4/3 AA	14.2	65,2		30	30
7/5 AA	14,2	70		29	39
1/3 А	17	21
1/2 А	17	25		17	21
2/3 А	17	28.5		18-20	20-23
4/5 А	17	43		26-31	32-35
А	17	50		32	40
4/3 А	17	67		50	55
L-A	17	67		48	53
7/5 А	17	70		44.8	56
Жир А	18	50		38	42
4/3 жира A	18	67		56	60
L-жир A	18	67		55	60
Тип ячейки	Диаметр	Длина	Щелочная масса	NiCad Вес	NiMH Масса
1/2 SC	23	26		30
2/3 SC	23	28		25	28
4/5 SC	23	34		38	42
SC (суб-C)	23	43		52	55
РУБ	23	42.2		50
5/4 Sub C	23	49,5		65-67	70
4/3 SC	23	50		60	66
L-SC	23	50		57	63
1/2 С	26	24		31	34
3/5 В	26	30		40	44
2/3 К	26	31		45	50
К	26	46	65	72	80
5/4 К	26	58		90	100
1/2 D	33	37		81-84	81
2/3 D	33	43.4		98-105	115
Д	33	58	135	105-145	105-160
4/3 D	33	89		140-190	175 г
3/2 D	33	90,3		195-236	240 г
Ф	33	91.2		231	255 г
SF (супер F)	41,4	89,1		393	425 г
G	32	105	181
Дж	32	150	272
6	67	172	998
Призматический F3	5.6 x 16,5 x 22 мм				8 г
Призматический F4	5,6 x 16,5 x 31,5 мм				11 г
Призматический F5	5,6 x 16,5 x 35,5 мм				12 г
F6 Призматический	5.6 x 16,5 x 48 мм				18 г
F8 Призматический	5,6 x 16,5 x 66 мм				25 г

Диаметр может варьироваться до 1 мм у разных производителей
Длина также может варьироваться, а также увеличиваться за счет выступающей торцевой крышки.
Указанные веса — это первое, что мы нашли в каталоге такого размера.ВЫ НЕ МОЖЕТЕ СРАВНИТЬ МАССУ РАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ЭТОЙ ТАБЛИЦЫ. Вес ячейки зависит от многих вещей, зависящих от производителя. Цель столбца веса — дать представление о том, насколько тяжелой будет ячейка. Ваши результаты будут отличаться. Батарейки в комплект не входят.

Химия аккумуляторов и ячеек. Аккумуляторная грунтовка.

Примечание: Названия «Батареи» и «Ячейки» используются в этом тексте как синонимы, хотя, строго говоря, батарея состоит из группы энергетических ячеек.См. Больше на странице для начинающих.

Как работают энергетические ячейки

Гальваническое или гальваническое действие

Проще говоря, энергетические элементы или батареи можно рассматривать как электронные насосы.

Внутренняя химическая реакция в батарее между электролитом и отрицательным металлическим электродом вызывает накопление свободных электронов, каждый с отрицательным зарядом, на отрицательной (-) клемме батареи — аноде.

В результате химической реакции между электролитом и положительным (+) электродом внутри батареи образуется избыток положительных (+) ионов (атомов, у которых отсутствуют электроны, таким образом, с чистым положительным зарядом) на положительном (+) выводе — катоде. батареи.

Электрическое давление (насос) или разность потенциалов между клеммами + и — называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

Различные металлы имеют разное сродство к электронам. Когда два разнородных металла (или соединения металлов) контактируют или соединяются через проводящую среду, электроны имеют тенденцию переходить от металла с меньшим сродством к электронам, который становится положительно заряженным, к металлу с большим сродством, которое становится отрицательно заряженным. Следовательно, разность потенциалов между металлами будет расти, пока она не уравновесит тенденцию переноса электронов между металлами.На этом этапе «равновесный потенциал» — это то, что уравновешивает разницу между склонностью двух металлов приобретать или терять электроны.

Ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но, что сбивает с толку, электроны текут в противоположном направлении. Эта путаница возникает из-за того, что мы склонны считать электроны единственными носителями тока. Фактически, положительные ионы также являются носителями тока и текут в том же направлении, что и ток.В гальваническом элементе положительные ионы переносят ток через элемент, а электроны переносят ток во внешней цепи. Посмотрите на Бенджамина Франклина, которого ложно обвинили в неправильном названии текущего потока.

Батарея или гальванический элемент накапливает энергию в химической форме в своих активных материалах и может преобразовывать ее в электрическую энергию по запросу, обычно посредством электрохимической окислительно-восстановительной, окислительно-восстановительной реакции (см. Ниже).

(Примечание — общее название «окислительно-восстановительный потенциал», по-видимому, было присвоено недавней конструкцией проточной батареи, в которой используются две окислительно-восстановительные пары ванадия).

Каждая гальваническая или энергетическая ячейка состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

Анод или отрицательный электрод является восстановительным или топливным электродом. Он отдает электроны во внешнюю цепь и окисляется во время электрохимической (разрядной) реакции. Обычно это металл или сплав, но также используется водород. Анодный процесс — это окисление металлического восстановителя с образованием ионов металла.
( LEO потеря электронов — окисление )
Альтернативно
( OIL — Окисление потеряно)
Катод или положительный электрод является окислительным электродом. Он принимает электроны из внешнего контура и восстанавливается во время электрохимической (разрядной) реакции.Обычно это оксид или сульфид металла, но также используется кислород. Катодный процесс — это восстановление окислителя (оксида) до выхода металла.
( GER Gain Electron — Reduction ). Помните мнемоническое рычание льва.

Альтернативно

( RIG — Уменьшение — это усиление) Альтернативная мнемоника — OIL RIG

Электролит (ионный проводник), который обеспечивает среду для передачи заряда в виде ионов внутри ячейки между анодом и катодом.Электролит обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионную проводимость. Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать саморазряда элемента.

Ионы металлов — это атомы металлов, у которых отсутствуют электроны, и поэтому они заряжены положительно. Частицы, у которых отсутствуют электроны, называются катионами , и во время разряда они движутся через электролит к положительному электроду, ошибочно называемому катодом * См. Примечание ниже.

Анионы — это атомы или частицы с избыточными электронами и, следовательно, отрицательно заряженные.Во время разряда они притягиваются через внешнюю цепь к отрицательному электроду, называемому анодом * .

Разделитель , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс разгрузки

Когда батарея полностью заряжена, на аноде имеется избыток электронов, придающий ему отрицательный заряд, и дефицит на катоде, придающий ему положительный заряд, что приводит к разности потенциалов на элементе.

Когда цепь замыкается, избыточные электроны текут во внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода, который теряет весь свой заряд, к положительно заряженному катоду, который принимает его, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Цепь замыкается или уравновешивается потоком положительных ионов в электролите от анода к катоду.

Поскольку электроны заряжены отрицательно, электрический ток, который они представляют, течет в противоположном направлении, от катода (положительный вывод) к аноду (отрицательный вывод).

Анод — это электрод, через который электроны выходят из поляризованного электрического устройства (или электрод, через который протекает ток)

Мнемоника КИСЛОТА = A узел C текущий I nto D evice (во время разряда).

Две системы электролита

Принципы гальванической или гальванической ячейки могут быть продемонстрированы работой ячейки Даниэля, системы с двумя электролитами.

КАТОД	ЯЧЕЙКА DANIELL	АНОД
плюс полюс батареи		минус полюс батареи
		Цинк теряет электроны быстрее, чем медь

Принимает электроны от внешней цепи		Подает электроны во внешнюю цепь

Отложения металлической меди на катоде		Цинк переходит в водный раствор

Участок Редукции		Участок окисления

Полуячейка с максимальным электродным потенциалом		Полуячейка с наименьшим электродным потенциалом
GER		LEO

Две системы первичных ячеек с электролитом существуют с 1836 года, когда была изобретена ячейка Даниэля для решения проблем поляризации.Эта компоновка показывает, что фактически имеется два полуэлементов , в которых происходят химические воздействия. Каждый электрод погружен в другой электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода , положительный или отрицательный, представляет собой напряжение, развиваемое одним электродом. Электролиты отделены друг от друга соляным мостиком или пористой мембраной , которая является нейтральной и не принимает участия в реакции. Благодаря процессу осмоса он пропускает ионы сульфата, но блокирует ионы металлов.

Эта схема с двумя электролитами дает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Хотя эти элементы более сложные, они позволили сконструировать элементы с более длительным сроком службы за счет оптимизации комбинации электролит / электрод отдельно на каждом электроде.

Совсем недавно они были использованы в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая практически неограниченную емкость.

Цинк — очень популярный анодный материал, и указанное выше химическое воздействие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанный элемент Даниэля «сжигает цинк и осаждает медь»

Редокс-реакции и полуэлементы

Простой одиночный электролитический элемент также может быть представлен двумя полуэлементами.Это можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с двумя одинаковыми электролитами.

Модель ячейки в виде двух полуэлементов используется электрохимиками и разработчиками ячеек для расчета электродных потенциалов и характеристики химических реакций внутри ячейки. Восстановление происходит в одной половине ячейки, а окисление происходит в другой половине ячейки. В батарее обе реакции протекают одновременно, и объединенная реакция называется окислительно-восстановительной реакцией (восстановление и окисление)

Напряжение ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) для внешнего тока, производимого ячейкой, представляет собой разность стандартных электродных потенциалов двух реакций полуячейки при стандартных условиях.Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от стандартных условий. Уравнение Нернста связывает фактическое напряжение химической ячейки со стандартными потенциалами электрода с учетом температуры и концентраций реагентов и продуктов. ЭДС ячейки будет уменьшаться по мере уменьшения концентрации активных химикатов по мере их использования до тех пор, пока одно из химикатов полностью не исчерпается.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

К счастью, такие глубокие знания химии элементов и термодинамики обычно не требуются инженеру по применению аккумуляторов.

* Важное примечание: Существует много путаницы, связанной с обозначением электродов вторичных ячеек как анодов или катодов. Строго говоря, обозначение зависит от направления тока.Это означает, что он меняется в зависимости от того, заряжается или разряжается элемент. Это связано с тем, что анод определяется как электрод, который производит электроны (половина реакции окисления), в то время как катод определяется как электрод, который принимает электроны (половина реакции восстановления). Это верно как для зарядки, так и для разрядки. Другими словами:

Во время разряда анод является отрицательным электродом, а катод — положительным электродом.
Во время зарядки анод является положительным электродом, а катод — отрицательным электродом.
Мнемоника ACID для «Анодный ток в устройство» связывает обозначение электрода с направлением тока.

К сожалению, путаница усугубляется из-за различных соглашений об именах, обычно применяемых к электродам батареи.Электроды вторичных ячеек обычно называют просто анодами и катодами, которые соответствуют реакции разряда, ошибочно игнорируя реверсирование, соответствующее процессу зарядки.

С другой стороны, полярность катода по отношению к аноду может быть положительной или отрицательной. Таким образом, условные обозначения катода и анода не меняются в зависимости от направления тока.

Первичные элементы

В первичных ячейках эта электрохимическая реакция необратима. Во время разряда химические соединения постоянно меняются, и электрическая энергия высвобождается до тех пор, пока исходные соединения не будут полностью исчерпаны. Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.

Вторичные элементы

Во вторичных ячейках эта электрохимическая реакция обратима, и исходные химические соединения могут быть восстановлены путем приложения электрического потенциала между электродами, вводящими энергию в ячейку.Такие элементы можно многократно разряжать и перезаряжать.

	Перезаряжаемый аккумулятор (намного упрощенный)

Процесс зарядки

Зарядное устройство отделяет электроны от анода, оставляя на нем положительный заряд, и направляет их на катод, придавая ему отрицательный заряд.Энергия, закачиваемая в клетку, переводит активные химические вещества обратно в их исходное состояние.

Выбор активных химических веществ

Напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую зависят от типов материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или металлического соединения приобретать или терять электроны по отношению к другому материалу известна как его электродный потенциал.Таким образом, силы окислителей и восстановителей указываются их стандартными электродными потенциалами. Соединения с потенциалом положительного электрода используются для анодов, а соединения с потенциалом отрицательного электрода — для катодов. Чем больше разница между электродными потенциалами анода и катода, тем больше ЭДС ячейки и тем большее количество энергии, которое она может произвести.

Периодическая таблица

Материалы анода и катода выбираются исходя из их пригодности в качестве окислителей или восстановителей.Относительные восстанавливающие и окислительные способности элементов указаны цветной стрелкой в Периодической таблице ниже. Сильные восстанавливающие элементы сгруппированы слева, а сильные окисляющие элементы сгруппированы справа.

Группы

Элементы в каждой отдельной группе имеют одинаковое количество «валентных» электронов во внешней валентной оболочке.Поскольку количество валентных электронов определяет, как атом химически реагирует с другими атомами, элементы в пределах определенной группы, как правило, имеют аналогичные химические свойства.

Внешняя электронная оболочка может иметь до восьми электронов, но с полным набором из восьми электронов, как и в благородных газах (группа 18), нет «свободных» электронов, доступных для участия в химических реакциях, поэтому благородные газы химически инертный или инертный. Таким образом, во внешней валентной оболочке атомов фактически имеется только семь возможных валентных электронов, и каждый элемент имеет уникальное характеристическое число электронов, которое определяет его свойства.Способы, которыми атомы реагируют с другими атомами, другими словами, их возможные химические реакции, определяются количеством электронов в их валентных оболочках.

Наиболее реактивные элементы находятся в левой и правой крайних точках таблицы. Это щелочные металлы (группа 1), атомы которых имеют только один электрон в своей валентной оболочке, и галогены (группа 17) с семью валентными электронами, у которых всего один электрон не имеет полной оболочки.

Периоды

Все элементы в любом периоде имеют одинаковое количество электронных оболочек или орбит, что соответствует количеству возможных уровней энергии электронов в атоме. Номер периода соответствует количеству электронных оболочек.

Число, содержащееся в каждом поле в таблице, — это атомный номер элемента, который представляет собой количество протонов в ядре каждого атома.Двигаясь слева направо по таблице от группы 1 к группе 18 в течение каждого периода, количество протонов на атом увеличивается на единицу от каждого элемента к соседнему элементу.

Восстановители (элементы) имеют избыточные электроны во внешней валентной оболочке, которые они отдают в окислительно-восстановительной реакции и, следовательно, окисляются. Окислители (элементы) имеют дефицит электронов в их валентной оболочке, которая принимает электроны в окислительно-восстановительной реакции и восстанавливается.

См. Также Стандартную модель физики элементарных частиц, показывающую элементарные частицы.

Электрохимическая серия

Электрохимический ряд, приведенный ниже, представляет собой список или таблицу металлических элементов или ионов, упорядоченных в соответствии с их электродными потенциалами. Порядок показывает тенденцию одного металла восстанавливать ионы любого другого металла в ряду ниже него.Потенциалы выбираются по отношению к водороду, потенциал которого был произвольно определен как ноль, что приводит к положительным и отрицательным значениям электродного потенциала. На самом деле они следуют последовательной серии, охватывающей диапазон около 6 вольт.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает крайние значения из таблицы.

Сила окислителей и восстановителей

Катод (восстановительный) Половина реакции	Стандартный потенциал E ° (вольт)
Li ⁺ (водн.) + E ^— -> Li (s)	-3.04
K ⁺ (водн.) + E ^— -> K (s)	-2,92
Ca ²⁺ (водн.) + 2e ^— -> Ca (s)	-2.76
Na ⁺ (водн.) + E ^— -> Na (s)	-2,71
Zn ²⁺ (водн.) + 2e ^— -> Zn (s)	-0.76
2H ⁺ + 2e ^— -> H ₂	0
Cu ²⁺ (водн.) + 2e ^— -> Cu (s)	0.34
O ₃ ⁺ (г) + 2H ⁺ (водн.) + 2e ^— -> O ₂ (г) + H ₂ O (л)	2,07
F ₂ (г) + 2e ^— -> 2F ^— (водн.)	2.87

Значения для записей в таблице являются потенциалами восстановления, поэтому литий в верхней части списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это самый сильный восстановитель. Самый сильный окислитель — фтор с наибольшим положительным числом для стандартного электродного потенциала.

Сила восстановительной или окислительной способности соединений также указывается их характеристическими электродными потенциалами.

Доступная энергия

Химические элементы содержат внутренний электрохимический энергетический потенциал, связанный с энергией электронов во внешней электронной оболочке или валентной зоне в атоме, и независимо от того, имеется ли в его текущем состоянии потенциальный избыток или недостаток электронов. Эти внешние электроны, называемые валентными электронами, определяют, как атом химически реагирует с другими атомами. Атомы с заполненной валентной оболочкой обычно химически инертны.Атомы с одним или двумя валентными электронами больше, чем закрытая оболочка, обладают высокой реакционной способностью, потому что лишние электроны легко удаляются с образованием положительных ионов (окисление). Атомы с одним или двумя валентными электронами меньше, чем закрытая оболочка, также обладают высокой реакционной способностью из-за тенденции либо приобретать недостающие электроны и образовывать отрицательные ионы (восстановление), либо делиться электронами и образовывать ковалентные связи. Самая низкая энергия для вида — это когда его внешняя оболочка полностью занята электронами. Приобретение или потеря электронов изменяет уровень энергии атома, и именно эта энергия высвобождается в виде электрической энергии во время разряда первичной или вторичной батареи или поглощается при зарядке вторичной батареи.

Энергия, доступная в атоме для выполнения внешней работы, называется Свободной энергией Гиббса , и показателем величины этого высвобождения потенциальной энергии является электродный потенциал элемента. Для сбалансированной реакции это выражается в следующем уравнении:

ΔG = — E ⁰ н. Факс

Где

ΔG — изменение свободной энергии Гиббса в Джоулях

E ⁰ — стандартный потенциал электрода или ЭДС в вольтах (см. Таблицу выше)

n — число молей электронов, перенесенных в реакции ячейки, на моль реакции

F — постоянная Фарадея в кулонах на моль (величина электрического заряда на моль электронов)

Это уравнение используется для расчета энергии, доступной в окислительно-восстановительных реакциях, возможных с различными комбинациями активных химических веществ.

Напряжение или разность потенциалов между реакциями окисления и восстановления возникает из-за различных электрохимических потенциалов реакций восстановления и окисления в батарее. Электрохимический потенциал — это мера разницы между средней энергией самых внешних электронов молекулы или элемента в двух ее валентных состояниях.

История

В таблице ниже показаны некоторые общие химические вещества, используемые для электродов батарей, в порядке их относительных электродных потенциалов.

	Материалы анода		Материалы катода
(отрицательные клеммы)		(положительные выводы)
НАИЛУЧШИЕ — (самые отрицательные)		BEST- (Самый положительный)
Литий		Феррат
Магний		Оксид железа
Алюминий		Оксид меди
цинк		Йодат
Хром		Оксид меди
Утюг		Оксид ртути
Никель		Оксид кобальта
Олово		Диоксид марганца
Свинец		Диоксид свинца
Водород		Оксид серебра
Медь		Кислород
Серебро		Оксигидроксид никеля
Палладий		Диоксид никеля
Меркурий		Перекись серебра
Платина		Перманганат
Золото		Бромат
НАИЛУЧШИЕ — (наименьшее отрицательное)		НАИЛУЧШИЙ — (наименее положительный)

Элементы, в которых используются водные (содержащие воду) электролиты, ограничены по напряжению до менее 2 В, потому что кислород и водород в воде диссоциируют в присутствии напряжений, превышающих это напряжение.Литиевые батареи (см. Ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют этой проблемы и доступны с напряжением от 2,7 до 3,7 В. Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти элементы имеют относительно высокий внутренний импеданс.

Подробнее о выборе материалов электродов см. На странице о новых конструкциях и химическом составе батарей.

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно был разработан новый химический состав клеток с использованием химических реакций, альтернативных традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные ячейки

Химический состав металлогидридных элементов зависит от способности некоторых металлов поглощать большие количества водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами, могут обеспечивать накопитель водорода, который может обратимо реагировать в химии аккумуляторных элементов. Такие металлы или сплавы используются для отрицательных электродов. Положительный электрод представляет собой гидроксид никеля, как и в никель-кадмиевых батареях. Электролит, который также представляет собой водный раствор, абсорбирующий водород, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, но служит для переноса водорода между электродами.

Литий-ионные элементы

В отличие от традиционного окислительно-восстановительного гальванического действия, химический состав вторичных литий-ионных элементов зависит от механизма «интеркаляции». Это включает внедрение ионов лития в кристаллическую решетку основного электрода без изменения его кристаллической структуры. Эти электроды имеют два основных свойства

Открытые кристаллические структуры, которые позволяют вводить или извлекать ионы лития
Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются хостами интеркаляции.

В типичном литиевом элементе анод или отрицательный электрод изготовлен из углерода, а катод или положительный электрод — из диоксида лития-кобальта или диоксида лития-марганца. (Возможны также другие химические составы)

Поскольку литий бурно реагирует с водой, электролит состоит из неводных органических солей лития и действует исключительно как проводящая среда и не принимает участия в химическом действии, а поскольку вода не участвует в химическом действии, выделение водорода и кислородные газы, как и во многих других батареях, также удаляются.

Во время разряда ионы лития диссоциируют от анода, мигрируют через электролит и внедряются в кристаллическую структуру основного соединения. В то же время компенсирующие электроны перемещаются по внешней цепи и принимаются хозяином для уравновешивания реакции.

Процесс полностью обратимый. Таким образом, ионы лития проходят между электродами во время зарядки и разрядки.Это дало начало названиям элементов «кресло-качалка», «качели» или «волан» для ионно-литиевых батарей.

Интерфейс твердого электролита / межфазный слой (SEI)
Слой SEI необходим для стабильности литиевых вторичных элементов, использующих угольные аноды.

Электролит бурно реагирует с углеродным анодом во время первоначального заряда пласта, и образуется тонкий пассивирующий слой SEI, замедляющий скорость заряда и ограничивая ток

Осаждение слоя SEI является важной частью процесса формирования, когда ячейки получают свой первый заряд.

НО слой SEI увеличивает внутреннее сопротивление элемента и снижает возможные скорости заряда, а также характеристики при высоких и низких температурах.

Избыточный нагрев может привести к сгибанию защитного барьерного слоя SEI, что приведет к возобновлению анодной реакции с выделением большего количества тепла, что приведет к тепловому разгоне.

Толщина слоя SEI неоднородна и увеличивается с возрастом, увеличивая внутреннее сопротивление элемента, уменьшая его емкость и, следовательно, срок службы.

Аноды из оксида титаната лития (LTO) не вступают в неблагоприятную реакцию с электролитами, обычно используемыми в литий-ионных элементах, поэтому слой SEI не образуется, и он не нужен в элементах LTO. Это дает новые степени свободы в повышении производительности клеток. См. Варианты литиевых элементов

Варианты литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые изначально были разработаны для космического и военного применения.К ним относятся химические соединения литий-тионилхлорида и лития-диоксида серы, в которых используются реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой плотности энергии и мощности.

Альтернативные химические вещества — Особые ароматизаторы

Разработка лучшей батареи — это не просто вопрос выбора пары элементов с большей разницей в потенциалах электродов, есть много других факторов, которые играют роль. Это могут быть: доступность и стоимость сырья, стабильность или безопасность химической смеси, технологичность компонентов, обратимость электрохимической реакции, проводимость компонентов, диапазон рабочих температур и, вполне возможно, желание обойти патент другого производителя. .Все эти соображения приводят к использованию ограниченного набора основных химических веществ, но с более широким разнообразием составов запатентованных материалов.

За прошедшие годы был разработан широкий спектр химических элементов и добавок для оптимизации характеристик элементов для различных применений.

Альтернативные активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см. Ниже), увеличения текущей емкости, уменьшения внутреннего импеданса, уменьшения саморазряда, увеличения напряжения на клеммах, повышения кулоновской эффективности или снижения затрат.

Могут быть включены дополнительные соединения для изменения поведения активных соединений с целью увеличения срока службы, предотвращения коррозии или утечки, контроля поляризации или повышения безопасности. Они могут включать катализаторы, которые можно использовать для стимулирования или ускорения желаемых химических действий, таких как рекомбинация активных химических веществ в герметичных ячейках. Они также могут включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или предотвращения нежелательных физических или химических воздействий, таких как образование дендритов.

К диапазону доступных химических элементов ячеек добавлены различные емкости ячеек и их физические конструкции. Таким образом, инженер по применению аккумуляторов имеет широкий выбор вариантов.

Плотность энергии

Плотность энергии — это количество энергии на единицу веса или на единицу объема, которое может храниться в батарее.Таким образом, для данного веса или объема химический состав ячейки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше энергии или, альтернативно, для данной накопительной емкости ячейка с более высокой плотностью энергии будет меньше и легче. В таблице ниже показаны некоторые типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых общепринятых химических составов вторичных ячеек

Как правило, более высокая плотность энергии достигается за счет использования более активных химикатов.Обратной стороной является то, что более химически активные химические вещества имеют тенденцию быть нестабильными и могут потребовать специальных мер безопасности. Плотность энергии также зависит от качества активных материалов, используемых в конструкции ячейки, с примесями, ограничивающими достижимую емкость ячейки. Вот почему элементы разных производителей с аналогичным химическим составом и конструкцией могут иметь разное энергосодержание и разрядные характеристики.

Обратите внимание, что часто бывает разница между цилиндрическими и призматическими ячейками.Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно относится не только к химическим веществам, а ко всей ячейке с учетом материалов оболочки ячейки и соединений. Таким образом, плотность энергии зависит или ограничивается практичностью конструкции ячеек.

Поставка основных химических элементов

Обеспокоены наличием экзотических химикатов и влиянием будущего спроса на цены?

На диаграмме ниже показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02

Примечание. Из приведенной выше таблицы литий в 20–100 раз более распространен по количеству атомов, чем свинец и никель. Причина, по которой он встречается реже, заключается в том, что литий, будучи гораздо более активным, чем любой другой металл, обычно не находится в свободном состоянии, а сочетается с другими элементами.В отличие от этого, менее реакционноспособный свинец чаще обнаруживается в свободном состоянии, и его легче извлекать и очищать. Тяжелые металлы кадмий и ртуть, использование которых в настоящее время не рекомендуется из-за их токсичности, встречаются в 1000 раз реже, чем литий.

Потребление лития в аккумуляторах EV и HEV

Содержание лития в литиевой батарее большой емкости на самом деле довольно мало.

Если взять в качестве примера литий-кобальтовый элемент, содержание лития в катодном материале LiCoO ₂ составляет всего 7% по весу. Сам катодный материал составляет от 25% до 33% веса батареи, так что содержание лития в электроде в элементе составляет около 2% веса элемента. Кроме того, электролит, на который приходится около 10% веса батареи, также содержит меньшие количества растворенного лития, так что общее содержание лития в высокоэнергетической батарее обычно составляет менее 3% по весу.

Литиевые батареи, используемые в электромобилях и HEV, весят около 7 кг на кВтч, поэтому содержание лития будет около 0,2 кг на кВтч. Типичный пассажирский электромобиль может использовать батареи емкостью от 30 до 50 кВтч, так что содержание лития в одной батарее электромобиля составляет от 6 до 10 кг.

Емкость аккумуляторов HEV обычно составляет менее 10% от емкости аккумулятора электромобиля, а вес используемого лития, соответственно, на 10% меньше.

Таким образом, 1 миллион электромобилей будет потреблять менее 10 000 тонн лития (без рециркуляции), а 1 миллион электромобилей — не более 1 000 тонн

Учитывая имеющиеся поставки лития (см. Следующий раздел), лития более чем достаточно для удовлетворения мирового спроса на высокоэнергетические автомобильные батареи.

Расходные материалы для лития

Литий — 31-й элемент земной коры по распространенности с содержанием 20 частей на миллион.Для сравнения: свинец (14 частей на миллион), олово (2,3 частей на миллион), кобальт (25 частей на миллион) и никель (84 частей на миллион). В небольших количествах он содержится почти во всех магматических породах и минеральных источниках с особенно крупными месторождениями в Китае, Северной Америке, Бразилии, Чили, Аргентине, России, Испании и некоторых частях Африки.

Текущая оценка эксплуатируемых запасов (без извлечения из морской воды) оценивается в 28,4 млн тонн. Вдобавок земля 1.4 × 10 ²¹ килограмм морской воды содержат относительно высокое содержание лития 0,17 частей на миллион, что означает, что в мировом океане содержится более 200 миллиардов тонн лития.

Геологическая служба США сообщила, что мировое производство лития в 2006 году составило 333 000 метрических тонн, что немного ниже, чем в предыдущем году. Ожидается, что в 2010 году Китай начнет производство 45 000 тонн лития в год на предприятиях, работающих на рассоле.

Токсичность лития

Если вы задаетесь вопросом, есть ли какие-либо токсические эффекты, связанные с литием, утверждается, что литий, напротив, обладает терапевтическими преимуществами.Безалкогольный напиток «7Up» появился в 1929 году, за два месяца до краха на Уолл-стрит, с запоминающимся названием «Bib Label Lithiated Lemon-Lime Soda». «7Up» содержал цитрат лития до 1950 года, когда он был изменен, некоторые говорят, из-за связи лития с психическими заболеваниями. С 1940-х годов литий в форме карбоната лития успешно используется при лечении психических расстройств, в частности, маниакальной депрессии. Однако, как и в случае с большинством химикатов, небольшие дозы могут быть безопасными или терапевтическими, но слишком большие могут быть фатальными.

Подробнее о токсичности см. На странице «Новые конструкции и химический состав батарей».

Сделайте аккумулятор дома или в школе

См. В разделе «Домашние батареи» инструкции о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.

Новая химия аккумуляторов

Подробнее о новых технологиях аккумуляторов см. На следующей странице Новые конструкции и химический состав аккумуляторов

Конструкция батареи

Информацию о механической конструкции батарей можно найти на следующих страницах:

Практическая химия клеток

Описаны некоторые из наиболее распространенных химических составов клеток и области применения, для которых они подходят, если вы перейдете по ссылкам ниже: —

Первичные элементы

Вторичные элементы

Необычные батареи

Сравнительная таблица химического состава клеток

Альтернативные методы производства и хранения энергии

Транспортировка литиевых батарей | PHMSA

Батареи вплетены в ткань современной американской жизни.Они питают портативные компьютеры, телефоны и аудиоустройства. Они делают возможным использование моторизованных инвалидных колясок и аккумуляторных инструментов. Мы стали полагаться на аккумуляторы, чтобы вести все более мобильный образ жизни. Сегодняшние батареи содержат больше энергии, чем когда-либо, что делает возможным постоянно растущее количество устройств с большей мощностью на рынке. Но с такой повышенной мощностью возникает больший риск и необходимость управлять риском.

Литиевые батареи

считаются опасным материалом в соответствии с Правилами обращения с опасными материалами Министерства транспорта США (DOT) (HMR; 49 C.F.R., части 171-180). HMR применяется к любому материалу, который, по мнению DOT, может представлять необоснованный риск для здоровья, безопасности и имущества при коммерческой транспортировке. ¹ Литиевые батареи должны соответствовать всем применимым требованиям HMR, когда предлагаются для транспортировки или перевозятся по воздуху, шоссе, железной дороге или водным транспортом.

Почему литиевые батареи регулируются при транспортировке? Литиевые батареи

представляют опасность как с химическим, так и с электрическим током. Опасности включают химический ожог, пожар и поражение электрическим током.Батареи могут быть опасны, если они не упакованы надлежащим образом и не используются при транспортировке. Неправильное использование, неправильное обращение, неправильная упаковка, неправильное хранение, перезарядка или дефектные батареи могут привести к короткому замыканию, перегреву, а иногда и к возгоранию. Большинство производимых сегодня литиевых батарей содержат горючий электролит и имеют более высокую плотность энергии. Они могут перегреваться и воспламеняться при определенных условиях, а после возгорания их трудно потушить. Кроме того, хотя литиевая батарея является редким явлением, она подвержена тепловому разгоне, цепной реакции, приводящей к резкому высвобождению накопленной энергии.

Ресурсы для грузоотправителей :

Вне зависимости от того, отправляете ли вы одну батарею, пакет с батареями на поддоне или устройство с батарейным питанием, безопасность вашей посылки и людей, которые с ней работают, зависит от соблюдения этих правил. Для отправлений, осуществляемых с использованием других перевозчиков, кроме Почтовой службы США, см. 49 CFR 173.185 для получения подробных требований, связанных с отправкой литиевых батарей, в том числе содержащихся в электронных устройствах.

«Как безопасно отправить аккумуляторы и флаер об аккумуляторах»

Ресурсы для производителей :

По соображениям безопасности литиевые батареи должны подвергаться серии проектных испытаний в соответствии с подразделом 38.3 Руководства ООН по испытаниям и критериям. Однако поставщики и потребители, находящиеся ниже по цепочке, часто не могут подтвердить, успешно ли прошла проверка их батареи. Чтобы решить эту проблему, некоторые производители литиевых аккумуляторов и устройств предоставляют листы информации о продуктах с этой информацией, однако это не является широко распространенной практикой.В Типовых правилах ООН теперь содержится требование к производителям и дистрибьюторам литиевых батарей предоставлять сводки испытаний (TS) литиевых батарей с использованием стандартизованного набора элементов.

Ресурсы для пассажиров авиакомпаний :

Если вы планируете поездку, вы можете взять с собой портативный компьютер, мобильный телефон, фотоаппарат, персонального цифрового помощника или другие устройства с батарейным питанием, поскольку эти предметы по-прежнему безопасны для полета! Батареи представляют небольшой риск, если они содержатся в устройствах, которые они питают, если приняты меры для предотвращения случайного включения.Запасные батареи можно упаковать в ручную кладь, если приняты меры по защите от короткого замыкания.

https://www.faa.gov/about/initiatives/hazmat_safety/

https://www.tsa.gov/travel/security-screening/whatcanibring/items/lithium-batteries-100-watt-hours-or-less-device

https://www.tsa.gov/travel/security-screening/whatcanibring/items/lithium-batteries-more-100-watt-hours

https://www.tsa.gov/travel/security-screening/whatcanibring

Ресурсы по безопасности потребительских товаров :

Комиссия по безопасности потребительских товаров (CPSC) — это независимое федеральное регулирующее агентство, задачей которого является защита здоровья и безопасности населения от необоснованных рисков травм или смерти, связанных с использованием тысяч типов потребительских товаров, включая литиевые батареи продукты с питанием.Компания CPSC получила жалобы потребителей, а также отчеты производителей и розничных продавцов, связанные с опасностями, связанными с аккумуляторами и зарядными устройствами. Потенциальные опасности включают перегрев, пожар, поражение электрическим током от зарядных устройств, термические ожоги, воздействие щелочных электролитов батарей или выброс внутренних компонентов батарей с большой скоростью. Сообщалось об инцидентах с аккумулятором во время использования продукта, во время хранения и во время зарядки аккумулятора. Было много отзывов, касающихся литий-ионных аккумуляторов / аккумуляторных блоков / зарядных устройств для использования в сотовых телефонах, портативных вычислительных устройствах и других персональных электронных продуктах.Также был отмечен ряд отзывов о батареях других технологий, используемых в таких продуктах, как игрушки для катания на батарейках и портативные инструменты с батарейным питанием.

www.cpsc.gov/Volvention-Standards/Batteries

https://www.cpsc.gov/Safety-Education

Горячая линия CPSC: 1-800-638-2772

Утилизация аккумуляторов:

https://www.osha.gov/SLTC/recycling/recycling_batteries.html

Безопасность литиевых батарей в Северной Америке

PHMSA тесно сотрудничает со своими партнерами в Управлении по транспортировке опасных грузов Transport Canada.Для получения информации о транспортировке литиевых батарей в Канаду см. Приведенные ниже ссылки на инструкции, выпущенные Transport Canada:

https://www.tc.gc.ca/eng/tdg/shipping-importing-devices-contain-lithium-batteries.html

http://www.tc.gc.ca/eng/tdg/marks-safety-1225.html

http://www.tc.gc.ca/eng/tdg/publications-bulletins-safety-marks-1279.html

http://www.tc.gc.ca/eng/tdg/publications-menu-1307.html

DIY Professional 18650 Аккумулятор: 12 шагов (с изображениями)

Мир отказывается от ископаемого топлива и однажды станет полностью электрическим.В современном мире литий-ионные аккумуляторы являются наиболее многообещающим химическим веществом. Большинство аккумуляторных батарей, используемых в ноутбуках, радиоуправляемых игрушках, дронах, медицинских устройствах, электроинструментах, электронных велосипедах и электромобилях (EV), основаны на батареях 18650. Это один из наиболее зрелых доступных литий-ионных форматов, он производится в больших объемах и имеет низкую стоимость ватт-часа.

◆ Подпишитесь на меня в Instagram @ opengreenenergy

Вы можете найти все мои проекты на https://www.opengreenenergy.com/

Батарея 18650 (диаметр 18 мм и длина 65 мм) представляет собой классификацию литий-ионных батарей по размеру. .Он такой же формы, но немного больше, чем батарея AA. Батарейки AA иногда называют 14500 батареями, потому что они имеют диаметр 14 мм и высоту 50 мм.

Ранее я сделал генератор солнечной энергии, который до сих пор работает очень хорошо. Но главная проблема — это его вес, он действительно тяжелый. Основной вес солнечного генератора обусловлен находящейся внутри тяжелой свинцово-кислотной батареей. Поэтому я решил сделать легкий и компактный литий-ионный аккумулятор 18650.

В этом руководстве я покажу вам, как сделать аккумуляторную батарею 18650 для таких приложений, как Power Bank, солнечный генератор, электронный велосипед, Power Wall и т. Д.Принцип очень прост: просто объединить количество 18650 ячеек последовательно и параллельно, чтобы сделать большую батарею и, наконец, обеспечить безопасность, добавив к ней BMS.

В конце этого проекта я сделал заказной корпус для аккумуляторной батареи, напечатанный на 3D-принтере.

Заявление об ограничении ответственности: Я не могу нести ответственность за потерю имущества, повреждение или гибель людей, если это произойдет. Это руководство было написано для тех, кто знаком с технологией перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов.Пожалуйста, не пытайтесь сделать это, если вы новичок. Оставайтесь в безопасности.

Полное видеоурок:

Physics Tutorial: Series Circuits

Как упоминалось в предыдущем разделе Урока 4, два или более электрических устройства в цепи могут быть соединены последовательным или параллельным соединением. Когда все устройства соединены последовательным соединением, схема называется последовательной схемой . В последовательной цепи каждое устройство подключается таким образом, что существует только один путь, по которому заряд может проходить через внешнюю цепь.Каждый заряд, проходящий через контур внешней цепи, будет последовательно проходить через каждый резистор.

Краткое сравнение и контраст между последовательными и параллельными цепями было сделано в предыдущем разделе Урока 4. В этом разделе было подчеркнуто, что добавление большего количества резисторов к последовательной цепи приводит к довольно ожидаемому результату — увеличению общего сопротивления. . Поскольку в цепи есть только один путь, каждый заряд встречает сопротивление каждого устройства; поэтому добавление большего количества устройств приводит к увеличению общего сопротивления.Это увеличенное сопротивление служит для уменьшения скорости протекания заряда (также известной как ток).

Эквивалентное сопротивление и ток

Заряды проходят через внешнюю цепь со скоростью, которая везде одинакова. В одном месте ток не больше, чем в другом. Фактическое количество тока обратно пропорционально общему сопротивлению. Существует четкая взаимосвязь между сопротивлением отдельных резисторов и общим сопротивлением набора резисторов.Что касается батареи, которая нагнетает заряд, наличие двух последовательно соединенных резисторов сопротивлением 6 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора сопротивлением 12 Ом. Наличие трех последовательно соединенных резисторов сопротивлением 6 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора сопротивлением 18 Ом. А наличие четырех последовательно соединенных резисторов 6 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора 24 Ом.

Это концепция эквивалентного сопротивления. Эквивалентное сопротивление схемы — это величина сопротивления, которая потребуется одному резистору, чтобы сравняться с общим эффектом от набора резисторов, присутствующих в схеме.Для последовательных цепей математическая формула для вычисления эквивалентного сопротивления (R _eq) составляет

. R _экв. = R ₁ + R ₂ + R ₃ + …

, где R ₁, R ₂ и R ₃ — значения сопротивления отдельных резисторов, соединенных последовательно.

Создавайте, решайте и проверяйте свои собственные проблемы с помощью виджета Equivalent Resistance ниже.Создайте себе проблему с любым количеством резисторов и любыми номиналами. Решать проблему; затем нажмите кнопку «Отправить», чтобы проверить свой ответ.

Ток в последовательной цепи везде одинаковый. Заряд НЕ накапливается и не начинает накапливаться в любом заданном месте, так что ток в одном месте больше, чем в других местах. Заряд НЕ расходуется резисторами, так что в одном месте его меньше по сравнению с другим. Можно представить, что заряды движутся вместе по проводам электрической цепи и везде движутся с одинаковой скоростью.Ток — скорость, с которой течет заряд — везде одинаков. То же самое на первом резисторе, как на последнем резисторе, как в батарее. Математически можно написать

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ = …

, где I ₁, I ₂ и I ₃ — значения тока в отдельных местах резистора.

Эти значения тока легко вычислить, если известно напряжение батареи и известны отдельные значения сопротивления.Используя значения отдельных резисторов и приведенное выше уравнение, можно рассчитать эквивалентное сопротивление. А используя закон Ома (ΔV = I • R), ток в батарее и, следовательно, через каждый резистор можно определить, найдя соотношение напряжения батареи и эквивалентного сопротивления.

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ = ΔV _{аккумулятор} / R _экв

Разность электрических потенциалов и падения напряжения

Как обсуждалось в Уроке 1, электрохимический элемент схемы подает энергию на заряд, чтобы перемещать его через элемент и устанавливать разность электрических потенциалов на двух концах внешней цепи.Элемент с напряжением 1,5 В создает разность электрических потенциалов во внешней цепи 1,5 В. Это означает, что электрический потенциал на положительной клемме на 1,5 В больше, чем на отрицательной клемме. Когда заряд движется по внешней цепи, он теряет 1,5 вольт электрического потенциала. Эта потеря электрического потенциала обозначается как падение напряжения . Это происходит, когда электрическая энергия заряда преобразуется в другие формы энергии (тепловую, световую, механическую и т. Д.).) внутри резисторов или нагрузок. Если электрическая цепь, питаемая элементом на 1,5 В, оснащена более чем одним резистором, то совокупная потеря электрического потенциала составляет 1,5 В. Для каждого резистора существует падение напряжения, но сумма этих падений составляет 1,5 В — то же самое, что и номинальное напряжение источника питания. Это понятие может быть выражено математически следующим уравнением:

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃ +…

Чтобы проиллюстрировать этот математический принцип в действии, рассмотрим две схемы, показанные ниже на диаграммах A и B. Предположим, вас попросили определить два неизвестных значения разности электрических потенциалов между лампочками в каждой цепи. Чтобы определить их значения, вам нужно будет использовать приведенное выше уравнение. Батарея обозначается обычным схематическим символом, а рядом с ней указывается ее напряжение. Определите падение напряжения для двух лампочек, а затем нажмите кнопку «Проверить ответы», чтобы убедиться, что вы правы.

Ранее в Уроке 1 обсуждалось использование диаграммы электрических потенциалов. Диаграмма электрических потенциалов — это концептуальный инструмент для представления разности электрических потенциалов между несколькими точками электрической цепи. Рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему и соответствующую диаграмму электрических потенциалов.

Схема, показанная на схеме выше, питается от источника энергии 12 В.В цепи последовательно соединены три резистора, каждый из которых имеет собственное падение напряжения. Отрицательный знак разности электрических потенциалов просто означает потерю электрического потенциала при прохождении через резистор. Обычный ток направляется по внешней цепи от положительной клеммы к отрицательной. Поскольку схематический символ источника напряжения использует длинную полосу для обозначения положительного вывода, точка A на схеме находится на положительном выводе или выводе с высоким потенциалом.В точке A электрический потенциал 12 вольт, а в точке H (отрицательный вывод) — 0 вольт. Проходя через батарею, заряд приобретает электрический потенциал 12 вольт. А при прохождении через внешнюю цепь заряд теряет 12 вольт электрического потенциала, как показано на диаграмме электрических потенциалов, показанной справа от принципиальной схемы. Эти 12 вольт электрического потенциала теряются в три этапа, каждый из которых соответствует прохождению через резистор. При прохождении через соединительные провода между резисторами происходит небольшая потеря электрического потенциала из-за того, что провод оказывает относительно небольшое сопротивление потоку заряда.Поскольку точки A и B разделены проводом, они имеют практически одинаковый электрический потенциал 12 В. Когда заряд проходит через свой первый резистор, он теряет 3 В электрического потенциала и падает до 9 В в точке C. точка D отделена от точки C простым проводом, она имеет практически тот же электрический потенциал 9 В, что и C. Когда заряд проходит через второй резистор, он теряет 7 В электрического потенциала и падает до 2 В в точке E. Поскольку точка F отделена от точки E простым проводом, она имеет практически тот же электрический потенциал 2 В, что и E.Наконец, когда заряд проходит через свой последний резистор, он теряет 2 В электрического потенциала и падает до 0 В в точке G. В точках G и H в заряде заканчивается энергия, и ему требуется повышение энергии, чтобы пройти через внешнее сопротивление. схема снова. Прирост энергии обеспечивается аккумулятором по мере того, как заряд перемещается с H на A.

В Уроке 3 закон Ома (ΔV = I • R) был введен как уравнение, которое связывает падение напряжения на резисторе с сопротивлением резистора и током на резисторе.Уравнение закона Ома можно использовать для любого отдельного резистора в последовательной цепи. При объединении закона Ома с некоторыми принципами, уже обсужденными на этой странице, возникает большая идея.

В последовательных цепях наибольшее падение напряжения имеет резистор с наибольшим сопротивлением.

Поскольку в последовательной цепи ток везде одинаковый, значение I ΔV = I • R одинаково на каждом из резисторов последовательной цепи. Таким образом, падение напряжения (ΔV) будет изменяться с изменением сопротивления.Где бы сопротивление ни было наибольшим, падение напряжения будет наибольшим у этого резистора. Уравнение закона Ома можно использовать не только для прогнозирования того, что на резисторе в последовательной цепи будет наблюдаться наибольшее падение напряжения, но и для расчета фактических значений падения напряжения.

Δ В ₁ = I • R ₁

Δ В ₂ = I • R ₂

Δ В ₃ = I • R ₃

Математический анализ последовательных цепей

Приведенные выше принципы и формулы могут быть использованы для анализа последовательной цепи и определения значений тока и разности электрических потенциалов на каждом из резисторов в последовательной цепи.Их использование будет продемонстрировано математическим анализом схемы, показанной ниже. Цель состоит в том, чтобы использовать формулы для определения эквивалентного сопротивления цепи (R _eq), тока в батарее (I _—), а также падений напряжения и тока для каждого из трех резисторов.

Анализ начинается с использования значений сопротивления отдельных резисторов для определения эквивалентного сопротивления цепи.

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ = 17 Ом + 12 Ом + 11 Ом = 40 Ом

Теперь, когда известно эквивалентное сопротивление, ток в батарее можно определить с помощью уравнения закона Ома.При использовании уравнения закона Ома (ΔV = I • R) для определения тока в цепи важно использовать напряжение батареи для ΔV и эквивалентное сопротивление для R. Расчет показан здесь:

I _tot = ΔV _{аккумулятор} / R _eq = (60 В) / (40 Ом) = 1,5 А

Значение тока 1,5 А — это ток в месте расположения батареи. В последовательной цепи без точек разветвления ток везде одинаковый.Ток в месте расположения батареи такой же, как ток в каждом месте расположения резистора. Впоследствии 1,5 ампер — это значение I ₁, I ₂ и I ₃.

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ = 1,5 А

Осталось определить три значения — падение напряжения на каждом отдельном резисторе. Закон Ома снова используется для определения падений напряжения для каждого резистора — это просто произведение тока на каждом резисторе (вычисленное выше как 1.5 ампер) и сопротивление каждого резистора (указано в постановке задачи). Расчеты показаны ниже.

ΔV ₁ = I ₁ • R ₁

ΔV ₁ = (1,5 A) • (17 Ом)

ΔV ₁ = 25,5 В

ΔV ₂ = I ₂ • R ₂

ΔV ₂ = (1,5 A) • (12 Ом)

ΔV ₂ = 18 В

ΔV ₃ = I ₃ • R ₃

ΔV ₃ = (1.5 А) • (11 Ом)

ΔV ₃ = 16,5 В

В качестве проверки точности выполненных математических расчетов целесообразно проверить, удовлетворяют ли вычисленные значения принципу, согласно которому сумма падений напряжения для каждого отдельного резистора равна номинальному напряжению батареи. Другими словами, ΔV _{батареи} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃?

Является ли ΔV _{аккумуляторной батареей} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃?

Это 60 В = 25.5 В + 18 В + 16,5 В?

60 В = 60 В?

Да !!

Математический анализ этой последовательной схемы включал смесь концепций и уравнений. Как это часто бывает в физике, отделение понятий от уравнений при принятии решения физической проблемы является опасным актом. Здесь необходимо учитывать концепции, согласно которым ток везде одинаков и что напряжение батареи эквивалентно сумме падений напряжения на каждом резисторе, чтобы завершить математический анализ.В следующей части Урока 4 параллельные цепи будут проанализированы с использованием закона Ома и концепций параллельных цепей. Мы увидим, что подход сочетания концепций с уравнениями будет не менее важен для этого анализа.

Мы хотели бы предложить … Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействовать — это именно то, что вы делаете, когда используете одно из интерактивных материалов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного средства построения цепей постоянного тока. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Построитель цепей постоянного тока предоставляет учащемуся набор для построения виртуальных цепей. Вы можете легко перетащить источники напряжения, резисторы и провода на рабочее место, расположить и подключить их так, как вам нужно. Вольтметры и амперметры позволяют измерять падение тока и напряжения. Нажатие на резистор или источник напряжения позволяет изменять сопротивление или входное напряжение.Это просто. Это весело. И это безопасно (если вы не используете его в ванне).

Проверьте свое понимание

1. Используйте свое понимание эквивалентного сопротивления, чтобы заполнить следующие утверждения:

а. Два последовательно включенных резистора сопротивлением 3 Ом обеспечат сопротивление, эквивалентное сопротивлению одного резистора _____ Ом.

г. Три резистора сопротивлением 3 Ом, включенные последовательно, обеспечат сопротивление, эквивалентное сопротивлению одного резистора _____ Ом.

г. Три резистора 5 Ом, включенные последовательно, обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

г. Три резистора с сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом включены последовательно. Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

e. Три резистора с сопротивлением 5 Ом, 6 Ом и 7 Ом включены последовательно. Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

ф. Три резистора с сопротивлением 12 Ом, 3 Ом и 21 Ом включены последовательно. Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

2. По мере увеличения количества резисторов в последовательной цепи общее сопротивление __________ (увеличивается, уменьшается, остается прежним) и ток в цепи __________ (увеличивается, уменьшается, остается прежним).

3. Рассмотрим следующие две схемы последовательных цепей. На каждой диаграмме используйте стрелки, чтобы указать направление обычного тока. Затем сравните напряжение и ток в обозначенных точках для каждой диаграммы.

4. Три одинаковые лампочки подключены к D-ячейке, как показано справа.Какое из следующих утверждений верно?

а. Все три лампочки будут иметь одинаковую яркость.
г. Лампа между X и Y будет самой яркой.
г. Лампа между Y и Z будет самой яркой.
г. Лампочка между Z и батареей будет самой яркой.

5. Три одинаковые лампочки подключены к батарее, как показано справа.Какие настройки можно было бы внести в схему, чтобы увеличить ток, измеряемый в точке X? Перечислите все подходящие варианты.

а. Увеличьте сопротивление одной из лампочек.
г. Увеличьте сопротивление двух лампочек.
г. Уменьшите сопротивление двух лампочек.
г. Увеличьте напряжение аккумулятора.
e. Уменьшите напряжение аккумулятора.
ф. Удалите одну из луковиц.

6. Три одинаковые лампочки подключены к батарее, как показано справа. W, X, Y и Z обозначают места на трассе. Какое из следующих утверждений верно?

а. Разница потенциалов между X и Y больше, чем между Y и Z.
г. Разница потенциалов между X и Y больше, чем между Y и W.
г. Разность потенциалов между Y и Z больше, чем между Y и W.
г. Разность потенциалов между X и Z больше, чем между Z и W.
e. Разность потенциалов между X и W больше, чем на батарее.
ф. Разница потенциалов между X и Y больше, чем между Z и W.

7.Сравните схему X и Y ниже. Каждый питается от 12-вольтовой батареи. Падение напряжения на резисторе 12 Ом в цепи Y равно ____ падению напряжения на единственном резисторе в цепи X.

а. меньше чем
г. больше
г. то же, что

8. Аккумулятор на 12 В, резистор на 12 Ом и лампочка подключаются, как показано на схеме X ниже.Резистор на 6 Ом добавлен к резистору на 12 Ом и лампочке, чтобы создать цепь Y, как показано.

Условные графические и буквенные обозначения

Условные обозначения на электрических принципиальных схемах КамАЗ 5490.

Поделиться ссылкой:

Похожие статьи

Электросхемы автомобилей — как правильно читать обозначения + Видео

Что такое электрическая схема?

Для чего нужно уметь читать электрические схемы?

Видео — Как читать схему проводки автомобиля

Условные обозначения на электросхемах авто

5. Классификация аккумуляторов, их типы и условные обозначения

6. Устройство, принцип работы и основные характеристики аккумуляторных батарей

Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Повышение рабочего напряжения батареи

Увеличение емкости источника питания

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

1. Области применения одиночных элементов питания

2. Последовательное соединение

3. Параллельное соединение

4. Последовательно-параллельное соединение

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Схемы подключения аккумуляторов

Продолжить чтение

Page not found — автомануал заказ автокниг с доставкой в любую точку мира

Как читать схемы электрооборудования автомобилей?

Определимся с терминами:

При чтении схем надо знать основополагающие принципы:

Согласно стандарту DIN 72552 (часто используемые значения):

Перечень наиболее используемых символических рисунков:

Обозначения элементов схемы.

Как читать схемы электооборудования автомобилей иностранных моделей?

Обозначения сокращений цвета

Последовательные и параллельные конфигурации батарей и информация

Соединение серии

Терминология для описания последовательного и параллельного соединения

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

или перейти к другой артикуле

Как работают батареи? Детали, типы и терминология (со схемой)

Что такое аккумулятор?

Как работают батареи

Создайте свою собственную лимонную батарею!

Различные типы батарей

Таблица размеров батареи

Химия аккумуляторов и ячеек. Аккумуляторная грунтовка.

Как работают энергетические ячейки

ЯЧЕЙКА DANIELL

Первичные элементы

Вторичные элементы

Выбор активных химических веществ

Периодическая таблица

Доступная энергия

Альтернативные химические реакции

Альтернативные химические вещества — Особые ароматизаторы

Плотность энергии

Относительная плотность энергии некоторых общепринятых химических составов вторичных ячеек

Поставка основных химических элементов

Новая химия аккумуляторов

Конструкция батареи

Практическая химия клеток

Транспортировка литиевых батарей | PHMSA

DIY Professional 18650 Аккумулятор: 12 шагов (с изображениями)

Physics Tutorial: Series Circuits

Мигает индикатор питания toshiba: Мигает Индикатор Заряда на Ноутбуке Toshiba. Что Это Значит.

Как заменить батарею в sony xperia z: Как заменить аккумулятор на Sony Xperia Z? ➡ инструкция с фото

Добавить комментарий Отменить ответ

* Пожалуйста, прочтите комментарии *