Основные характеристики акб: Классификация автомобильных аккумуляторов

1. Более низкая цена.
2. Более высокое напряжение.
3. Отсутствие необходимости заряжать.

• Более низкая цена батареек АА и AAA весьма относительна. Одноразовые батарейки повторно использовать нельзя. Поэтому уже после трех — пяти раз использования перезаряжаемых батареек (аккумуляторов) их применение становится экономически выгодным.
• Более высокое напряжение АА/ААА батареек 1.5 Вольта обычно не принципиально для большинства устройств, которые также хорошо работают и от заряженных до 1.4 Вольта аккумуляторов AA/AAA. Для гаджетов, которые критичны к напряжению питания, выпускаются 1.5 Вольтовые литиевые аккумуляторы AA.
• Одноразовые АА и ААА батарейки имеют заряд электричества непосредственно с завода и не требуют зарядки перед использованием.

Алкалиновая батарейка GP LR03/AAA.

Что лучше, аккумуляторы AA/AAA или батарейки: рекомендации по использованию

В большинстве применений лучше использовать аккумуляторы AA и AAA

1. Очень низкое энергопотребление устройством.
2. Редкое кратковременное использование питаемого устройства.
3. Критичность устройства к напряжению питания.
4. Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы.

• Примером низкого энергопотребления могут служить настольные часы с жидко-кристаллическим экраном. В них отлично работают батарейки AA/AAA.
• К кратковременно используемым можно отнести, например, пульты дистанционного управления устройствами, включаемые время от времени.
• Некоторые приборы при замене батареек на аккумуляторы AA/AAA могут подавать сигнал или выдавать надпись о пониженном напряжении. В таком случае лучше использовать одноразовые батарейки или литиевые аккумуляторы AA/AAA 1.5v.
• Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы скорее относится к нештатной ситуации. Например, у вас во время экскурсии разрядились аккумуляторы, а зарядка находится в отеле. Чтобы решить проблему «здесь и сейчас», можно купить недорогие батарейки АА/ААА, а аккумуляторы зарядить уже при первой возможности.

Ведущие производители аккумуляторов AA и AAA

Наиболее популярны у пользователей аккумуляторы AA и AAA следующих производителей:

1. Panasonic.
2. Duracell.
3. GP.
4. Varta.
5. Robiton.

• Японская компания «Panasonic» хорошо известна пользователям, как производитель качественной электроники и мини-АТС. Лучшими аккумуляторами компании Панасоник является серия Panasonic Eneloop AA и AAA.
• Торговая марка «Дюраселл» занимает почти четверть рынка портативных элементов питания. Срок службы аккумуляторов Duracell AA и AAA составляет до 5 лет.
• Гонконгская фирма «GP Batteries International Limited» выпускает качественные и недорогие батарейки и аккумуляторы GP AA и AAA .
• Бренд «Варта» более известен как производитель автомобильных аккумуляторных батарей. В настоящее время этот бренд поделен на три части. Производством аккумуляторов Varta AA и AAA занимается американская корпорация «Spectrum Brands».
• Бренд «Робитон» — российская торговая марка. Аккумуляторные батарейки Robiton AA и AAA занимают своё достойное место среди элементов питания для электроники.

Какие аккумуляторы АА и ААА выбрать

Критерий выбора лучшей модели аккумулятора АА и ААА определяется тем, какие потребительские качества для вас наиболее важны:

1. Наибольшая емкость.
2. Наименьший саморазряд.
3. Наибольшее число циклов заряд-разряд.
4. Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Лучшие аккумуляторы АА и ААА по номинациям

• Наибольшая емкость.

Лучшие аккумуляторы ААА по емкости — Robiton 1100 mAh R03/AAA-2BL, а в формате АА — Robiton 2850 mAh R6/AA-2BL. 

Мизинчиковые аккумуляторы для фонарика Robiton R03/AAA 1100 mAh.

Пальчиковые аккумуляторы для фотоаппарата Robiton R6/AA 2850 mAh.

• Наименьший саморазряд.

Наименьшим саморазрядом при высокой ёмкости обладают аккумуляторы Panasonic 750 mAh R03/AAA Eneloop-2BL (зав. код BK-4MCCE/2BE) и Panasonic 1900mAh R6/AA Eneloop-4BL. Аккумуляторные батарейки этой серии относятся к категории с низким саморазрядом (LSD) и идут заряженными уже с завода, так как за 5 лет хранения они теряют всего 30% заряда и остаются заряженными на 70%.

ААА аккумуляторы для пульта телевизора Panasonic R03/AAA Eneloop 750 mAh.

Аккумуляторы с низким саморазрядом АА Eneloop Panasonic 1900mAh.

• Наибольшее число циклов заряд-разряд.

До 3000 циклов заряда и разряда обеспечивают элементы модели Panasonic 550 mAh R03/AAA Eneloop Lite-2BL (зав. код BK-4LCCE/2BE). Среди аккумуляторов АА — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-2BL, которые имеют 2100 циклов заряд/разряд. Эти модели также относятся к категории LSD и заряжены еще на заводе.

Мизинчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic AAA Eneloop Lite.

Пальчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic Eneloop AA 1900 mAh.

• Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Самое лучшее соотношение цена/емкость получится при покупке ААА аккумуляторов Robiton 1050 mAh R03/AAA RTU-2BL, к тому же обладающих низким саморазрядом.

Аккумулятор для пульта радиоуправления Robiton R03 AAA 1050 mAh.

В номинации «лучшее соотношение цена/емкость»  среди аккумуляторов АА побеждает уже представленный выше — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-4BL.

Таким образом, в рейтинге самым лучшим аккумулятором АА оказался Panasonic Eneloop R6/AA 1900 mAh, победивший сразу в трех номинациях.

Купить аккумуляторы ААА/АА и мизинчиковые/пальчиковые аккумуляторные батарейки с доставкой в ваш город Вы можете в нашем интернет-магазине «Вольта», который предлагает широкий ассортимент аккумуляторных батареек для электроники и бытовой техники. В интернет-магазине представлены лучшие модели ведущих производителей: GP, Robiton, Panasonic, Varta,LG, Duracell, Westinghouse, Fujitsu, ZMI. Выбрать и купить аккумулятор АА и ААА для радиотелефона, фонарика, пульта ДУ с необходимыми характеристиками очень легко, используя фотографии и точные описания для каждой модели.

Кислотные аккумуляторы: конструкция, характеристики

            Аккумулятор — источник питания, в котором при разряде энергия химической реакции преобразовывается в электрическую, а при заряде — наоборот. Главное отличие от обычной батареи – это возможность восстановления энергии методом повторной зарядки. Для заряда нужно подключить постоянный ток в направлении, обратном разряду.

            Кислотные аккумуляторы были изобретены в 19 веке, но до сих пор являются самыми востребованными в мире благодаря невысокой стоимости и высокой степени эффективности. Устройство состоит из корпуса, двух разнополярных электродов, помещенных в электролит – раствор кислоты, от этого получено название – кислотные батареи (АКБ — Аккумуляторные Кислотные Батареи). По материалу, из которого изготовлены электроды, их еще называют свинцово-кислотные.

Как работают?

            Основой работы аккумулятора является электрохимический процесс взаимодействия свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. При включении нагрузки на электроды происходит химическая реакция диоксида свинца с серной кислотой H₂SO₄, а также реакция окисления свинца до сульфата свинца. В процессе разряда на катоде («-») идет восстановление диоксида свинца, на аноде («+») — окисление свинца. Во время зарядки происходят обратные химические реакции и электролиз воды с выделением кислорода на аноде, водорода на катоде.

Реакции взаимодействия, протекающие в аккумуляторе, можно описать двумя формулами:

1. PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O – разряд.
2. 2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ — заряд.

            При разрядке идет процесс образования сульфата свинца в активных массах анода и катода, расходование серной кислоты H₂SO₄ и снижение плотности электролита. Во время зарядки происходят обратные реакции, идет образование серной кислоты, повышается плотность электролита. Окончание процесса заряда характеризуется завершением преобразования веществ на электродах, прекращением изменения электролита. Если продолжать зарядку, то возникает нежелательная реакция разложения воды (электролиз), идет выделение кислородных и водородных пузырьков в электролите, происходит иллюзия закипания. Если это произошло, необходимо добавить в аккумулятор дистиллированной воды для восстановления ее в электролите.

Конструкция

            Кислотные батареи уже более ста лет не меняются по своему основному внутреннему устройству.

            В конструкцию аккумуляторных батарей входят:

1. Электроды – в виде плоских решеток из свинца, в ячейки запрессован порошок диоксид свинца (PbO₂) на аноде, порошок металлического свинца (Pb) — на катоде.
2. Сепаратор — пористый диэлектрик, разделяет между собой электроды, препятствуя замыканию.
3. Электролит — разбавленная водой (дистиллированной) серная кислота H₂SO₄, в нее помещены электроды и сепаратор. Максимальная электропроводность достигается при температуре 20^оС, концентрации серной кислоты – 35 %, что означает плотность электролита 1,26 г/см³. Внутренне сопротивление при этом минимально, потери внутри устройства существенно малы. В местах с низкотемпературным климатом возможно повышение плотности раствора до 1,29 г/см³ – 1,31 г/см³. Увеличение концентрации кислотного раствора препятствует замерзанию электролита, образованию льда внутри корпуса, который может повредить электроды и разорвать аккумулятор.

Основные характеристики, параметры

1. Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
2. Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18^оС на протяжении половины минуты.
3. Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
4. Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
5. Температурный рабочий диапазон — – 40^ос — + 40^оС.

Разновидности

            По режиму работы кислотные батареи можно разделить на три группы:

1. Циклический — принцип работы происходит по циклу – полный разряд — полный заряд, периодически отключается от источника питания. Считается наиболее жестким режимом, количество циклов стопроцентной разрядки ограничено.
2. Буферный — широко используемый режим, щадящий для АКБ, при нем не допускается полного разряда, характерно постоянное подключение к источнику питания.
3. Смешанный — комбинация буферного и циклических режимов, но большая часть времени работы проходит в буферном.

            Самые распространенные кислотные батареи, представленные на рынке, можно разделить на виды:

Применение

1. Автотранспорт — кислотные батареи используются как стартерные батареи.
2. Компьютерная техника — источники бесперебойного питания (ИБП) позволяют сохранить информацию в случае аварийного отключения электричества.
3. Промышленное производство — кислотные батареи используются как источники резервного питания.

Зарядка и общие рекомендации

1. Зарядку необходимо проводить при температуре 20^оС.
2. Ток заряда не должен превышать 10 % номинального значения емкости АКБ.
3. Для использования в транспортных средствах кислотные батареи при низких температурах, лучше применять с системой внутреннего электроподогрева, т. к. емкость устройства теряется на 1% при снижении температуры на 1^оС.
4. Не рекомендуется хранить кислотные батареи при температуре выше 30^оС, либо разряженными, предварительно АКБ должны быть полностью заряжены.
5. Хранение зимой лучше организовать на холоде, т. к. процесс саморазряда будет минимален, и на плюсовую клемму необходимо предварительно нанести солидол.
6. Перед использованием, кислотные батареи нужно занести в помещение с температурой 20^оС на 8-10 часов для приведения в рабочее состояние.

Batareykaa.ru

принцип работы, разнообразие видов и технические характеристики, советы по выбору и правильной эксплуатации

На рынке автономных источников питания в настоящее время очень большой выбор аккумуляторов и батареек, сотни разных моделей от различных производителей. Как правильно выбрать аккумулятор или аккумуляторную батарею (АКБ), по каким параметрам?

Для подбора источника питания, наиболее подходящего к вашему устройству, в данном обзоре проанализированы достоинства и недостатки аккумуляторных батареек различного химического состава и даны их стандартные типоразмеры (форм-фактор). В данной статье описаны только модели для бытовой техники и электроники.

Аккумуляторные батарейки

Аккумуляторные батарейки — это сложившееся в обиходе название небольших аккумуляторов, обычно цилиндрической формы, для питания электроники и бытовой техники. Несмотря на то, что батарея (или батарейка) это соединение нескольких элементов питания в единый блок, такое название закрепилось также и для отдельных элементов.

Аккумуляторные батарейки очень разнообразны по типоразмеру и химическому составу в отличие, например, от автомобильных АКБ.

Если с типоразмером (форм-фактором) все более-менее понятно, так как элементы неподходящего размера в конкретное устройство просто невозможно установить, то с химическим составом элементов питания не все так однозначно.

Каждый тип элементов, в зависимости от химической технологии изготовления, имеет как свои достоинства, так и особенности (недостатки).

Аккумуляторные батарейки Panasonic Eneloop 750 mAh R03/ААА.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

В основе работы никель-кадмиевых аккумуляторов (Ni-Cd) лежат электрохимические процессы между положительным и отрицательным электродами из никеля и кадмия.

Достоинства

• Низкая стоимость — основное преимущество Ni-Cd элементов.
• Возможность долгого хранения в разряженном виде.
• Безопасность использования.

Особенности

• Невысокая емкость (количество запасаемого электричества).
• “Эффект памяти” – при неполном заряде или разряде никель-кадмиевый аккумулятор “запоминает” новые крайние верхнее и нижнее значения емкости, которая в результате этого снижается.

Никель-кадмиевая аккумуляторная батарейка Minamoto 1300 mAh

Никель-металл-гидридные аккумуляторы

Никель-металл-гидридные аккумуляторы (Ni-MH) по своим параметрам очень близки к никель-кадмиевым, однако за счет использования немного более продвинутой технологии, они имеют лучшие технические характеристики.

Достоинства

• Невысокая цена, близкая к стоимости никель-кадмиевых аккумуляторных батареек.
• Увеличенная емкость по сравнению с Ni-Cd.
• Немного уменьшен эффект памяти.
• Простые зарядные устройства для Ni-MH.

Особенности

• В настоящее время никель-металл-гидридные аккумуляторы практически везде заменили никель-кадмиевые.
• Никель-металл-гидридные аккумуляторные батарейки Varta 1000 vAh R03/AAA

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion) значительно отличаются от выше описанных элементов питания по всем характеристикам. У них в три раза большее напряжение. И, чтобы их случайно не вставить вместо обычных никель-металл-гидридных, они имеют, как правило, отличающиеся типоразмеры.

Основные преимущества литий-ионных аккумуляторных батареек

• Высокая емкость.
• Увеличенное напряжение.
• Отсутствие эффекта памяти.

Особенности литий-ионных аккумуляторов

• Хранение только в заряженном виде.
• Необходимость использования защиты от перезаряда и перегрева.
• Необходимость применения зарядных устройств, работающих по определенному алгоритму.
• Большое снижение напряжения к концу разряда.
• Старение (снижение емкости с течением времени).

Литий-ионная аккумуляторная батарейка с USB портом Fenix ARB L-18 18650.

Литий-железо фосфатные аккумуляторы

Литий-железо фосфатные аккумуляторы по своей сути являются литий-ионными, но отличаются материалом изготовления катода. Отрицательный электрод изготавливается из материала LiFePO4. Несмотря на такие малые различия, литий-железо-фосфатные элементы имеют все же большие отличия в технических характеристиках.

Достоинства

• Длительный срок службы (в среднем, 7 лет).
• Стабильное напряжение разряда.
• Высокий пиковый ток.
• Работа в широком диапазоне температур, в том числе и минусовых (-30 … +55 С).

Особенности

Литий-железо-фосфатная аккумуляторная батарейка A123 System APR18650M.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) являются результатом дальнейшего усовершенствования литий-ионной технологии. В данном случае в качестве электролита применяется полимерный материал. В результате этого элементы питания, изготовленные по этой новейшей технологии получили много преимуществ. Именно такие аккумуляторные батарейки используются в современных сотовых телефонах.

Достоинства

• Высокая удельная емкость.
• Возможность изготовления батарей малой толщины и гибкой формы.
• Малое изменение напряжения при разряде.

Особенности

Литий-ионный аккумулятор Robiton Li-Po 7,4B.

Форматы цилиндрических аккумуляторов 18650, 16340, 14500, AA, AAA

Аккумуляторы для электроники и бытовой техники изготавливаются в корпусах различного формата: цилиндрические (круглые), призматические (квадратные и прямоугольные), плоские. Для призматических аккумуляторных батареек нет единой системы нумерации.

А вот для цилиндрических элементов производители сумели договориться и создали простую систему маркировки размеров, состоящую из 5-ти цифр. В ней первые две цифры показывают диаметр элемента в миллиметрах, третья и четвертая цифры — это длина, а последний символ 0 символизирует круг, говоря о цилиндрической форме.

Таким образом, аккумулятор 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 60 мм. Аккумуляторная батарейка 14500, соответственно, 14 мм в диаметре и 50 мм по длине.

1. В предлагаемой таблице показаны часто используемые форматы аккумуляторов, а также соответствие стандартной цифровой и альтернативной буквенной маркировок.
3. Аккумуляторные батарейки формата 14500 — АА Duracell 2500 mAh.

Расшифровка маркировки аккумуляторов 18650 по химическому составу

Литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют буквенную систему маркировки, обозначающую химический состав элемента. Рассмотрим расшифровку маркировки:

• Первая буква I — это признак Li-Ion технологии;
• Вторая буква показывает химическую основу катода:
  1. C — кобальтовая,
  2. N — никель-марганцевая,
  3. M — марганцевая,
  4. F — железо-фосфатная.
• Третья буква R обозначает перезаряжаемый аккумулятор (Rechargeable).

Компания Panasonic сделала немного другую маркировку, у которой в обозначении NCR:

• первая буква N обозначает никель,
• вторая буква С — кобальт.

Аккумулятор NCR 18650 Panasonic

Аккумуляторы для ИБП 12V

Аккумуляторы для ИБП принципиально отличаются от элементов питания для электроники. Они должны обеспечить питание компьютера или другой мощной техники на время от нескольких минут до нескольких часов. Поэтому АКБ для ИБП 12V имеют высокую электрическую емкость, однако, вместе с тем, и большой вес и размеры.

Данные АКБ являются свинцово-кислотными. Их принцип работы основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты, также как и автомобильных АКБ.

Но, в отличие от них, в гелевых аккумуляторах для ИБП используется электролит, загущенный до гелеобразного состояния с помощью водного раствора силиката натрия. Еще более лучшие результаты в бесперебойных источниках питания показывают АКБ, выполненные по технологии AGM (Absorbent Glass Mat).

Эти два типа АКБ сходны по принципу не текучести электролита, поэтому AGM аккумуляторы часто называют гелевыми, хотя это не совсем верно.

AGM аккумуляторы для ИБП 12V и электромобилей 6V

В аккумуляторах, изготовленных по технологии AGM, заложен принцип нетекучего электролита. Отличие AGM АКБ от обычных свинцово-кислотных заключается в использовании абсорбированного электролита. AGM аккумуляторные батареи были разработаны специально для применения в системах резервного бесперебойного питания. Эти АКБ отлично работают в ИБП в буферном режиме.

Для использования в бесперебойниках применяются АКБ на напряжение 12V, а для детских электромобилей — 6V. Зарядные устройства для аккумуляторов ИБП 12V и электромобилей 6V используются, чаще всего, одни и те же, поскольку многие из них имеют переключатель выбора зарядного напряжения.

Преимущества гелевых и AGM аккумуляторов 12V для ИБП

Гелевые и AGM аккумуляторы имеют во многом схожие преимущества:

• Приспособлены для работы в ИБП в буферном режиме
• Длительный срок службы 5-10 лет (гелевые до 12 лет)
• Устойчивость к вибрации
• Установка в любом положении, кроме вверх дном
• Не требуют обслуживания
• Герметичность
• Работа при температурах до -30 С

Особенности

• Большой вес
• Чувствительны к перезаряду
• Не допускают хранения в разряженном виде

Удачным примером AGM аккумуляторной батареи для бесперебойников является продукция компании DELTA Battery.

• АКБ для ИБП моделиDelta HR 12-12.

Аккумуляторы для ИБП газовых котлов

Аккумуляторы для газовых котлов не имеют принципиальных отличий от АКБ для ИБП компьютерной и офисной техники.

Однако, они обязаны иметь гораздо большую емкость, так как должны обеспечить питание газового котла в течение нескольких часов или даже дней в случае длительного отключения электроэнергии.

Компания Delta Battery выпускает также AGM аккумуляторы повышенной емкости для ИБП котлов.

АКБ большой емкости для газовых котлов Delta HR 12-65.

Аккумуляторы для детских электромобилей 6V

Аккумуляторы для детских электромобилей изготавливаются по AGM технологии, также как и АКБ для источников бесперебойного питания. Вместе с тем, важным отличием является выходное напряжение, которое у аккумуляторных батарей для электромобилей составляет 6V. Для использования в детских электрических автомобилях рекомендуем использовать 6-Вольтовую серию АКБ Delta.

АКБ для детского электромобиля Delta HR 6-12.

Аккумуляторы для фонарика

Чтобы правильно выбрать аккумулятор для фонарика, вначале надо внимательно прочитать инструкцию, которая к нему прилагается. В ней указано под какие типы, форм-фактор и количество аккумуляторов рассчитан данный фонарь.

Зная эти параметры, можно подобрать элементы подходящего для вашего устройства типа и емкости. Чаще всего применяются никель-металл-гидридные аккумуляторы типоразмера АА или ААА. В более мощных фонарях используются элементы форм-фактора C или D.

В последнее время появились и фонарики с аккумуляторами 18650 и 14500 литий-ионной технологии, которые имеют более высокую емкость и напряжение, обеспечивая более длительную работу и мощный световой поток.

Кроме того, некоторые модели фонарей, например Fenix E25UE XP-L V5, могут работать как от никель-металл-гидридных аккумуляторных батареек, так и от литий-ионных. Все это надо учитывать при подборе.

Аккумуляторные батарейки АА для фонарика типа Panasonic Eneloop 2500 мАч.

Высокотоковые аккумуляторы 18650 для Vape и шуруповертов

Аккумуляторы 18650 для Vape и шуруповертов — это литий-ионные элементы, рассчитанные на высокий ток разряда.

На таких аккумуляторных батарейках или прямо указывают, что они для электронных испарителей (for Vape) или пишут номинал максимального тока, например, 20, 25, 30, 40 А.

Кроме того, такие элементы должны быть безопасны, поскольку испаритель с аккумулятором находится непосредственно около лица. Этим требованиям соответствует продукция компании SYSMAX Industry Trading Co. Ltd, выпускаемая под брендом NiteCore.

Высокотоковый аккумулятор 18650 для шуруповерта и электронного испарителя Nitecore NL188.

Аккумуляторы для радиотелефона

В зависимости от марки и модели радиотелефонной трубки, в ней могут использоваться обычные Ni-MH элементы типоразмера ААА и АА или специализированные аккумуляторы для радиотелефона. Это так называемые «аккумуляторные сборки» для радиотелефонов, содержащие три или четыре никель-металл-гидридных элемента, и соответственно, 3.6 или 4.8 Вольтовые.

Аккумуляторная сборка для радиотелефона модели Robiton DECT-T207-3XAAA.

Наш магазин цифровой техники «Вольта» предлагает большой выбор лучших бытовых аккумуляторов и аккумуляторных батареек для электроники, ИБП, детских электромобилей, фонариков, электронных испарителей, шуруповертов и радиотелефонов по самым минимальным ценам с доставкой в ваш город по России. Ассортимент включает в себя лучшие модели производителей Panasonic, GP, LG, Varta, Robiton, NiteCore, Delta, Duracell, Fenix, A123 SYSTEMS, Ansmann, Petzl, ZMI.

Источник: https://voltacom.ru/articles/kak-vibrat-akkumulator

Типы аккумуляторов и их отличия друг от друга

Аккумуляторные батареи прочно вошли в жизнь современного человека и активно используются в мобильных электронных устройствах и автомобилях. Однако не все они одинаковые: существует несколько типов аккумуляторов. Различия между ними заключаются в материалах, из которых изготовлены электролит и электроды. От этого зависят технические характеристики АКБ, например, электрическая емкость и количество циклов перезарядки .

Принцип работы и устройство

Аккумуляторы представляют собой химические источники электрического тока. Для увеличения электрической емкости в их состав включается несколько элементов питания. Например, в автомобильных АКБ чаще всего используется шесть элементов (банок) с напряжением в 2,1 вольта. В результате аккумуляторная батарея способна выдавать около 12,6 В.

Первый аккумулятор был создан много лет назад, но его конструкция и принцип работы остались прежними. С тех времен изменились только материалы, используемые для изготовления электродов и раствора электролита.

При разговоре о том, какие бывают аккумуляторные батареи, многие сразу вспомнят о литий-ионных (Li — ion). Они сегодня активно используются в портативной электронике, например, смартфонах и ноутбуках.

Принцип работы АКБ можно рассмотреть на примере литий-ионной батареи.

Два электрода (катод изготовлен из алюминиевой фольги, а анод из медной) находятся в пористом материале (сепараторе), который пропитан электролитом.

Заряд в аккумуляторе переносится с помощью положительных ионов лития, которые во время разрядки перемещаются от катода к аноду. Когда АКБ заряжается, ионы двигаются в противоположном направлении.

Основные виды АКБ

В зависимости от вида, аккумуляторные батареи отличаются техническими характеристиками. Говоря о том, какие бывают АКБ, стоит познакомиться с особенностями наиболее распространенных.

Сурьмянистые или традиционные

Эти батареи содержат 5% и более сурьмы. Хотя они и называются традиционными (классическими), в современных устройствах это вещество используется в меньших количествах. Сурьма входит в состав пластин для увеличения их прочности, так как свинец в чистом виде является очень мягким металлом. Кроме этого, сурьма способствует ускорению процесса электролиза, активизирующегося в аккумуляторе при напряжении в 12 В.

В результате уровень электролита постепенно уменьшается, и пластины оголяются. Это делает сурьмянистый аккумулятор требовательным к обслуживанию, которое заключается в доливании дистиллированной воды. Сегодня этот тип АКБ уже не устанавливается в автомобили, так как был вытеснен более современными типами батарей.

Малосурьмянистые батареи

Снижение количества сурьмы в пластинах (менее 5%) позволило снизить интенсивность процесса испарения воды из раствора электролита. В результате этот тип аккумуляторных батарей не нуждается в частом обслуживании, что является его бесспорным преимуществом. Также, в отличие от традиционных АКБ, малосурьмянистые обладают меньшим показателем саморазряда.

В сравнении с новыми видами АКБ, например, гелевыми, батареи с малым содержанием сурьмы более терпимы к параметрам бортовой сети машины.

Специалисты уверены, что в отечественные автомобили стоит устанавливать именно малосурьмянистые батареи. Это связано с тем, что не все модели российских машин способны обеспечить стабильное напряжение в бортовой электросети.

Кальциевые и гибридные

Введение в кристаллическую решетку свинцовых пластин кальция вместо сурьмы позволило значительно уменьшить потери воды в банках из-за электролиза.

Если в обозначении АКБ указана маркировка Са/Са, то кальций входит в состав как положительных, так и отрицательных электродных пластин.

Для увеличения эффективности кальциевых аккумуляторов некоторые производители добавляют небольшое количество серебра.

В современных батареях этого типа на протяжении всего срока эксплуатации вода практически не испаряется. В результате автовладельцу не приходится контролировать уровень и плотность раствора электролита. Введение в состав электродов кальция позволило снизить показатель саморазряда примерно на 70% в сравнении с сурьмянистыми. В результате такие батареи могут сохранять свои технические характеристики на протяжении длительного отрезка времени.

Однако без недостатков не обошлось — кальциевые АКБ отличаются высокой чувствительностью к перепадам напряжения в бортовой электросети.

Кроме этого, они отличаются более высокой стоимостью в сравнении с содержащими небольшое количество сурьмы.

Устанавливать их стоит на иномарки, качественное электрооборудование которых гарантирует стабильность всех электрических характеристик.

В попытке объединить достоинства малосурьмянистых и кальциевых батарей на свет появились гибридные. Отличить их можно по маркировке, в которой встречаются обозначения Са/Sb либо Ca+. Они говорят о том, что пластины электродов изготовлены по разным технологиям. Такие аккумуляторы имеют средние характеристики.

Гелевые аккумуляторы и AGM

В этих батареях электролит находится в связанном состоянии, а создавались они для повышения безопасности эксплуатации. В классических АКБ электролит может протекать, а кислота является весьма агрессивным веществом. Уменьшение показателя текучести раствора позволило не только сделать батареи более безопасными, но и замедлить процесс осыпания активного материала электродных пластин.

Гелевая технология отличается от AGM способом связывания раствора электролита. В первом случае в него добавляются соединения кремния, а во втором — раствором пропитывается пористое стекловолокно, расположенное между электродами. Название технологии AGM (Absorbent Glass Mat) можно перевести, как «абсорбирующий стекломатериал».

Среди преимуществ батарей этого типа следует отметить:

• Большое количество циклов перезарядки.
• Высокий КПД.
• Могут устанавливаться в наклонном положении.
• Не требуется обслуживание.
• Высокая безопасность при эксплуатации.

Среди недостатков стоит выделить непереносимость низких температур, а также требования к стабильным характеристикам бортовой системы автомобиля. Кроме этого, стоимость гелевых АКБ довольно высокая.

Щелочные устройства

В таких батареях в качестве электролита используются не кислоты, а щелочи. Сегодня существует много видов аккумуляторов, изготовленных по этой технологии. Однако они крайне редко используются в автомобилях. В сравнении с кислотными АКБ, щелочные обладают рядом преимуществ:

• Хорошо переносят циклы перезарядки.
• Могут длительное время сохранять характеристики при хранении.
• Менее восприимчивы к низким температурам.
• Не выделяют вредные вещества.
• Способны накапливать большую емкость на единицу собственной массы.

Есть у щелочных АКБ и недостатки. Во-первых, они имеют меньшее напряжение, что приводит к увеличению количества банок и, соответственно, габаритов. Во-вторых, стоимость их выше, чем у кислотных.

Литий-ионные и полимерные

Именно этот тип АКБ считается наиболее перспективным. Используя разный материал электродов, можно изменять характеристики аккумулятора. Среди преимуществ литий-ионных батарей можно отметить:

• Высокий показатель электрической емкости.
• Напряжение каждого отдельного элемента батареи выше в сравнении с другими типами.
• Низкий уровень саморазряда.

Однако и недостатков у них много. Наиболее существенный — это химическая деградация, которая приводит к уменьшению срока хранения батарей. Также они весьма чувствительны к низким температурам. Сегодня литий-ионные аккумуляторы активно используются в портативных электронных девайсах и значительно реже в автомобилестроении.

Литий-полимерные АКБ являются результатом совершенствования технологии изготовления литиевых батарей. Роль электролита в них выполняет особый полимерный материал.

Они лишены некоторых недостатков предыдущей технологии. Однако пока не удалось устранить химическую деградацию: получилось несколько замедлить этот процесс. Кроме этого, полимерные АКБ, в случае перегрева или при получении чрезмерного заряда, склонны к самовозгоранию, что и является их главным недостатком.

Работы над усовершенствованием аккумуляторных батарей ведутся постоянно. В основном они направлены на увеличение показателя энергоемкости, применение максимально безопасных материалов и повышение морозоустойчивости. Большинство специалистов уверены, что в ближайшее время на смену свинцово-кислотным АКБ придут более эффективные источники питания.

Источник: https://ProAkkym.ru/obzor/tipy-akkumuljatorov

Аккумулятор: устройство, назначение, принцип работы

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 свинцово-кислотные аккумуляторы. 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 напряжения 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 напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Источник: https://pue8.ru/elektricheskie-seti/805-kak-rabotaet-akkumulyator-i-iz-chego-on-sostoit.html

Типы аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии.

Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

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

Виды аккумуляторных батарей

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей.

Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Источник: https://best-energy.com.ua/support/battery/414-vidy-i-tipy-akkumulyatornykh-batarej-v-podrobnostyakh

Что такое аккумулятор (АКБ) — устройство и принцип работы

Знаете ли вы, что первые автомобили были именно электрическими и использовали свинцово-кислотные аккумуляторы? То, что мы привыкли считать машинами будущего – электромобили – появились до изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С тех пор прошло больше 100 лет, но современный АКБ автомобильный изменился только качественно, оставшись принципиально таким же, как и столетие назад.

Сегодня аккумулятор в автомобиле считается расходником, требующим периодической замены. Сколько именно проработает АКБ – вопрос к качеству изготовления, режиму работы, даже к состоянию дорог, но рано или поздно его меняют на «свежий». Какие функции он выполняет, какие характеристики может иметь, как выбирать и как продлить жизнь аккумулятору – читайте в этой статье.

Что такое аккумулятор (АКБ) и для чего он нужен?

Современные автомобили всё больше становятся похожи на сложные электронные гаджеты: умное управление, всевозможные «помощники», автоматическая парковка и даже автопилот – это только небольшая часть той цифровой «начинки», которой богат автомобиль.

И всё это счастье постоянно нуждается в электроэнергии, которую нужно постоянно откуда-то добывать. Именно хранилищем энергии, откуда ее можно взять в любой момент, и выступает АКБ.

Да, он выполняет свою четкую функцию: накапливает заряд, затем отдает и дальше снова накапливает. Отличный вариант!

Само понятие аккумулятора нам уже настолько привычно, что глупо спрашивать, зачем он нужен. Однако на удивление мало людей могут точно сказать, для чего именно служит аккумуляторная батарея в автомобиле.

Ее назначение можно описать в трех пунктах.

1. Аккумулятор обеспечивает энергию для запуска двигателя на старте.
2. Аккумулятор служит резервным источником энергии, когда она требуется сверх того, что может дать генератор (например, при включении автомобильного кондиционера).

Устройство и принцип работы АКБ

Тот, кто хоть раз держал в руках аккумулятор автомобиля, знает, как много весит это устройство. Причина в том, что корпус его плотно заполнен элементами, содержащими свинец.

Устройство аккумулятора.

Для легковых автомобилей, требующих 12-вольтных АКБ, используется стандартная схема компоновки.

1. Шесть элементов по 2 вольта (их обычно называют банками) объединены в общий корпус.
2. Каждый из элементов состоит из положительных и отрицательных электродов: свинцовых решеток, в которые «впечатано» активное вещество. Электроды разделены между собой сепараторами, так что не соприкасаются друг с другом.
3. И всё это залито электролитом – смесью воды и серной кислоты.

Активное вещество на решетках отличается по составу: для анода (положительного электрода) используется диоксид свинца, для катода (это отрицательный электрод) – губчатый свинец. В обоих случаях к свинцовым компонентам добавлены вспомогательные вещества (лигатуры), улучшающие работу аккумулятора.

Принцип работы.

В том виде, который описан выше, аккумулятор считается «заряженным». При подключении к выводам батареи любого устройства, требующего энергии, начинается реакция свинцовых компонентов с оксидом серы и водой.

Сера и свинец вступают в реакцию и преобразуются в сульфат свинца и воду.

Кислоты в электролите становится меньше, воды – больше, плотность электролита снижается и через некоторое время концентрации серы не хватает на то, чтобы реагировать со свинцовыми компонентами. Аккумулятор разряжается.

Процессы разряда и заряда АКБ

При подаче электроэнергии для зарядки АКБ происходит обратный процесс — сульфат свинца, осевший на пластинах, разлагается на оксид свинца и серную кислоту, которая выделяется обратно в электролит.

Восстанавливается изначальная плотность электролита, а на пластинах остается активное вещество – батарея заряжена.

Виды аккумуляторов

В попытке улучшить характеристики автомобильных аккумуляторов инженеры перепробовали множество способов. В итоге сегодня мы имеем различные типы АКБ, которые различаются по химическому составу активных компонентов и конструкции.

Классификация по составу активного вещества.

В первых аккумуляторах использовались свинцовые пластины, однако такая конструкция довольно быстро перестала устраивать инженеров и потребителей: тяжелая, малоэффективная, недолговечная.

1. Первым улучшением стало добавление сурьмы к свинцу, что серьезно продлило срок службы батареи.
2. Следующий этап – уменьшение процентного содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход позволил создать малообслуживаемые аккумуляторы: в них уже намного реже требовался долив воды.
3. Затем для покрытия пластин начал использоваться металлический кальций – так появились кальциевые АКБ (они же Са-Са). Кальций серьезно изменил параметры эксплуатации батарей: в прежних моделях потери воды из-за электролиза на 12 В требовали постоянного долива, а кальциевые лигатуры позволили повысить этот порог до 16 В. Благодаря этому появилась возможность делать необслуживаемые аккумуляторы в полностью герметичном, неразборном корпусе.

Но кальциевые батареи имеют и огромный минус: чувствительность к полному разряду. Сульфат кальция, который оседает на электродах, не разлагается полностью при зарядке, а это значит, что один глубокий разряд батареи способен ее «убить».

Самым современным решением стали гибридные аккумуляторы (они же Са+): кальциевые добавки есть только на положительном электроде (поскольку именно на нём происходит разложение воды при электролизе), а отрицательный покрыт малосурьмянистым свинцом.

Классификация по типу электролита.

Обычная жидкостная технология, при которой в аккумулятор заливался раствор кислоты и воды, вызывала много нареканий. Например, чувствительность к наклонам и вибрации. Необходимость обслуживать аккумулятор тоже не добавляла удовольствия от его эксплуатации. В общем, этой технологии было, куда расти.

На смену пришла AGM технология. В AGM аккумуляторе электролит «связывается» волокнистыми прослойками-сепараторами. Таким образом аккумулятор получает дополнительные преимущества: сепараторы сжимают активный слой и не дают ему отставать от пластин, имеют большую проводимость, чем жидкость и способствуют выдаче более мощного тока.

Технические (рабочие) характеристики автомобильных аккумуляторов

У АКБ для автомобиля довольно много рабочих параметров, которые важны при выборе батареи. Ошибешься хоть в одном из них – и аккумулятор нельзя будет использовать. Основные характеристики.

• Емкость, Ач (ампер*час).
• Пусковой ток, А (ампер).
• Полярность.
• Исполнение корпуса.
• Тип клемм.
• Тип крепления.

Номинальная емкость аккумулятора.

Емкостью батареи называют количество электроэнергии, которую аккумулятор может отдавать в течение определенного времени. Измеряется в Ач (ампер в час). Это один из основных параметров не только автомобильного, а вообще любого аккумулятора. Чем выше этот показатель, тем дольше батарея сможет поддерживать работу электроприборов автомобиля во время стоянки.

Для обычного легкового автомобиля с двигателем до 2 л. обычно нужна батарея 60 Ач, и чем больше оборудования в машине, тем более емким должен быть аккумулятор. При выборе лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и если хочется взять АКБ с большей емкостью, то превышать рекомендуемую не более, чем на 5 Ач.

Пусковой ток.

Он же ток холодной прокрутки – показатель того, как аккумулятор справится с самой сложной задачей: запуском двигателя на морозе. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре «-18» градусов. Чем выше этот показатель, тем больше шансов завести свою машину зимним утром.

Например, для запуска бензинового двигателя понадобится минимум 255А, для дизельного – не менее 300А. Именно за увеличение мощности пускового тока сражаются конструкторы аккумуляторов, и именно за более высокую пусковую мощность автолюбители ценят AGM аккумуляторы. Можно даже сказать, что чем выше пусковой ток батареи – тем выше ее качество вообще.

Полярность.

Полярность называют расположение клемм на корпусе аккумулятора. Это важная характеристика, поскольку неправильно выбранный АКБ просто невозможно будет подключить.

Чтобы определить полярность, нужно поставить аккумулятор так, чтобы нормально читались надписи на крышке («лицом» к себе), и посмотреть, с какой стороны находится плюсовая клемма.

• Плюсовая клемма справа – полярность обратная, она же европейская, она же маркируется как «R» или «0».
• Плюсовая клемма слева – полярность прямая, она же российская, она же «L» или «1».

Есть аккумуляторы с универсальной полярностью, то есть клеммы располагаются посредине коротких сторон корпуса или по диагонали. Однако такие модели встречаются редко. Чаще всего на автомобили российского производства нужны аккумуляторы с прямой полярностью, а на европейского и азиатского – с обратной.

Исполнение корпуса.

Конструкторы, создавая автомобили, разрабатывали и все комплектующие к ним. В итоге традиционно появились два типа корпусов аккумуляторов: европейский и азиатский.

1. У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, так что их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы даже прикрыты специальными крышечками, так что дополнительно защищены от внешних факторов.
2. Азиатский тип корпуса – это коробка, у которой клеммы «растут» из верхней крышки. То есть, именно верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Важен ли этот фактор? Конечно, удобней использовать такой АКБ, который предусмотрен производителем. Но в крайнем случае исполнением корпуса можно пренебречь, если остальные характеристики совпадают.

Нужно только помнить, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу, а вот азиатские могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Тип и размер клемм.

Еще одна характеристика, с которой нужно свериться при выборе аккумулятора – толщина клемм для подключения. Они бывают двух типов: стандартные и тонкие.

Стандартные клеммы, они же европейские, более толстые: плюсовая 19,5 мм, минусовая 17,9 мм в диаметре;

Тонкие клеммы, они же азиатские: плюсовая 12,7 мм, минусовая 11,1 мм в диаметре.

В обоих стандартах плюсовая клемма всегда толще, чтобы не перепутать полярность подключения.

Тип крепления.

И, наконец, днищевое крепление, оно же «юбка» аккумулятора – это планки с отверстиями под крепеж, расположенные в нижней части корпуса.

Каким бы тяжелым ни был аккумулятор, крепить его надо. Поэтому тип крепления важен при выборе, ведь он влияет на общие габариты корпуса. Существует 3 типа крепления.

1. Верхнее крепление специальной прижимной скобой, без фиксации за днище, маркируется В00.
2. Крепление по двум сторонам, когда ланки есть только на широких сторонах корпуса, а на торцевых отсутствует, маркируется В01.
3. Крепление по периметру, когда «юбка» идет по всем четырем сторонам, маркируется В13.

В принципе, если в автомобиле предусмотрено только верхнее крепление, поставить ему можно любую батарею, лишь бы вошла по размеру, если нет другого выхода. А вот в обратную сторону эта лазейка не работает, придется подбирать подходящее днищевое крепление.

Рейтинг ТОП аккумуляторов

Много брендов, много советов, трудный выбор – с такими проблемами сталкиваются покупатели. Предлагаем небольшой, наш, субъективный рейтинг торговых марок АКБ.

1. Первое место по уровню качества и долговечности по праву занимают ОЕМ аккумуляторы. ОЕМ – это аналог детали, которая была установлена с завода. Конечно, за аккумулятор, на котором гордо красуется логотип Mercedes или Honda, придется выложить намного больше, чем за любой другой бренд, но результат того стоит. Самые популярные на рынке бренды аккумуляторов – Varta и Bosch. Они заслужили репутацию надежных безотказных батарей, добросовестно отрабатывающих каждую вложенную копейку.
2. Среди любителей заплатить поменьше, а получить побольше особо ценится бренд Topla. Это, конечно, не Бош, но вполне может порадовать долгой службой.
3. А замыкают наш хит-парад бюджетные бренды Sada, Styer, Bi-Power и Ista. Они хоть и не дорогие, но вполне способны порадовать стабильной работой. Можно вспомнить о них, когда аккумулятор нужен срочно, а денег мало.

Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Чтобы аккумулятор проработал как можно дольше, нужно уделять ему совсем немного внимания. Вот несколько советов по эксплуатации автомобильного АКБ.

1. Глубокий разряд – враг батареи. Каждый раз, когда аккумулятор разряжается «в ноль», происходит необратимая сульфатация электродов, особенно от этого страдают кальциевые батареи. Периодически желательно полностью заряжать бат специальным зарядным устройством и ни в коем случае не допускать полной разрядки.
2. Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
3. Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт. Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
4. Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
5. Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею. Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
6. Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

Заключение

Нормально работающий автомобильный аккумулятор избавляет от множества проблем и нервотрёпки. Работоспособность батареи особенно важна зимой, когда нагрузки возрастают в несколько раз. Именно поэтому автовладельцы стараются менять «уставший» АКБ во время осеннего ТО: и спокойней, и дешевле, не придется лишний раз этим заниматься. А вы давно проверяли свой аккумулятор?

Источник: https://VazNeTaz.ru/akb-avtomobilnyi-akkumulyator

типы аккумуляторных батарей и их особенности

Одной из важнейших составляющих электрического оборудования и техники любого типа является аккумуляторная батарея, или, проще говоря, аккумулятор. Существуют различные виды аккумуляторов, и в данной статье речь пойдет обо всех типах таких приспособлений.

Самый первый АКБ был создан более полутора столетий назад во Франции ученым Гастоном Планте. С каждой последующими попытками усовершенствования устройства становились все лучше, однако принцип их функционирования и строение остались неизменны. Сейчас же существуют самые разнообразные типы аккумуляторов: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd и многие другие. Они имеют примерно одинаковый принцип работы, но у каждого — свои особенности. Стоит рассказать обо всех этих разновидностях по порядку.

Устройства с пониженным содержанием сурьмы

Пожалуй, стоит начать описание с одного из самых часто применяемых видов аккумуляторов. АКБ с содержанием менее 5% сурьмы избавили от необходимости частого добавления дистиллированной воды. Хотя это не делает аккумуляторы данного типа необслуживаемыми из-за имеющихся расходов жидкости.

Также они обладают крайне малой степенью саморазряда батареи и переносимости электрических характеристик автомобильной бортовой сети, в отличие от своих более новых аналогов.

Сурьмянистые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторных батарей признан устаревшим. Ему на замену пришли более современные и усовершенствованные типы АКБ с пониженным содержанием сурьмы. Однако до сих пор аккумуляторы данного вида служат по своему назначению в стационарных токовых источниках с неприхотливыми батареями.

Кальциевые альтернативы

Кальциевые АКБ хороши тем, что они уменьшают интенсивность электролиза и снижают уровень электролита. Помимо этого, кальций, заменивший сурьму, увеличил напряжение, нужное для начала осуществления электролиза, что уменьшило критичность последствий перезаряда.

Но не стоит забывать, что, как и все существующие типы аккумуляторных батарей, кальциевые АКБ обладают своими слабыми сторонами. Главный минус — повышенная чувствительность к мощному разряду ведет к резкому падению емкости.

Щелочные АКБ

Щелочными батареями называют такие устройства, в которых электролитом выступает щелочь, а не кислота. Устройства такого вида встречаются в автомобилях далеко не часто, однако они могут выступать в качестве аккумуляторов, например, для шуруповертов.

Одним из таких приспособлений является Ni-Cd аккумулятор — по факту его признали устаревшим, тем не менее он еще может встать наравне со своими более новыми конкурентами за счет дешевизны. Однако так называемый «эффект памяти» и повышенный саморазряд делают применение Ni-Cd устройства весьма проблематичным.

Его никель-металл-гидридный конкурент, разумеется, выше по цене, но при этом по качеству он существенно лучше. По сравнению с Ni-Cd аналогами, «эффект памяти» у них выражается в меньшей степени, хотя он все же присутствует. Также увеличенная вместимость и пониженный саморазряд вполне объясняют высокую цену.

Литий-ионная альтернатива

Пожалуй, из всех существующих видов аккумуляторов для автомобилей и не только самым лучшим можно назвать Li-ion. Он стоит значительно дороже своих Ni-MH и Ni-Cd аналогов. Это можно объяснить тем, что аккумуляторы с ионами лития не имеют тех недостатков, которыми обладают рассмотренные ранее модели. Хотя приспособления такого вида, равно как и все существующие устройства, все же не лишены своих слабых сторон, причем действительно существенных.

Среди главных уязвимостей можно выделить:

• чрезмерную чувствительность к низким температурам, из-за чего уменьшается ток, отправляемый li-ion батареей;
• уменьшение вместимости с каждым годом;
• литий-ионные приспособления не выдерживают тотальной разрядки и зарядки до конца — в противном случае это оканчивается разрушением и даже взрывом прибора. Подробнее о том, как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы →

Модели такого типа широко применимы в качестве зарядного устройства для мобильных устройств. В случае, если технологический прогресс дойдет до достаточного уровня, чтобы Li-Ion приспособления лишились своих уязвимостей, они сумеют встать на замену кислотным батареям.

Стоит также заметить, что в старых моделях литий-ионных аккумуляторов применялись разнообразные оксиды лития, в которых также содержался марганец либо кобальт. Однако в более новые модели эти элементы добавлять перестали, заменив их сплавами литий-ферро-фосфатов в связи с их дешевизной, уменьшенной токсичностью и более простой возможносттю переработки.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-ионный полимерный аккумулятор, известный также как Li-Pol, LiPo, Li-polymer, представляет собой улучшенную версию стандартного литиевого аккумулятора и находит применение во многих видах техники. Электролитом здесь служит полимерный материал.

Такие типы литиевых аккумуляторов хороши тем, что обладают значительной энергетической плотностью на единицу объема и массы, пониженным саморазрядом, донельзя тонкими элементами (всего от 1 мм), возможностью гибкости, крайне несущественным перепадом напряжения в процессе разрядки, широким диапозоном температур, при которых устройство продолжит свою полноценную работу. И, ко всему прочему, LiPo не имеет эффекта памяти.

Хотя не стоит слепо полагать, что батареи такого плана на самом деле можно назвать полностью идеальными. Даже у Li-Pol есть свои изъяны. Один из самых существенных — опасность возгорания в случае перезарядки и избыточного потребления тепла. Недостатком представляется и сравнительно небольшое количество рабочих циклов — 800-900, а также старение аккумуляторов, даже если они лежат в стороне без надобности.

Наконец, даже сама зарядка весьма пагубно влияет на приспособление: если процесс зарядки уменьшает вместимость, то при глубоком заряде прибор можно смело отправлять в металлолом.

AGM и GEL-батареи

Гелевые батареи, как их часто называют, выступили как альтернативный вариант, безопасный в использовании. Проблему безопасности решили посредством перемещения электролита в связанное состояние, чтобы обеспечить уменьшение текучести.

Другими достоинствами GEL-батарей стали:

• пониженное осыпание активной массы пластин;
• пониженный саморазряд;
• переносимость к вибрации.

Их также можно наклонять практически под любым удобным углом, они могут храниться в течение достаточно продолжительного времени за счет медленного саморазряда, а переразряд не «смертелен» и не несет никакого ущерба технике в процессе.

А вот перезарядка устройства этого типа, наоборот, может крайне отрицательно повлиять на него. Поэтому AGM и GEL-батареи все же требуют очень аккуратного и бережного обращения.

К примеру:

• несмотря на то, что их можно класть чуть ли не как угодно, их нельзя держать перевернутыми;
• работа при пониженных температурах может резко снизить функциональность приборов;
• особых мер предосторожности требует особая чувствительность приспособлений к зарядке.

При надежном хранении устройства оно сможет прослужить до десяти лет.

Гибриды

Название говорит само за себя: гибридными считаются те батареи, в строение которых входят неодинаковые пластины, то есть выполненные из различных материалов. Стоит учесть, что положительно заряженные пластины включают в себя компоненты сурьмы (ее содержание в них не превышает 5%), в то время как отрицательно заряженные пластины имеют в составе кальциевые компоненты.

Новый, чуть ли не революционный метод изготовления аккумуляторных батарей смог привести к следующему:

• Во-первых, если сравнивать аккумуляторы с пониженным содержанием сурьмы, расход жидкости очевидно уменьшается.
• Во-вторых, батарея стала более устойчивой и выносливой к перепадам напряжения, даже в случаях интенсивной зарядки и тотальной разрядки.

Конечно, это вовсе не означает, что данные аккумуляторы можно считать полностью идеальными «без единого изъяна». Они не имеют никаких особых преимуществ над всеми вышеописанными устройствами. Но при этом по качеству характеристик их можно поставить прямо посередине этого ряда.

Никель-металл-гидрид

Никель-металл-гидриды, или Ni-MH, как их обозначают в сокращенном варианте, являются такими видами аккумуляторных батарей, где в качестве отрицательного иона выступает водородный металлогидридный электрод, калиевый гидроксид в качестве электролита, никелевый — в качестве положительного иона.

Существует немалое количество различных типов батарей Ni-MH. К примеру, есть батареи долгого хранения LSD NiMH, которым не страшен мороз и длительный срок хранения. Они функционируют и с повышенными токами разряда, не разрываясь и не приходя в негодность из-за чрезмерной нагрузки.

Поэтому, к примеру, никель-металл-гидриды размера АА могут быть применимы в различных видах мелкой техники. Так, АА с большим объемом емкости в 1500-3000 мА/ч можно поместить в музыкальный плеер, радиоуправляемые игрушки, фотоаппарат и многие другие приспособления, где будет произведена зарядка за относительно непродолжительное время.

Весьма хороши и АА-батареи с уменьшенным объемом вместимости — такие АА, где емкость составляет всего 300-1000 мА/ч. АА данного типа применимы в качестве обеспечения питанием неавтоматических фонариков, управляемых пультом ДУ игрушек, раций и электронных приспособлений со сбалансированным энергопотреблением.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея стала первым изобретенным аккумулятором, увидевшим свет и нашедшим широкое применение в автомобилях и ряде других технических приборов.

Свое название приспособление получило за счет опущенных в воду и серную кислоту пластин из свинца, выполняющих роль электродов, хотя с течением времени водород в устройстве начинает теряться.

Популярность такие приспособления получили неслучайно, а благодаря очевидным достоинствам:

• отсутствие эффекта памяти;
• наличие необслуживаемых экземпляров;
• невысокая цена;
• несложная конструкция;
• надежная технология;
• пониженный авторазряд;
• потенциал увеличенной токоотдачи.

Хотя, несмотря на немалое количество достоинств, даже у этих моделей есть и свои слабые стороны:

• невозможность хранения разряженными;
• чрезмерная чувствительность к температурным изменениям, влияющая на продолжительность функциональности и жизни;
• ограниченность транспортов и дозволяемых целых циклов разряда;
• и, разумеется, самый очевидный изъян — пагубное влияние свинца на экологическую среду.

Никелево-железные аналоги

Дешевые и малообслуживаемые Ni-Fe, они же никелево-железные батареи, обладают никель оксидо-гидроксидами, используемые как положительные пластины. В роли отрицательных пластин выступают оксиды-гидроксиды феррума. Жидкий электролит представляется в виде разъедающего калия.

Стоит признать, что данный тип батарей весьма надежен благодаря выносливости к тотальным разрядам, частой перезарядке. В отличие от той же свинцово-кислотной альтернативы, такие аккумуляторы не выйдут из строя, будучи в недозаряженном состоянии.

DoITPoMS — Батарейки библиотеки TLP

При выборе батареи необходимо учитывать следующие характеристики батареи:

1) Тип

См. Страницу первичных и вторичных батарей.

2) Напряжение

Теоретическое стандартное напряжение ячейки может быть определено из электрохимической серии с использованием значений E ^или :

E ^o (катодный) — E ^o (анодный) = E ^o (элементный)

Это стандартное теоретическое напряжение.Теоретическое напряжение ячейки модифицируется уравнением Нернста, которое учитывает нестандартное состояние реагирующего компонента. Нернтовский потенциал будет меняться со временем либо из-за использования, либо из-за саморазряда, с помощью которого изменяется активность (или концентрация) электроактивного компонента в ячейке. Таким образом, номинальное напряжение определяется химическим составом элемента в любой момент времени.

Фактическое создаваемое напряжение всегда будет ниже теоретического напряжения из-за поляризации и потерь сопротивления (падения IR) батареи и зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса элемента.Эти факторы зависят от кинетики электрода и, следовательно, меняются в зависимости от температуры, состояния заряда и возраста ячейки. Фактическое напряжение, появляющееся на клеммах, должно быть достаточным для предполагаемого применения.

Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 1,2 В для никель-кадмиевой батареи до 3,7 В для литий-ионной батареи.

На следующем графике показана разница между теоретическим и фактическим напряжениями для различных аккумуляторных систем:

3) Кривая расхода

Кривая разряда представляет собой график зависимости напряжения от разряженной емкости в процентах.Желательна плоская кривая разряда, поскольку это означает, что напряжение остается постоянным по мере разрядки аккумулятора.

4) Вместимость

Теоретическая емкость батареи — это количество электричества, участвующего в электрохимической реакции. Обозначается Q и определяется как:

$$ Q = xnF $$

где x = число молей реакции, n = число электронов, перенесенных на моль реакции, и F = постоянная Фарадея

Вместимость обычно выражается в массе, а не в количестве молей:

\ [Q = {{nF} \ over {{M_r}}} \]

, где M _r = молекулярная масса.Это дает емкость в единицах ампер-часов на грамм (Ач / г).

На практике полная емкость батареи никогда не может быть реализована, поскольку значительный вес составляют нереактивные компоненты, такие как связующие и проводящие частицы, сепараторы и электролиты, токосъемники и подложки, а также упаковка. Типичные значения варьируются от 0,26 Ач / г для Pb до 26,59 Ач / г для H ₂ .

5) Плотность энергии

Плотность энергии — это энергия, которая может быть получена равным единице объема веса клетки.

6) Удельная энергия

Удельная плотность энергии — это энергия, которая может быть получена на единицу веса ячейки (или иногда на единицу веса активного электродного материала). Это произведение удельной емкости и рабочего напряжения за один полный цикл разряда. Как ток, так и напряжение могут изменяться в течение цикла разряда, и, таким образом, полученная удельная энергия рассчитывается путем интегрирования произведения тока и напряжения во времени.Время разряда связано с максимальным и минимальным порогом напряжения и зависит от состояния доступности активных материалов и / или предотвращения необратимого состояния аккумуляторной батареи.

7) Удельная мощность

Плотность мощности — это мощность, которая может быть получена на единицу веса элемента (Вт / кг).

8) Температурная зависимость

Скорость реакции в ячейке будет зависеть от температуры в соответствии с теориями кинетики.Внутреннее сопротивление также зависит от температуры; низкие температуры дают более высокое внутреннее сопротивление. При очень низких температурах электролит может замерзнуть, что приведет к снижению напряжения, поскольку движение ионов затруднено. При очень высоких температурах химические вещества могут разлагаться, или может быть достаточно энергии, чтобы активировать нежелательные обратимые реакции, снижая емкость.
Скорость уменьшения напряжения с увеличением разряда также будет выше при более низких температурах, как и емкость — это показано на следующем графике:

9) Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи определяется как количество циклов зарядки / перезарядки, которое может выполнить аккумуляторная батарея, прежде чем ее емкость упадет до 80% от первоначальной.Обычно это от 500 до 1200 циклов.

Срок годности батареи — это время, в течение которого батарею можно хранить в неактивном состоянии, прежде чем ее емкость упадет до 80%. Снижение емкости со временем вызвано истощением активных материалов из-за нежелательных реакций внутри ячейки.

Батареи также могут быть подвержены преждевременному выходу из строя:

• Чрезмерная зарядка
  
• Перегрузка
  
• Короткое замыкание
  
• Потребляет больше тока, чем предусмотрено для производства
  
• Воздействие экстремальных температур
  
• Подвержены физическим ударам или вибрации
  

Задержка напряжения

Смерть батареи из-за старения

10) Физические требования

Это включает в себя геометрию ячейки, ее размер, вес и форму, а также расположение клемм.

11) Цикл зарядки / разрядки

Есть много аспектов цикла, которые требуют рассмотрения, например:

• Напряжение, необходимое для зарядки
  
• Время, необходимое для зарядки
  
• Наличие источника заряда
  
• Потенциальная угроза безопасности при зарядке / разрядке

12) Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи — это количество циклов разрядки / зарядки, которое она может пройти, прежде чем ее емкость упадет до 80%.

13) Стоимость

Сюда входит начальная стоимость самой батареи, а также стоимость зарядки и обслуживания батареи.

14) Возможность глубокого разряда

Существует логарифмическая зависимость между глубиной разряда и сроком службы батареи, таким образом, срок службы батареи может быть значительно увеличен, если она не полностью разряжена; Например, аккумулятор мобильного телефона прослужит в 5-6 раз дольше, если перед зарядкой он разрядится только на 80%.

Специальные аккумуляторы глубокого разряда доступны для приложений, где это может быть необходимо.

Никель-кадмиевые батареи

15) Требования к приложению

Батареи должно хватить для предполагаемого применения. Это означает, что он должен иметь возможность производить правильный ток с правильным напряжением. Он должен иметь достаточную емкость, энергию и мощность. Он также не должен слишком сильно превышать требования приложения, поскольку это может привести к ненужным расходам; он должен обеспечивать достаточную производительность при минимально возможной цене.

предыдущая | следующий

Информация об аккумуляторах Содержание, от базового до продвинутого

Поиск

• Поиск
• Узнайте о батареях
• О нас
• Купите батареи в портативном мире
• Свяжитесь с нами

Архивные статьи

Основные сведения, которые вы должны знать

• Введение

  BU-001: Обмен знаниями об аккумуляторах BU-002: Введение BU-003: Посвящение

• Ускоренный курс по аккумуляторам

  BU-101: Когда была изобретена батарея? BU-102: Первые новаторы BU-103: Мировые рынки аккумуляторов BU-103a: Прорыв в батареях: миф или факт? BU-104: Знакомство с батареей BU-104a: Сравнение батареи с другими источниками питания BU-104b: блоки для сборки батарей BU-104c: восьмиугольная батарея — что делает батарею батареей BU-105: Определения батарей и их значение БУ-106: Преимущества первичных батарей BU-106a: выбор первичных батарей BU-107: Сравнительная таблица вторичных батарей

Преимущества и ограничения различных типов батарей

Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, обладают очень высокой плотностью энергии, обеспечивают 1000 циклов заряда / разряда и тонкие как бумага.Они настоящие? Возможно — но не в одном аккумуляторе. Хотя один тип батарей может быть рассчитан на небольшой размер и длительную работу, этот аккумулятор не прослужит долго и преждевременно изнашивается. Другой аккумулятор может быть рассчитан на долгий срок службы, но его размер будет большим и громоздким. Третья батарея может обеспечить все желаемые характеристики, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и в ответ предлагают пакеты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений.Индустрия мобильных телефонов — пример умной адаптации. Акцент делается на небольшие размеры, высокую удельную энергию и невысокую цену. На втором месте — долголетие.

Надпись NiMH на батарейном блоке не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Призматический никель-металлогидридный аккумулятор для мобильного телефона, например, имеет тонкую форму. Такой пакет обеспечивает плотность энергии около 60 Втч / кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH аккумулятор обеспечивает плотность энергии 80 Втч / кг и выше.Тем не менее, количество циклов этой батареи от умеренного до низкого. Высокопрочные NiMH аккумуляторы, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в громоздкие цилиндрические элементы. Плотность энергии этих ячеек составляет скромные 70 Втч / кг.

Компромиссы существуют и в отношении литиевых батарей. Литий-ионные блоки производятся для оборонных приложений, плотность энергии которых намного превышает их коммерческий эквивалент. К сожалению, эти литий-ионные батареи сверхвысокой емкости считаются небезопасными в руках населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения серийного аккумулятора. Так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде, исключены. Мы тщательно изучаем батареи не только с точки зрения плотности энергии, но и с точки зрения долговечности, характеристик нагрузки, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов. Поскольку никель-кадмиевые батареи остаются стандартом, с которым сравниваются другие батареи, мы сравниваем альтернативные химические составы с этим классическим типом батарей.

Никель-кадмий (NiCd) — зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии. NiCd используется там, где важны долгий срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения — двусторонняя радиосвязь, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и не наносит вреда окружающей среде.

Никель-металлогидрид (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет сокращения срока службы.NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают мобильные телефоны и портативные компьютеры.

Свинцово-кислотный — наиболее экономичный для мощных систем, где вес не имеет значения. Свинцово-кислотные батареи являются предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем ИБП.

Lithium Ion (Li-ion) — самая быстрорастущая аккумуляторная система. Литий-ионный используется там, где первостепенное значение имеют высокая плотность энергии и легкий вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты.Приложения включают портативные компьютеры и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер (литий-ионный полимер) — предлагает атрибуты литий-ионного аккумулятора в ультратонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основное применение — мобильные телефоны.

На рисунке 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых систем аккумуляторных батарей с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к упражнениям и стоимости. Цифры основаны на средних номиналах имеющихся в продаже батарей на момент публикации.

Батареи — energypedia.info

Большая часть информации на этой вики-странице по батареям для солнечных систем взята с сайта: Polar Power Inc., за исключением параграфов, касающихся никель-железных батарей и их переработки, а также других параграфов.

Батареи накапливают электроэнергию, вырабатываемую модулями в солнечные периоды, и доставляют ее, когда модули не могут обеспечить питание.Обычно батареи разряжаются ночью или в пасмурную погоду. Но если в течение дня нагрузка превышает выходную мощность массива, батареи могут дополнять энергию, поставляемую модулями.

Интервал, который включает в себя один период зарядки и один период разрядки, описывается как «цикл». В идеале аккумуляторы заряжаются до 100% емкости во время фазы зарядки каждого цикла. Батареи не должны полностью разряжаться во время каждого цикла.

Ни один из компонентов фотоэлектрической системы не подвержен большему влиянию размера и использования нагрузки, чем аккумуляторные батареи.Если контроллер заряда не включен в систему, чрезмерно большие нагрузки или чрезмерное использование могут истощить заряд аккумуляторов до такой степени, что они будут повреждены и должны быть заменены. Если контроллер не прекращает перезарядку, аккумуляторы могут быть повреждены в периоды низкой или нулевой нагрузки или длительных периодов полного солнечного света.

По этим причинам размеры аккумуляторных систем должны соответствовать нагрузке. Кроме того, разные типы и марки батарей имеют разные «окна уставки напряжения». Это относится к диапазону напряжения, которое аккумулятор имеет между полностью разряженным и полностью заряженным состоянием.

В качестве примера, аккумулятор может иметь напряжение 14 вольт при полной зарядке и 11 вольт при полном разряде. Предположим, что нагрузка ниже 12 вольт не будет работать должным образом. Следовательно, будут случаи, когда эта батарея не может обеспечить достаточное напряжение для нагрузки. Окно напряжения батареи не соответствует диапазону нагрузки.

Выбор подходящей аккумуляторной технологии в соответствии с требованиями является важной частью проектирования системы.

Основные технические критерии выбора:

• напряжение
  
• емкость (ампер-час)
• Плотность энергии (Втч / кг или Втч / дм³)
• вес
• параметры заряда и разряда (количество циклов, глубина разряда)
  
• срок службы в годах
  
• требования к техническому обслуживанию
  

Кроме того, следует учитывать другие требования, которые могут отличаться в зависимости от региона проекта.

Ниже приведены некоторые дополнительные соображения. Как уже упоминалось, взвешивание зависит от типа установленной системы и различных конкретных факторов страны проекта (например, знания технологий, структуры обслуживания и т. Д.).

Требования к технологиям хранения ^[1] :

• Доступность
  
• Местное знание техники
  
• Сложность
• Долговечность
  
• Масштабируемость
• Утилизация, возможность вторичной переработки, другие экологические аспекты
  
• Безопасность, воздействие на здоровье
• Затраты
• Уязвимость
  
• Организация
• Технологичность
• Техническое обслуживание
  

Радиолокационная диаграмма (или паутина) может помочь визуализировать эти конкретные требования.

Работоспособность аккумуляторных батарей описывается двумя способами:

1. ампер-час
2. глубина зацикливания

Ампер-час Производительность

Первый метод, количество ампер-часов, которое может дать батарея, — это просто количество ампер тока, которое она может разрядить, умноженное на количество часов, в течение которых она может отдавать этот ток.

Разработчики систем используют характеристики в ампер-часах, чтобы определить, как долго система будет работать без значительного количества солнечного света для подзарядки батарей.Эта мера «дней автономности» является важной частью процедур проектирования.

Теоретически батарея на 200 ампер-час должна обеспечивать либо 200 ампер в течение одного часа, 50 ампер в течение 4 часов, 4 ампер в течение 50 часов или один ампер в течение 200 часов.

На самом деле это не так, поскольку некоторые батареи, например автомобильные, рассчитаны на короткие периоды быстрой разрядки без повреждений. Однако они не рассчитаны на длительные периоды низкого расхода. Вот почему автомобильные аккумуляторы не подходят и не должны использоваться в фотоэлектрических системах.

Батареи других типов рассчитаны на очень низкую скорость разряда в течение продолжительных периодов времени. Они подходят для фотоэлектрических приложений. Различные типы описаны позже.

Скорость зарядки и разрядки

Если аккумулятор заряжается или разряжается со скоростью, отличной от указанной (Другой ток), доступная емкость в ампер-часах будет увеличиваться или уменьшаться. Как правило, если аккумулятор разряжается медленнее, его емкость, вероятно, будет немного выше.Более высокие скорости обычно уменьшают доступную емкость.

Скорость заряда или разряда называется скоростью C.

C rate — это значение, которое описывает ток, необходимый для полной разрядки батареи (DOD 100%).

C можно рассчитать по следующей формуле

C rate = 1 / (время в часах до полной разрядки аккумулятора).

Следовательно: Переход от полностью заряженного аккумулятора к полностью разряженному с использованием различных значений C означает: 1 C = 1 час 2 C = 0.5 часов 0,1C = 10 часов

Для силовых приложений (например, автомобильных аккумуляторов) желательна большая скорость C, тогда как для энергетических приложений (SHS) предпочтительна небольшая C-скорость.

Температура

Еще одним фактором, влияющим на емкость в ампер-часах, является температура батареи и окружающей среды. Батареи рассчитаны на работу при температуре 80 ° F (26,7 ° C). Более низкие температуры значительно снижают емкость в ампер-часах. Более высокие температуры приводят к немного большей емкости, но это увеличивает потерю воды и сокращает количество циклов срока службы батареи.

Глубина разряда (DOD)

Второе описание производительности — это глубина разряда. Это описывает, какая часть общей емкости батареи в ампер-часах используется во время цикла зарядки-перезарядки.

В качестве примера, батареи «мелкого цикла» предназначены для разряда от 10% до 25% своей общей емкости в ампер-часах в течение каждого цикла. Напротив, большинство аккумуляторов «глубокого цикла», разработанных для фотоэлектрических систем, рассчитаны на разряд до 80% своей емкости без повреждений.Производители никель-кадмиевых батарей глубокого разряда заявляют, что их продукция может быть полностью разряжена без повреждений.

Глубина разряда влияет даже на аккумуляторы глубокого разряда. Чем глубже разряд, тем меньшее количество циклов зарядки продержится аккумулятор. На них также влияет скорость разряда и их температура.

Для свинцово-кислотных батарей производитель обычно указывает, что батарея может работать определенное количество циклов. Эти циклы обычно относятся к циклам 100% DOD.В литературе принято считать, что батарея, которая разряжается только до 30% DOD за цикл, работает в три раза больше, чем указано производителем.

Батареи можно разделить на 2 категории.

Первичные батареи

Это неперезаряжаемые батареи, это означает, что внутренняя реакция происходит только в одном направлении, поэтому срок службы батареи заканчивается после одного цикла. Преимущество этого типа батарей в том, что они имеют высокую плотность энергии.Угольно-цинковые батареи и щелочные батареи являются наиболее распространенными типами.

Вторичные батареи

Это перезаряжаемые батареи, их можно использовать в течение многих циклов, потому что внутреннюю химическую реакцию можно обратить вспять, приложив к ним электрический ток. Примеры этого типа: NiCd, Свинцово-кислотный, Li-ion.

В таблице «Аккумуляторные технологии — обзор» показаны (см. Ниже) технологии, доступные в настоящее время на рынке. Он во многом основан на результатах последнего исследования InterSolar Munich 2017 и проведенных исследованиях производителей.Содержание таблицы, выделенное жирным шрифтом, выделяет особые характеристики. Как указано выше и показано в подразделах ниже, существуют различные подкатегории для аккумуляторных технологий, в основном в зависимости от различного материала, используемого для анода или катода. Это не относится к «литиево-свинцовому гибриду». В этой конкретной технологии хранения используются литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы в одной системе и используются оба преимущества.

^[2]

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные — это самый старый тип аккумуляторных батарей.Напряжение элемента составляет 2,1 В, а главное преимущество по сравнению с его предшественником, никель-кадмиевым аккумулятором, заключается в том, что в нем отсутствует эффект памяти (потеря емкости из-за неполного цикла зарядки).

Свинцово-кислотные соединения хорошо работают при езде на велосипеде, если используются соответствующие пределы напряжения. С одной стороны, чрезмерная разрядка (очень низкое напряжение) вызывает необратимые химические изменения в батарее, а с другой стороны, чрезмерная зарядка (высокое напряжение выше 2,40 В / элемент) обеспечивает хорошие характеристики батареи, но вызывает коррозию на положительной пластине.

Процессами старения, сокращающими срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов, являются: сульфатация, сеточная коррозия положительного электрода, расслоение кислоты.

Кислотное расслоение: Когда жидкий электролит страдает расслоением, это приводит к потере емкости из-за осаждения активного материала на дне. Это можно уменьшить, перезарядив аккумулятор, чтобы улучшить внутреннее перемешивание электролита.

Преимущества : Недорогой (низкая начальная стоимость, но требуется постоянное обслуживание), низкий саморазряд и это зрелая технология.

Ограничения Сульфатация и расслоение кислот. Для некоторых типов требуется постоянное обслуживание (пополнение водой), низкая удельная энергия (хорошая производительность для стационарных применений), цена доступности свинца и воздействие на окружающую среду, а также плохая производительность при низких температурах.

Запуск, освещение и зажигание SLI) Аккумуляторы

Батареи для запуска, освещения и зажигания (SLI) — это тип свинцово-кислотных аккумуляторов, предназначенный в первую очередь для работы в неглубоких циклах, наиболее часто используемых для питания автомобильных стартеров.Эти батареи имеют несколько тонких положительных и отрицательных пластин на элемент, предназначенных для увеличения общей активной поверхности пластин. Большое количество пластин на элемент позволяет аккумулятору обеспечивать высокие токи разряда в течение коротких периодов времени. Хотя они не предназначены для длительного срока службы в условиях глубокого цикла, батареи SLI иногда используются для фотоэлектрических систем в развивающихся странах, где они являются единственным типом аккумуляторов местного производства. Хотя это не рекомендуется для большинства фотоэлектрических приложений, батареи SLI могут обеспечить до двух лет полезной службы в небольших автономных фотоэлектрических системах, где средняя суточная глубина разряда ограничена 10-20%, а максимально допустимая глубина разряда ограничена. до 40-60% ^[3] .

Свинцово-кислотные батареи с вентиляцией

Хотя автомобильные аккумуляторы не подходят для фотоэлектрических применений, свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого цикла, аналогичные автомобильным, называются аккумуляторами морского типа и используются чаще.

Эти батареи — настоящие блоки глубокого разряда. Они могут быть разряжены на 80%, хотя меньшая глубина разряда приведет к большему количеству циклов зарядки и, следовательно, более длительному сроку службы батареи.

Внутренняя конструкция

Эти батареи состоят из свинцовых пластин в растворе серной кислоты.Пластины представляют собой решетку из свинцового сплава с высушенной на решетке пастой из оксида свинца. Водный раствор серной кислоты обычно называют «электролитом».

Материал решетки — сплав свинца, поскольку чистый свинец является физически слабым материалом. Чистый свинец может сломаться во время транспортировки и обслуживания, связанных с перемещением аккумулятора.

Свинцовый сплав обычно представляет собой свинец с 2-6% сурьмы. Чем ниже содержание сурьмы, тем менее устойчив к зарядке аккумулятор. Меньшее количество сурьмы также снижает образование водорода и кислорода во время зарядки, тем самым снижая потребление воды.С другой стороны, большее количество сурьмы позволяет производить более глубокую разгрузку без повреждения пластин. Это, в свою очередь, означает более длительный срок службы батареи. Свинцово-сурьмяные батареи относятся к типу глубокого разряда.

Кадмий и стронций используются вместо сурьмы для усиления сетки. Они обладают теми же преимуществами и недостатками, что и сурьма, но также уменьшают саморазряд батареи, когда она не используется.

Кальций также укрепляет сетку и снижает саморазряд.Однако кальций снижает рекомендуемую глубину разряда не более чем до 25%. Следовательно, свинцово-кальциевые батареи относятся к типам с малым циклом.

И положительная, и отрицательная пластины погружаются в раствор серной кислоты и подвергаются «формирующему» заряду со стороны производителя. Направление этого заряда заставляет пасту на положительных пластинах сетки превращаться в диоксид свинца. Паста отрицательных пластин превращается в «губчатый» свинец. Оба материала очень пористые, что позволяет раствору серной кислоты беспрепятственно проникать в пластины.

Пластины в батарее чередуются с разделителями между пластинами. Сепараторы изготовлены из пористого материала, позволяющего течь электролиту. Они не электропроводны. Типичные материалы включают смеси диоксида кремния и пластмасс или резины. (Первоначально распорки делались из тонких листов кедра.)

Разделители — это отдельные листы или «конверты». Конверты представляют собой открытые вверху рукава, которые надеваются только на положительные пластины.

Группа отрицательных и положительных пластин с разделителями составляет «элемент».Элемент в емкости, погруженной в электролит, составляет «элемент» батареи.

Пластины большего размера или большее их количество увеличивают емкость батареи в ампер-часах. Более толстые пластины или меньшее количество пластин на элемент позволят увеличить количество циклов и увеличить срок службы батареи.

Независимо от размера пластин, элемент выдает только номинальное напряжение 2 В. Следовательно, батарея обычно состоит из нескольких ячеек, соединенных последовательно, внутри или снаружи, для увеличения напряжения, которое может выдавать вся батарея.

Вот почему батарея на шесть вольт имеет три элемента, а батареи на 12 вольт — шесть. Некоторые батареи, используемые в фотоэлектрических системах, имеют только одну ячейку, что позволяет пользователю иметь любое количество вольт в системе батарей, если оно кратно двум.

Клеммы

Внутренние перемычки, обеспечивающие эти внутренние соединения, подведены к верхней части батареи и подключены к внешним клеммам. Самый известный терминал — это тип конической вершины.Конус позволяет использовать кабельные зажимы самых разных размеров. Положительный вывод немного больше отрицательного, чтобы уменьшить вероятность случайного переключения кабелей. Другие типы клемм, которые чаще всего используются в фотоэлектрических батареях, включают клеммы «L», клеммы с барашковой гайкой и «универсальные» клеммы. Тип используемого терминала может зависеть от количества и типа соединений между батареями и балансом системы.

Соединения можно выполнять с помощью коротких кабелей, # 2 AWG или больше.Кабели заканчиваются соответствующими клеммами. Они также могут изготавливаться с шинами, изготовленными специально для этой цели производителем батарей.

Вентиляция

Элементы вентилируемой свинцово-кислотной батареи вентилируются, чтобы обеспечить выход водорода и кислорода во время зарядки и обеспечить отверстие для добавления воды, теряемой во время производства газа.

Хотя открытые крышки являются наиболее распространенными, они могут быть пламегасителями, которые предотвращают проникновение пламени извне батареи в элемент.

Также доступны колпачки «рекомбинантного» типа. Они содержат катализатор, который заставляет газообразные водород и кислород рекомбинировать в воду, что значительно снижает потребность батареи в воде.

Состояние заряда, удельный вес и напряжение

Процентное содержание кислоты в электролите измеряется «удельным весом» жидкости. Это измеряет, сколько весит электролит по сравнению с равным количеством воды. Удельный вес измеряется ареометром.

Чем выше степень заряда, тем выше удельный вес электролита. Напряжение каждой ячейки и, следовательно, всей батареи также выше.Измерение удельного веса во время разряда аккумулятора будет хорошим индикатором состояния заряда. Во время зарядки залитой батареи удельный вес будет отставать от состояния заряда, потому что полное смешивание электролита не происходит до тех пор, пока газовыделение не начнется ближе к концу заряда. Из-за неопределенности уровня смешивания электролита это измерение на полностью заряженной батарее является лучшим индикатором исправности элемента. Следовательно, это не следует рассматривать как абсолютное измерение емкости, и его следует комбинировать с другими методами.

Точка замерзания

Поскольку в свинцово-кислотных аккумуляторах используется электролит, частично состоящий из воды, они могут замерзнуть. Однако серная кислота в батарее действует как антифриз. Чем выше процентное содержание кислоты в воде, тем ниже температура замерзания. Однако даже полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор может замерзнуть при очень низкой температуре.

При 50% -ном заряде типичный свинцово-кислотный аккумулятор замерзает около -10 ° F (-23,3 ° C). Обратите внимание, что по мере снижения уровня заряда уменьшается и удельный вес. Кислота становится все слабее и слабее, все светлее и легче, пока она не станет лишь немного плотнее воды.

ТАБЛИЦА 2-3:
Состояния заряда, удельный вес, напряжения и точки замерзания для типичных свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла:

Зарядные характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов меняются в зависимости от температуры электролита.Чем холоднее аккумулятор, тем ниже скорость заряда. Более высокие температуры позволяют увеличить скорость зарядки.

Если аккумулятор будет использоваться в климате, который будет постоянно очень жарким или холодным, с минимальными колебаниями температуры, было бы разумно отрегулировать удельную плотность электролита в соответствии с температурой. Это поможет продлить срок службы и повысить производительность аккумулятора в таких экстремальных условиях. Эту настройку следует производить у производителя батареи или под его контролем.

Например, типичный свинцово-кислотный аккумулятор, который заряжен наполовину, будет принимать только два ампера при 0 ° F (-17,8 ° C). При температуре 80 ° F (26,7 ° C) он будет принимать более 25 ампер. Вот почему большинство контроллеров заряда, оснащенных температурной компенсацией, изменяют свои настройки напряжения в зависимости от температуры. Некоторые из них измеряют температуру батареи и соответственно регулируют скорость зарядки (ток).

Последней характеристикой свинцово-кислотных аккумуляторов является их довольно высокая скорость саморазряда. Когда они не используются, они могут терять от 5% в месяц до 1% в день своей мощности, в зависимости от температуры и химического состава элементов.Чем выше температура, тем быстрее происходит саморазряд.

Герметичные заливные (влажные) свинцово-кислотные батареи

Как описано ранее, использование меньшего количества сурьмы или использование кальция , кадмия или стронция вместо сурьмы приводит к меньшему выделению газов и меньшему потреблению воды. Однако эти батареи не должны разряжаться более чем на 15-25%, иначе срок службы батареи значительно сократится.

Саморазряд менее важен для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, поскольку эти аккумуляторы обычно представляют собой гибридные свинцово-кальциевые или свинцово-кальциевые / сурьмяные аккумуляторы.Саморазряд можно свести к минимуму, храня аккумуляторы в прохладных местах при температуре 5-15 ° C.

Скорость потери воды может быть настолько низкой, что вентиляционные пробки каждой ячейки могут быть почти или полностью закрыты. В большинстве этих аккумуляторов по-прежнему выделяется газообразный водород. Следовательно, по-прежнему требуется система вентиляции, но обычно это система с регулируемым клапаном давления.

Температурный диапазон герметичных батарей примерно такой же, как и у негерметичных. Так как удельный вес нельзя измерить ареометром, многие герметичные батареи имеют встроенный ареометр.

Встроенный ареометр — это плавающий поплавок в электролите. Если удельный вес достаточно высок, поплавок упирается в окно в верхней части батареи. Если поплавок виден в окошке, аккумулятор почти полностью заряжен. В фотоэлектрических системах иногда этот поплавок застревает, и следует слегка постучать по батарее, чтобы гарантировать свободное движение ареометра.

Если аккумулятор заряжен не полностью, поплавок утонет, и его нельзя будет увидеть в окне.

Зарядные характеристики герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов также меняются в зависимости от температуры электролита.Контроллеры заряда, используемые в этих батареях, должны включать температурную компенсацию для температур батареи ниже 70 ° F (21,1 ° C).

Батареи с невыпадающим электролитом

Батареи с гелевым (гелевым) или абсорбированным стекломатом (AGM) электролитом поставляются полностью герметичными. Эти батареи иногда называют «батареями с регулируемым клапаном». Некоторые из новых аккумуляторов имеют встроенные каталитические рекомбинаторы, которые помогают снизить потери воды.Все герметичные батареи будут вентилироваться, если они будут чрезмерно заряжены до точки чрезмерного выделения газа, чтобы предотвратить чрезмерное давление в корпусе батареи. Этот электролит теряется навсегда, и срок службы аккумулятора может сократиться. Эта проблема может быть уменьшена или устранена путем правильной зарядки аккумулятора в соответствии с рекомендациями производителя и использования температурной компенсации в контроллере заряда.

Этот тип батареи обычно представляет собой свинцово-кальциевый или гибридный свинцово-кальциево-сурьмянистый .Поскольку электролит удерживается, нет необходимости заряжать аккумулятор достаточно высоко, чтобы электролит загазовал. Аккумулятор можно использовать в любом положении, даже в перевернутом. Поскольку электролит не уходит с пластин, аккумулятор по-прежнему работает на полную мощность. Следует проконсультироваться с производителем относительно правильного регулируемого напряжения для конкретной батареи. Эти батареи обычно представляют собой батареи мелкого цикла. Разряд этих батарей более чем на 20% значительно сократит срок их службы.

Эти батареи показали некоторые температурные ограничения, обычно следует избегать диапазонов от -20 до +50 градусов C. Скорость саморазряда очень низкая, сравнима со свинцово-кальциевыми батареями или лучше.

Никель-кадмиевые (Ni-Cad) батареи

имеют физическую структуру, аналогичную свинцово-кислотным батареям. Вместо свинцовых пластин они используют гидроксид никеля для положительных пластин и оксид кадмия для отрицательных пластин. Электролит — гидроксид калия.

Напряжение элемента типичной никель-кадмиевой батареи составляет 1,2 вольт, а не два вольта на элемент свинцовой батареи.

Никель-кадмиевые батареи выдерживают замораживание и оттаивание без какого-либо влияния на производительность. Высокие температуры оказывают меньшее влияние, чем на свинцово-кислотные батареи. Ставки саморазряда колеблются от 3-6% в месяц.

Никель-кадмиевые аккумуляторы меньше подвержены перезарядке. Их можно полностью разрядить без повреждений. Они не подвергаются сульфатированию.Их способность принимать зарядку не зависит от температуры.

Хотя начальная стоимость никель-кадмиевых аккумуляторов выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, их более низкие затраты на обслуживание и более длительный срок службы делают их логичным выбором для многих фотоэлектрических установок. Это особенно верно, если система находится в удаленном или опасном месте.

Поскольку обслуживание аккумуляторов является основной частью обслуживания всех фотоэлектрических систем, можно добиться значительного сокращения времени и затрат на обслуживание.

Однако никель-кадмиевые батареи не могут быть протестированы так же точно, как «мокрые» свинцово-кислотные батареи. Если необходим контроль состояния заряда, никель-кадмиевый аккумулятор может быть не лучшим выбором.

Кадмий считается опасным материалом. Обычно он считается более ядовитым, чем свинец, и для никель-кадмиевых аккумуляторов меньше возможностей по переработке, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Никель-железные батареи

Никель-железная батарея (батарея NiFe) представляет собой аккумуляторную батарею с катодом из оксида-гидроксида никеля (III) и железным анодом с электролитом из гидроксида калия (или иногда из смеси гидроксида калия и гидроксида лития).Активные материалы содержатся в стальных никелированных трубках или перфорированных карманах. Номинальное напряжение ячейки 1,2 В. Это очень прочная батарея, не требующая особого обслуживания, она устойчива к электрическим и механическим воздействиям (перезаряд, чрезмерная разрядка, короткое замыкание и тепловые удары) и может иметь очень долгий срок службы даже при таком обращении. Он часто используется в ситуациях резервного копирования и все чаще в автономных решениях, где он может использоваться непрерывно и может прослужить более 20 лет. ¹ Он также обладает высокой термостойкостью с рабочим диапазоном от -40 до +60 градусов Цельсия.Еще одно преимущество NiFe-батарей заключается в том, что их легко восстановить. Если в какой-либо момент они не удерживают достаточный заряд, то можно восстановить их емкость, увеличив выравнивание до 1,75 В на элемент и выравнивая в течение 24 часов (следует выполнять каждые 5-10 лет). ²

Одно из основных различий между никель-железными и никель-кадмиевыми батареями — это скорость разряда. Никель-железные батареи не могут обеспечивать чрезвычайно высокие токи, которые могут обеспечить никель-кадмиевые батареи, поэтому при использовании больших нагрузок необходимо использовать аккумуляторную батарею большей емкости.С другой стороны, NiFe-батареи не страдают от эффекта памяти, который сказывается на Ni-Cad-батареях.

Обратной стороной является то, что NiFe-аккумуляторы имеют низкую удельную энергию (19-25 Втч / кг и, следовательно, большие и тяжелые), плохое удержание заряда (уровень саморазряда составляет 20-30% в месяц) и высокую стоимость производства. Поэтому использование никель-железных батарей не очень распространено. Они труднодоступны и дороги по сравнению с другими батареями, но с низкой стоимостью киловатт-часа, уменьшающей количество циклов и длительным сроком службы. ³

Одним из наиболее интересных аспектов никель-железных батарей является то, что они сделаны без токсичного свинца или кадмия, что решает будущую проблему утилизации.

Ссылки:

¹ https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–iron_battery 

² http://www.bimblesolar.com/batteries/nifebatteries

³ http://www.bimblesolar.com/battery-comparison

Литий-ионные батареи

Используется в сотовых телефонах и бытовой электротехнике.Представляет собой вторичный аккумулятор с номинальным напряжением отдельного литий-ионного элемента 3,2 В и 3,8 В. Основными преимуществами литий-ионных аккумуляторов являются:

2. Без эффекта памяти

3. Высокая эффективность (около 100%)

4. Длительный срок службы (> 3000 циклов при глубине разряда 80%)

5. Не требует обслуживания

Главный минус — дороговизна.