Конструкция аккумулятора: Конструкция аккумуляторной батареи

Содержание

Устройство аккумулятора

Производитель GoPower выпускает популярные виды аккумуляторов с разными технологическими решениями. Ниже мы рассмотрим особенности их конструкции и преимущества каждого типа.

На нашем сайте мы уже рассказывали о том какими бывают аккумуляторы. В этой же небольшой статье мы кратко расскажем о том как работают и устроены наиболее востребованные из них, какие для чего используются.

Производитель GoPower выпускает популярные виды аккумуляторов с разными технологическими решениями. Ниже мы рассмотрим особенности их конструкции и преимущества каждого типа.

Конструкция разных типов АКБ

Все заряжаемые батареи имеют одну конструкцию из трех ключевых элементов. Это анод, катод и электролит – диэлектрическое вещество, которое способствует переносу ионов от одной пластины батареи к другой.

Происходит это из-за разности потенциалов химических элементов. Именно этим и отличаются все аккумуляторы. Начнем с самого современного типа АКБ, которые собраны на основе литий-ионной технологии.

Li-ion

В качестве примера рассмотрим устройство цилиндрической батареи GoPower. Это самый востребованный формат на рынке.

Вверху расположен дренажный клапан газоотвода – он защищает корпус от деформации и разрыва, если произойдет перегрев химических компонентов аккумулятора.

Начинка представляет собой ленточную намотку из трех слоев:

  • Алюминизированная фольга, на которую нанесено покрытие из литерованного оксида кобальта, выполняет роль катода.
  • Анодом служит фольга из меди, которая, в свою очередь, покрыта смесью из пористого углерода и ионов лития.
  • Между ними находится сепарирующий слой с высокой проницаемостью для ионов металла и пропитанный электролитом.

В некоторых моделях в АКБ интегрирована печатная плата-контроллер. Контроллер отсекает нагрузку при критическом понижении емкости и сохраняет батарею годной для последующего восстановления. Он также препятствует перезаряду – при избытке тока восстановления плата отключает внутреннюю емкость от внешнего контакта.

Ni-MH

Более совершенная технология оказалась дороже Ni-Cd и с меньшим ресурсом. При этом эффективность источников автономного питания заметно возросла.

В конструкции использованы такие элементы:

  • Оксид никеля (NiO) в роли катода.
  • Анодом служит сплав водородного металлогидрида(La-Ni-Co).

Эти аккумуляторы идеально подходят для всех автономных устройств, использующих стандартизированные источники питания – типоразмера АА, ААA, C, D и 9В «Крона».

Свинцовые AGM-батареи (технология VRLA)

Пластины из Pb служат в этом типе АКБ анодом и катодом одновременно. Реакция идет между ними благодаря электролиту из раствора очищенной серной кислоты и деионизированной воды (НОН).

Технология AGM позволила создать высокоэффективные аккумуляторы с полной герметичностью. Рециркуляция газов происходит в верхней части сепаратора, благодаря чему их не надо обслуживать (VRLA).

Компания GoPower выпускает самые ходовые модели аккумуляторов, основанных на этих трех технологиях. Высокое качество оригинальной продукции и доступные цены уже смогли оценить покупатели крупных маркетплейсов и торговых сетей страны.

Устройство панцирной батареи PzS (B)

Для ежедневной, а иногда круглосуточной работы, погрузочной техники (погрузчики, штабелеры, самоходные ричтраки) применяют панцирные аккумуляторы типа PzS. Эксплуатационное преимущество в большом количестве циклов (около 1500) заряда-разряда. Это при ежедневном применении 1500/365= около 4 (четырех) лет. Другие технологии, включая гелевые, ограничиваются 700-800 циклами. Это справедливо для 80% разрядного цикла. 

Гелевые и AGM тяговые батареи — не обслуживаемые, и не выделяют при заряде газов, словом более безопасны при работе и это их единственный плюс. В производстве, будь то склад, технологическая линия или порт, применяют АКБ с жидким электролитом. Их надо обслуживать, но служат они дольше и себестоимость одного цикла — меньше.

Батареи типа PzS , PzB отличаются стандартом габаритов, и являются панцирными.

Столь высокие показатели (до 1500 циклов) панцирных АКБ достигаются способом удержания на положительном электроде активной массы. Как это сделано, подробно описано в этой статье.
Общая для всех производителей схема на фото 1:

фото 1 схема PzS элемента

Основой работы любого аккумулятора было и есть электро-химическая реакция между двумя активными массами, нанесенными на анод и катод. В процессе работы эти массы разрушаются и т.к. пластина вертикальная, сползают осыпаются на дно корпуса батареи. Задача максимально долго удержать их на свинцовой пластине, была решена в рассматриваемых батареях следующим образом:
Положительный электрод:
Как видно из схемы, положительный электрод имеет вид гребенки, состоящей из свинцовых штырей.
Каждый штырь одет в микропористую пластиковую трубку — панцирь, а между ними запрессована активная масса.

Отсюда и название — панцирные.
Панцирь надежно удерживает активную массу и не дает ей отслоиться и осыпаться вниз.

Отрицательный электрод сделан по традиционной технологии, это пластина с впрессованной активной массой.
Между рядом трубок и пластиной проложен сепаратор (разделитель) роль которого исключить короткое замыкание и поддерживать необходимый зазор.

рабочий макет PzS элемента. Фото с сервиса Яндекс.картинки

Все это помещено в корпус из полипропилена, на верхней части которого приварена крышка. Крышку закрывает пробка особой конструкции.

Пробка имеет механизм открывания, для операций по контролю и пополнения электролита, а в закрытом состоянии должна обеспечить защиту от выливания электролита при движении погрузчика, и беспрепятственный отвод газов при заряде аккумулятора. Достигается это специальным каналом в конструкции, имеющим форму лабиринта, по которому электролиту трудно вытечь, а газу легко покинуть элемент. Конечно полностью предотвратить выливание электролита при опрокидывании она не может. Поэтому транспортировка элементов PzS и всей батареи в сборе, допускается только в вертикальном положении.

Набор пластин одной полярности соединяют свинцовые перемычки, сечение которых рассчитывается на основе максимальных токов, проходящих через батарею при разряде и заряде, а также снижению сопротивления в них.

На фото 2, готовый рабочий элемент в разрезе. Цветом выделено расположение и конструкция положительного электрода. Штыри, активная положительная масса и трубки-панцири. Синий цвет — это сепараторы. Серым цветом обозначена отрицательная активная масса на пластине.

Что влияет на конечную стоимость аккумулятора

Из теоретических знаний схемы панцирного аккумулятора можно сделать практические выводы для принятия решения о покупки у того или иного производителя. На стоимость батареи влияет:

  • качество и (чистота) свинца.
  • метод отливки положительных пластин-штырей,
  • качество нанесения активной массы
  • производитель и соответственно качество трубок и сепараторов
  • серная кислота, для приготовления электролита должна быть особой степени очистки.

Таким образом, помимо свинца и химических элементов активной массы, на стоимость батареи влияет качество комплектующих: панциря и сепаратора.

Основные производители и поставщики тяговых аккумуляторов для погрузчиков, штабелеров, подъемников:

  • Hawker (Франция)  батареи PzS и PzB  в сборе.
  • Tab (Словения)  батареи PzS,B в сборе.
  • Iskra (Болгария)  элементы PzS,B, и батареи в сборе.
  • Timberg (Польша) моноблочная тяга, элементы PzS, батареи в сборе.

Оригинальная конструкция литий-ионных аккумуляторов ТЭЭМП

Российский производитель систем накопления энергии – компания ТЭЭМП – разработал конструктивно новый тип аккумуляторной батареи, которая по своим массогабаритным характеристикам превосходит существующие на рынке накопители энергии. В основе нового изделия – запатентованная конструкция ячейки, серийно производимой компанией для суперконденсаторных модулей. 

Она не имеет аналогов по соотношению плотности накапливаемой энергии к занимаемому объему и массе, равномерности распределения токовой нагрузки и интегрированной системе диссипации тепловых полей (охлаждения).

Суперконденсаторы, серийно выпускаемые компанией ТЭЭМП, обеспечивают удельные мощности более 100 кВт/кг, при удельной энергии до 10 Вт.ч/кг. Новые аккумуляторные батареи расширят линейку продукции компании. Использование унифицированных элементов и модулей собственной конструкции ТЭЭМП позволят создавать в одном корпусе комбинированные источники тока – аккумуляторная батарея (АБ) плюс суперконденсатор (СК).

Оригинальная компоновка была использована инженерами компании для создания аккумулятора с катодным материалом на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4/LFP). Батареи показали рост удельных объёмных характеристик (Вт.ч/л) до 60% выше, чем у аналогов, представленных на российском рынке. Конструкция оптимизирует токовые и тепловые поля, что особенно важно для высоконагруженных аккумуляторных модулей электробусов, гибридных автобусов, различной тяжелой техники и рельсового транспорта, в том числе перспективных трамваев.

В рамках первого этапа разработки аккумуляторных батарей выбраны системы литий фосфат железа и системы из смеси оксидов, что позволило достигнуть параметров ячейки в 150 кВт/кг и не менее 200 Вт.ч/кг.

В рамках второго этапа планируется создание аккумуляторных батарей на базе системы литий-сера (LiS). По предварительной оценке, такие батареи позволят достигнуть уровня удельной энергии от 250 до 400 Вт.ч/кг в зависимости от циклического ресурса.

Ключевыми преимуществами инновационной разработки ТЭЭМП является высокая технологичность и унификация аккумуляторной батареи и суперконденсаторных модулей. Их комбинация открывает новые перспективы для создания Hi Efficiency and Extra long life Battery (HEELL Battery, высокоэффективных комбинированных источников тока) для электротранспорта и ESS (системы накопления/хранения энергии) для SmartGrid (активно-адаптивные сети электроснабжения).

ООО «ТЭЭМП» — российский разработчик систем для хранения и накопления энергии. С 2011 года ООО «ТЭЭМП» является резидентом Фонда «Сколково». Компания занимается разработкой химических источников тока, в том числе импульсных и энергетических суперконденсаторов.

Что из себя представляет аккумуляторная батарея. Конструкция и назначение аккумулятора Назначение акб

Работа электромобиля основана на электрическом токе. Внешне такие машины трудно отличить от авто с бензиновым двигателем. Единственная заметна разница в шуме при движении: электромобиль передвигается практически бесшумно. По типу организации работы эти виды машин существенно отличаются.

В электроавтомобиле установлен двигатель, функционирующий от электрического тока и получающий энергию от аккумуляторов.

Основные виды аккумуляторных батарей

В основе работы электромотора лежит принцип индукции электромагнитной природы. Данный тип двигателя преобразовывает энергию электриеской природы в механическую. Этот двигатель имеет высокий показатель КПД (коэффициента полезного действия). Он может достигать 95%.

Главный источник энергии электромотора — батареи аккумуляторной природы. Такие источники питания довольно дорогостоящие, что является главной причиной недостаточной распространенности электромобилей.

Наиболее популярный и доступный вид аккумуляторов — источники питания со свинцово-кислотным наполнителем . Также эти батареи почти полностью перерабатываются, что уменьшает их отрицательное влияние на экологию. Следующий вид аккумуляторов — никель-металлогибридные . Они дороже, чем представленные ранее, но имеют более высокие показатели производительности. Литий-ионные источники питания — идеальные для автомобилей с электрическим двигателем. Они наименее распространены среди автовладельцев из-за своей высокой стоимости.

Зачастую в электромобилях, кроме батарей, питающих двигатель, устанавливают дополнительный источник питания, обеспечивающий функционирование фар, магнитолы, стеклоочистителей и других аксессуаров вашего транспортного средства.

Особенности и строение аккумулятора с литий-ионным наполнителем

Источник питания с литий-ионным наполнителем очень распространен сегодня в бытовой электронике и широко применяется в автомобилях с электрическими двигателями и энергетических системах (мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т.д.).

Литий-ионный аккумулятор является наилучшим вариантом для питания электромобилей. Его составляющие:

  • Электроды, разделенные между собой сепараторами, которые пропитаны электролитом.
  • Герметичный корпус, в котором размещены электроды.
  • Катоды и аноды, прикрепленные к токосъемникам-клеммам.

Корпус оснащен предохранительным клапаном, главная функция которого — сбрасывать внутреннее давление при авариях и нарушении условий использования двигателя. Литий-ионные аккумуляторы различаются в зависимости от характера материала на катоде. «Транспортером» заряда в этом источнике питания есть ион лития с положительным зарядом, который может вклиниваться в кристаллическую структуру таких материалов, как графит и различные соли, с созданием связи химической природы.

Сегодня при обширном производстве описанного вида аккумулятора используют такие три вида сырья катодной природы:

  • Кобальт литий и производные от никелата лития твердые растворы.
  • Шпинель из лития и марганца.
  • Феррофосфат лития.

Аккумуляторы с литий-ионным наполнителем имеют существенные преимущества в сравении с их сородичами. Это низкие показатели

TeslaModel S: взгляд изнутри

Компания «Тесла Моторс» создает популярные «экологичные» электромобили, которым присущи специфические свойства, делающие машины популярнее с каждым днем. Одной из составляющих успеха продуктов компании являются батареи литий-ионной природы, размещенные в электроавто.

Каково же строение источника питания Тесла?

Для начала стоит отметить, что вся сборка аккумулятора характеризуется повышенной плотностью и точностью сочетания составляющих. Батарея имеет 16 составляющих — блоков параллельного соединения, огражденных пластинами из металла и пластиковой защитой батареи от воды. Каждый блок аккумулятора имеет разделенные на шесть групп 74 составляющих компонента, похожих на привычные пальчиковые батарейки. Схема их размещения и принцип работы держатся в строжайшем секрете!

Электрод с положительным зарядом — это графит, а с отрицательным — никель, кобальт и оксидный алюминий.

Наимощнейший из подобных аккумуляторов сложен из 7104 похожих батарей. Имеет вес 540 кг, длину — 2м 10см, ширину — 1м 50см и 15 см толщину. Энергия, вырабатываемая одним из 16 блоком, равна продуцируемой сотней аккумуляторов портативных компьютеров.

При производстве аккумуляторов Тесла используют детали, созданные в Мексике, Китайской народной республике и Индии. Конечная работа производится в США. Гарантия, предоставляемая компанией, значительна: до 8 лет.

В статье описан состав наиболее распространенных источников питания для двигателей электромобилей. Надеемся, информация будет полезной для Вас!

Аккумулятор служит для накопления электрической энергии, выступая автономным источником электропитания. В основу действия аккумулятора положена обратимость химических процессов, которые происходят внутри него. Именно эта особенность позволяет использовать устройство многократно и циклически (постоянный заряд и разряд). Разряженный аккумулятор заряжают методом пропускания электрического тока в таком направлении, которое противоположно направлению тока при разряде аккумулятора. АКБ в процессе работы мотора заряжается от генератора прямо в подкапотном пространстве автомобиля.

Аккумуляторная батарея имеет корпус. В данном корпусе расположены перегородки, разделяющие батарею на ячейки (банки). Аккумулятор на 12 вольт, который чаще всего устанавливается на легковых автомобилях, включает в себя 6 ячеек. В каждой банке имеются небольшие блоки, которые соединены друг с другом.

В отдельном блоке имеются положительные и отрицательные электроды. Указанные электроды представляют собой пластины (решетки), которые изготовлены из свинца (на примере свинцового аккумулятора). Данные пластины покрыты особым активным составом. Между пластинами с положительными и отрицательными полюсами также находится разделитель (сепаратор). Сепараторы изготовлены из материалов, которые не пропускают электрический ток.

Правильная зарядка автомобильного аккумулятора зарядным устройством. Проверка перед зарядкой, каким током заряжать аккумулятор. Как зарядить АКБ без ЗУ.

  • Когда нужно заряжать необслуживаемый автомобильный аккумулятор. Как заряжать необслуживаемую АКБ зарядным устройством: сила тока, время зарядки. Советы.
  • Как измеряется плотность электролита в АКБ, от чего зависит данный показатель. Доступные способы повышения плотности в «банках» аккумулятора своими руками.


  • Аккумулятор — это важнейшая деталь машины, поэтому поддержание батареи в исправном состоянии будет являться залогом эффективного запуска двигателя, а также бесперебойной работы бортовых потребителей электричества. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ необходимо ознакомиться с основными принципами работы этого устройства. В этой статье будут подробно рассказано, как устроен автомобильный аккумулятор.

    Содрежание

    Из чего состоит аккумулятор

    Автомобильный элемент питания собирается на заводе из многих элементов, поэтому для понимания принципа работы источника электрического тока необходимо знать назначение каждого компонента. Аккумуляторная батарея состоит из следующих частей.

    Корпус. Современная АКБ изготавливается из ударопрочного полипропилена. Этот материал хорошо переносит не только повышенные механические нагрузки и вибрации, но и устойчив к воздействую кислоты, которая в виде раствора заполняет внутренние полости батареи. Кроме этого полипропилен устойчив к большим перепадам температуры. Корпус АКБ разделён на 6 герметически отделённых между собой секций, в которые, в процессе изготовления батареи, устанавливаются свинцовые электроды и сепараторы.

    Сепараторы. Сепараторы устанавливаются между электродами и служат диэлектриками, которые надёжно предохраняет элементы батареи от короткого замыкания. Эти элементы также изготавливаются из кислотоустойчивого полимера, который не разрушается при воздействии агрессивной среды в течение всего времени эксплуатации АКБ.

    Электроды. В большинстве выпускаемых аккумуляторных батарей используются свинцовые пластины с различными примесями, в ячейках которых находится масса, состоящая из свинцового порошка и серной кислоты. Пластины современных аккумуляторов могут быть изготовлены из свинца легированного кальцием, что позволяет значительно увеличить ресурс батареи.

    Электролит. Электролит представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Эта жидкость необходима для того, чтобы электрический ток свободно протекал от отрицательных электродов к положительным. В дорогих батареях вместо жидкого электролита он может быть запечатанным использован гель. Благодаря этим качествам гелевые аккумуляторы выпускаются в виде полностью необслуживаемых изделий.

    Клеммы. У всех батарей имеются клеммы, они могут быть разных типов стандартные (европейские), ASIA (тонкие конусы для азиатских автомобилей) и винтовые (для американских автомобилей). Изредка можно встреть батареи с четырьмя клеммами на корпусе.

    Дополнительный функционал:

    • У необслуживаемых батарей вместо стандартных шести пробок по бокам имеются 2 клапана сброса давления (в случае закипания электролита через них будет сбрасываться газ).
    • Некоторые аккумуляторы оснащены «глазком», с помощью которого можно легко определить степень заряженности и уровень электролита.

    Как устроен аккумулятор

    Аккумуляторная батарея устроена таким образом, чтобы в результате подачи на её клеммы постоянного тока происходило эффективное накапливание электрической энергии. Автомобильная АКБ состоит из 6 изолированных друг от друга ёмкостей, в которых находятся отрицательные и положительные пластины, отделённые между собой сепараторами.

    Каждая такая банка позволяет аккумулировать электрический ток напряжением до 2,1 В. Для получения стандартного напряжения бортовой сети автомобиля, применяется схема последовательного подключения таких электрических элементов. Немаловажной особенностью современных кислотных аккумуляторов является полная герметизация корпуса изделия. Несмотря на невозможность обслуживания устройств накопления электроэнергии этого типа, их функциональность и безопасность использования находится на более высоком уровне по сравнению с изделиями с пробками.

    Принцип работы аккумулятора

    Автомобильный свинцовый аккумулятор представляет собой восстанавливаемый химический элемент питания, в котором образование электричества происходит в результате реакции между двуокисью свинца, губчатым свинцом и раствором серной кислоты.

    При подаче постоянного тока на клеммы аккумулятора на отрицательных пластинах образуется чистый свинец, а на положительных – диоксид свинца. При подключении батареи к различным устройствам и агрегатам, потребляющим электроэнергию, происходит обратный процесс, при котором на отрицательных электродах образуется сульфат свинца, а из электролита высвобождается чистая вода.

    В зависимости от типа аккумуляторной батареи такая последовательность может повторяться тысячи раз, прежде чем произойдёт сульфатация или разрушение пластин.

    Особенности конструкций

    Аккумуляторные батареи могут существенно отличаться друг от друга. К особенностям конструкции АКБ можно отнести:

    1. Размер аккумулятора.
    2. Состав металлического сплава пластин.
    3. Вид электролита.
    4. Расположение электрических выводов на корпусе.

    От размера пластин и количества электролита в каждой банке будет зависеть ёмкость АКБ, поэтому изделия, устанавливаемые для запуска дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать по массе и объёму батареи для легковых авто.

    От вида свинцового сплава будет зависеть внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к воздействию агрессивной среды. Также состав металла будет влиять на интенсивность испарения влаги, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из легированного кальцием свинца.

    От вида электролита, применяемого в банках аккумулятора, также зависит большое количество параметров батареи. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипении приводит к испарению воды, поэтому замена его на гель позволяет существенно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы значительно лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания силовых электрических установок.

    Аккумуляторы могут отличаться и по расположению клемм на корпусе. Этот параметр следует обязательно учитывать при подборе новой АКБ, иначе потребуется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключаемый к источнику питания.

    Для правильной эксплуатации автомобиля нужно также досконально знать устройство и принцип аккумуляторной батареи. В данной статье подробно описано, из каких деталей состоит батарея, а также ее виды.

    [ Скрыть ]

    Назначение батареи

    Важно знать, что если у человека в теле одним из важных органов является сердце, то в автомобиле – аккумулятор. Он находится в бортовой сети – в связке с генератором и является ключом подачи тока.

    Устройство автомобильного аккумулятора имеет следующие свойства:

    • дает заряд тока на стартер, таким образом запуская мотор;
    • позволяет работать другим элементам в машине, если мотор не работает;
    • позволяет получать энергию, если автомобиль перегружен.

    Для легковых автомобилей и схожих машин значение потребления колеблется в следующих пределах:

    • емкость от 40 до 130;
    • пусковой ток имеет такие значения: от 300 до 1300 ампер.

    Они имеют такие требования:

    • малогабаритный;
    • минимальное обслуживание;
    • низкий порог саморазряда;
    • высокий пусковой ток.

    Устройство АКБ

    Как устроен автомобильный аккумулятор, можно узнать ниже.

    Основные компоненты

    Большинство современных легковых машин оснащено свинцово-кислотными устройствами на основе жидкого электролита. Они постоянно обновляются и совершенствуются, а также видоизменяются.

    Конструкция аккумуляторной батареи состоит из следующих деталей:

    • клеммы;
    • выходное отверстие;
    • крышка;
    • шина;
    • корпус;
    • сепаратор;
    • электроды.

    Для соединения клемм используются перемычки для аккумуляторных батарей. Они позволяют соединить несколько аккумуляторов в группу или . Разнозаряженные электроды находятся в одном корпусе и погружены в электролит. Электролит, в который помещаются электроды, готовится из раствора воды и серной кислоты.

    Качество этих компонентов имеет большое влияние на продолжительность существования аккумулятора. Электрод имеет вид решетки, которая отводит ток. Она изготавливается из свинцового сплава, в состав которого входят вещества, защищающие металл от разложения. Качество сплава и даже размер решетки – все влияет на работу батареи.

    Сепаратор играет роль щита между двумя электродами, имеющими разный заряд. Каждый электрод помещен в сепаратор для защиты от замыкания. Он должен иметь две функции: изолировать электроды друг от друга, но в то же время давать доступ ионам электролита к электродам.

    В устройствах, которые изобретены сейчас, электроды составлены из сплава свинца и калия. Благодаря этому саморазряд батареи снижается еще ниже, а также снижается потребление воды. В составе также должен находиться выключатель аккумуляторной батареи, он служит для того, чтобы функции батареи отключались при длительном бездействии машины. Хороший выключатель аккумуляторной батареи должен иметь маленькое сопротивление.

    Особенности конструкции разных видов АКБ

    Аккумуляторные батареи могут быть различными:

    1. WET аккумулятор с жидким электролитом. Есть несколько разновидностей: электроды — состоят из сплава свинца с сурьмой, где названного элемента содержится до 6 %; необслуживаемые кальциевые, где в сплаве содержится кальций; смешанный – гибрид. В нем содержатся и кальций, и сурьма.
    2. AGM аккумулятор, состоящий из стекловолокна, прилегающего к свинцовым пластинам.
    3. GEL – в этой батарее электролиты находятся в газообразном виде, который возникает благодаря добавлению в конструкцию кислоту оксида кремния. Данный вид батареи очень редко, практически не применяется в легковых автомобилях, но его можно встретить в трейлерах, мотоциклах и скутерах, а также водных мотоциклах и прочей подобной технике.

    Популярность аккумуляторных батарей из стекловолокна повышается благодаря машинам с системой рекуперации энергии торможения и систематикой старт-стоп. В зависимости от этого повышаются и требования.


    Теперь для автомобильного аккумулятора необходимо иметь:

    • ток прокрутки еще мощнее;
    • повышенную устойчивость к саморазряду;
    • более длительный срок эксплуатации.

    Аккумуляторы этого типа пользуются популярностью у водителей машин со множеством электронной техники на борту. На рынках автомобилистов можно встретить аккумуляторы типа EFB, которые в некотором роде схожи с WET батареями. Они находятся на границе между WET и AGM и отличаются тем, что в батареях этого типа залит жидкий кислотный электролит, а электроды покрыты тончайшим микроволокном. Благодаря этому батарея гарантирует большую аккумуляцию энергии в автомобиле, больше держит заряд и имеет мощный токоотвод.

    Батареи EFB часто используются в машинах на основе старт-стоп систем. Однако они не настолько популярны, как аккумуляторы WET, так как при покупке придется расщедриться.

    При покупке устройства необходимо будет рассчитывать на то, что он будет выделять газы при зарядке. Конечно, современные устройства содержат специальный корпус, который помогает отвести газы.
    Элементы, которые выделяются при заряде аккумулятора, связаны с выделением воды, а иногда выделяются в атмосферу, если заряд устройства превышает допустимый уровень.

    Существуют аккумуляторы с пламегасителем. Это устройство предназначено для того, чтобы внутри аккумулятора погасить пламя, если газы внезапно загорятся. Ниже можно узнать принцип работы аккумулятора.


    Принцип действия

    Принцип действия заключается в следующем. Активные элементы устройства обладают способностями вступать в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Работающий аккумулятор провоцирует таким образом появление тока, который вырабатывает сульфат свинца на отрицательной пластине.

    Если ток идет извне, то есть от зарядки или генератора, тогда идет обратный процесс. В этот момент на отрицательных электродах возобновляются слои чистого свинца, а на положительных – регенерация диоксида свинца. В устройстве происходит метод двойной сульфации: повышение плотности электролита.


    Крепление АКБ происходит при помощи положительных и отрицательных выводов из свинца. Они изготавливаются из различной толщины и соответственно маркируются, чтобы при подключении не возникли ошибки. Полярность аккумулятора может быть различной – это зависит от того, как расположены выводы.

    Для правильного крепления можно использовать несколько вариантов:

    1. Крепление скобой за выступ корпуса аккумулятора. Это практикуется для аккумуляторов европейского типоразмера.
    2. Если типоразмер азиатский, тогда крепление происходит с помощью рамки.
    3. Американский типоразмер осуществляет крепление при помощи специальных клемм.

    Основные характеристики автомобильной батареи

    Если говорить о стандартных характеристиках батареи, нужно осветить следующие из них:

    • емкость;
    • напряжение;
    • ток холодной прокрутки.

    При приобретении устройства данные показатели можно обнаружить на этикетке аккумулятора или в интернете, на сайте производителя. Когда речь идет о емкости, говорится о полностью заряженном устройстве, которое отдает энергию в течение 20 часов в процессе разряда (автор видео — ChipiDip).

    В таком случае размер проявляется в ампер-час. Для сравнения можно взять стандартный аккумулятор автомобиля величиной 55 Ач. Эта батарея при правильной работе должна в течении 20 часов выводить ток 2,75 ампера. Такой разряд в повседневной жизни не практикуется.

    Емкость может быть резервной, эта величина обозначается в минутах. Резервная емкость аккумулятора в таком случае может подменить генератор. Величина напряжения на среднестатических легковых машинах устанавливается в размере 12 вольт, а величина тока холодной прокрутки говорит о том, сколько батарея отдает энергии за 10 секунд при температуре в -18 и ниже градусов. Напряжение в таком случае не должно падать ниже 7,5 вольта. Ток прокрутки указывает, сколько времени батарея может крутить стартер в мороз.

    Для автомобильного аккумулятора часто используют пусковое устройство. При помощи этого средства можно продлить жизнь батареи, если она работает на износ.

    Цена вопроса

    Цена, как можно сделать вывод, будет исходить из вида аккумулятора и его составляющих.

    Ниже предоставлены цены на батареи:

    Видео

    « Аккумуляторная батарея. Устройство, диагностика, эксплуатация»

    Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

    Устройство аккумулятора

    В автомобилях обычно применяют . Рассмотрим их устройство.

    Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

    Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

    Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

    Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

    Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

    Принцип действия аккумуляторов


    Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

    При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

    При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

    Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

    При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

    Химические реакции в одной ячейке вырабатывают 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

    Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

    Конструкция аккумулятора и его назначение

    Конструкция аккумулятора и его назначение

    Назначение аккумулятора

    Автомобильный аккумулятор выполняет три функции:

    — запуск двигателя;

    — питание некоторых электрических устройств (габаритных, стояночных огней, сигнализации, телефона и т.д.) при неработающем двигателе;

    -«помощь» генератору, если тот перестал работать или не может справиться с нагрузкой.

    Конструкция аккумулятора

    Свинцовые стартерные АКБ в зависимости от исполнения имеют разные конструктивные и технологические особенности, но все они имеют разноименные электроды, которые разделены сепараторами, помещаемые в сосуд с электролитом.

    Принцип работы АКБ заключается в получении электрической энергии из химической при разряде аккумулятора и обратном получении химической энергии из электрической при его заряде.

     

    Рис.1 Устройство аккумулятора.

    Устройство АКБ в моноблоке показано на рисунке 1.

    Корпус аккумуляторной батареи состоит из шести ячеек, каждая из которых содержит пластины. В каждой ячейке находятся две группы пластин (отрицательные и положительные). Пластина это решетка из сплава свинца и запрессованной в свинец активной массы.

     Все пластины расположены так, что между положительными пластинами находятся отрицательные. Кроме того, чтобы пластины не соприкасались друг с другом, их упаковывают в особые конверты, которые называются сепараторами.

    Каждая ячейка залита электролитом до определенного уровня. 

    Электролит — смесь дистиллированной воды и серной кислоты.

     Внутри каждой ячейки начинает происходить химическая реакция при подведении напряжения от генератора или зарядного устройства для аккумулятора.

     Электролит  воздействует на активную массу решеток, положительная пластина покрывается слоем двуокиси свинца, а отрицательная пластина слоем губчатого чистого свинца. 

     Именно так электрическая энергия переходит в химическую и аккумулятор заряжается.

    Во время зарядки аккумулятора происходит процесс выделения серной кислоты и поглощения воды, вот почему плотность электролита повышается. 

     Когда происходит потребление тока из аккумулятора, наблюдается обратная реакция со снижением плотности электролита и выделением воды.

     

    Термины

    Электрическая емкость — количество электричества, которое способен отдать аккумулятор при длительном режиме разряда. 

    Номинальная электрическая емкость  — емкость 20-часового разряда АКБ.

    Резервная емкость — емкость, измеряемая в минутах и означающая, что при неработающем генераторе, автомобиль может двигаться еще около 1,5 часа (для АКБ емкостью 60 А/ч) за счет энергии полностью заряженного аккумулятора.

    Ток холодной прокрутки  определяет пусковые свойства аккумулятора. Чем выше этот параметр, тем лучше аккумулятор будет запускать двигатель зимой, однако увеличивается нагрузка на стартер. Двигатель может не завестись при низких температурах, если ток холодной прокрутки будет ниже штатного.

     

     

    Мотоаккумуляторы: классификация и маркировка

    Аккумуляторы для мотоциклов Yuasa YuMicron имеют обозначение YB (аналогичные батареи Unibat обозначаются CB). Более совершенная конструкция аккумуляторов с увеличенным количеством пластин. Обладают повышенной вибростойкостью, благодаря применению высокопрочных стеклянных сепараторов. Более низкое внутреннее сопротивление гарантирует холодный пусковой ток примерно на 30% выше, чем у обычных аккумуляторов. Правила эксплуатации аналогичны обычным аккумуляторам.

    Мотоаккумуляторы Yuasa YuMicron CX (в линейке Unibat обозначаются CB-CX) – батареи на основе свинцово-кальциевой технологии. Ориентированы на крупную мототехнику с повышенными требованиями к холодному пусковому току, как правило – на снегоходы. Помимо повышенной энергоотдачи, свинцово-кальциевая технология значительно снижает саморазряд аккумулятора и испарения электролита, что позволяет увеличить интервалы технического обслуживания и срок службы аккумулятора. Правила эксплуатации аналогичны обычным аккумуляторам.

    Мото Аккумуляторы для мотоциклов Yuasa YTX, YT ( по классификации Unibat – CBTX, CT) – необслуживаемые свинцово-кальциевые аккумуляторные батареи, построенные с применением технологии AGM (Absorbed Glass Mat) и содержат, помимо свинцовых пластин и обычных сепараторов, специальный впитывающий стекловолоконный материал, который «связывает» электролит. Такие аккумуляторы имеют герметичную конструкцию с клапанной системой для выпуска выделяемых газов VRLA (Valve Regulated Lead Acid), исключающую утечку кислоты. Часто такой тип батарей называют «гелевым», хотя в данном случае это не корректно, так как электролит в принципе остается жидким, в то время как настоящие гелевые батареи, действительно имеют желеобразный электролит.

    Благодаря технологиям AGM и VRLA, аккумулятор типа YTX приобретает целый ряд преимуществ перед классическими:

    — Не требуют обслуживания при нормальной эксплуатации. После заполнения в начале эксплуатации электролит, впоследствии не требуется проверки его уровня и доливки, и вообще запрещено последующее вскрытие аккумулятора.

    — Герметичная конструкция с клапанной регулировкой, предотвращающая утечку кислоты и возможную коррозию клемм. За счет герметичности корпуса также допускается установка аккумулятора в различных положениях (но не рекомендуется установка дном к верху) и обеспечивается безопасность в случае падения и переворота техники, что актуально для спортивного применения вообще и мотоспорта в особенности.

    — Высокий стартовый ток при холодном пуске и при низких температурах.

    — Чрезвычайно низкий уровень саморазряда при длительных стоянках техники, например при хранении техники в межсезонье.

    — Высокая виброустойчивость, исключающая такие явления, как «осыпание пластин» и, соответственно, увеличенный срок службы.

    При всех своих плюсах, аккумуляторы типа YTX крайне чувствительны к превышению напряжения зарядки и боятся полной разрядки. Для подзарядки необходимо использовать специальное зарядное устройство для мотоаккумуляторов, умеющее корректно заряжать аккумуляторы небольшой емкости. При правильном режиме зарядки практически полностью исключается газообразование и соответственно риски вздутия аккумулятора, взрыва и т.д. Не следует оставлять аккумулятор в межсезонье на хранение на холоде и доводить его до полного разряда, так как это впоследствии может сказаться на снижении его емкости.

     

    Мото аккумуляторы для мотоцикловYuasa YTZ (по классификации Unibat – CTZ) – усовершенствованная конструкция необслуживаемых мотоаккумуляторов с увеличенным количеством пластин и радиальным строением решетки, сочетающая все особенности аккумуляторов YTX с еще большим значением холодного пускового тока и улучшенными показателями вибростойкости. Для отдельных типоразмеров аккумуляторов, при равной с YTX емкости, максимальный пусковой ток может быть выше на 30%. Большинство моделей аккумуляторов Yuasa YTZ поставляются с завода уже заправленными и сразу готовыми к эксплуатации.

     

    Мотоаккумуляторы Yuasa GYZ – новейшая разработка компании Yuasa, только начинающая свой путь на моторынке. Ключевая особенность – увеличенная в высоту площадь пластин, занимающих большее полезное пространство внутри аккумулятора. Новый корпус со встроенными, удобными для транспортировки аккумулятора, выемками. Усовершенствованные универсальные клеммы с встроенными латунными гайками. Выпускаются в типоразмерах от 16 до 32 А-ч и холодным пусковым током от 240 до 500А. Ориентированы на применение в большекубатурных V-Twin-ах, туристических мотоциклах и квадроциклах.

    Аккумуляторы типа YTX (CBTX) и YTZ (CT, CTZ) в настоящее время являются де-факто стандартом в мотопромышленности и благодаря своим высоким характеристикам применяются практически повсеместно от скутеров до люкс-туреров. Именно ими комплектуется подавляющее большинство мотоциклов и скутеров, сходящих с конвейера и именно на них стоит ориентироваться в первую очередь, если вам нужно купить мотоаккумулятор. Даже если у вас достаточно пожилой мотоцикл, в спецификациях к которому его производителем рекомендован обычный аккумулятор, при его замене стоит обратить внимание – не существует ли более современный необслуживаемый аналог из серии YTX, подходящий по емкости, габаритам и расположению клемм.

    Обратная замена современных мотоаккумуляторов на более простые типы категорически неприемлема ввиду гораздо большей насыщенности современных мотоциклов чувствительным и требовательным к питанию электрооборудованием: электронными системами впрыска, ABS и т.д., а также из соображений расположения аккумулятора на мотоцикле и вибронагруженности.

    Самая подробная, актуальная и достоверная информация о габаритах, емкости, типе, расположении клемм, а также о применяемости конкретной модели аккумулятора на той или иной модели мотоцикла и квадроцикла, имеется на сайтах производителей

    Приведем здесь лишь краткую расшифровку обозначений мотоаккумуляторов, на примере Yuasa. Маркировка Yuasa стала, по сути, стандартом для мотоаккумуляторов и для продукции Unibat смысл обозначений абсолютно аналогичен, за исключением замены символа Y на C или CB.

     

    *Примечание – для AGM батарей емкость в маркировке не абсолютное значение, а относительное, приведенное к параметрам емкости стандартных батарей, обычно чуть выше фактического.

    источник:https://bikeland.ru

    Устройство щелочных аккумуляторов

    Одноименные пластины каждого блока надеты на шпильку и закреплены гайками. Между положительными и отрицательными пластинами в выштампованных углублениях устанавливают эбонитовые палочки для создания определенного зазора между разноименными пластинами, чтобы предохранить их от замыканий между собой.

    Рис. 1. Щелочной никель-железный аккумулятор: 1 и 2 — гайки крепления межэлементного соединения и вывода, 3 — резиновый сальник, 4 и 5 — эбонитовая и металлическая шайбы, 6 — вывод, 7 — шпилька, 8 — гайка, стягивающая контактные пластины, 9 и 10 — пластины, 11 — эбонитовая изоляция, 12 — резиновый чехол, 13 — сосуд (корпус), 14 — дно корпуса, 15 — откидная крышка, 16 — эбонитовая палочка

    Блоки положительных и отрицательных пластин изолированы от стенок корпуса листовым эбонитом. Каждый блок имеет по два контактных вывода 6, выходящих наружу через отверстия крышки. Выводы 6 изолированы от крышки эбонитовыми шайбами и укреплены на ней гайками. На крышке аккумулятора у выводов положительного блока выштампованы знаки, указывающие полярность блока и тип аккумулятора. Отрицательные выводы знака полярности не имеют.

    Для заливки электролита и контроля за его уровнем и плотностью аккумулятор имеет горловину с откидной крышкой, снабженной клапаном для выхода газов.

    На каждый аккумуляторный элемент надевают резиновый чехол, изолирующий один корпус от другого. При сборке аккумуляторов в батарею элементы соединяют межэлементными перемычками, выполненными из железа и покрытыми никелем.

    Никель-железные аккумуляторы благодаря высокой прочности пластин и корпуса не боятся толчков и сотрясений, а их электролит не выделяет при заряде вредно действующих паров, удовлетворительно работают при температурах от —20 до +40 °С, способны выносить короткие замыкания и перегрузки, не требуют тщательного ухода при эксплуатации, не подвержены явлениям сульфата-ции и имеют срок службы больше, чем у свинцовых.

    Никель-кадмиевые аккумуляторы. Эти аккумуляторы по конструкции почти аналогичны никель-железным, но отличаются от последних содержанием активного материала и расположением электродов. В никель-кадмиевом аккумуляторе положительных пластин на одну больше, чем отрицательных, и в собранном блоке положительные пластины оказываются крайними. Объясняется это тем, что для правильной работы такого аккумулятора активная масса положительных пластин должна занимать больший объем, чем отрицательных. Положительные пластины никель-кадмиевого аккумулятора несколько толще отрицательных.

    При сборке блока между положительными и отрицательными пластинами прокладывают эбонитовые палочки (сепараторы). Собранный блок вставляют в корпус аккумулятора плотно, чтобы не было никаких перемещений, при этом крайние положительные пластины касаются корпуса аккумулятора, отрицательные же изолированы от него листовым эбонитом. Контактные выводы положительных и отрицательных пластин проходят через отверстия в крышке корпуса аккумулятора и изолируются от него втулками. Сборку аккумулятора производят со стороны дна, после ее окончания дно приваривают к корпусу и при эксплуатации аккумулятор не разбирают.

    Для заливки электролита в крышке каждого аккумулятора имеется отверстие, закрываемое пробкой.

    Безламельные никель-кадмиевые аккумуляторы. Эти аккумуляторы отличаются от ламельных отсутствием перфорированных стальных коробочек. Однако принцип действия их и химические процессы, происходящие в них, те же, что в обычных никель-кадмиевых аккумуляторах.

    Каждый аккумулятор батареи состоит из положительного и отрицательного блоков, собранных из одноименных пластин. Пластина безламельного аккумулятора представляет собой стальную рамку с запрессованной в ней порошкообразной активной массой. Для придания необходимой структуры (пористости) и прочности пластины после прессовки формуют.

    Преимущество этих пластин заключается в том, что их активная масса не замыкается в ламелях, которые, увеличивая механическую прочность пластин, уменьшают площадь соприкосновения активной массы с электролитом.

    Так как емкость любого аккумулятора зависит от площади соприкосновения активной массы с электролитом, то емкость безла-мельного при прочих равных условиях значительно выше емкости ламельного аккумулятора. Емкость ламельного аккумулятора повышать нецелесообразно за счет увеличения числа и размеров отверстий в пластинах, так как зерна активной массы при этом будут вымываться из ламелей электролитом.

    Рис. 2. Пластины безламельного аккумулятора: 1 — положительные, 2 — отрицательные

    В ламельном аккумуляторе между пластинами помещены распорные эбонитовые палочки. Такая конструкция увеличивает расстояние между пластинами, а следовательно, и путь движения частиц среды при заряде и разряде. Кроме того, перемещению частиц среды препятствуют и сами ламели. Таким образом, перемещение частиц среды внутри ламельного аккумулятора затруднено, вследствие чего аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление. В безламелыюм аккумуляторе этого недостатка нет.

    Применение безламельных пластин позволило увеличить емкость аккумулятора и одновременно уменьшить его размеры, а следовательно, и массу. Кроме того, удельная энергия у безламельных аккумуляторов значительно выше, чем у лучших кислотных и щелочных ламельных аккумуляторов.

    Безламельные никель-кадмиевые аккумуляторы хорошо работают в качестве стартерных батарей, переносят низкие температуры, поэтому могут находиться на открытых площадках в любое время года. Основные недостатки безламельных аккумуляторов— небольшой срок службы, а также относительно высокая стоимость.

    Разработка лучших аккумуляторов для электромобилей | Новости Массачусетского технологического института

    Настоятельная необходимость сократить выбросы углекислого газа побуждает к быстрому переходу к электрифицированной мобильности и расширению использования солнечной и ветровой энергии в электрической сети. Если эти тенденции будут усиливаться, как ожидается, потребность в более совершенных методах хранения электроэнергии возрастет.

    «Нам нужны все стратегии, которые мы можем получить, чтобы противостоять угрозе изменения климата», — говорит Эльза Оливетти, доктор философии 2007 года, Эстер и Гарольд Э.Адъюнкт-профессор Эдгертона в области материаловедения и инженерии. «Очевидно, что разработка технологий для хранения на основе сетки в больших масштабах имеет решающее значение. Но для мобильных приложений — в частности, для транспорта — многие исследования сосредоточены на адаптации сегодняшней литий-ионной батареи для создания более безопасных, компактных версий, способных хранить больше энергии для своего размера и веса».

    Традиционные литий-ионные аккумуляторы продолжают совершенствоваться, но у них есть ограничения, которые сохраняются, отчасти из-за их структуры.Литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов — положительного и отрицательного — зажатых вокруг органической (углеродсодержащей) жидкости. Когда батарея заряжается и разряжается, электрически заряженные частицы (или ионы) лития проходят от одного электрода к другому через жидкий электролит.

    Одна из проблем этой конструкции заключается в том, что при определенных напряжениях и температурах жидкий электролит может стать летучим и загореться. «Батарейки, как правило, безопасны при нормальном использовании, но риск все же существует», — говорит Кевин Хуанг, доктор философии 15 года, научный сотрудник группы Оливетти.

    Еще одна проблема заключается в том, что литий-ионные аккумуляторы плохо подходят для использования в транспортных средствах. Большие и тяжелые аккумуляторные батареи занимают место и увеличивают общий вес автомобиля, снижая эффективность использования топлива. Но сделать современные литий-ионные батареи меньше и легче, сохраняя при этом их плотность энергии, то есть количество энергии, которое они хранят на грамм веса, оказывается непросто.

    Чтобы решить эти проблемы, исследователи меняют ключевые характеристики литий-ионной батареи, чтобы сделать ее полностью твердотельной или «твердотельной» версией.Они заменяют жидкий электролит в середине тонким твердым электролитом, который стабилен в широком диапазоне напряжений и температур. С этим твердым электролитом они используют положительный электрод большой емкости и отрицательный электрод большой емкости из металлического лития, который намного тоньше, чем обычный слой пористого углерода. Эти изменения позволяют значительно уменьшить общую емкость батареи, сохранив при этом ее емкость хранения энергии, тем самым достигнув более высокой плотности энергии.

    «Эти функции — повышенная безопасность и большая плотность энергии — вероятно, являются двумя наиболее часто рекламируемыми преимуществами потенциальной твердотельной батареи», — говорит Хуанг.Затем он быстро поясняет, что «все эти вещи являются перспективными, ожидаемыми и не обязательно реализованными». Тем не менее, многие исследователи изо всех сил пытаются найти материалы и конструкции, которые могут выполнить это обещание.

    Мышление за пределами лаборатории

    Исследователи придумали много интригующих вариантов, которые выглядят многообещающе — в лаборатории. Но Оливетти и Хуанг считают, что дополнительные практические соображения могут быть важны, учитывая безотлагательность проблемы изменения климата.«Всегда есть показатели, которые мы, исследователи, используем в лаборатории для оценки возможных материалов и процессов», — говорит Оливетти. Примеры могут включать емкость накопителя энергии и скорость зарядки/разрядки. При проведении фундаментальных исследований, которые она считает необходимыми и важными, эти показатели уместны. «Но если целью является внедрение, мы предлагаем добавить несколько показателей, специально учитывающих возможности быстрого масштабирования», — говорит она.

    Основываясь на отраслевом опыте работы с современными литий-ионными батареями, исследователи Массачусетского технологического института и их коллега Гербранд Седер, Дэниел М.Теллеп, заслуженный профессор инженерных наук Калифорнийского университета в Беркли, предлагает три общих вопроса, которые могут помочь определить потенциальные ограничения для будущего масштабирования в результате выбора материалов. Во-первых, с такой конструкцией батареи могут ли доступность материалов, цепочки поставок или волатильность цен стать проблемой при расширении производства? (Обратите внимание, что экологические и другие проблемы, связанные с расширением добычи, выходят за рамки этого исследования.) Во-вторых, будет ли изготовление батарей из этих материалов включать в себя сложные производственные этапы, во время которых детали могут выйти из строя? И, в-третьих, производственные меры, необходимые для обеспечения высокопроизводительного продукта на основе этих материалов, в конечном итоге снижают или повышают стоимость производимых аккумуляторов?

    Чтобы продемонстрировать свой подход, Olivetti, Ceder и Huang изучили некоторые химические составы электролитов и структуры аккумуляторов, которые в настоящее время изучаются исследователями.Чтобы выбрать свои примеры, они обратились к предыдущей работе, в которой они и их сотрудники использовали методы анализа текста и данных для сбора информации о материалах и деталях обработки, описанных в литературе. Из этой базы данных они выбрали несколько часто упоминаемых вариантов, которые представляют собой ряд возможностей.

    Материалы и наличие

    В мире твердых неорганических электролитов существует два основных класса материалов — оксиды, содержащие кислород, и сульфиды, содержащие серу.Olivetti, Ceder и Huang сосредоточились на одном многообещающем варианте электролита в каждом классе и рассмотрели ключевые элементы, вызывающие озабоченность для каждого из них.

    Сульфидом, который они рассматривали, был LGPS, который сочетает в себе литий, германий, фосфор и серу. Исходя из соображений доступности, они сосредоточились на германии, элементе, который вызывает опасения отчасти потому, что он обычно не добывается сам по себе. Вместо этого это побочный продукт, получаемый при добыче угля и цинка.

    Чтобы изучить его доступность, исследователи изучили, сколько германия производилось ежегодно за последние шесть десятилетий во время добычи угля и цинка, а затем сколько можно было произвести.Результат показал, что даже в последние годы можно было произвести в 100 раз больше германия. Учитывая этот потенциал предложения, доступность германия вряд ли будет ограничивать масштабирование твердотельной батареи на основе электролита LGPS.

    Ситуация выглядела менее многообещающе с выбранным исследователями оксидом LLZO, который состоит из лития, лантана, циркония и кислорода. Добыча и переработка лантана в основном сосредоточены в Китае, и доступные данные ограничены, поэтому исследователи не пытались анализировать его доступность.Остальные три элемента доступны в изобилии. Однако на практике необходимо добавить небольшое количество другого элемента, называемого легирующей добавкой, чтобы облегчить обработку LLZO. Поэтому команда сосредоточилась на тантале, наиболее часто используемой легирующей примеси, как на главном элементе, вызывающем озабоченность в LLZO.

    Тантал производится как побочный продукт добычи олова и ниобия. Исторические данные показывают, что количество тантала, полученного при добыче олова и ниобия, было гораздо ближе к потенциальному максимуму, чем в случае с германием.Таким образом, доступность тантала больше беспокоит возможное масштабирование батареи на основе LLZO.

    Но знание о наличии элемента в земле не относится к шагам, необходимым для доставки его производителю. Поэтому исследователи исследовали дополнительный вопрос, касающийся цепочек поставок критически важных элементов — добычи, переработки, переработки, доставки и так далее. Предполагая, что имеются обильные запасы, могут ли цепочки поставок, которые доставляют эти материалы, расширяться достаточно быстро, чтобы удовлетворить растущий спрос на батареи?

    В ходе выборочного анализа они рассмотрели, насколько цепочки поставок германия и тантала должны будут расти из года в год, чтобы поставлять батареи для планируемого парка электромобилей в 2030 году.Например, парк электромобилей, который часто упоминается в качестве цели на 2030 год, потребует производства достаточного количества батарей, чтобы обеспечить в общей сложности 100 гигаватт-часов энергии. Чтобы достичь этой цели, используя только батареи LGPS, цепочка поставок германия должна будет расти на 50 процентов из года в год — натяжка, поскольку максимальный темп роста в прошлом составлял около 7 процентов. Используя только батареи LLZO, цепочка поставок тантала должна вырасти примерно на 30 процентов — темпы роста намного превышают исторический максимум примерно в 10 процентов.

    Эти примеры демонстрируют важность учета доступности материалов и цепочек поставок при оценке различных твердых электролитов с точки зрения их потенциала масштабирования. «Даже когда количество доступного материала не вызывает беспокойства, как в случае с германием, масштабирование всех шагов в цепочке поставок для соответствия будущему производству электромобилей может потребовать буквально беспрецедентных темпов роста», — говорит Хуанг. .

    Материалы и обработка

    При оценке потенциала масштабирования конструкции батареи следует учитывать еще один фактор — сложность производственного процесса и то, как он может повлиять на стоимость.Изготовление твердотельной батареи неизбежно включает в себя множество этапов, и сбой на любом этапе увеличивает стоимость каждой успешно произведенной батареи. Как объясняет Хуанг: «Вы не отправляете неисправные аккумуляторы; ты их выбрасываешь. Но вы все равно потратили деньги на материалы, время и обработку».

    В качестве показателя сложности производства Olivetti, Ceder и Huang изучили влияние частоты отказов на общую стоимость выбранных конструкций твердотельных батарей в своей базе данных.В одном примере они сосредоточились на оксиде LLZO. LLZO чрезвычайно хрупок, и при высоких температурах, связанных с производством, большой лист, достаточно тонкий для использования в высокопроизводительной твердотельной батарее, может треснуть или деформироваться.

    Чтобы определить влияние таких отказов на стоимость, они смоделировали четыре ключевых этапа сборки аккумуляторов на основе LLZO. На каждом этапе они рассчитывали стоимость на основе предполагаемого выхода — то есть доли от общего числа единиц, которые были успешно обработаны без сбоев.У LLZO выход был намного ниже, чем у других исследованных ими конструкций; и по мере того, как доходность снижалась, стоимость каждого киловатт-часа (кВтч) энергии батареи значительно росла. Например, когда на последнем этапе нагрева катода вышли из строя еще 5 процентов блоков, стоимость увеличилась примерно на 30 долларов за кВтч — нетривиальное изменение, учитывая, что общепринятая целевая стоимость таких батарей составляет 100 долларов за кВтч. Ясно, что производственные трудности могут оказать сильное влияние на жизнеспособность конструкции для широкомасштабного внедрения.

    Материалы и характеристики

    Одна из основных проблем при проектировании полностью твердотельной батареи связана с «интерфейсами», то есть где один компонент встречается с другим. Во время производства или эксплуатации материалы на этих границах раздела могут стать нестабильными. «Атомы начинают перемещаться туда, куда не должны, и производительность батареи снижается», — говорит Хуанг.

    В результате большое количество исследований посвящено поиску методов стабилизации интерфейсов в батареях различных конструкций.Многие из предложенных методов действительно повышают производительность; и в результате стоимость батареи в долларах за кВтч снижается. Но реализация таких решений, как правило, требует дополнительных материалов и времени, что увеличивает стоимость кВтч при крупномасштабном производстве.

    Чтобы проиллюстрировать этот компромисс, исследователи сначала изучили свой оксид LLZO. Здесь цель состоит в том, чтобы стабилизировать поверхность раздела между электролитом LLZO и отрицательным электродом, вставив между ними тонкий слой олова.Они проанализировали влияние — как положительное, так и отрицательное — на стоимость внедрения этого решения. Они обнаружили, что добавление сепаратора олова увеличивает емкость накопления энергии и улучшает производительность, что снижает удельную стоимость в долларах/кВтч. Но стоимость включения слоя олова превышает экономию, так что окончательная стоимость выше первоначальной стоимости.

    В другом анализе они рассмотрели сульфидный электролит под названием LPSCl, который состоит из лития, фосфора и серы с небольшим добавлением хлора.В этом случае положительный электрод включает в себя частицы материала электролита — метод обеспечения того, чтобы ионы лития могли найти путь через электролит к другому электроду. Однако добавленные частицы электролита несовместимы с другими частицами в положительном электроде — еще одна проблема интерфейса. В этом случае стандартным решением является добавление «связующего», другого материала, который заставляет частицы склеиваться.

    Их анализ подтвердил, что без связующего вещества производительность низкая, а стоимость батареи на основе LPSCl превышает 500 долларов за кВтч.Добавление связующего значительно повышает производительность, а стоимость снижается почти на 300 долларов за кВтч. В этом случае стоимость добавления связующего во время изготовления настолько низка, что по существу реализуется все снижение стоимости от добавления связующего. Здесь метод, реализованный для решения проблемы интерфейса, окупается меньшими затратами.

    Исследователи провели аналогичные исследования других многообещающих твердотельных батарей, о которых сообщалось в литературе, и их результаты были последовательными: выбор материалов батареи и процессов может повлиять не только на краткосрочные результаты в лаборатории, но также на осуществимость и стоимость производства. предлагаемая твердотельная батарея в масштабе, необходимом для удовлетворения будущего спроса.Результаты также показали, что рассмотрение всех трех факторов вместе — доступности, потребностей в обработке и производительности батареи — важно, поскольку могут иметь место коллективные эффекты и компромиссы.

    Olivetti гордится широким кругом проблем, которые может исследовать подход команды. Но она подчеркивает, что это не предназначено для замены традиционных показателей, используемых для выбора материалов и обработки в лаборатории. «Вместо этого он призван дополнить эти показатели, также широко рассматривая вещи, которые могут помешать масштабированию» — важное соображение, учитывая то, что Хуан называет «срочным тиканьем часов» чистой энергии и изменения климата.

    Это исследование было поддержано Программой начального фонда Энергетической инициативы Массачусетского технологического института (MITEI) Центр низкоуглеродной энергетики для хранения энергии; компанией Shell, одним из основателей MITEI; и Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий в рамках Программы перспективных исследований аккумуляторных материалов. Работа по анализу текста поддерживалась Национальным научным фондом, Управлением военно-морских исследований и MITEI.

    Эта статья опубликована в весеннем выпуске 2021 года Energy Futures , журнала MIT Energy Initiative.

    Услуги по проектированию и производству аккумуляторных батарей


    Проверенные инновационные решения для батарей

    Epec Engineered Technologies — опытный дизайнер, разработчик и производитель инновационных решений для питания аккумуляторов. Благодаря более чем 70-летнему опыту работы мы построили современное производственное предприятие ISO9001: 2015 за пределами Бостона, штат Массачусетс., а также стратегические производственные площадки по всему миру для обеспечения рентабельного крупносерийного производства. Epec управляет сложными клиентскими программами, используя собственные возможности проектирования, инструментов, программирования, регулирования и тестирования.

    Мы предлагаем конструкции как для первичной, так и для вторичной химии, включая щелочные, NiMH, NiCd, первичные литиевые и новейшие литий-ионные или литий-полимерные батареи.Наша цель — предложить полную поддержку проектирования батарей, чтобы помочь создать индивидуальный блок с оптимальными размерами, емкостью, напряжением и диапазоном рабочих температур для удовлетворения множества различных требований приложений.


    Дизайн и производственные услуги

    В компании Epec Engineered Technologies мы предоставляем предварительное руководство по проектированию и услуги по проектированию в следующих областях:

    • Выбор химического состава батарей, включая литий-ионные, литий-полимерные, литий-железо-фосфатные, никель-металлогидридные, щелочные и некоторые герметичные свинцово-кислотные.
    • Выбор/конструкция зарядного устройства для аккумуляторов – будь то стандартное готовое или полностью разработанное по индивидуальному заказу.
    • Предложения по указателю уровня заряда батареи на основе применения, чтобы включить новейшие продукты и программное обеспечение TI.
    • Рекомендации по схемам безопасности аккумуляторов — будь то стандарт для базовой защиты химического состава лития или специально разработанные для поддержки конкретных требований.
    • Предложения по конструкции батареи, включая все, от химии и выбора элементов до конструкции BMS и рекомендаций по корпусу с разработкой дизайна.
    • Руководство по архитектуре системы.
    • Нормативное руководство, включающее все требования, которыми управляет Epec, включая сертификаты UN, UL и IEC.
    • Производственное испытательное оборудование — специально спроектированное и разработанное для поддержки проектов с небольшими и большими объемами.

    Мы предоставляем полный комплекс услуг «под ключ» по разработке продукции, производству аккумуляторов, зарядных устройств и аккумуляторных блоков со встроенным управлением BMS.


    Портативная силовая конструкция


    Поддержка машиностроения, включая:

    • Пластиковый дизайн с 3-D моделированием.
    • Прототипы
    • SLA и полиуретановые быстродействующие пресс-формы для поддержки разработки прототипов и мелкосерийных проектов.
    • Конструкция производственной оснастки, включающая возможности ультразвуковой сварки и литья под давлением для поддержки крупносерийного производства.
    • Индивидуальные этикетки и накладки с любыми пользовательскими функциями, клеями, цветами, тиснением и различными материалами в соответствии со стандартами UL.


    Электротехника, проектирование и компоновка печатных плат, включая:

    • Оптимизация конструкции печатной платы
    • Схема захвата
    • Gerber-файлы

    Индивидуальный дизайн аккумулятора, зарядного устройства и указателя уровня топлива, включая:

    • Макеты печатных плат
    • Схемы
    • Gerber-файлы
    • Полная спецификация (ведомость материалов)
    • Рекомендации по материалам корпуса и поддержка дизайна

    Разработка встроенного ПО

    • Разработка пользовательского аккумулятора и пользовательского системного интерфейса.
    • Встроенная прошивка — это микросхема флэш-памяти, в которой хранится специализированное программное обеспечение, работающее в микросхеме встроенного устройства, для управления его функциями.

    Проектирование и разработка автоматизированного производственного испытательного оборудования


    Опыт команды батареи

    У нас есть ключевые члены команды, которые активно работают в отрасли производства аккумуляторов и зарядных устройств с 1996 года. Наша команда аккумуляторов имеет более чем 22-летний опыт работы в военной, медицинской, промышленной и крупносерийной потребительской отраслях, что дает Epec явное преимущество, когда разработка и квалификация конструкций батарей для использования в этих отраслях.

    Опыт Epec включает в себя новаторскую разработку индивидуальных цепей безопасности и зарядных устройств для литий-серных химикатов. У нас есть большой опыт в разработке цепей безопасности, датчиков расхода топлива и зарядных устройств для литий-ионных и литий-полимерных химических соединений. В результате наша команда получила множество патентов в своей области работы.

    Программные инструменты для проектирования аккумуляторов | Исследование транспорта и мобильности

    Под компьютерным проектированием аккумуляторов для электромобилей (CAEBAT) проект, NREL разработала программные инструменты, чтобы помочь проектировщикам аккумуляторов, разработчикам, а производители создают доступные высокоэффективные литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы для электромобилей нового поколения (EDV).

    Разработка батареи по циклу сборки-оценки-разборки требует много времени и средств. Программные инструменты CAEBAT можно использовать для:

    • Конструктивные аккумуляторные элементы и блоки
    • Сократить процессы прототипирования и производства аккумуляторов
    • Повышение общей производительности, безопасности и срока службы батареи
    • Сократить расходы, связанные с разработкой и производством аккумуляторов.

    Исследования CAEBAT привели к созданию моделей альтернативно сложенных, намотанных и крупноформатных цилиндрическое ячеистое исполнение, а также пакетные тепловые сети. Командам CAEBAT удалось Компания NREL объединила новые и существующие модели аккумуляторов в коммерчески доступные программное обеспечение, используемое в промышленности для минимизации циклов проектирования и оптимизации аккумуляторов для увеличения производительность, безопасность и срок службы.

    Эти инструменты, разработанные CAEBAT, включают:

    • Fluent 15 (ANSYS) . Этот флагманский пакет включает в себя инструменты моделирования аккумуляторов и программирование приложений. интерфейс к многомасштабной многодоменной модели (MSMD) NREL в программном обеспечении ANSYS CAEBAT, предоставляя отраслевым пользователям доступ к новейшим современным моделям NREL.
    • STAR-CCM+ (CD-adapco) .Это программное обеспечение содержит модули моделирования батарей, разработанные в рамках CAEBAT.
    • AutoLion-3D (EC Power) . Этот пакет моделирования может использоваться для моделирования аспектов безопасности батареи, в дополнение к к электрохимико-термическому моделированию.

    Структура прогнозирующего компьютерного моделирования аккумуляторов MSMD от NREL использовалась группами CAEBAT. в разработке этих инструментов для устранения взаимодействий между несколькими физическими явлениями, происходящими в различных масштабах длины и времени.Узнайте больше о модели MSMD.

    NREL предоставил CAEBAT техническую поддержку по электрохимическому и тепловому моделированию. команд, поскольку они работают независимо друг от друга, разрабатывая и проверяя инструменты, основанные на различных химического состава, геометрии ячеек и конфигураций аккумуляторных батарей.

    Контакт

    Кэндлер Смит

    Электронная почта
    303-275-4423

    Шрирам Сантанагопалан

    Электронная почта
    303-275-3944

     

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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


    Настройка браузера на прием файлов cookie

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

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

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

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

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Индивидуальный дизайн аккумуляторной батареи | Разработка аккумуляторных батарей

    Являясь одним из ведущих производителей специализированных аккумуляторных батарей в отрасли, компания Custom Power специализируется на проектировании и проектировании аккумуляторных батарей.Мы предоставляем нашим клиентам комплексные энергетические решения для их уникальных применений, от медицины до военных, промышленных и не только. Работая с ведущими производителями аккумуляторов, мы можем предоставить нашим клиентам самые надежные и экономичные индивидуальные аккумуляторные блоки.

    Запросите расценки на индивидуальные аккумуляторные блоки или свяжитесь с Custom Power, чтобы узнать больше.

    Индивидуальные аккумуляторные блоки, адаптированные к вашим потребностям

    Благодаря нашему индивидуальному дизайну аккумуляторных батарей и инженерным возможностям, Custom Power может разрабатывать и производить индивидуальные портативные системы питания с использованием различных химических элементов аккумуляторных элементов, в том числе:

    Химический состав элементов всех аккумуляторных блоков, которые мы разрабатываем, тщательно подбирается в соответствии с конкретными требованиями каждого конкретного применения.Мы будем работать с вами над созданием комплексного индивидуального решения по питанию, которое обеспечит необходимую вам производительность и надежность и будет соответствовать вашим требованиям к размеру и конфигурации.

    Поскольку мы используем как первичные, так и вторичные химические вещества, мы предоставляем нашим клиентам доступ к широкому спектру индивидуальных аккумуляторных блоков и аккумуляторных решений.

    Используя передовые инструменты для проектирования механических и электронных аккумуляторов и испытательное оборудование, а также обширный опыт проектирования аккумуляторных батарей и инженерный опыт, компания Custom Power способна оптимизировать безопасность, надежность и технологичность аккумуляторов наших клиентов.

    Группа разработчиков нестандартных аккумуляторов

    Благодаря опыту наших квалифицированных инженеров и техников, а также высококвалифицированному торговому персоналу, компания Custom Power имеет более чем 200-летний опыт проектирования аккумуляторов. Непрерывное обучение и сертификация гарантируют, что наши специалисты по сборке смогут последовательно производить индивидуальные аккумуляторные блоки высочайшего качества на основе самых передовых разработок в отрасли.

    Команда инженеров

    Custom Power использует свой обширный опыт для разработки и производства нестандартных аккумуляторных блоков, аккумуляторных блоков и зарядных устройств.От этапов проектирования и прототипирования до полного производства вы можете рассчитывать на Custom Power, чтобы предоставить идеальное индивидуальное энергетическое решение для вашего приложения.

    Установка и оборудование для сборки батарей

    Благодаря нашей приверженности постоянному совершенствованию нашего завода по производству аккумуляторов, Custom Power может постоянно поставлять продукцию высочайшего качества. Благодаря модернизации и расширению нашего производственного и испытательного оборудования, а также постоянному обучению и сертификации нашего персонала, мы можем удовлетворить требования наших клиентов и опережать постоянно меняющиеся рыночные условия нашей отрасли.

    Свяжитесь с нами для получения высококачественных высокопроизводительных аккумуляторных батарей по индивидуальному заказу

    История превосходства Custom Power восходит к 1965 году. У нас есть опыт и знания, чтобы предоставить идеальные индивидуальные аккумуляторные блоки для вашего уникального приложения. Запросите расценки на индивидуальные аккумуляторные блоки, которые вам нужны, или свяжитесь с нами, чтобы узнать больше.

    Основы проектирования литиевой батареи по индивидуальному заказу

    Блок литиевой батареи состоит из 4 основных частей, а именно:

    1 Элемент батареи (цилиндрический элемент батареи [например, 18650 21700 26650], призматический элемент [элемент lipo и lifepo4], элемент мешочка [например, элемент lipo 103450])

    2 PCM или BMS : используется для управления батареями, общих функций, таких как защита от короткого замыкания, защита от перезарядки, защита от переразряда, защита от перегрузки по току, NTC.Отслеживайте состояние батареи, например SOC [Состояние заряда], SOH [Состояние работоспособности], SOP [Состояние питания], Связь с батареей по протоколу CAN.

    3 Корпус батареи : корпус может быть обернут в ПВХ, пластиковый или металлический корпус. ПВХ является наиболее часто встречающимся типом корпуса, поскольку он почти не требует минимального заказа.

    4 Разъем : разъем является очень важной частью аккумуляторной батареи, хотя и не является главной задачей. Некоторые разъемы по-прежнему являются дорогостоящими из-за общей стоимости батареи.

    В следующей части мы подробно объясним их.

    1 элемент батареи

    Для элемента литиевой батареи мы хотим подробно объяснить с двух точек зрения: формат элемента и материал батареи.

    Формат ячейки батареи :

    С точки зрения формата ячеек литиевые батареи можно разделить на 3 категории: мешочные элементы, призматические элементы и цилиндрические элементы.

    Призматические или карманные клетки обычно называют липо-клетками, они широко используются в электронных устройствах, почти все наши портативные устройства оснащены этими типами ячеек, они легкие и не вызывают взрыва, они также широко используются в радиоуправлении. Вертолеты и квадрокоптеры, минусы в том, что им может потребоваться более высокий минимальный объем заказа, например, 3 000 или 5 000 единиц на заказ.

    Цилиндрические элементы

    , такие как 18650 или 26650, являются наиболее часто используемыми элементами для аккумуляторных батарей, поскольку вы можете легко найти на рынке любые типы элементов по любой цене от 0,5 до 4 долларов США за элемент. Таким образом, для таких аккумуляторных элементов обычно не требуется столько MOQ, но пространство ограничено, поскольку они цилиндрические.

    B Компоненты батареи :

    Различные фабрики будут иметь разные компоненты материала батареи, который является основным для каждого производителя аккумуляторных элементов, но Сырье имеет большую разницу в цене , некоторые аккумуляторные элементы могут иметь емкость 2200 мАч, но они дешевы, потому что они жертвуют сроком службы. или, скажем, производительность, для обычных элементов они проходят 500 кругов, но для некоторых элементов, которые вы тестируете на любой испытательной машине, они рассчитаны на 2200 мАч, но они умрут намного раньше, поскольку их ожидаемая продолжительность жизни составляет около 300 кругов.

    Еще одна важная проблема заключается в том, что существует два типа элементов: элементы, ориентированные на емкость, и элементы, ориентированные на разряд (высокий разряд). Исходя из нашего опыта, некоторые попытаются использовать элементы, ориентированные на емкость, для аккумуляторных батарей, для которых может потребоваться высокая емкость. разрядные (высокие сливные) ячейки, такие как балансировочные скутеры.

    Новости по теме: Мой ховерборд взорвался под моими ногами Видео

    Причина тоже проста: ячейки, ориентированные на емкость, обычно дешевле, чем ячейки, ориентированные на разрядку (высокий сток) .но для таких устройств, как балансировочный самокат, им может потребоваться показатель C, например 3-5C, который является максимальным значением для ячеек, ориентированных на емкость, но это просто нормальная скорость разрядки для ориентированных на разрядку: другими словами, ячейка, ориентированная на емкость (0,2-3C). ) будут иметь проблемы с внезапной смертью или взрывом, потому что они все время работают с максимальной скоростью C, в то время как аккумуляторная батарея, ориентированная на разряд, может легко справиться с таким требованием скорости C (5C-20C).

    Вывод : почти невозможно определить, какая ячейка ориентирована на емкость, а какая — на разряд, они также находятся в руках производителя. Вам нужно проверить самостоятельно.

    C Класс батареи : Элементы батареи имеют класс A B C или далее в A+ A- B+ B-. Возьмем, к примеру, производство аккумуляторов Samsung 18650 2200 мАч. Для каждой партии массового производства перед тем, как каждый элемент поступит на рынок, будет окончательный процесс классификации: для аккумуляторных элементов емкостью 2200 мАч и таким же жизненным циклом, как около 500 циклов, будет помечен как класс А; Аккумулятор с емкостью менее 2100 мАч будет помечен классом B, аккумулятор с жизненным циклом менее 300 будет классом C (важно: все приведенные выше цифры приведены только в качестве примера и не относятся к фактическому производству и тестированию)

     

    Почему это происходит? Все просто: не каждый элемент выпускается точно с емкостью 2200 мАч и 500 жизненными циклами: у некоторых — 2400 мАч, а у некоторых — 1800 мАч.

    Таким образом,

    аккумуляторные элементы делятся на A, B, C, D в зависимости от емкости, срока службы аккумулятора и иногда внешнего вида.

    К сожалению, не существует промышленных стандартов того, что такое класс A и что такое класс B, стандарты класса варьируются от каждого производителя. Таким образом, мы можем сказать, что Так называемая ячейка класса А — это почти ПРОСТО маркетинговый слоган, от которого мало толку, а просто для продвижения. Но к фирменным ячейкам относятся более серьезно, поэтому, пожалуйста, всегда выбирайте фирменные ячейки.

    Важный вывод : для батарейных блоков более 4 элементов, если элементы батареи не относятся к одному и тому же классу А, высока вероятность сокращения срока службы или даже взрыва.

    Связанный: Википедия Балансировка батареи

    На самом деле этим я не пытаюсь вас напугать, посмотрите любой пост в гугле на предмет баланса батареи и вы узнаете правду: допустим мы заряжаем 4 элемента 2100мАч,2200мАч,2200мАч,1950мАч, давайте представим если 1950мАч уже заряжен полностью, но зарядное устройство все еще заряжается, так как есть 2200 мАч, которым не хватает сока.Когда идет зарядка, батарея имеет высокие шансы загореться или взорваться (а если разрыв в мАч будет еще больше, можете себе представить результат: Катастрофа или Кошмар )

    Связанный: что, если вы покупаете Fake Scam 18650 батареи , если вы покупаете поддельные батареи Samsung или Sony просто потому, что вам нужно дешевое предложение даже меньше, чем любые китайские батареи, скорее всего, вы не убийца цен, вы просто приносите кошмар для вашего клиента, а также вашей компании.

    Бум пустит все на самотёк, ты же не хочешь Samsung Note 7 Вспомни историю случилась с тобой, не так ли? Даже Самсунг от этого сильно пострадал, а вы? Исчезнуть или сесть в тюрьму?

     

    D Бизнес-тип : большинство покупателей хотят покупать напрямую у производителя аккумуляторных элементов и настаивают на том, чтобы иметь дело только с производителем аккумуляторных элементов. Это, на самом деле, не имеет особого смысла. Если вы читаете этот пост, мы предлагаем вам сосредоточиться на профессионализме поставщика , с которым вы разговариваете, а не пытаться угадать, производитель он или нет.

     

    Запутался? Давайте продолжим объяснять больше.

    Начнем с простого вопроса: кто является лучшим производителем литиевых элементов/аккумуляторов? SAMSUNG, LG, SONY, PANASONIC, просто назовите, но почему бы вам не заняться ими?

    Если вы свяжетесь с Samsung, вы получите пощечину, поскольку они хотят минимальный объем заказа в 500 тыс. единиц за заказ.

    Большая пощечина.

    Это то же самое, что и у многих китайских производителей сотовых телефонов, им вообще наплевать на ваш заказ. если они заботятся, они умирают. Почему? требуется полдня, чтобы машина для изготовления ячеек приняла новую модель и выполнила ваш заказ за 30 минут, они это сделают?

    БОЛЬШОЕ НЕТ!

    Это то, что они хотят: они хотят, чтобы их машина работала 24/7, производитель ячеек, если не в топовой серии, получил только 10% прибыли. Они могут зарабатывать деньги только тогда, когда работают 24/7.

    Чувствуете разочарование, что не имеете прямого отношения к производителю клеток? Нет, на самом деле вы имеете дело с третьим или четвертым торговцем, если не с пятым торговцем/производителем.

    Вернемся к ячейке Samsung: если производитель упаковки не может уложиться в 500 тыс. штук на ячейку каждого типа (не на один месяц, а на несколько месяцев или лет), ему приходится покупать у трейдеров!

    Перекупщик? У тебя в голове есть ответ, не так ли?

    2 PCBA/PCM:

    PCBA — это сокращение от «Узел печатной платы» (для PCM: Модуль схемы защиты), это плата, полученная после нанесения паяльной пасты на печатную плату и последующего монтажа различных компонентов, таких как резисторы, ИС (интегральные схемы), конденсаторы и любые другие компоненты. как трансформаторы в зависимости от приложения и желаемых характеристик платы, основные функции, такие как: входное и выходное напряжение и контроль тока.

    PCBA — очень важный компонент аккумуляторной батареи.

    для больших батарейных блоков, таких как 36 В и выше, вам может понадобиться BMS (система управления батареями), вы можете рассматривать ее как расширенную печатную плату. Это механизм, который управляет аккумуляторной батареей, например, с помощью , отслеживая ее состояние, вычисляя данные о ячейке, обрабатывая данные о ячейке, защищая батарею, управляя окружающей средой батареи и, что наиболее важно, балансируя ячейки батареи как при зарядке, так и при разрядке. .

    3 Конструкция аккумуляторной батареи

    (продолжение следует)

    Индивидуальный дизайн аккумуляторной батареи с ионно-литиевыми элементами — Bold Valuable Tech

    Ионно-литиевые элементы — наиболее широко используемый химический элемент для электрических и гибридных транспортных средств. Среди ионно-литиевых элементов есть несколько доступных химических веществ, свойства которых немного различаются в зависимости от области применения. Все эти химические вещества чувствительны к температуре как для производительности, так и для безопасности. Динамические реакции ионно-литиевых элементов и аккумуляторных батарей на рабочие циклы питания можно смоделировать и оптимизировать для соответствия требуемым спецификациям.Однако это возможно только с помощью сложных математических моделей и опыта как самих моделей, так и тестирования, необходимого для настройки параметров модели.

    Ионно-литиевые элементы

    Аккумуляторные элементы являются основной единицей аккумуляторной батареи. Они представляют собой наименьший элемент аккумуляторной системы с точки зрения электрической схемы и во многом определяют поведение батареи.
    Bold закупает аккумуляторные батареи у специализированных поставщиков, которые производят различные химические вещества .Ценность, которую мы добавляем, заключается в выборе наиболее подходящих ячеек для каждого приложения. Основными факторами, влияющими на выбор ячейки, являются скорость разряда и емкость. Есть много других факторов, влияющих на выбор, которые также будут учитываться. Например, качество элемента также определяет характеристики старения. Старение элементов может вызвать саморазряд, увеличение импеданса и снижение емкости. Ячейки
    тестируются для получения рабочих параметров для наших электрохимических моделей .Мы используем простые модели для первоначального приблизительного определения размеров аккумуляторной батареи. Кроме того, мы используем модели эквивалентных схем для прогнозирования поведения систем ячеек. Мы можем охарактеризовать ячейки, чтобы получить данные для наших моделей. В противном случае мы используем данные надежных поставщиков или ранее проведенные нами тесты.

    Механическое моделирование и проектирование литий-ионных батарей

    Bold использует САПР для точного моделирования аккумуляторной системы в сочетании с электрическим моделированием аккумуляторной системы.Работаем с Catia v5 и Fusion 360 в зависимости от требований проекта. Проектирование выполняется одновременно с электрическим и механическим проектированием.
    Также особое внимание уделяется выбору материалов для достижения технических требований к электрическим характеристикам, особенно в болтовых механических соединениях и сварных соединениях. У нас есть обширная библиотека спецификаций материалов и покрытий для различных уровней производительности, которые охватывают большинство рынков. На этом фронте мы работаем со специализированными поставщиками для достижения ожидаемого качества и надежности.
    Дополнительная информация о тестировании и механической конструкции аккумуляторных батарей будет добавлена ​​в раздел статей на веб-сайте в ближайшем будущем.

    Аналитические модели для аккумуляторных батарей

    Bold постоянно разрабатывает базовые модели элементов для моделирования аккумуляторных батарей. Эти инструменты очень эффективны для прогнозирования поведения батареи и правильного определения размеров системы. Основной единицей батареи является литий-ионный элемент, который объединяется в блок для создания батареи.Несмотря на то, что ионно-литиевый элемент является основным компонентом, контролирующим производительность аккумуляторной батареи, расположение элементов в сочетании в значительной степени определяет поведение аккумуляторной батареи.
    Многие компании могут разместить ионно-литиевые элементы в подставке и создать аккумуляторный блок, но немногие могут разработать аккумулятор на основе аналитических моделей. Эти инструменты обладают большим потенциалом, и мы стремимся улучшить математические модели и испытания, необходимые для достижения эффективного дизайна с точки зрения стоимости, объема и долговечности.

    Мы считаем, что часть нашего преимущества заключается в том, что мы можем выполнить как механический, так и электрический дизайн батареи. Поскольку оба аспекта взаимосвязаны, получение точных данных физических испытаний для настройки модели имеет решающее значение для понимания и моделирования поведения аккумуляторной батареи.

    Как имитировать работу аккумуляторной батареи?

    Для имитации работы аккумуляторной батареи разработано различных подходов .Для них в основном есть две категории: электрохимические модели и модели эквивалентных схем. Электрохимические модели пытаются объяснить поведение на клеточном уровне, анализируя динамику химических реакций внутри клетки. Этот подход сложен и плохо подходит, когда речь идет о больших аккумуляторных батареях, таких как те, которые используются в электромобилях. Поскольку поведение батареи рассчитывается на основе физических реакций и параметров в ячейке, погрешности значительны [(Николян и др., 2016)]. Эти модели лучше подходят для понимания динамики на уровне ячеек и конструкции аккумуляторов, чем для моделирования аккумуляторных батарей электромобилей.
    Модели электрических цепей упрощают физику аккумуляторных элементов, заменяя элементы резисторами и конденсаторами. Хотя каждая ячейка представлена ​​несколькими различными элементами, ECM работает непосредственно с параметрами напряжения, сопротивления и емкости ячейки. Тот факт, что эти параметры можно измерить непосредственно в лаборатории, устраняет некоторые неточности электрохимических моделей.Кроме того, эти параметры измеряются во время процессов заряда и разряда, которые являются условиями, которые система предназначена для моделирования (Zhang, Lu, Yuan, Yang, & Zhou, 2017). Следовательно, именно путем непосредственной настройки этих параметров симуляция будет коррелирована с реальностью. Подводя итог, ECM пытается воспроизвести поведение элементов батареи, заменив электрохимические реакции прямыми математическими уравнениями, которые описывают сопротивление и емкость откликов элементов.
    ECM используются для моделирования состояния заряда (SOC), состояния работоспособности (SOH) , среди прочего. Хотя ученые и компании разработали множество моделей эквивалентных схем разного уровня сложности, мы сосредоточимся на моделях первого и второго порядка. Всегда существует компромисс между сложностью и точностью, что всегда требует вычислительных ресурсов. В дополнение к SOC и SOH эти модели также могут быть улучшены для учета теплового поведения систем. Это связано с анализом CFD и физическими испытаниями для проверки модели.В батарейном блоке не все элементы имеют одинаковую температуру. Поскольку на электрохимические реакции влияет температура, между элементами аккумуляторной батареи будет градиент производительности.

    Рис. 1. Модели эквивалентных схем первого порядка (слева) и второго порядка (справа).

    Терморегулирование ионно-литиевых элементов

    Управление температурным режимом ионно-литиевых элементов для пользовательского аккумуляторного блока является важным аспектом системы. Ионно-литиевые элементы являются наиболее эффективными элементами, используемыми в настоящее время для электромобилей. Однако они чувствительны к деградации со временем и при рабочей температуре. Деградация как функция времени также связана с температурой, поэтому важно иметь возможность контролировать температурное поведение аккумуляторной батареи.
    Существует различных подходов к моделированию температуры батареи . Преимущественно аналитические модели с использованием инструментов MATLAB/Simulink и CFD (Computational Fluid Dynamics). Bold предлагает оба инструмента для теплового моделирования аккумуляторных батарей на основе CAD-моделей и аналитических моделей.
    Система охлаждения аккумуляторной батареи разработана на основе использования аккумуляторной батареи , в основном связанной с диапазоном температуры окружающей среды и скоростью зарядки/разрядки литий-ионных элементов. Системы жидкостного охлаждения используются для высоких скоростей разряда, например, аккумуляторные батареи, используемые в электромобилях и, в частности, в автоспорте. Эти системы эффективно рассеивают тепло от ячеек во внешний воздух через теплообменник. Тем не менее, это происходит за счет штрафа. Другие аккумуляторные блоки охлаждаются за счет конвекции с использованием принудительного воздушного потока, обтекающего элементы.Эти системы проще, но воздушное охлаждение не так эффективно, как жидкостное охлаждение. Моделирование
    CFD может прогнозировать температуру элементов и системы охлаждения, используя подход конечных элементов для решения проблемы. Такого рода исследования требуют огромных вычислительных мощностей, к которым у Bold есть доступ.

    Точность важна, поскольку небольшая разница температур элементов (например, разница в 5°C) может вызвать заметные различия в емкости и производительности.

    CFD (Computational Fluid Dynamics) термическое исследование структуры аккумуляторной батареи.https://www.simscale.com/projects/mkrischke/simscale_support-battery_rack_simulation_1/

    При проектировании системы охлаждения для ионно-литиевого аккумулятора она должна быть не только достаточно мощной для отвода тепла, но и поддерживать равномерное распределение температуры в аккумуляторе по всем его ионно-литиевым элементам.

    Источники тепла в камере

    В ячейке два источника тепла :

    • Электрохимическая реакция внутри клетки.
    • Тепло, выделяемое джоулевыми характеристиками элемента.

    Оба источника тепла могут быть включены в модель, основанную на имитационном моделировании, с использованием уравнений, которые, например, зависят от рабочих циклов времени и мощности. Эти граничные условия, конечно, должны быть соотнесены с данными экспериментальных испытаний, чтобы обеспечить хорошее соответствие результатов реальности.
    Геометрия ячеек и способ передачи тепла от ячеек к охлаждающей жидкости имеют решающее значение. Следовательно, Bold предпочитает использовать подход CFD, когда данные модели CAD доступны на этапе проектирования.Важно отметить, что даже для одного и того же типа ячеек (например, пакетов) можно заметить, что не все подходы к охлаждению работают с одинаковой эффективностью. Это связано с тем, что внутренняя конструкция клетки играет роль в определении того, как тепло генерируется и передается внутри клетки. Связанными с ними факторами являются, среди прочего, положение выступа, материал выступа, тип разделителя, количество слоев разделителя, изолирующих слоев.

    Распределение температуры клеток LIB после 1620-х годов (Источник: J.Yi, B. Koo и CB Shin, «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для гибридных электрических транспортных средств», Energies, vol. 7, стр. 7586 – 7601 (2014)

    Система охлаждения для литий-ионных батарей

    Система охлаждения жизненно важна для большинства аккумуляторных систем. Специально для мощных аккумуляторных систем для автоспорта, автомобилей и других устройств с коротким циклом. Наши знания в области машиностроения очень сильны в этой области.Bold может спроектировать всю систему охлаждения внутри и снаружи аккумуляторной батареи. Внутри аккумуляторного блока система находится в тесном контакте с ячейками. В системах жидкостного охлаждения жидкость перемещается вне блока к теплообменнику, который затем обычно охлаждается воздухом. Это очень эффективно в термическом отношении, но влияет на аэродинамику и вес. Однако некоторые аккумуляторные системы могут охлаждаться только жидкостными системами из-за высокой мощности устройства.

    Двигательная установка Formula E Gen 1 с радиаторами аккумуляторной батареи, охлаждающими ионно-литиевые элементы.

    Требования к конструкции аккумуляторных батарей

    Компания Bold имеет большой опыт проектирования этих систем и держателей ячеек для конкретных случаев нагрузки. Для транспортных средств это в основном инерционная нагрузка и модальные случаи. Существуют варианты эксплуатационной нагрузки, такие как ускорения при разрушении, например, и случаи аварийной нагрузки. Очевидно, что ускорения при тяжелых авариях выше, чем при нормальной работе рюкзака. Однако конструкторы не могут недооценивать резкость вибраций.Bold может проверить дизайн с помощью физического тестирования, включая разрушающее тестирование. Основными физическими испытаниями являются вибрация, испытание на падение и испытание под давлением. Мы можем провести эти тесты для проверки дизайна и процедуры утверждения для каждой произведенной упаковки. Также важно упомянуть правила UN38.3 для перевозки ионно-литиевых аккумуляторов. Мы разработали несколько упаковок для получения сертификата UN38.3.

    UN 38.3 для батарей, изготовленных по индивидуальному заказу

    Транспортные испытания UN38.3 для ионно-литиевых и литий-металлических батарей и элементов представляют собой серию испытаний, необходимых для получения разрешения на перевозку через международные границы.
    Принятие испытания допускается, если батарея не подвергалась разборке или возгоранию после испытания или через шесть часов после проведения испытания, а внешняя температура не превышала 170°C.
    Компания Bold может заказать это испытание и, что более важно, помочь нашим клиентам в проектировании для получения сертификата UN38.3. Как мы увидим в следующих абзацах, тест состоит из серии событий, включающих испытания на вибрацию, падение и испытания на воздействие окружающей среды, предъявляющие высокие требования к аккумулятору и элементам.
    Наши услуги в этом отношении включают аспекты механического проектирования и аспекты электробезопасности. Мы используем анализ методом конечных элементов для изучения механической конструкции блока ячеек и корпуса. Для электрического проекта мы можем помочь в разработке элементов электробезопасности , таких как предохранители, контакторы и все другие детали, которые защитят аккумулятор в аварийном случае. Кроме того, у нас есть опыт проектирования безопасной сборки и обращения с аккумулятором техническими специалистами.
    Испытания UN38.3 включают механические испытания (вибрация, удар, удар), экологические испытания (высота, температура) и электрические испытания (внешнее короткое замыкание, испытание на перезаряд и принудительный разряд).
    В зависимости от веса для испытания требуется четыре или восемь блоков ячеек. Продолжительность теста составляет от 4 до 5 недель.

    Каталожные номера
    Николян А.; Фируз, Ю.; Гопалакришнан Р.; Тиммерманс, Дж. М.; Омар, Н.; ван ден Босше, П.; ван Мирло, Дж. Литий-ионные батареи — Разработка усовершенствованных моделей электрических эквивалентных схем для никель-марганцево-кобальтовых литий-ионных аккумуляторов.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.