Типы аккумуляторных батарей: Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

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.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

  Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. 

• Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

  Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

  NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

• Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

  Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

• Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

• Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

  Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

  Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

  В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

  Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

  Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Параметр \ Тип	LiCoO2	LiMn2O4	LiNiMnCoO2	LiFePO4	LiNiCoAlO2	Li4Ti5O12
Напряжение элемента, Вольт;	3. 6	3.7	3.6-3.7	3.2	3.6	2.4
Оптимальная глубина разряда, %;	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90
Допустимая глубина разряда, %;	100	100	100	100	100	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	700 — 1000	1000 — 2000	1000 — 2000	1000 — 2000	1000 — 2000	5000 — 8000
Оптимальная температура, °С;	+20. ..+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30
Диапазон рабочих температур, °С;	–10 …+60	–10 …+45	–10 …+55	–10 …+60	–10 …+55	–10 …+45
Срок службы, лет при +20°С;	5 – 7	10	10	20 — 25	20 — 25	18 — 25
Саморазряд в мес., %	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Макс. ток разряда	1C	10C/30C 5с	2C	25 — 30C	1C	10C/30С 5с
Макс. ток заряда	0,7-1C	0,7-1C	0,7-1C	1C	0,7C	1C
Минимальное время заряда, ч	2 — 3	2 — 2.5	2 — 3	2 — 3	2 — 3	2 — 3
Требования к обслуживанию	нет	нет	нет	нет	нет	нет
Уровень стоимости	высокий	средний	средний	низкий	средний	высокий

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	1 – 1500
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	60 — 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	2300
Оптимальная температура, °С;	0 … +20
Диапазон рабочих температур, °С;	-50 … +70
Срок службы, лет при +20°С;	25
Саморазряд в мес. , %	4
Макс. ток разряда	10 C5
Макс. ток заряда	0.4 C5
Минимальное время заряда, ч	5
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые или необслуживанемые
Уровень стоимости	средняя (300 – 400$ 100Ач)

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	10 – 1000
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	50 — 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	1800 — 2300
Оптимальная температура, °С;	+15 . .. +25
Диапазон рабочих температур, °С;	-40 … +60
Срок службы, лет при +20°С;	20
Саморазряд в мес., %	15
Макс. ток разряда	0.25C 5
Макс. ток заряда	0.25C 5
Минимальное время заряда, ч	12 – 16
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые
Уровень стоимости	средняя, низкая

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

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

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

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

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

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

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

Традиционные («сурьмянистые»)

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

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

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

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

Малосурьмянистые

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

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

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

Кальциевые

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гибридные

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

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Щелочные

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

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

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

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

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

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

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

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

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

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

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

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

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14. 10.2020 | Статьи о запасных частях

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

Аккумуляторные батареи. Виды и 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 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:

Устройство

1 — Отрицательный электрод
2 — Разделительный слой
3 — Положительные электроды
4 — Отрицательный контакт
5 — Предохранительный клапан
6 — Положительные электроды
7 — 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

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 аккумуляторные 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-полимерные аккумуляторные батареи.

Они появились 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:

Автомобильные аккумуляторы виды и характеристики

Выбрать новый аккумулятор, из огромного ассортимента, представленного на российском рынке  становится все сложнее. Разумеется, перед покупкой многие стремятся собрать как можно больше информации , которую трудно воспринять неподготовленному человеку. Сейчас мы попробуем кратко и простыми словами разобраться, какие виды аккумуляторов существуют и что из себя представляют
Итак, автомобильные аккумуляторы бывают:
     
       • Сурьмянистые (обслуживаемые). Это устаревший вид обслуживаемых аккумуляторов, который уже практически не встречается ввиду отсутствия востребованности. Отличаются высоким саморазрядом и потерей электролита.
         + Можно восстановить, если посадили в ноль.
         — Требует к себе повышенного внимания.
Из обслуживаемых АКБ можно рекомендовать, российские аккумуляторы Тюмень.
                        
  
   • Кальциевые (не обслуживаемые). На сегодняшний день — наиболее распространенный вид аккумуляторов. Обладают крайне низким уровнем саморазряда и электролиза, т.е. потери электролита настолько ничтожны, что эти батареи не нуждаются в обслуживании на протяжении всего срока эксплуатации. Емкость и пусковой ток в таких аккумуляторах выше, чем в гибридных и сурьмянистых.
         + Не нужно обслуживать.
        — Нельзя разряжать в ноль. Если АКБ разрядился в ноль — восстановить его можно только если зарядить в течение суток. Если такой возможности нет, аккумулятор вскоре потеряет свои свойства.
     Нам очень нравятся корейские аккумуляторы, такие как Medalist (Медалист), Delkor, Alphaline (Альфалайн) с высокими пусковыми токами. Так же хотим отметить, очень высокого качества словенские аккумуляторы TOPLA и TAB турецкую MUTLU

         • Гибридные (малообслуживаемые). В таких батареях сурьмянистые пластины чередуются с кальциевыми, что позволяет снизить и потери электролита с саморазрядом, и легче переживать разряд. Но характеристики этих батарей средние, поэтому распространены мало.
                                           
         • EFB. Кислотная батарея с пластинами из чистого свинца, упакованными в микроволоконные конверты. Обладает повышенной устойчивостью к разрядам и способностью быстро восполнять заряд, что позволяет применять в том числе на автомобилях с системой Start-Stop. Не следует путать с так называемыми «гелевыми» аккумуляторами. Аккумуляторы ЕФБ тяжелее обычных свинцовых акб.
         + Долгий срок службы и можно сажать в ноль.
         — Высокая цена
В нашем интернет-магазине по продаже АКБ представлена не плохая линейка ЕФБ аккумуляторов, не только зарубежного производства но и российского производителя Аком ЕФБ  с приемлемой ценой.

• AGM/GEL (гелевые). Современный тип акб. Главное отличие — в таких аккумуляторах электролит находится в «связанном» состоянии, что предотвращает любые утечки и прочие потери и не позволяет осыпаться пластинам. Предназначены прежде всего для систем типа Start-Stop. Наиболее часто встречаются именно аккумуляторы AGM, так как батареи типа GEL обладают более низкими пусковыми токами и практически не применяются в автомобилях.
        + Долгий срок службы, большие пусковые токи, что особенно актуально для дизельных машин в зимнее время эксплуатации. Также можно восстановить если АКБ был сильно разряжен
        — Высокая цена.

В нашем онлайн магазине «купить аккумулятор», так же представлена большая линейка АГМ аккумуляторов для авто

Вот и все, что нужно знать при выборе аккумулятора и при этом не потерять голову.

Виды и типы аккумуляторов

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

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

Как бы красиво не назывался LA аккумулятор, в нём всегда есть водный раствор серной кислоты, свинец и их многочисленные соединения. Все прочие добавки в виде кальция, сурьмы, серебра … если и влияют на химические реакции, протекающие в ячейках, то только в худшую сторону. Применение этих добавок вызвано в основном физическими свойствами чистого свинца, а именно его мягкостью, которая не позволяет применять чистый свинец в АКБ автомобилей и других транспортных средств из-за вибраций и ударов. Классическая призматическая компоновка ячеек LA АКБ, мягко говоря, малооптимальна, батареи же из ячеек рулонного (циллиндрического) типа стоят несоразмерно дорого.
LA АКБ лучше всего работают при температуре около 25°С, при понижении температуры теряется  их электрическая ёмкость, а при повышении температуры снижается ресурс (количество циклов заряда-разряда). Так AGM батарея при 25°С может работать 10 лет, а при 33°С — только 5 лет, а при 42°С — 1 год. Оптимальная глубина разряда LA аккумуляторов обычно не превышает 30%, а при превышении оптимальной глубины разряда опять-таки снижается ресурс, причём иногда для того чтобы необратимо «убить» такой аккумулятор достаточно один раз разрядить его в ноль (например, на сильном морозе это легко сделать, как и случается с незаводящимися автомобилями). Вообще LA АКБ не любят недозаряда, хотя и перезаряд также вреден для них, и лучше всего работают в буферном режиме, а в системе автономного энергоснабжения АКБ работает в циклическом режиме. А, поскольку, любая батарея это последовательная цепочка из первичных ячеек, которые не могут быть совершенно идентичными, всегда возникает проблема разбалансировки уровней заряда на разных ячейках. Либо одни ячейки недозаряжаются, либо другие ячейки перезаряжаются, и проконтролировать это подручными средствами очень трудно. Несмотря на то, что все эти проблемы давно известны, не существует за внятные деньги аппаратуры, следящей за уровнями заряда для каждой ячейки, вероятно из-за того, что эти АКБ умирают тихо, а простейшие стартерные батареи стоят сравнительно недорого и в любом случае эксплуатируются в недружественных температурных режимах.

Это далеко не все, но вполне достаточные причины, чтобы считать LA аккумулятор очень нежным устройством. Этот аккумулятор может отработать заявленное количество циклов, но Вы должны постоянно следить за уровнем заряда в каждой его ячейке и эксплуатировать его при 20-25°С. Насколько это реально? Думаю, что это совершенно невыполнимая задача для простого пользователя. А результатом будут убитые за год-два аккумуляторы, может быть самые дорогие и стойкие продержаться три-четыре года. Поскольку же время жизни LA АКБ очень сильно зависит от множества трудно выдерживаемых в реальной жизни параметров, не один продавец не сможет внятно сказать, сколько реально прослужат LA АКБ именно у Вас. Зато открывается широкое поле для всякого рода недоговорённостей и умных слов, смысл которых сводится к следующему: кислотно-свинцовые АКБ у рядового пользователя ВСЕГДА проработают в несколько раз меньше в сравнении с максимально заявляемым сроком. Выражение «в несколько раз» при интенсивной эксплуатации я оцениваю как число между двумя и семью. И, наконец,  последний гвоздь в крышку гроба кислотно-свинцовых аккумуляторов. Они заряжаются очень долго – просто непозволительно долго. Нормальный ток зарядки в амперах для них составляет всего лишь 10% от амперчасов ёмкости АКБ (такой ток называется C/10 или 0,1C). Это означает следующее: даже если Вы возьмёте самые стойкие элементы OPzS и будете разряжать их до допустимых (но не оптимальных!) для них 70% разряда, то заряжать их Вам придётся около 6 часов, а потом «добивать» в импульсном режиме оставшиеся 5-10% ёмкости ещё 3-5 часов. Это не проблема для резервных систем, заряжаемых от сети, но очень неэффективно для автономных, внесетевых систем, и уж совсем неэффективно для зимней автономии, когда по времени солнца очень мало. Для добивки (полной зарядки) АКБ в пасмурную погоду потребуется несколько часов малопродуктивной работы топливного генератора практически на холостом ходу. А ведь все топливные генераторы не очень любят работать без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода, они быстро теряют свой ресурс. Если же LA АКБ не дозаряжать, в них активно развиваются процессы сульфатации пластин, приводящие к снижению срока службы и реальной ёмкости. Сейчас на рынке появились LA АКБ, которые производитель «позволяет» заряжать до 80% ёмкости токами 0,3С, однако все основные параметры паспортной ёмкости как и прежде позиционируются на 0,05С. Это значит, что заряжая LA АКБ в таком режиме мы уменьшаем их ресурс и снижаем электрический КПД* АКБ. Для LA АКБ КПД = 65-80% (в зависимости от конкретного производителя и скоростей заряда и разряда)

Литий-ионные аккумуляторы, а именно LiFePO₄ АКБ последнего поколения выглядят более предпочтительно как для использования в системах полной автономии так и для серьёзных резервных систем. Их КПД в автономных системах 96-99%. Диапазон рабочих температур от -40 до +60°С. В диапазоне от  0 до +35°С без существенного  снижения ёмкости и ресурса. Хорошо держат глубокий разряд. Циклический заряд-разряд до 60-80% от номинальной ёмкости абсолютно нормальное явление для литиевых АКБ. 100%-й разряд не убивает литиевую АКБ, а только незначительно (менее 0,1%) снижает её общий ресурс. Количество глубоких циклов заряда-разряда достигает 5-8 тысяч, что существенно превосходит показатели кислотно-свинцовых АКБ.  Ток зарядки литиевых АКБ может достигать 3С. Реально же нужны меньшие значения в диапазоне 0,3-0,5С, что позволяет за 1-2 часа заряжать АКБ. Причём необязательно заряжать АКБ на 100%, для литиевых батарей это несущественно. А ведь именно в режиме неполного заряда очень часто работает система автономного энергоснабжения.

Литиевая АКБ в сравнении с аналогичной по номинальной ёмкости AGM дороже последней приблизительно в 3,5 раза. Однако AGM имеет оптимальную глубину разряда около 40 %, и соотношение цен за эффективный ватт-час равно уже 2-м. Вспоминаем сроки жизни сравниваемых АКБ. Для AGM заявленный срок работы в буферном режиме при 25°С составляет 7 лет, при циклическом режиме 2-3 года, т.е. около 1000 циклов, для LiFePO₄ батарей срок жизни как таковой не существует, кол-во же циклов таково, что можно говорить о 25 годах циклической эксплуатации. Т.е. время жизни LiFePO₄ в 8-12 раз больше чем AGM. Подытоживая всё вышесказанное, итоговая стоимость 1 полезного кВт-ч в AGM будет в 5-8 раз выше чем в LiFePO4.

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

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

Основные виды аккумуляторных батарей — Pulsar

Обзор технологий «консервированного электричества»

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

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

Основные виды аккумуляторных батарей

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

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

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

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

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

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

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

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

О параметрах подробнее

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

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

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

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

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

Обслуживаемые и герметизированные

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Скромная привлекательность литиевых батарей

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

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

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

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

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

Конструкция литий-ионных батарей

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

Форма литий-ионной аккумуляторной батареи на автомобиле KIA Motors

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

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

Литиевая батарея EverExceed в телекоммуникационной стойке

Назначение аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

Тормозной башмак трамвая АКБ

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

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

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

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

АКБ для автопогрузчика

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

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

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

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

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

Подготовил Евгений ПОЛИЩУК

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

Аккумуляторы для пассажирских вагонов. Типы аккумуляторов ➡ ООО «ТД Елхим-Искра»

Аккумуляторные батареи – необходимый элемент питания, предусмотренный конструкцией поезда. АКБ позволяет обеспечивать полноценную работу транспортного средства во время стоянок, при аварийных ситуациях, а также при малых скоростях движения поезда. В пассажирских вагонах используются следующие типы аккумуляторов:

• щелочные;
• кислотные.

Количество аккумуляторов в поезде зависит от его технических характеристик, типа АКБ, а также от наличия дополнительных систем (например, системы кондиционирования). Российские поезда используют от 26 до 56 кислотных или от 38 до 86 щелочных батарей, которые соединяются последовательно и образуют надежный источник питания. Каждая батарея имеет целевое назначение и маркируется в соответствии с областью применения: Ц – для цельнометаллических вагонов, Т – тяговая, В – вагонная.

Наиболее распространены щелочные батареи, так как они производятся из доступных материалов. Современные поезда используют щелочные никель-железные или никель-кадмиевые батареи. АКБ располагаются под вагоном в специальных ящиках с дефлекторами, которые позволяют удалять взрывоопасные продукты химических реакций.

И кислотные и щелочные источники питания имеют схожее строение – различается лишь внутреннее наполнение. Стандартная АКБ представляет собой коробку из металла с пластинами положительного и отрицательно заряда, которая заполнена жидкостью (электролитом). Соединяются аккумуляторы по два или по три (в зависимости от типа АКБ) – плюс к плюсу, минус к минусу с помощью медной шины.

Работоспособность цепи аккумуляторов определяется с помощью вольтметра и амперметра. Если батареи исправны, то напряжение не меняется при нагрузке. При правильном монтаже и уходе, кислотные и щелочные батареи могут работать в течение долгого времени.

Кислотные АКБ

В кислотных батареях резервного питания в качестве электролита используется серная кислота. При взаимодействии кислоты с пластинами из металла, возникает электрохимическая реакция.
Стандартные АКБ для поездов состоят из 26 или 56 элементов, которые поддерживают определенное напряжение. Располагаются аккумуляторы в двух подвагонных ящиках, защищенных от внешних воздействий (металлический поддон с пластмассовым покрытием). Специальные амортизаторы на поддоне препятствуют поломке перемычек и выходу АКБ из строя.

В отличие от щелочных батарей, кислотные могут самостоятельно заряжаться при длительных стоянках.

Щелочные АКБ

Щелочные батареи применяют в качестве электролита более доступные вещества – едкий калий или едкий натрий. Главная особенность таких аккумуляторов в том, что соединения, образующиеся при электрохимической реакции, не вступают в реакцию друг с другом. Таким образом, расход электролита отсутствует, а плотность его остается постоянной.

Щелочные АКБ имеют более длительный срок службы и практически не требуют обслуживания. Для поддержания необходимого напряжения, батареи для поезда состоят из 38-86 элементов, каждый из которых имеет напряжение 1,2 В. Установка батарей производится по три элемента в деревянные ящики. Ящик закрепляется на поддоне с амортизирующими вставками.

Щелочные батареи снижают свои эксплуатационные характеристики в условиях низких температур (быстрее разряжаются).

Неисправности батарей резервного питания

При любых неисправностях, возникающих в процессе эксплуатации АКБ, снижается срок использования батареи. Самыми распространенными являются следующие поломки:

• • Сульфатация. Образование налета на пластинах при регулярном отсутствии полного заряда и постоянной глубокой разрядки.
  • Перезаряд. Уменьшает емкость источника питания в результате отслаивания активной массы от пластин. Может привести к взрыву аккумулятора за счет выделения большого количества газа.
  • Загрязнение электролита. Проблема актуальна для кислотных аккумуляторных батарей. При использовании некачественной серной кислоты или дистиллированной воды приводит к выходу батареи из строя. Металлические частицы могут вызвать короткое замыкание в батарее.
  • Окисление пластин. При недостаточном количестве электролита в щелочных АКБ, пластины окисляются, и батарея выходит из строя.

• Течь аккумулятора. Определяется по потекам на корпусе ящика.
• Обрыв цепи. Происходит по причине неисправности предохранителей, окисленного контакта или обрыва аккумуляторного соединения.

Чтобы не допускать поломок, необходимо постоянно следить за уровнем электролита и вовремя обнаруживать неисправности.

Различные типы батарей, их применение и применение

Батарея — это основной источник питания для любого беспроводного электронного устройства, будь то смартфон, ноутбук, часы или пульт. Вы можете представить ситуацию без этих источников энергии? Мы не сможем создать какое-либо беспроводное электронное устройство, и нам придется полагаться только на проводной источник питания, даже электромобили и космические миссии были бы невозможны без батарей. Сегодня в этом руководстве мы кратко обсудим различные типы батарей, их классификацию, терминологию и характеристики.

Что такое аккумулятор и почему он используется?

Давайте посмотрим на основную разницу между батареей и элементом . Также давайте выясним, почему нам именно нужна батарея и почему мы не можем использовать переменное питание (т. Е. Питание переменного тока от настенных розеток) вместо питания постоянного тока.

Ячейка: Ячейка — это источник энергии, который может выдавать только постоянное напряжение и ток в очень малых количествах. Например, если мы возьмем ячейки, которые используем в часах или пультах дистанционного управления, он может дать максимум 1.5 — 3В.

Батарея: Функциональность батареи точно такая же, как у элемента, но батарея представляет собой набор элементов, расположенных последовательно / параллельно , так что напряжение может быть повышено до желаемого уровня. Самый известный пример аккумулятора — это внешний аккумулятор, который используется для зарядки смартфонов. Если мы когда-нибудь увидим внутреннюю часть блока питания, мы сможем найти набор батарей, расположенных последовательно / параллельно в зависимости от требований. Батареи расположены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения тока.

Now Почему постоянный ток предпочтительнее переменного тока ? В большинстве портативных электронных устройств переменный ток нельзя хранить, а постоянный ток можно хранить без каких-либо проблем. Даже потери из-за мощности переменного тока больше по сравнению с мощностью постоянного тока. По этой причине DC предпочтительнее для портативных электронных устройств.

Технические термины, используемые при работе с аккумуляторами

Мы не можем просто продолжать использовать только напряжение и ток, чтобы объяснить функциональность батареи, существуют некоторые уникальные термины, которые определяют характеристики батареи, такие как ватт-час (мАч), рейтинг C, номинальное напряжение, напряжение зарядки, зарядный ток, разрядный ток, напряжение отключения, срок хранения, срок службы — вот несколько терминов, используемых для определения характеристик батарей.

Давайте кратко обсудим каждый термин,

Мощность :

Это энергия , хранящаяся в батарее , которая измеряется в ватт-часах

Ватт-час = В * I * часы {поскольку напряжение остается постоянным, поэтому оно измеряется в Ач / мАч}

Обычно при чтении спецификаций смартфона мы видим номинал батареи 2500 мАч или 4000 мАч. Что это обозначает?? Давайте посмотрим

Пример: 2500 мАч это означает, что аккумулятор имеет емкость 2.Ток 5А / 2500мА на нагрузку в течение 1 часа. Продолжительность непрерывной работы батареи зависит от потребляемого ею тока нагрузки. Таким образом, если нагрузка потребляет только 25 мА тока, батарея может проработать 100 часов. Как оно?

25 мА * 100 часов {т. Е. 25 мА тока в течение 100 часов}

Аналогично 250 мА в течение 10 часов Итак…

Хотя теоретические расчеты кажутся идеальными, время работы от батареи меняется в зависимости от температуры, потребления тока и т. Д.

Мощность :

Это означает величину тока , которую батарея может доставить . Он также известен как C-рейтинг.

Теоретически рассчитывается делением A-h на 1 час.

Пример. Рассмотрим аккумулятор емкостью 10000 мАч.

После деления 10000 мА час / 1 час дает 10000 мА = 10 А = 10 C

Таким образом, батарея емкостью 10000 мАч будет иметь рейтинг C 10 C, что означает, что батарея способна выдавать ток 10 А при постоянном напряжении (фиксированное напряжение / номинальное напряжение).

Если батарея имеет номинал 1С, она способна выдавать ток 1А.

Примечание : Чем выше рейтинг C, тем больше ток, который может потребляться от батареи.

Номинальное напряжение:

При определении мощности у нас есть единица под названием Вт · ч , которую можно представить как V * I * час, но куда пропало напряжение? Поскольку напряжение батареи будет постоянным и не будет изменяться, оно считается номинальным напряжением (фиксированное напряжение).Таким образом, поскольку напряжение фиксировано, только Ампер и час считаются единицей ( Ач / мАч) .

Зарядный ток:

Это максимальный ток , который может применяться для зарядки аккумулятора , то есть практически максимум 1A / 2A может применяться, если встроена схема защиты аккумулятора, но все же 500 мА — лучший диапазон для зарядки аккумулятора.

Напряжение зарядки:

Это максимальное напряжение, которое необходимо приложить к аккумулятору для его эффективной зарядки.Обычно 4,2 В — лучшее / стандартное напряжение зарядки. Хотя мы подаем на батарею 5 В, она принимает только 4,2 В.

Ток разряда:

Это ток , который может быть получен от батареи и передан на нагрузку . Если ток, потребляемый нагрузкой, превышает номинальный ток разряда, аккумулятор разряжается очень быстро, что приводит к быстрому нагреву аккумулятора, что также приводит к взрыву аккумулятора. Поэтому следует с осторожностью определять величину тока, потребляемого нагрузкой, а также максимальный ток разряда, который может выдержать аккумулятор.

Срок годности:

Может возникнуть ситуация, когда батареи будут оставаться неиспользованными / закрытыми, особенно в магазинах / магазинах, в течение длительного периода времени. Итак, срок годности определяет период времени, в течение которого батарея может оставаться включенной и должна иметь возможность использовать ее в течение номинального периода времени . Срок годности в основном рассматривается для неперезаряжаемых батарей, потому что их можно использовать и выбросить. Для аккумуляторных батарей, даже если срок хранения меньше, мы все равно можем их зарядить.

Напряжение отключения:

Это напряжение , при котором аккумулятор можно считать полностью разряженным. , после чего, если мы все же попытаемся разрядить его, аккумулятор повредится. Таким образом, за пределами напряжения отключения аккумулятор должен быть отключен от цепи и должен быть заряжен соответствующим образом.

Срок службы:

Предположим, что батарея полностью заряжена и разряжена до 80% от своей реальной емкости, тогда считается, что батарея проработала один цикл.Аналогично, таких циклов, которые батарея может заряжать и разряжать, определяет срок службы . Чем больше продолжительность цикла, тем лучше будет качество аккумулятора. Но если батарея разряжена, скажем, на 40% от ее фактической емкости, учитывая, что батарея изначально полностью заряжена, это нельзя рассматривать как срок службы.

Удельная мощность:

Определяет мощности батареи для заданной массы объема.

Например, 100 Втч / кг (стандартная удельная мощность щелочных батарей) означает, что для 1 кг химического состава обеспечивается 100 Втч мощности.

Теперь объем щелочной батареи AAA составляет 11,5 грамма. Итак, если 1 кг может дать емкость 100 Втч, то сколько может дать 11,5-граммовая батарея AAA ?? Давайте посчитаем.

Втч (для 11,5 г) = 100 * 11,5 / 1000 = 1,15 Втч

Итак, мы знаем, что номинальное напряжение щелочной батареи составляет 1,5 В. Таким образом, он обеспечивает 1,5 В * (1,15 / 1,5) А * 1 час дает 0,76 Ач = 760 мАч емкости, что почти равно мощности стандартной щелочной батареи AAA.

Типы аккумуляторов

Батареи в основном делятся на 2 типа:

• Неперезаряжаемые батареи (первичные батареи)
• Аккумуляторы (аккумуляторные батареи)

Неперезаряжаемые батареи

В основном они рассматриваются как первичные батареи , потому что их можно использовать только один раз.Эти батареи нельзя перезаряжать и использовать снова. Давайте посмотрим на обычные, повседневные первичные батареи, которые мы видим.

• Щелочные батареи: Он в основном построен с химическим составом цинка (Zn) и диоксида марганца (MnO ₂ ), поскольку в нем используется гидроксид калия, который является чисто щелочным веществом, которое названо батареей как щелочная батарея с удельной мощностью 100 Втч / кг.

Преимущества:

1. Срок службы больше
2. Более совместимый и эффективный для включения портативных устройств.
3. Срок годности больше.
4. Маленький размер.
5. Высокоэффективный.
6. Низкое внутреннее сопротивление, поэтому состояние разряда в состоянии покоя меньше.
7. Утечка низкая.

Недостатки:

1. Стоимость немного высока. Кроме этого все является преимуществом.

Заявки:

Может использоваться в фонариках, пультах дистанционного управления, настенных часах, небольших портативных гаджетах и ​​т. Д.

• Батареи типа «таблетка»: Химический состав батарей катушечных элементов также имеет щелочную природу.Помимо щелочного состава, для производства этих батарей будут использоваться химические вещества на основе оксида лития и серебра, которые более эффективны в обеспечении стабильного и стабильного напряжения в таких небольших размерах. Он имеет удельную мощность 270 Втч / кг.

Преимущества:

1. Легкий
2. Маленький
3. Высокая плотность
4. Низкая стоимость
5. Высокое номинальное напряжение (до 3 В)
6. Легко получить высокое напряжение путем последовательного размещения
7. Длительный срок хранения

Недостатки:

1. Требуется держатель
2. Возможность низкого потребления тока

Заявки:

Используется в часах, настенных часах, миниатюрных электронных продуктах и ​​т. Д.

Аккумуляторы

Обычно они называются вторичными батареями , которые можно перезаряжать и использовать повторно. Хотя стоимость высока, их можно перезаряжать и использовать повторно, и они могут иметь огромный срок службы при правильном использовании и безопасной зарядке.

Свинцово-кислотные батареи

Он состоит из свинцово-кислотного вещества, которое очень дешево и используется в основном в автомобилях и транспортных средствах для питания систем освещения в нем.Они более предпочтительны в продуктах, где размер / пространство и вес не имеют значения. Они имеют номинальное напряжение от 2 В до 24 В и чаще всего используются как батареи 2 В, 6 В, 12 В и 24 В. Он имеет удельную мощность 7 Втч / кг.

Преимущества:

1. Дешево по стоимости
2. Легко перезаряжаемый
3. Высокая выходная мощность

Недостатки:

1. Очень тяжелый
2. Занимает много места
3. Очень низкая удельная мощность

Заявки:

Используется в автомобилях, ИБП (источники бесперебойного питания), робототехнике, тяжелой технике и т. Д..

Ni-Cd батареи

Эти батареи изготовлены из никеля и кадмия по химическому составу. Хотя они используются очень редко, они очень дешевы и имеют очень низкую скорость разряда по сравнению с NiMH батареями. Они доступны во всех стандартных размерах, таких как AA, AAA, C и прямоугольной формы. Номинальное напряжение составляет 1,2 В, часто соединенные вместе по 3 штуки, что дает 3,6 В. Он имеет удельную мощность 60 Втч / кг.

Преимущества:

1. Дешево по стоимости
2. Легко заряжается
3. Может использоваться во всех средах
4. Поставляется всех стандартных размеров

Недостатки:

1. Более низкая удельная мощность
2. Содержит токсичный металл
3. Необходимо очень часто заряжать, чтобы избежать роста кристаллов на пластине аккумулятора.

Заявки:

Используется в радиоуправляемых игрушках, беспроводных телефонах, солнечных батареях и в основном там, где важна цена.

Ni-MH батареи

Никель-металлогидридные батареи намного предпочтительнее никель-кадмиевых батарей из-за их меньшего воздействия на окружающую среду. Его номинальное напряжение составляет 1,25 В, что больше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. У них меньшее номинальное напряжение, чем у щелочных батарей, и они являются хорошей заменой из-за своей доступности и меньшего воздействия на окружающую среду.Удельная мощность Ni-MH аккумуляторов составляет 100 Втч / кг.

Преимущества:

1. Доступны все стандартные размеры.
2. Высокая удельная мощность.
3. Легко заряжается.
4. Хорошая альтернатива щелочному раствору, имеющая почти все сходства, а также перезаряжаемая.

Недостатки:

1. Саморазряд очень высок.
2. Дороже, чем никель-кадмиевые батареи.

Заявки:

Используется во всех приложениях, аналогичных щелочным и никель-кадмиевым батареям.

Литий-ионные аккумуляторы

Они состоят из металлического лития и являются новейшими аккумуляторными батареями. Поскольку они компактны по размеру, их можно использовать в большинстве портативных приложений, требующих высокой мощности. Это лучшие из имеющихся аккумуляторных батарей. Они имеют номинальное напряжение 3,7 В (чаще всего у нас 3.6 В и 7,2 В) и имеют различные диапазоны мощности (от 100 мАч до 1000 мАч). Даже C-рейтинг колеблется от 1C до 10C, а плотность мощности литий-ионных аккумуляторов составляет 126 Втч / кг.

Преимущества:

1. Очень легкий.
2. Высокий рейтинг C.
3. Плотность мощности очень высокая.
4. Напряжение элемента высокое.

Недостатки:

1. Это немного дороже.
2. Если клеммы закорочены, аккумулятор может взорваться.
3. Требуется схема защиты аккумулятора.

Li-Po батареи

Их также называют литий-ионными полимерными перезаряжаемыми батареями, поскольку в них используется полимерный гель / полимерный электролит с высокой проводимостью вместо жидкого электролита. Они относятся к литий-ионной технологии. Это немного дороже. Но батарея очень хорошо защищена по сравнению с литий-ионными батареями.Он имеет удельную мощность 185 Втч / кг.

Преимущества:

1. Они обладают более высокой защитой по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
2. Очень легкий
3. Тонкая структура по сравнению с литий-ионными батареями.
4. Плотность мощности, номинальное напряжение сравнительно очень высоки по сравнению с Ni-Cad и Ni-MH батареями.

Недостатки:

1. Дорого.
2. При неправильном подключении может взорваться.
3. Не допускайте сгибания или воздействия высокой температуры, которая может вызвать взрыв.

Применения: Может использоваться во всех портативных устройствах, которые нуждаются в перезарядке, таких как дроны, робототехника, радиоуправляемые игрушки и т. Д.

Типы батарей | Ассоциация аккумуляторных батарей

НИКЕЛЕВЫЕ БАТАРЕИ КАДМИЯ

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

НИКЕЛЬ-МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ГИДРИДНЫЕ БАТАРЕИ

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

ЛИТИЕВЫЕ ИОННЫЕ БАТАРЕИ

Термин ионно-литиевый аккумулятор относится к перезаряжаемой батарее, в которой материалы отрицательного электрода (анода) и положительного электрода (катода) служат в качестве хозяина для литий-ионных аккумуляторов (Li +). Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и интеркалируются (вставляются в пустоты в кристаллографической структуре) катода.Ионы меняют направление во время зарядки. Поскольку ионы лития внедряются в материалы-хозяева во время заряда или разряда, в литий-ионном элементе нет свободного металлического лития. В литий-ионном элементе чередующиеся слои анода и катода разделены пористой пленкой (разделителем). Электролит, состоящий из органического растворителя и растворенной соли лития, обеспечивает среду для переноса ионов лития. Для большинства коммерческих литий-ионных ячеек диапазон напряжения составляет примерно от 3,0 В (в разряженном состоянии или при 0% -ном состоянии заряда, SOC) до 4.2 В (полностью заряженный или 100% SOC).

Свинцово-кислотные батареи с малым уплотнением

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

Есть два типа батарей VRLA,

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

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

Батареи

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

Какие бывают разные Какие бывают типы батарей? Первичный, перезаряжаемый, литий-ионный

В этом руководстве мы узнаем об одном из важных компонентов электрических и электронных систем: батарее.Мы увидим основную информацию о батареях, рассмотрим различные типы батарей, а также расскажем, какой тип батареи подходит для вашего приложения.

Введение

Независимо от того, являетесь ли вы инженером-электриком или нет, вы могли встретить хотя бы пару разных типов батарей в своей жизни. Некоторые из распространенных мест, где вы используете батареи, — это настенные часы, сигнализация или детекторы дыма, в которых используются небольшие одноразовые батареи, или автомобили, грузовики или мотоциклы, в которых используются относительно большие перезаряжаемые батареи.

Батареи стали очень важным источником энергии за последнее десятилетие или около того. Даже до этого они были неотъемлемой частью нашей жизни, питая несколько портативных устройств, таких как транзисторные радиоприемники, Walkman, портативные игры, камеры и т. Д.

Но с развитием передовых смартфонов, планшетов, ноутбуков, солнечной энергии и электромобилей, исследования мощных батарей, которые могут работать дольше и обеспечивать необходимую энергию, достигли своего пика.

Фактически, Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена трем ученым Джону Б.Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Йошино за разработку литий-ионных батарей.

Что такое батарея?

Батарея — это химическое устройство, которое накапливает электрическую энергию в виде химикатов и посредством электрохимической реакции преобразует накопленную химическую энергию в электрическую энергию постоянного тока. Алессандро Вольта, итальянский физик, изобрел первую батарею в 1800 году.

Электрохимическая реакция в батарее включает перенос электронов от одного материала к другому (называемому электродами) посредством электрического тока.

Элемент и батарея

Несмотря на то, что термин «батарея» часто используется, основная электрохимическая единица, отвечающая за фактическое накопление энергии, называется ячейкой. Ячейка, как только что упоминалось, является фундаментальной электрохимической единицей, которая является источником электроэнергии, производимой путем преобразования химической энергии.

В базовой форме элемент обычно содержит три основных компонента: два электрода и электролит, а также состоит из выводов, разделителя и контейнера.Говоря об электродах, существует два типа электродов, называемых анодом и катодом.

Анод — это отрицательный электрод (также называемый топливным электродом или восстанавливающим электродом). Он теряет электроны во внешней цепи и в электрохимической реакции окисляется.

Катод

, с другой стороны, является положительным электродом (также называемым окислительным электродом). Он принимает электроны из вечного контура и в электрохимической реакции восстанавливается.Следовательно, преобразование энергии в батарее происходит за счет электрохимической окислительно-восстановительной реакции.

Третий важный компонент ячейки — электролит. Электролит действует как среда для передачи заряда в виде ионов между двумя электродами. Следовательно, электролит иногда называют ионным проводником. Здесь следует отметить важный момент, что электролит не является электропроводным, а имеет только ионную проводимость.

Батарея часто состоит из одной или нескольких «ячеек», которые электрически соединены последовательно или параллельно для обеспечения необходимых уровней напряжения и тока.

Различные типы батарей

В основном все электрохимические элементы и батареи делятся на два типа:

• Основной (неперезаряжаемый)
• Вторичный (перезаряжаемый)

Несмотря на то, что есть несколько других классификаций в пределах этих двух типов батарей, эти два являются основными типами. Проще говоря, первичные батареи являются неперезаряжаемыми батареями, то есть их нельзя заряжать электрически, в то время как вторичные батареи являются аккумуляторными батареями i.е., их можно заряжать электрически.

Первичные батареи

Первичная батарея — один из простых и удобных источников энергии для нескольких портативных электронных и электрических устройств, таких как фонари, фотоаппараты, часы, игрушки, радио и т. Д. отказаться от этого »типа.

Обычно первичные батареи недороги, легки, малы и очень удобны в использовании, практически не требуют обслуживания.Большинство первичных батарей, которые используются в быту, являются одноэлементными и обычно имеют цилиндрическую конфигурацию (хотя их очень легко производить в различных формах и размерах).

Общие типы первичных батарей

До 1970-х годов преобладающими типами первичных батарей были батареи на основе цинковых анодов. В 1940-х годах, во время Второй мировой войны и после войны, цинк-углеродные батареи имели среднюю емкость 50 Втч / кг.

Наиболее значительный прогресс в аккумуляторной технологии произошел в период 1970–1990 годов.Именно в это время были разработаны знаменитые цинковые / щелочно-двуокись марганца батареи, которые постепенно заменили старые цинково-угольные батареи в качестве основных первичных батарей.

Батареи

с оксидом ртути и цинком с оксидом ртути и кадмий с оксидом ртути также использовались в этот период, но из-за экологических проблем, связанных с использованием ртути, эти типы батарей постепенно перестали использоваться.

Именно в этот период началась разработка батарей с литием в качестве активного анодного материала, которые считаются крупным достижением из-за высокой удельной энергии и более длительного срока хранения литиевых батарей по сравнению с традиционными цинковыми батареями.

Литиевые батареи

изготавливаются в виде кнопок и таблеток для определенного диапазона приложений (например, часы, резервное копирование памяти и т. Д.), А также доступны более крупные батареи цилиндрического типа.

В следующей таблице показаны различные типы первичных батарей, а также их характеристики и области применения.

Тип батареи	Характеристики	Приложения
Цинк — Углерод	Обычная, недорогая, размерная	Радио, игрушки, инструменты
Магний (Mg / MnO 2 )	Большая емкость, длительный срок хранения	Радиостанции для военных и самолетов
Ртуть (Zn / HgO)	Очень большая емкость, длительный срок хранения	Медицина (слуховые аппараты, кардиостимуляторы), фотография
Щелочной (Zn / Щелочной / MnO 2 )	Очень популярный, умеренная цена, высокая производительность	Самые популярные первичные батареи
Серебро / цинк (Zn / Ag 2 O)	Самая высокая производительность, дорогостоящая, плоская разгрузка	Слуховые аппараты, фотографии, пейджеры
Литий / растворимый катод	Высокая плотность энергии, хорошая производительность, широкий диапазон температур	Широкий спектр применений с емкостью от 1 до 10 000 Ач
Литий / твердый катод	Высокая плотность энергии, низкотемпературные характеристики, длительный срок хранения	Замена кнопочных и цилиндрических элементов
Литий / твердый электролит	Низкое энергопотребление, чрезвычайно долгий срок хранения	Схемы памяти, медицинская электроника

Вторичные батареи

Вторичная батарея также называется перезаряжаемой батареей, поскольку после разрядки они могут заряжаться электрически.Химический статус электрохимических ячеек можно «перезарядить» до их первоначального состояния, пропуская ток через ячейки в направлении, противоположном их разряду.

В основном аккумуляторные батареи можно использовать двумя способами:

В первой категории приложений вторичные батареи используются в основном в качестве накопителей энергии, где они электрически подключены к основному источнику энергии и также заряжаются от него, а также при необходимости подают энергию. Примерами таких приложений являются гибридные электромобили (HEV), источники бесперебойного питания (UPS) и т. Д.

Вторая категория приложений вторичных батарей — это те приложения, в которых батарея используется и разряжается как первичная батарея. Как только он полностью разряжен (или почти полностью разряжен), вместо того, чтобы выбросить его, аккумулятор перезаряжается с помощью соответствующего зарядного механизма. Примеры таких приложений — вся современная портативная электроника, такая как мобильные телефоны, ноутбуки, электромобили и т. Д.

Плотность энергии вторичных батарей относительно ниже, чем у первичных батарей, но имеют другие хорошие характеристики, такие как высокая удельная мощность, плоские кривые разряда, высокая скорость разряда, низкотемпературные характеристики.

Общие типы вторичных батарей

Две из самых старых батарей на самом деле являются вторичными батареями, называемыми свинцово-кислотными батареями, которые были разработаны в конце 1850-х годов, и никель-кадмиевыми батареями, которые были разработаны в начале 1900-х годов. До недавнего времени было всего два типа аккумуляторных батарей.

Первые и наиболее часто используемые аккумуляторные батареи называются свинцово-кислотными батареями. В их основе лежит электрохимическая пара свинец — диоксид свинца (Pb — PbO ₂ ).Электролитом, используемым в этих типах батарей, является очень распространенная серная кислота.

Второй тип аккумуляторных батарей называется никель-кадмиевыми батареями. В их основе лежит оксигидроксид никеля (оксид никеля) в качестве положительного электрода и отрицательный электрод на основе металлического кадмия. Подойдя к электролиту, используется щелочной раствор гидроксида калия.

В последние десятилетия появилось два новых типа аккумуляторных батарей. Это никель-металлогидридная батарея и литий-ионная батарея.Из этих двух литий-ионный аккумулятор изменил правила игры и стал коммерчески лучше благодаря своим высоким показателям удельной энергии и плотности энергии (150 Втч / кг и 400 Втч / л).

Существуют и другие типы вторичных батарей, но четыре основных типа:

• Свинцово-кислотные батареи
• Никель-кадмиевые батареи
• Никель-металлогидридные батареи
• Литий-ионные батареи

Давайте теперь кратко рассмотрим эти типы батарей по отдельности.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи — безусловно, самые популярные и наиболее часто используемые аккумуляторные батареи. Они были успешным продуктом более века. Свинцово-кислотные батареи доступны в нескольких различных конфигурациях, от небольших герметичных элементов емкостью 1 Ач до больших элементов емкостью 12 000 Ач.

Одно из основных применений свинцово-кислотных аккумуляторов — автомобильная промышленность, поскольку они в основном используются в качестве аккумуляторов SLI (пуск, освещение и зажигание).

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи также применяются для хранения энергии, аварийного питания, электромобилей (даже гибридных автомобилей), систем связи, систем аварийного освещения и т. Д.

Широкий спектр применения свинцово-кислотных аккумуляторов обусловлен широким диапазоном напряжений, различными формами и размерами, низкой стоимостью и относительно простым обслуживанием. По сравнению с другими технологиями вторичных аккумуляторов свинцово-кислотные аккумуляторы являются наименее дорогим вариантом для любого применения и обеспечивают очень хорошую производительность.

Электрический КПД свинцово-кислотных аккумуляторов составляет от 75 до 80%. В этой ценности они подходят для накопителей энергии (источников бесперебойного питания — UPS) и электромобилей.

Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевые батареи или просто никель-кадмиевые батареи являются одними из самых старых типов батарей, доступных сегодня, наряду со свинцово-кислотными батареями. Они имеют очень долгий срок службы, очень надежны и прочные.

Одним из основных преимуществ никель-кадмиевых аккумуляторов является то, что они могут подвергаться высокой скорости разряда и работать в широком диапазоне температур.Кроме того, срок хранения никель-кадмиевых аккумуляторов очень велик. Стоимость этих батарей выше, чем у свинцово-кислотных батарей на базовый ватт-час, но меньше, чем у других типов щелочных батарей.

Как упоминалось ранее, в Ni-Cd батареях используется оксигидроксид никеля (NiOOH) в качестве катода и металлический кадмий (Cd) в качестве анода. Обычные аккумуляторные батареи потребительского класса имеют рабочее напряжение 1,2 В. В промышленных приложениях никель-кадмиевые батареи уступают только свинцово-кислотным батареям благодаря своим низким температурам, стабильному разрядному напряжению, длительному сроку службы, низким эксплуатационным расходам и превосходной надежности.

К сожалению, у никель-кадмиевых аккумуляторов есть одна важная характеристика, называемая «эффектом памяти», и это их единственный недостаток. Когда Ni-Cd элементы частично разряжаются, а затем перезаряжаются, они постепенно теряют свою емкость, то есть цикл за циклом. «Кондиционирование» — это процесс восстановления утраченной емкости батарей.

В этом процессе элементы полностью разряжаются до нуля вольт, а затем полностью заряжаются.

Никель-металлогидридные батареи

Это относительно новый тип батарей, являющийся расширенной версией никель-водородных электродных батарей, которые использовались исключительно в аэрокосмических приложениях (спутники).Положительный электрод — это оксигидроксид никеля (NiOOH), а отрицательный электрод ячейки — это металлический сплав, в котором водород накапливается обратимо.

Во время заряда металлический сплав поглощает водород с образованием гидрида металла, а во время разряда гидрид металла теряет водород.

Одно из главных преимуществ никель-металлогидридных батарей перед никель-кадмиевыми батареями — это более высокая удельная энергия и плотность энергии. Герметичные никель-металлогидридные батареи доступны в продаже в виде небольших цилиндрических элементов и используются в портативной электронике.

Литий-ионные батареи

Появление литий-ионных батарей за последние несколько десятилетий было феноменальным. Более 50% потребительского рынка перешло на использование литий-ионных батарей. В частности, ноутбуки, мобильные телефоны, фотоаппараты и т. Д. Являются крупнейшими приложениями литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионные батареи

обладают значительно высокой плотностью энергии, высокой удельной энергией и более длительным сроком службы. Другими основными преимуществами литий-ионных аккумуляторов являются низкая скорость саморазряда и широкий диапазон рабочих температур.

Применение батарей

В последние несколько десятилетий использование небольших герметичных батарей в потребительских приложениях росло по экспоненте. Первичные или аккумуляторные батареи малого форм-фактора используются в огромном количестве устройств. Некоторые из них упомянуты ниже.

• Портативные электронные устройства: часы, фотоаппараты, мобильные телефоны, ноутбуки, видеокамеры, калькуляторы, испытательное оборудование (мультиметры).
• Развлечения: Радио, MP3-плееры, CD-плееры, все инфракрасные пульты дистанционного управления, игрушки, игры, клавиатуры.
• Домашнее хозяйство: Часы, сигнализация, детекторы дыма, фонари, ИБП, аварийное освещение, зубные щетки, триммеры для волос и бритвы, мониторы артериального давления, слуховые аппараты, кардиостимуляторы, переносные электроинструменты (дрели, отвертка).

Как выбрать аккумулятор?

Выбор аккумулятора для вашего приложения можно свести к двум характеристикам: производительность и стоимость. Но если копнуть немного глубже, то следующие факторы являются определяющими при выборе подходящей батареи для вашего приложения.

• Первичная или вторичная
• Энергия или мощность
• Срок годности
• Энергоэффективность и скорость перезарядки
• Срок службы батареи
• Температура батареи

19 Различные типы аккумуляторов (подробная классификация аккумуляторов)

Типов аккумуляторов гораздо больше, чем батарей типа AA, AAA и автомобильных. Фактически, аккумуляторные технологии стремительно развиваются. Узнайте о множестве различных классификаций батарей и о том, что делает каждый тип (т.е. какая у них мощность и как).

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

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

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

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

Общие типы батарей

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

• Первичные батареи
• Вторичные батареи

Первичные батареи

Самым простым значением для понимания первичных батарей является то, что эти батареи предназначены только для одноразового использования, и их следует выбросить.Эти батареи также известны как неперезаряжаемые, поскольку их нельзя перезаряжать и использовать повторно. Именно такую ​​батарею первым изобрел Алессандро Вольта в 1800 году.

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

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

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

Щелочные батареи

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

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

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

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

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

Литиевые батареи

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

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

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

Ртуть

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

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

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

Цинково-воздушная батарея

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

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

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

Вторичные батареи

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

В отличие от первичных батарей, вторичные элементы можно перезаряжать и использовать снова. Обычно эти элементы используются в устройствах с большим стоком или в ситуациях, которые могут быть слишком дорогими или непрактичными. Некоторые из областей применения вторичных батарей включают мобильные телефоны, MP3-плееры, компьютеры, телефонные станции, наручные часы, слуховые аппараты и т. Д.

Ниже приведены типы вторичных батарей, которые широко используются сегодня:

Свинцово-кислотный гель

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

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

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

Литий-ионный аккумулятор

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

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

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

Никель-кадмиевая (NiCd) батарея

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

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

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

Никель-металлогидридная батарея

Никель-металлогидридная батарея с аббревиатурой NiMH или Ni-MH предлагает множество преимуществ по сравнению с другими аккумуляторными батареями. Прежде всего, никель-металлогидридные батареи — это быстро работающие батареи, которые могут работать очень долгое время, не подвергаясь стрессу.

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

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

Другие типы батарей

Промышленные батареи

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

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

Absolyte Battery

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

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

Никель-железный аккумулятор

Никель-железный аккумулятор — это еще один промышленный аккумулятор, состоящий из никеля (III), оксидно-гидроксидных положительных пластин и железных отрицательных пластин.В дополнение к этому, высоковольтная батарея состоит из электролита гидроксида калия.

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

Стальной корпус

Это надежные и чрезвычайно мощные промышленные аккумуляторные батареи, которые используются в различных сферах — подъемные машины и вилочные погрузчики.

Чтобы идентифицировать эти батареи, вы должны знать, что они тяжелее, чем любой другой тип промышленных батарей, и весят от нескольких сотен килограммов до тысяч килограммов.

Батареи в стальном корпусе также доступны в виде лома, что означает, что их можно переработать и использовать снова. Большинство складов металлолома готовы принять их, но, скорее всего, они не примут другие типы батарей.

Свинцово-кислотная батарея с заливной головкой

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

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

Автомобильные аккумуляторы

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

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

Гибридный автомобильный аккумулятор

Аккумулятор гибридного автомобиля похож на любой другой аккумулятор, только он является перезаряжаемым и имеет достаточное решение для автомобиль пробегает много миль.

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

Свинцово-кислотная батарея

Свинцово-кислотная батарея , изобретенная Гастоном Плантом (французский физик) в 1859 году, является одной из старейших, но наиболее широко используемых батарей в мире.Это вид автомобильного транспортного средства, в котором используется губчатый свинец и пероксид свинца для преобразования химической энергии в электрическую.

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

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

VRLA

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

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

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

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

Обычные типы батарей

Общие типы батарей Батареи — это группы электрохимических ячеек, соединенных в серию или параллельно . Параллельные соединения (все аноды соединены, все катоды соединены) не приводят к изменению общего напряжения цепи, в то время как при последовательном соединении (анод одной ячейки к катоду следующей) напряжение умножается на количество ячеек. На этой схеме показано параллельное соединение четырех ячеек на 1,5 В, а на нижнем рисунке показаны аналогичные элементы, подключенные последовательно. Чтобы накапливать электрическую энергию, клетки должны быть легко обратимыми. Свинцово-кислотный Это наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в автомобилях и для хранения солнечной энергии, поскольку они могут обеспечивать высокий ток и их стоимость относительно невысока.Они хранят всего около 25 ватт-часов на кг. Каждая ячейка состоит из свинцовых электродов в растворе серной кислоты. Один свинцовый электрод покрыт оксидом свинца. Последовательное соединение 6 из этих элементов дает аккумулятор на 12 В. Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые электроды, чем стандартные стартерные аккумуляторы. Гелевые батареи и герметичные свинцово-кислотные батареи обычно используются для хранения солнечной электроэнергии для автономных приложений. Литий-ионный Литий-ионные батареи используются в компьютерах и бытовой электронике.В настоящее время ведутся работы по их адаптации для других приложений из-за их большей удельной мощности. Они хранят около 150 ватт-часов на кг. Электроды из оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ) и графита с твердым литиевым электролитом. Более подробная информация об этих батареях содержится в разделе «Как все работает». Напряжение элемента высокое, примерно до 4 В, для переноса Li + из частично восстановленного графита в частично окисленный оксид лития-кобальта. Батареи могут взорваться при высокой температуре. Текущие исследования в этой области касаются новых электродных материалов и электролитов для повышения термической стабильности в больших батареях. Никель-металлогидрид (NiMH) Металл никель-металлогидридной батареи представляет собой интерметаллид, AB 5 , где A представляет собой смесь редкоземельных элементов лантана, церия, неодима, празеодима и B представляет собой никель. , кобальт, марганец и / или алюминий. Они хранят около 100 ватт-часов на килограмм и намного более термически стабильны, чем литий-ионные батареи.Некоторые были разработаны для гибридных автомобилей. анод Ni (OH) 2 (s) + HO — (вод.) Ni (O) (OH) + H 2 O + e — E 0 = 0,49 В катод M (с) + H 2 O + e — MH (с) + HO — (водн.) E 0 = 0,8 Назад Компас Столы Индекс Вступление Домашнее задание

Какие бывают типы батарей? Ответ и анализ рынка

Батареи — одна из тех вещей, которыми владеет и пользуется почти каждый, но никогда не осознает, насколько они важны.Без батареек современная жизнь была бы совсем другой. Батареи — одни из самых распространенных и широко используемых электронных компонентов во всей электронной промышленности, поскольку они обеспечивают надежное и стабильное питание подавляющего большинства электронных устройств.

В этом посте мы освещаем текущую рыночную аналитику и освещаем некоторые основы аккумуляторной продукции.

Анализ рынка:

Согласно недавнему отчету об анализе рынка, рынок аккумуляторов должен был расти до 2025 года, а совокупный годовой темп роста (CAGR) прогнозируется на уровне 12.31% и более. Ожидалось, что снижение цен на литий-ионные батареи, рост сектора возобновляемых источников энергии, рост популярности электромобилей и значительный рост спроса на бытовую электронику вызовут этот рост. Однако нынешняя пандемия COVID-19 затронула всю электронную промышленность, включая сегмент аккумуляторов. Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов особенно сильно пострадал.

В связи с недавними сбоями в работе глобальных рынков и цепочек поставок ключевые игроки на рынке аккумуляторов начали изучать варианты производства за пределами Китая.По словам Фрэнсиса Ванга, генерального директора компании NanoGraf, занимающейся разработкой аккумуляторных технологий, в последние пять лет Китай доминирует в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. В результате последствий, вызванных COVID-19, Ван ожидает, что производители оригинального оборудования (OEM) начнут переносить производство обратно в Японию и Корею. При этом Ван также считает, что производство аккумуляторов для электромобилей по-прежнему будет сосредоточено в Китае. Это связано с тем, что Китай поддерживает расширение использования и производства электромобилей за счет государственного финансирования, что делает их внутренний спрос очень высоким.В аккумуляторной отрасли в целом, вероятно, произойдет сдвиг в сторону более сбалансированной диверсификации цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов, с упором на снижение рисков, а не на затраты. Положительным моментом для этого вируса с точки зрения батарей и электронной промышленности является то, что эти новые возможности роста могут стимулировать производственные мощности за пределами Азии.

О программе и аккумуляторах Категории:

Батареи — это автономные химические блоки питания, вырабатывающие определенное количество электроэнергии.В отличие от традиционного электричества, батареи предназначены для медленного и устойчивого преобразования химических веществ, содержащихся в них, в электрическую энергию. Батареи — один из самых популярных видов портативных источников питания, поскольку они обеспечивают почти мгновенное получение энергии.

Батареи

бывают самых разных размеров, форм и напряжений. При этом все батареи делятся на две основные категории: первичные и вторичные.

Первичные батареи одноразовые, неперезаряжаемые и обычно встречаются в большинстве домашних хозяйств.Хотя первичные батареи не являются экологически чистыми, у них есть несколько важных преимуществ. Обычно они служат дольше и хранят больше энергии, чем аккумуляторы того же размера.

Три основных типа первичных батарей:

1. Углеродно-цинковые батареи

2. Щелочные батареи

3. Литиевые батареи

Эти три первичные батареи часто называют «сухими элементами», потому что внутри них нет жидкости.

Вторичные батареи обычно называют аккумуляторными.Аккумуляторы стали более популярными и распространенными после того, как портативные устройства, такие как мобильные телефоны, вышли на рынок и взяли его штурмом. В свое время самым распространенным типом аккумуляторных батарей были свинцово-кислотные «аккумуляторы», которые использовались в основном в автомобилях. Сегодня наиболее распространенными типами аккумуляторных батарей являются никель-металлогидридные (NiMH), никель-кадмиевые и литий-ионные.

Различные типы батарей:

Ниже приведен список основных типов батарей:

• Цинк-карбон — Это повседневные батарейки для предметов домашнего обихода, например фонариков.Они одноразовые, экономичные, но служат недолго. В углеродно-цинковых батареях положительный электрод сделан из углеродного стержня, а отрицательный электрод — из сплава цинка, отсюда и название.

• Щелочные — Эти первичные батареи выглядят как угольно-цинковые, но накапливают больше энергии, служат дольше и стоят дороже. Они могут оставаться заряженными в течение нескольких лет, что делает их очень надежным источником энергии.

• Свинцово-кислотные — Свинцово-кислотные батареи являются вторичными и используются с 19 века.Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобильной промышленности, и обычно их не нужно перезаряжать, потому что автомобиль заряжает их автоматически. Эти батареи большие и могут быть очень дорогими.

• Никель-кадмиевые (NiCd) — Никель-кадмиевые батареи часто используются в качестве замены одноразовых 1,5-вольтовых батарей, используемых в таких предметах, как игрушки и фонарики. Эти аккумуляторные батареи доступны по цене и могут использоваться в течение очень долгого времени.

• Никель-металлогидридные (NiMH) — Эти батареи появились в 1990-х годах и были представлены на рынке как более экологичная альтернатива никель-кадмиевым батареям.NiMH аккумуляторы обычно используются в личных устройствах, например в мобильных телефонах.

Использование и применение:

Батареи используются практически во всех сегментах электронной промышленности. В таблице ниже указаны области, в которых активно используются батареи, и несколько примеров применения для каждой из них:

Бытовая электроника	Спортивные товары Электроинструменты Беспроводной пылесос Носимые устройства	Игрушки Планшеты / электронные книги Устройства Bluetooth Смартфоны
Освещение	Солнечный светофор Освещение для кино и видео Прогулочные фонари на солнечных батареях	Знаки аварийного выхода Безопасность на шоссе Подводное освещение
Безопасность и мониторинг Системы	Погодные приборы Охранная и пожарная сигнализация Блоки захвата радиочастотных данных Металлоискатели	Электрические заборы и ворота Счетчики трафика Оборудование для ядерного зондирования Передатчики
Медицинское оборудование и системы визуализации	Инвалидные коляски Устройства для наблюдения за пациентом Медицинское оборудование для поддержки пациентов	Портативные ультразвуковые аппараты Переносные рентгеновские аппараты Инфракрасные мониторы
Утилиты и резервное питание	Счетчики воды и газа Термостаты Счетчики электрические	Поставщики источников бесперебойного питания (ИБП) Системы на солнечных батареях
Коммуникационные и вычислительные системы	Радиосигнал Беспроводные и сотовые телефоны Телефонные системы и телекоммуникации	Оборудование для спутникового и глобального позиционирования Системы резервного копирования серверов Встраиваемые вычислительные устройства
Автомобильная промышленность и транспорт	Электромобили Беспилотные летательные аппараты	Тормозные системы и системы прицепа Беспилотные подводные аппараты

Аккумуляторные батареи ZEUS и источники:

Sensible Micro гордится тем, что является авторизованным оптовым дистрибьютором ZEUS Battery Products, ведущего производителя безопасных и надежных аккумуляторных блоков.Продукция ZEUS отличается высочайшим качеством и конкурентоспособной ценой. Они поддерживают как аккумуляторные, так и неперезаряжаемые химические вещества, например:

• литий-ионный
• литий-полимерный
• лития фосфат железа
• металлогидрид никеля
• никель кадмий
• герметичный свинцово-кислотный
• литий первичный и щелочной.

Как авторизованный дистрибьютор, Sensible Micro может также предложить индивидуальные решения по аккумуляторным батареям через команду разработчиков ZEUS.Команда ZEUS тщательно рассматривает и оценивает требования каждого клиента и выбирает подходящую схему электронной безопасности, мониторинга и контроля заряда, чтобы оптимизировать ваше индивидуальное решение для аккумуляторов. Запланируйте звонок с одним из наших экспертов по закупкам сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в батареях!

Будьте в курсе последних событий в отрасли и в нашем сообществе, подписавшись на блог Sensible Micro.

Аккумуляторы как источники электроэнергии

Аккумуляторы как источники электроэнергии

Содержание

Батареи как источники электроэнергии

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

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

Типы аккумуляторов

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

Три основных типа:

• Мокрые элементы: свинцово-кислотные батареи для транспортных средств; также используется в промышленности.
• Сухие неперезаряжаемые батареи: это наиболее распространенные типы бытовых аккумулятор.
• Перезаряжаемый сухой элемент батареи, используемые в электроинструментах, беспроводных приборах, мобильных телефонах и т. д.

Одноразовые бытовые батареи общего назначения включают:

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

Сухие аккумуляторные батареи для домашнего использования включают:

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

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

Проблемы окружающей среды

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

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

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

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

Утилизация батарей

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

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

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

Чем мы можем помочь?

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

Справка о стоимости энергии от аккумуляторных батарей

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

соток аккумуляторные батареи рентабельны?

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

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

Как работают аккумуляторы

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

В разных элементах используются разные электродные материалы и разное выходное напряжение (1,2, 1,5, 2 и 3,6 В для типов, обсуждаемых здесь). При последовательном соединении ячеек возможно более высокое напряжение.

Емкость ячеек определяется материалами, используемыми в их конструкции и выражается в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч).Приблизительное время, в течение которого батареи хватит на одну зарядку, можно узнать, разделив емкость батареи. (часто печатается на самой батарее) по среднему потреблению тока устройством.

Таким образом, можно ожидать, что батарея емкостью 600 мАч будет питать приемник, потребляющий 60 мА в течение 10 часов.

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

Никель-кадмиевый (NiCad)

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

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

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

В никель-кадмиевых батареях иногда возникают внутренние короткие замыкания из-за скопления кристаллов внутри ячейка, и это обычно означает конец ее полезной жизни. Срок службы от 200 до 800 зарядов и разряды типичны для никель-кадмиевых аккумуляторов.

Металлогидрид никеля (NiMH)

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

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

Литий-ионный (Li-Ion)

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

Некоторые ссылки

Добро пожаловать в Battery University

Батареи как компоненты — из: Образовательные энциклопедия

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

Руководство по применению резервного аккумулятора

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

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

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

Зарядка аккумулятора

---

Дэвид Холберн Октябрь 2005 г.

.