Аккумуляторная батарея. Что такое батарея аккумуляторная


Аккумуляторные батареи. Виды, особенности, устройство, применение

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов и АКБ весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных;

Аккумуляторные батареи: устройство

1 — Отрицательный электрод2 — Разделительный слой3 — Положительные электроды4 — Отрицательный контакт5 — Предохранительный клапан6 — Положительные электроды7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Рассмотрим особенности двух наиболее популярных типов аккумуляторных батарей:

Свинцово-кислотные аккумуляторы.

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

  • LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
  • VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
  • AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
  • GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
  • OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
  • OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.
 Литий-ионные аккумуляторы.

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерный тип АКБ. Он появился сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Аккумуляторная батарея - это... Что такое Аккумуляторная батарея?

 Аккумуляторная батарея         электрическая, группа однотипных Аккумуляторов, соединённых электрически и конструктивно для получения напряжения, силы тока, электрического заряда (распространён термин «ёмкость») или мощности, которых один элемент дать не может. При параллельном соединении аккумуляторов напряжение А. б. равно напряжению каждого из элементов, а общий электрический заряд — сумме электрических зарядов отдельных аккумуляторов. При последовательном соединении суммируется эдс. Смешанное соединение осуществляют для повышения напряжения и электрического заряда А. б. по сравнению с напряжением и электрическим зарядом отдельного аккумулятора. Служит источником постоянного тока.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Аккумулятор давления
  • Аккумуляция

Смотреть что такое "Аккумуляторная батарея" в других словарях:

  • Аккумуляторная батарея — Аккумуляторная батарея  батарея аккумуляторов, соединенных между собой в одном изделии. Аккумуляторная батарея служит источником постоянного тока. В обиходе часто встречается сокращение «АКБ» или просто «Аккумулятор». Аккумуляторная батарея …   Википедия

  • аккумуляторная батарея — батарея Электрически соединенные между собой аккумуляторы, оснащенные выводами и заключенные, как правило, в одном корпусе. [ГОСТ 15596 82] аккумуляторная батарея батарея Два или более аккумуляторов, соединенных между собой и используемых в… …   Справочник технического переводчика

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединенных электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения …   Большой Энциклопедический словарь

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — (Storage battery) ряд аккумуляторов, соединенных между собой последовательно или параллельно. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • аккумуляторная батарея — – ряд соединенных вместе аккумуляторов в едином корпусе. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Аккумуляторная батарея — (secondary battery) два или более аккумуляторов (элементов), соединенных между собой и используемых в качестве источника электрической энергии... Источник: ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВО КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В… …   Официальная терминология

  • аккумуляторная батарея — 1.3.8. аккумуляторная батарея : Сборка из аккумуляторов, предназначенная для использования в качестве источника электрической энергии, характеризующаяся свойственными ей напряжением, размерами, расположением выводов, емкостью и другими данными.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Nuosekliai arba lygiagrečiai sujungtų akumuliatorių grupė. atitikmenys: angl. accumulator battery; secondary battery; storage battery rus. аккумуляторная батарея; вторичная батарея …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • аккумуляторная батарея — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединённых электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения. * * * АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, группа однотипных электрических аккумуляторов,… …   Энциклопедический словарь

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. accumulator battery; storage battery vok. Akkumulatorbatterie, f; Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d accumulateurs, f …   Automatikos terminų žodynas

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. accumulator battery vok. Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d’accumulateurs, f …   Fizikos terminų žodynas

dic.academic.ru

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 25.06.2015 19:00 Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип

Применение

Обозначение

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

-20 … +40

3,2-4,2

280

никель-солевой

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Na/NiCl

-50 … +70

2,58

140

никель-кадмиевый

Электрокары, речные и морские суда, авиация

Ni-Cd

–50 … +40

1,2-1,35

40 – 80

железо-никелевый

Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления

Ni-Fe

–40 … +46

1,2

100

никель-водородный

Космос

Ni-h3

 

1,5

75

никель-металл-гидридный

электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Ni-MH

–60 … +55

1,2-1,25

60 – 72

никель-цинковый

Фотоаппараты

Ni-Zn

–30 … +40

1,65

60

свинцово-кислотный

Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.

Pb

–40 … +40

2, 11-2,17

30 – 60

серебряно-цинковый

Военная сфера

Ag-Zn

–40 … +50

1,85

<150

серебряно-кадмиевый

Космос, связь, военные технологии

Ag-Cd

–30 … +50

1,6

45 – 90

цинк-бромный

 

Zn-Br

 

1,82

70 – 145

цинк-хлорный

 

Zn-Cl

–20 … +30

1,98-2,2

160 – 250

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

  • Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

  • Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

  • Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

    Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

    Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

  • GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

    Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

    Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

     

     

     

  • OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

    Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

    Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

    Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

  • OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

    Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

    Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

    Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

    Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Тип

LA

VRLA

AGM VRLA

GEL VRLA

OPzV

OPzS

Емкость, Ампер/час

10 – 300

1 – 300

1 – 3000

1 – 3000

50 – 3500

50 – 3500

Напряжение, Вольт

6, 12

4, 6, 12

2, 4, 6, 12

2, 6, 12

2

2

Оптимальная глубина разряда, %

 

30

<40

<50

<60

<60

Допустимая глубина разряда, %

 

<75

<80

<90

<90

<100

Циклический ресурс, D.O.D.=50%

 

<250-300

<1000

<1400

<3200

<3300

Оптимальная температура, °С

0 … +45

+15 … +25

+10 … +25

+10 … +25

0 … +30

0 … +30

Диапазон рабочих температур, °С

–50 … +70

–35 … +60

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

Срок службы, лет при +20°С

<7

<7

5 – 15

8 – 15

15 – 20

17 – 25

Саморазряд, %

3 – 5

2 – 3

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

Макс. ток заряда, % от емкости

10 – 20

20 – 25

20 – 30

15 – 20

15 – 20

10 – 15

Минимальное время заряда, ч

8 – 12

6 – 10

6 – 10

8 – 12

10 – 14

10 – 15

Требования к обслуживанию

3 – 6 мес.

нет

нет

нет

нет

1 – 2 года

Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.

70 – 150

200 – 250

250 – 380

350 – 500

1000 – 1400

1500 – 3500

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

  • Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

    Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

    На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

    Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

     

  • Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

    Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

    Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

  • Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

    Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

    Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

    Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

    На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

best-energy.com.ua

Аккумуляторная батарея. Какие аккумуляторы бывают. Что такое емкость аккумулятора.

АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ. КАКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ БЫВАЮТ. ЧТО ТАКОЕ ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА И ДРУГИЕ ЕГО ПАРАМЕТРЫ.

 

Что такое аккумуляторная батарея? Аккумуляторная батарея это несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь.

История создания аккумулятора и принципа его работы уходит в далекий1803 год, тогда немецкий физик, химик и философ Иоганн Вильгельм Риттер создал прообраз современного аккумулятора, построенный на принципе обратимости химической реакции.

 Электрический аккумулятор — это источник тока  (источник электро-движущей силы, ЭДС)  многоразового действия. Основное действие в работе аккумулятора это обратимость внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (цикл заряд-разряд). Во время заряда происходит  химическая реакция  для накопления энергии, а при разряде обеспечивается отдача накопленного заряда для автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Основными характеристиками, которые используются для оценки аккумуляторов (аккумуляторных батарей) и их качества, являются: напряжение ячейки, напряжение аккумуляторной батареи, электрическая емкость, внутреннее сопротивление, ток саморазряда, для стартерных аккумуляторов – пусковой ток, химический состав и конечно же, заявленный производителем срок службы.  

Физический смысл емкости аккумулятора

Емкостью аккумулятора принято считать количество электричества равное 1 Кл (Кулон), при силе тока в 1 А в течение 1 с. Другими словами, если принять время рассчитываемое в часах, то один ампер-час равен 3600 Кл. Однако это так принимают, а не измеряют. В быту существует распространенное явление-заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, т. к. в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; Согласно формуле электрический заряд вычисляется как Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. 

Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (кило Кулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минут. Как видно 55 А*ч — это не ёмкость (а электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения

К сожалению, все аккумуляторы имеют ограниченный ресурс работы из-за изменения химических свойств аккумулятора. На емкость и другие параметры аккумулятора влияют также условия эксплуатации, температура окружающей среды, параметры зарядного устройства и др.

 

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Является еще одним очень важным параметром аккумулятора. Измеряется внутреннее сопротивление в миллиомах (мОм) и зависит от емкости элемента, числа элементов, электрохимической системы, а также возраста и условий эксплуатации аккумулятора. Измерить его можно специальным прибором-анализаторах аккумуляторов, например, производимых фирмой Cadex. В процессе эксплуатации аккумулятора значение его внутреннего сопротивления увеличивается. Например, сопротивление, равное 500 мОм, говорит либо о почтенном возрасте аккумулятора, либо о его неправильной эксплуатации. Повышение внутреннего сопротивления приводит к сокращению времени работы приборов. Если аккумулятор обладает большим внутренним сопротивлением, то при резком увеличении потребляемого прибором тока напряжение на нем существенно падает (по закону Ома). При этом, если напряжение падает ниже определенного значения, прибор считает, что аккумулятор полностью разряжен, и отключается. Таким образом, аккумулятор с высоким внутренним сопротивлением не выдает в нагрузку всю запасенную им энергию, вследствие чего и сокращается время автономной работы приборов. 

Саморазряд аккумулятора 

Саморазряд — это потеря аккумулятором накопленного заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а с течением времени  — замедляется, но не останавливается. Поэтому как правило, оценивается саморазряд за одни сутки и за один месяц после заряда.

Например для аккумуляторов построенных по технологии  Ni-Cd  считается допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки, а для аккумуляторов Ni-MH саморазряд будет немного меньше. У аккумуляторов  Li-ion он пренебрежимо мал и значительно сильно заметен только в течение нескольких месяцев.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при температуре 20°С, 15 % — при температуре 5°С. В условиях повышенных температур хранения саморазряд может значительно вырасти: вот например батареи при температуре 40°С теряют ёмкость в 40 % всего за 4-5 месяцев.

 

Срок службы аккумулятора

Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Также срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-Ion аккумуляторов. Считается, что аккумулятор исчерпал свой ресурс после уменьшения его емкости до 60% - 80% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: от его электрохимической системы, от методов заряда и глубины разряда, от условий эксплуатации и процедуры обслуживания. 

Что такое эффект памяти в аккумуляторах? В каких аккумуляторах проявляется эффект памяти?

Многие слышали о таком параметре аккумулятора как Эффект памяти. Не стоит этот параметр относить ко всем типам аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Суть Эффекта памяти — это обратимая потеря емкости аккумулятора, связанная с неблагоприятными условиями эксплуатации. Он развивается вследствие заряда не полностью разряженных аккумуляторов и свойственен только аккумуляторам,построенным с использованием никеля. Сильнее всего эффект памяти проявляется именно в никель-кадмиевых аккумуляторах. Дело в том, что в аккумуляторах на основе никеля рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, обеспечивая максимальную площадь соприкосновения с электролитом. С каждым циклом заряда/разряда рабочее вещество постепенно изменяет свою структуру, уменьшая при этом площадь активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается емкость. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров, в 150 раз превосходящих первоначальные. В некоторых случаях острые грани кристаллов прокалывают сепаратор, вызывая высокий саморазряд или короткое замыкание. Как бороться с эффектом памяти в никель-кадмиевых аккумуляторах.Для предотвращения эффекта памяти необходимо проводить «тренировку» аккумулятора. Тренировка — это периодические (3-4 раза) циклы заряда и последующего разряда аккумулятора до напряжения 1V на элемент. Проще всего тренировать аккумулятор в настольных зарядных устройствах, имеющих функцию разряда. Проводить тренировку Ni-Cd аккумуляторов необходимо один раз в месяц. Чаще тренировать аккумулятор не рекомендуется: полезный эффект незначителен, зато износ аккумулятора существенно возрастает. Однако тренировочные циклы помогают не всегда. Если аккумулятор запущен, то помочь ему может только метод восстановления, основанный на глубоком разряде (до 0.4V на элемент) по специальному алгоритму. 

Тип аккумулятора, какие типы аккумуляторов бывают.

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами при его изготовлении. На данное время известны такие типы аккумуляторов:

Cn-Po — Графен-полимерный аккумулятор.

La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор

Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 V), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов

Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 V), на базе LiCoO2, технология в процессе освоения

Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 V), полимер в качестве электролита

Li-Ft — литий-фторный аккумулятор

Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 V) на базе LiMn2O4

LiFeS — литий-железно-сульфидный аккумулятор (1,35 V)

LiFeP или LFP — Литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO4

LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатный (Добавка иттрия для улучшения свойств)

Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (3,2 V) на базе Li4Ti5О12

Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 V)

Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 V)

LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор

Fe-air — железо-воздушный аккумулятор

Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 V)

Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 V), высокотемпературный аккумулятор

Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 V)

Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 V)

Ni-h3 — никель-водородный аккумулятор (1,5 V)

Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 V)

Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 V)

Pb — свинцово-кислотный аккумулятор (2 V)

Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор

Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 V)

Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 V)

Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 V)

Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор

Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор

RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 V)

Ванадиевый аккумулятор (1,41 V)

Алюминиево-графитный аккумулятор (2 V)

Алюминиево-ионный аккумулятор (2 V)

 

Самые распространенные типы аккумуляторов и сферы их применения

Свинцово-кислотные – применяются в троллейбусах, трамваях, воздушных судах, автомобилях, мотоциклах, электропогрузчиках, штабелерах, электротягачах, в системах аварийного электроснабжения, источниках бесперебойного питания (аккумуляторы для ИБП)

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) – применяются в строительных электроинструментах, троллейбусах, воздушных судах

Никель-металл-гидридные (Ni-MH) – в электромобилях

Литий-ионные (Li ion) - применяются в мобильных устройствах, строительных электроинструментах, в электромобилях

Литий-полимерные (Li pol) - в мобильных устройствах, электромобилях

 

С потребительской точки зрения, для долговременной работы аккумулятора и аккумуляторной батареи необходимыми условиями являются: правильность выбора аккумулятора под специфику его применения, правильно подобранное зарядное устройство (под тип аккумулятора, ток зарядного устройства, как правило, выбирают 1/10 часть емкости аккумулятора), а также внешние условия его эксплуатации (в основном это температура окружающей среды).

electrokaprizam.net

Что такое аккумулятор — Вся Инфа

Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) — устройство для накопления энергии с целью её последующего использования.

Типы аккумуляторов

В зависимости от вида накапливаемой энергии различают:

  • Электрические
    • Электрохимические аккумуляторы
      • Газовый аккумулятор
      • Электрический аккумулятор
        • Железо-воздушный аккумулятор
        • Железо-никелевый аккумулятор
        • Лантан-фторидный аккумулятор
        • Литий-железо-сульфидный аккумулятор
        • Литий-железо-фосфатный аккумулятор
        • Литий-ионный аккумулятор
          • Литий-титанатный аккумулятор
        • Литий-полимерный аккумулятор
        • Литий-серный аккумулятор
        • Литий-фторный аккумулятор
        • Литий-хлорный аккумулятор
        • Натрий-никель-хлоридный аккумулятор
        • Никель-водородный аккумулятор
        • Никель-кадмиевый аккумулятор
        • Никель-металл-гидридный аккумулятор
        • Никель-натрий-хлоридный аккумулятор
        • Никель-цинковый аккумулятор
        • Свинцово-водородный аккумулятор
        • Свинцово-кислотный аккумулятор
        • Свинцово-оловянный аккумулятор
        • Серебряно-кадмиевый аккумулятор
        • Серебряно-цинковый аккумулятор
        • Серно-натриевый аккумулятор
        • Цинк-бромный аккумулятор
        • Цинк-воздушный аккумулятор
        • Цинк-хлорный аккумулятор
      • Обратимый топливный элемент
      • Щёлочной аккумулятор
    • Конденсатор
    • Электромагнит
  • Магнитные
  • Механические
    • Упругие — основанные на увеличении потенциальной энергии различных сред при их упругой деформации.
      • Гидроаккумулятор
      • Пневматический аккумулятор
      • Пружинный аккумулятор
      • Резинный аккумулятор (см. также резиномотор)
      • Аккумулятор давления
    • Инерционные — основанные на способности тел накапливать кинетическую энергию, например: маховик, гироскоп.
    • Гравитационные — основаны на изменении потенциальной энергии взаимного положения тел, например: гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС), водонапорная башня.
  • Тепловой аккумулятор
    • Термос (строго говоря, аккумулятором не является)
    • Аккумулятор холода
  • Световые, например: кристаллофосфор
  • Логические
    • Аккумулятор — специальный регистр микропроцессора.

Понятие «аккумулятор» хотя бы в общих чертах знакомо всем. Сейчас, даже трудно представить, как современное человечество смогло бы обходиться без аккумуляторов. Так, случись перебой электроснабжения в осветительной сети, аккумуляторный резерв поможет без осложнений закончить хирургическую операцию; без аккумуляторного «пускача» не завести двигатель тяжелого грузовика, прогулочного теплохода или авиалайнера. Даже из этих немногих примеров ясно, что главное назначение аккумуляторов — автономное, то есть независимое от электросети, питание разного рода потребителей. С аккумуляторами кто-то связан постоянно, например, по роду своих занятий. Другие имеют дело с этим устройством от случая к случаю. Пользователям такого рода и адресован настоящий материал в первую очередь. При этом речь здесь пойдет об эксплуатации сравнительно небольших герметичных аккумуляторов для питания бытовой техники: часов, видеокамер и т. д.

Как любое техническое устройство, аккумуляторы рассчитаны на определенные условия работы, что оговаривается в приложенной к изделию инструкции. На практике же эти условия отличаются от «типовых», что ставит владельца в затруднительное положение. Последнее связано с небезосновательным опасением вывести аккумулятор из строя. Поэтому, чтобы аккумулятор работал как можно дольше, желательно больше знать о своем помощнике.

Но прежде, чем углубиться в технические вопросы, обратим внимание на укоренившееся смешение двух понятий. То, что в просторечии зовется аккумулятором, в действительности представляет собой аккумуляторную батарею, составленную из нескольких аккумуляторов. Подобное соединение аккумуляторов в группу делается как для увеличения отдаваемой сообща электрической мощности, так и для согласования их электрических характеристик (напряжения). Указанного разделения понятий «аккумулятор» и «аккумуляторная батарея» (или, кратко, просто «батарея») мы будем придерживаться в дальнейшем.

Соперники аккумулятора

Как известно, аккумулятор способен накапливать электрическую энергию для последующей отдачи ее токоприемникам. Этой цели служат также гальванические элементы и конденсаторы, которые в некоторых областях применения способны конкурировать с аккумуляторами. В гальванических источниках тока электрическая энергия выделяется в процессе протекания в них электрохимической реакции. При этом химические вещества электродов гальванических элементов необратимо расходуются. Такие гальванические элементы, как и аккумуляторы, также соединяют в батареи, которым нередко придают габариты и форму аккумуляторов, что делает те и другие взаимозаменяемыми. Кстати, подобное положение дает возможность предприимчивым, но не особенно добросовестным дельцам декорировать более дешевые гальванические элементы наклейками аккумуляторов, зарабатывая на доверчивости покупателей. А как покупатель сможет сам выбирать между сравнительно дешевыми одноразовыми элементами, постоянно заменяемыми свежими, и дорогостоящими аккумуляторами, емкость которых удается многократно возобновлять? Решающим аргументом в пользу выбора элементов служит лишь отсутствие электросети для зарядки аккумулятора. Ну а там, где нужен разряд сравнительно большими токами, лидерство принадлежит аккумуляторам.

К возобновляемым накопителям электроэнергии наряду с аккумуляторами относятся также конденсаторные батареи. Они привлекательны своей простотой, дешевизной и скоротечностью зарядки. Однако чрезвычайно быстрое падение разрядного напряжения до недавних пор позволяло их использовать в импульсном режиме, например, для разового аварийного приведения в действие высоковольтных выключателей на электроподстанциях. Правда, в последнее время появился новый «ионный» тип конденсаторов, обладающих гигантскими емкостями, что позволяет обеспечить им значительную длительность разряда. Но пока мощность таких конденсаторов мала, так что они способны заменить химические источники тока лишь в узлах хранения «памяти» телефонных аппаратов. Отечественная серия таких конденсаторов имеет марку К58. А там, где необходимо отдавать нагрузкам токи от единиц до сотен ампер, среди «толпы соперников» наиболее подходящим всегда оказывается аккумулятор.

Как устроен аккумулятор

Рис. 1. Схема устройства аккумулятора:1 — корпус; 2 — токосъемник; 3 — активноевещество; 4 — сепаратор; 5 — электролит.

С устройством и действием аккумулятора мы познакомимся в самых общих чертах, поскольку эти изделия, используемые в быту, выпускаются неразборными и ремонту не подлежат. Однако представление о «начинке» аккумулятора желательно при обсуждении некоторых вопросов их эксплуатации.

Схема устройства «обычного» аккумулятора приведена на рис. 1. Здесь в корпусе устройства находятся снабженные внешними выводами токосъемники, которые имеют вид металлической решетки, сетки либо тонкой перфорированной ленты. На поверхность токосъемников нанесён слой активной массы (активного вещества). Токосъемник с активной массой называют электродом. В корпусе оба электрода разделены дырчатым или микропористым сепаратором, который обеспечивает между ними изолирующий промежуток. Все свободное пространство в корпусе заполнено электролитом. Поскольку электролит химически агрессивен, для бытовых целей и вообще в переносной аппаратуре применяются аккумуляторы и батареи в герметичном корпусе. Иную конструкцию имеют миниатюрные «таблеточные» аккумуляторы (отечественные Д-0,06…Д-0,25), имеющие небольшую емкость. Металлические чашки корпуса, служащие электрическими выводами, здесь изолированы кольцевой прокладкой и скреплены завальцовкой краев.

Для заряда аккумулятора (батареи) к его выводам присоединяют (с учетом обозначенной полярности «+», «-») соответствующий источник питания. При этом происходит химическая реакция между активными веществами электродов и электролитом. В результате между выводами появляется электродвижущая сила. Полезно напомнить, что подключение зарядного источника с неправильной полярностью губит аккумулятор. Когда к выводам заряженного аккумулятора присоединено сопротивление нагрузки, в цепи возникает ток, протекание которого сопровождается в аккумуляторе химическими реакциями, обратными проходившим во время заряда.

Электрохимические системы аккумуляторов

В зависимости от электрохимической схемы е аккумуляторах применяют электроды и электролиты различного состава. Наиболее распространенными вследствие относительной дешевизны являются щелочные аккумуляторы с никель-кадмиевыми (НК) электродами и щелочным электролитом. Некоторое распространение получили аккумуляторы с серебристо-цинковыми (СЦ) электродами и также с щелочным электролитом. Реже встречаются другие системы. Так, в 70-х гг. у нас был разработан аккумуляторный аналог гальванической батареи «Крона» на основе свинцово-кислотных аккумуляторов (в массовое производство не пошел). Сейчас все более активно в обиход стали входить аккумуляторы, изготовленные с применением лития (понятно, за улучшение потребительских качеств покупателю приходится дополнительно облегчать свой карман).

Ну а теперь подробнее о технических характеристиках бытовых аккумуляторов для переносной аппаратуры. Повторю, что о свинцовокислотных автомобильных аккумуляторах мы здесь говорить не будем.

Аккумуляторы НК типа характеризуются сравнительной долговечностью, способностью к длительному хранению в полностью разряженном состоянии, скромной стоимостью. Однако из-за невысокой удельной энергоемкости (выражаемой в Вт•ч/кг), их «бытовой» ассортимент обычно ограничен типоразмерами с емкостью до 0,25 А•ч. Аккумуляторы же с большей емкостью оказываются слишком тяжелы и громоздки для переносной аппаратуры. Так, распространенная батарея 7Д-0,1 емкостью 0,1 А•ч весит 55 г, а батарея аккумуляторов КНГ-1,0Д с емкостью 1 А•ч на то же напряжение весит около 450 г.

В несколько раз лучшие удельные показатели имеют СЦ аккумуляторы. Собранная из аккумуляторов СЦ-0,5 батарея с параметрами упомянутой с КНГ-1,0Д весит всего около 150 г. Но долговечность СЦ изделий невелика, а стоимость значительна.

Здесь мы не касаемся чисто электрических характеристик изделий разных систем, поскольку речь о них пойдет ниже, в соответствующих разделах.

Разряд аккумулятора

Рис. 2. Эквивалентная схема аккумулятора:Е — эдс; Rвн — внутреннее сопротивление.

Если к выводам аккумулятора присоединить вольтметр и измерить как напряжение холостого хода, так и напряжение при нагрузке (даже небольшим током), легко заметить разницу в показаниях прибора — во втором случае оно будет ниже.

Это объясняется тем, что вначале мы измеряли электродвижущую силу (эдс) аккумулятора, а затем напряжение, оставшегося за вычетом падения напряжения при протекании тока через электроды и электролит (их общее сопротивление называют внутренним сопротивлением источника). Данное положение позволяет представить аккумулятор в виде эквивалентной схемы, показанной на рис. 2.

Значение эдс какого-либо аккумулятора, а также его внутреннего сопротивления зависят от типа электрохимической схемы аккумулятора (от его типа) и степени его разряженности. Эти показатели и определяют напряжение аккумулятора, развиваемое при той или иной его нагрузке.

Рис. 3. Разрядные характеристикиаккумуляторов типа СЦ и НК.

Как уже отмечалось, чтобы обеспечить нормальную работу нагрузки при заданном напряжении, несколько аккумуляторов соединяют последовательно в батарею. Номинальным напряжением аккумулятора считается то, которое он развивает в «свежем» состоянии в начальный момент разряда на стандартную для него нагрузку. Таким напряжением для никель-кадмиевых аккумуляторов считают 1,2 В, для серебряно-цинковых — 1,5 В, для свинцово-кислотных — 2 В, для серебряно-кадмиевых — 1,3 В. Исходя из этого батарея на номинальное напряжение 9 В должна состоять, например, из семи НК аккумуляторов или из шести СЦ аккумуляторов. Поскольку по мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление растет, а эдс уменьшается, напряжение на присоединенной нагрузке будет падать. На рис. 3 даны характеристики разряда при постоянной силе тока в координатах: напряжение и — время разряда t. Из приведенных графиков видно, что у СЦ аккумуляторов разрядное напряжение (пока не будет отдана вся емкость) мало зависит от значения потребляемого тока и от времени разряда. Такое качество весьма ценно, так как позволяет обходиться без стабилизаторов напряжения на нагрузке. Объяснением такого поведения СЦ аккумулятора служит присущее ему весьма низкое внутреннее сопротивление и его слабая зависимость от степени разряда. Это же позволяет СЦ аккумуляторам выдерживать нагрузочные токи, в несколько раз превышающие его нормальные токи разряда. Как следствие, отдаваемая СЦ аккумуляторами емкость очень мало зависит от режима разряда.

Разрядное напряжение НК аккумуляторов заметно снижается по мере разряда, а крутизна падения характеристики увеличивается с ростом нагрузки. Емкость НК аккумуляторов также ощутимо уменьшается с ростом интенсивности разряда. Но это не значит, что малоемкостные герметичные НК батареи не могут работать при больших разрядных токах. Так, автор использовал повторно-кратковременный режим разряда батареи 7Д-0,1 током 165 мА, после чего батарея продолжительное время служила в радиоприемнике без ухудшения качества работы.

Общей особенностью аккумуляторов всех систем является значительное снижение их емкости при отрицательных температурах, что нередко делает работу электроприборов в таких условиях невозможной. Избежать подобных неприятностей достаточно просто. Надо лишь организовать питание аппарата от выносного источника, спрятанною от мороза под одеждой и, конечно, связанного с аппаратом электрическим шнуром. Но в некоторых случаях низкие температуры даже желательны. Так, они чрезвычайно благоприятны для хранения заряженных аккумуляторов, ведь на морозе во много раз замедляется процесс саморазряда. Чтобы привести аккумулятор в работоспособное состояние и вернуть ему нормальную емкость после такого хранения, достаточно только отогреть его. Замечу также, что хотя при повышенных температурах отдаваемая емкость может несколько возрасти, саморазряд в паузах хранения способен быстро «съесть» заряд. Для сравнения укажем, что при температуре минус 10°С НК аккумулятор (конечно, полностью перед тем заряженный) способен отдать 50…60% от своей номинальной емкости, а у СЦ аккумулятора снижение емкости начнет наблюдаться только при переходе «вниз» за эту температуру. Различно отношение аккумуляторов разных типов к глубоким разрядам. Так, «посадка на нуль» НК аккумуляторов благоприятна для хранения, а вот для свинцово-кислотных она может оказаться губительной. Для СЦ аккумуляторов глубокие разряды нежелательны.

Нештатные ситуации при эксплуатации аккумуляторов

Эксплуатация любой стандартной аккумуляторной батареи герметичной конструкции достаточно проста, если осуществляется в предусмотренных инструкцией условиях. Допустимая интенсивность разряда обеспечивается «автоматически», когда батарея используется с аппаратурой, рассчитанной на данную батарею. Предел разрядного уровня легко устанавливается по факту снижения качества работы прибора (искажения звука у радиоприемников, слабый накал лампы в фонаре и т. п.).

Зарядка «севшего» источника также не вызывает затруднений, если используется зарядное устройство, предназначенное для данного типа батареи. Единственная несложная забота владельца — обеспечить соответствующее время, отведенное на зарядку аккумулятора. Задача усложняется, когда необходимо произвести подзарядку после частичной отдачи емкости. Для этого придется прикинуть предшествующее время работы аппаратуры, соотнести его с полным разрядным циклом аккумулятора, после чего задать нужную длительность подзарядки. Но вообще-то в этом случае лучше полностью разрядить батарею и провести полный зарядный цикл, чтобы к нужному времени источник был гарантированно полным.

Но встречаются случаи нештатного характера, найти выход из которого не так просто. Допустим, вы решили перевести питание вашего устройства, рассчитанное на три элемента 316 (зарубежный стандарт АА) на НК аккумуляторы типа Д-0,1. Вы быстро разберетесь, что с учетом напряжения нагрузки (4,5 В) необходимо взять четыре указанных аккумулятора (общее напряжение будет 4,8 В). Но как и чем заряжать такую нестандартную батарею, если готовые зарядные устройства дают иные напряжения? Или, например, вам желательно заряжать вполне стандартную батарею на 9 В от нештатного источника, каким является 12-вольтовая батарея автомобиля, на котором вы предполагаете путешествовать вдали от электрифицированных мест. Чтобы решать подобные вопросы, следует разобраться в процессах, сопровождающих заряд, что мы и сделаем дальше. Только не забудем, что отдаваемая аккумулятором емкость (паспортный параметр) вовсе не равна получаемой при полной зарядке. Последняя на 5…8% выше у СЦ аккумуляторов и на 30% больше у НК аккумуляторов.

vsyainfa.xyz

Что такое аккумулятор

Доброго времени суток, сегодня вы узнаете, что такое аккумулятор, какие виды бывают, а также принцип действия аккумуляторов.

Что такое аккумулятор

Все мы уже с детства пользуемся аккумуляторами не задумываясь, что это такое и с какими трудностями сталкивались ученые что бы его разработать. Но сейчас аккумуляторы используют повседневно в различных устройствах, таких как автомобили, мобильные устройства, различные игрушки для детей, часы и многие другие устройства. Это устройство значительно облегчает жизнь человека, особенно если он проводит его в пути.

Но все же дадим определение аккумулятору.

Электри́ческий аккумуля́тор — источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд)

Немного о происхождении аккумулятора

Впервые прототип аккумулятора, который можно было не один раз заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Прототип аккумулятора выглядел как столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было установлено влажное сукно. При протекании через прототип электрического тока, ученый заметил что аккумулятор может сам быть источником электрического тока.

Принцип действия

Принцип действия аккумулятора заключается в обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора восстанавливается путём заряда, то есть необходимо пропустить электрический ток в направлении, обратном направлению тока при разряде. Если некоторое количество аккумуляторов и объединить в одну электрическую цепь, то мы получим аккумуляторную батарею.

Виды аккумуляторов

Свинцово-кислотный аккумулятор

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в среде серной кислоты.

Литий-ионный аккумулятор

Такой аккумулятор состоит из электродов, которые разделены пропитанными электролитами пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться в кристаллическую решетку других материалов к таким как графит, окислы и соли металлов.

Литий-полимерный аккумулятор

В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике и других подобных приборах.

В настоящее время самым популярным типом аккумуляторов особенно в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, является литий-ионные аккумуляторы. Более совершенная конструкция литий-ионного аккумулятора называется литий-полимерным аккумулятором Li-Pol. Первый литий-ионный аккумулятор разработала корпорация Sony в 1991 году.

Ёмкость аккумулятора

Максимально возможный полезный заряд аккумулятора называют зарядной ёмкостью, в некоторых случаях просто ёмкостью аккумулятора.

Ёмкость аккумулятора — это заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения

Говоря простым языком будет отдавать накопленный заряд пока не разрядится.

Для справки

В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах, на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час. 1 А⋅ч = 3600 Кл. Ёмкость аккумулятора указывается производителем. Не путать с электрической ёмкостью конденсатора.

В настоящее время всё чаще на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях, на практике используется внесистемная единица — ватт-час. 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.

Если вам понравилась статья, то оставляйте свои комментарии со своими пожеланиями. Также вы можете подписаться на рассылку свежих новостей (справа).

РЕКОМЕНДУЕМ

Просмотров: 2977 | Комментариев: 1 | Дата: 20.12.2014

proelektrik.ucoz.ru

Аккумуляторная батарея - это... Что такое Аккумуляторная батарея?



Строительный словарь.

  • Аккумулятор
  • Активная цепь

Смотреть что такое "Аккумуляторная батарея" в других словарях:

  • Аккумуляторная батарея — Аккумуляторная батарея  батарея аккумуляторов, соединенных между собой в одном изделии. Аккумуляторная батарея служит источником постоянного тока. В обиходе часто встречается сокращение «АКБ» или просто «Аккумулятор». Аккумуляторная батарея …   Википедия

  • аккумуляторная батарея — батарея Электрически соединенные между собой аккумуляторы, оснащенные выводами и заключенные, как правило, в одном корпусе. [ГОСТ 15596 82] аккумуляторная батарея батарея Два или более аккумуляторов, соединенных между собой и используемых в… …   Справочник технического переводчика

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединенных электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения …   Большой Энциклопедический словарь

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — (Storage battery) ряд аккумуляторов, соединенных между собой последовательно или параллельно. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • аккумуляторная батарея — – ряд соединенных вместе аккумуляторов в едином корпусе. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Аккумуляторная батарея — (secondary battery) два или более аккумуляторов (элементов), соединенных между собой и используемых в качестве источника электрической энергии... Источник: ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВО КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В… …   Официальная терминология

  • аккумуляторная батарея — 1.3.8. аккумуляторная батарея : Сборка из аккумуляторов, предназначенная для использования в качестве источника электрической энергии, характеризующаяся свойственными ей напряжением, размерами, расположением выводов, емкостью и другими данными.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Nuosekliai arba lygiagrečiai sujungtų akumuliatorių grupė. atitikmenys: angl. accumulator battery; secondary battery; storage battery rus. аккумуляторная батарея; вторичная батарея …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • аккумуляторная батарея — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединённых электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения. * * * АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, группа однотипных электрических аккумуляторов,… …   Энциклопедический словарь

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. accumulator battery; storage battery vok. Akkumulatorbatterie, f; Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d accumulateurs, f …   Automatikos terminų žodynas

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. accumulator battery vok. Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d’accumulateurs, f …   Fizikos terminų žodynas

dic.academic.ru