Характеристика акб: Характеристики автомобильного аккумулятора

Электрические характеристики аккумуляторных батарей | Аккумуляторные батареи

Подробности

Категория: Оборудование

• эксплуатация
• ремонт
• хранение энергии

Содержание материала

• Аккумуляторные батареи
• Электрические характеристики аккумуляторных батарей
• Принцип действия аккумулятора
• Свинцово-кислотные аккумуляторы
• Пластины аккумуляторов
• Сепараторы для свинцово-кислотных аккумуляторов
• Сосуды для свинцово-кислотных аккумуляторов
• Сборка для свинцово-кислотных аккумуляторов
• Железо–никелевые аккумуляторы
• Никель-кадмиевые аккумуляторы
• Серебряно-цинковые аккумуляторы
• Электролит для свинцовых аккумуляторов
• Свойства щелочных электролитов
• Приготовление электролита
• Источники повреждений аккумуляторных батарей
• Заряд аккумуляторных батарей
• Зарядные устройства
• Ремонт аккумуляторных батарей
• Оборудование мастерской по ремонту аккумуляторных батарей
• Ремонт
• Сборка аккумуляторных батарей
• Охрана труда и техника безопасности
• Особенности эксплуатации аккумуляторных батарей на электростанциях и подстанциях
• Основные сведения по монтажу
• Порядок эксплуатации аккумуляторных батарей
• Техническое обслуживание аккумуляторных батарей

Страница 2 из 26

1. 3. Основные электрические характеристики аккумуляторных батарей

Электродвижущая сила и напряжение. Электродвижущей силой (ЭДС) называется разность потенциалов положительного и отрицательного электродов аккумулятора при разомкнутой внешней цепи.
Величина ЭДС зависит, главным образом, от электродных потенциалов, т. е. от физических и химических свойств веществ, из которых изготовлены пластины и электролит, но не зависит от размеров пластин аккумулятора.
ЭДС кислотного аккумулятора зависит также от плотности электролита. Теоретически и практически установлено, что ЭДС аккумулятора с достаточной для практики точностью можно определить по формуле

Е=0,85 + g,
где g– плотность электролита при 15°С, г/см³.
Для кислотных стартерных аккумуляторов, в которых плотность электролита колеблется в пределах от 1,12 до 1,29 г/см³,  ЭДС изменяется соответственно от 1,97 до 2,14 В.
Измерить ЭДС с абсолютной точностью почти невозможно. Однако для практических целей ЭДС приблизительно и достаточно точно можно измерить вольтметром, имеющим высокое внутреннее сопротивление (не менее 1000 Ом на 1 В). При этом через вольтметр будет проходить ток незначительной величины.
Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов положительных и отрицательных пластин при замкнутой внешней цепи, в которую включен какой-либо потребитель тока, т. е. при прохождении тока через аккумулятор. При этом показания вольтметра при измерении напряжения всегда будут меньше, чем при замере ЭДС, и эта разность будет тем больше, чем больший ток проходит через аккумулятор.
ЭДС и напряжение зависят от ряда факторов. ЭДС изменяется от плотности и температуры электролита. Напряжение в свою очередь зависит от ЭДС, величины разрядного тока (нагрузки) и внутреннего сопротивления аккумулятора.
Зависимость ЭДС аккумулятора от плотности электролита (концентрации раствора Н2SО4) приведена ниже:

Плотность электролита при 25°С,
г/см³. …………………………….. 1,05        1,10        1,15        1,20        1,25        1,28        1,30
Н2SО4, %……………………….. 7,44       14,72      21,68      27,68       33,8        37,4        39,7
ЭДС аккумулятора, в………. 1,906      1,960      2,005      2,048      2,095      2,125      2,144

Из этой зависимости видно, что с увеличением концентрации серной кислоты ЭДС также увеличивается. Отсюда, однако, не следует, что для получения большей ЭДС можно чрезмерно увеличивать плотность электролита. Установлено, что стартерные аккумуляторные батареи достаточно хорошо работают тогда, когда плотность электролита в них составляет 1,27 – 1,29 г/см³.Кроме того, электролит плотностью 1,29 г/см³имеет самую низкую точку замерзания.
При изменении температуры электролита ЭДС аккумулятора также меняется. Так, с изменением температуры электролита от +20°С до -40°С ЭДС аккумулятора снижается с 2,12 до 2,096 в. В значительно большей степени с изменением температуры электролита меняется напряжение, так как оно зависит не только от ЭДС, но и от внутреннего сопротивления аккумулятора, которое с понижением температуры значительно возрастает.
Между ЭДС, напряжением, внутренним сопротивлением и величиной разрядного тока существует следующая зависимость:
U=Е-Ir,
где U – напряжение;
Е – э. д. с. аккумулятора;
I – величина разрядного тока;
r – внутреннее сопротивление аккумулятора.
Из этой формулы видно, что при постоянном значении ЭДС, измеряемой при разомкнутой цепи, напряжение аккумулятора падает по мере увеличения отдаваемого в процессе разряда тока.
Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление аккумулятора сравнительно мало, но в тех случаях, когда аккумуляторная батарея разряжается силой тока большой величины, например, при пуске двигателя стартером, внутреннее сопротивление каждого аккумулятора имеет очень существенное значение.
Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления электролита, сепараторов и пластин. Главной составляющей является сопротивление электролита, которое изменяется с изменением температуры и концентрации серной кислоты.
Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см³ от температуры показана ниже:

Температура, °С                            Удельное   сопротивление электролита Ом·см
+ 40                                                                             0,89
+ 25                                                                             1,28
+ 18                                                                             1,46
0                                                                             1,92
–  18                                                                            2,39
Как видно из приведенных данных, с понижением температуры электролита от +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза. Наименьшее значение удельного сопротивления имеет электролит плотностью 1,223 г/см

3при 15°С (30%-ный раствор Н2SО4 по весу).
Вторым составляющим сопротивления в аккумуляторе является сопротивление сепараторов. Оно зависит в основном от их пористости. Сепараторы изготавливают из электроизолирующего материала, поры которого заполнены электролитом, что и обусловливает электропроводимость сепаратора.
В связи с этим можно было бы предположить, что с изменением температуры сопротивление сепаратора будет изменяться в той же пропорции, что и сопротивление электролита, но это не совсем так. Некоторые виды сепараторов, например, сепараторы из микропористого эбонита (мипора) не чувствительны к изменению температуры.
Третьим фактором, входящим в общую сумму внутреннего сопротивления элемента, служит активная масса и решетки положительных и отрицательных пластин.
Сопротивление губчатого свинца отрицательной пластины незначительно отличается от сопротивления материала решетки, в то время как сопротивление перекиси свинца положительной пластины превышает сопротивление решетки в 10000 раз. В отличие от сопротивления электролита сопротивление решетки уменьшается с понижением температуры. Но ввиду того, что сопротивление электролита во много раз больше сопротивления пластин, то уменьшение их сопротивления с понижением температуры весьма незначительно компенсирует общее снижение сопротивления электролита.
На сопротивление пластин влияет степень заряженноcти аккумуляторной батареи. В процессе разряда сопротивление пластин возрастает, так как сернокислый свинец, образующийся на положительных и отрицательных пластинах, почти не проводит электрический ток.
По сравнению с другими типами аккумуляторов кислотные аккумуляторы имеют сравнительно малое внутреннее сопротивление, что и определяет их широкое применение в качестве стартерных батарей на автомобильном транспорте.
Емкость. Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле
C=Iptp,
где С – емкость, а·ч;
Ip – сила разрядного тока, а;
tp – время разряда, ч.
Величина емкости аккумуляторной батареи в основном определяется следующими факторами: режимом разряда (величиной разрядного тока), концентрацией электролита и температурой. Аккумуляторы при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока).
Снижение емкости при форсированных режимах разряда происходит по следующим причинам.
В процессе разряда превращение активной массы пластин сернокислый свинец происходит не только на поверхности пластин, но и внутри них. Если разряд осуществляют током небольшой силы и медленно, то электролит успевает проникать в глубокие слои активной массы, а вода, образующаяся в результате реакции в порах, успевает смешаться с основной массой электролита. При форсированных режимах разряда концентрация серной кислоты в электролите внутри пластин значительно снижается, свежий электролит не успевает проникнуть в глубь активной массы, реакция идет в основном на поверхности пластин, так как поры закупориваются и внутрилежащие слои активной массы почти не принимают участия в реакции. При этом в результате значительного увеличения внутреннего сопротивления аккумулятора напряжение на его зажимах резко падает.
Однако после того как аккумулятор будет разряжен при форсированном режиме, после небольшого перерыва его снова можно разряжать. Это служит наглядным подтверждением того, что снижение емкости в аккумуляторе при разряде большой величиной силы тока происходит в результате неполного использования активной массы пластин.
Кроме величины разрядного тока, на емкость аккумулятора значительно влияет концентрация электролита, которая определяет потенциал пластин, электрическое сопротивление электролита и его вязкость, влияющую в свою очередь на способность проникания электролита в глубокие слои активной массы пластин.
В процессе разряда плотность электролита уменьшается и в конце разряда к активной массе пластин поступает недостаточное количество кислоты, в результате чего напряжение аккумулятора падает и дальнейший его разряд становится невозможным. Чем больше разница между концентрациями электролита, находящегося вне пластин, и электролита, находящегося в порах активной массы, тем интенсивнее происходит процесс проникновения кислоты в поры пластин. В этом отношении применение электролита с большей плотностью, казалось бы, должно увеличить емкость. Но в действительности чрезмерно большая плотность не ведет к увеличению емкости, так как увеличение плотности электролита неизбежно приводит к повышению вязкости электролита, в результате чего процесс проникновения электролита в глубину активной массы пластин ухудшается, и напряжение на зажимах аккумулятора падает.
Установлено, что наибольшую емкость имеет аккумуляторная батарея с плотностью электролита 1,27 – 1,29 г/см³.
Емкость аккумуляторной батареи зависит также от температуры. С понижением температуры емкость снижается, а с повышением увеличивается. Это объясняется тем, что с понижением температуры увеличивается вязкость электролита, в результате чего он поступает к пластинам в недостаточном количестве.
Значения вязкости электролита плотностью 1,223 г/см³ в зависимости от температуры приведены ниже:
Температура, °С………… +30        +25        +20        +10          0          – 10       – 20       – 30
Абсолютная вязкость,
пз(пуаз)………………….. 1,596     1,784     2,006    2,600    3,520    4,950   7,490    12,200
Емкость положительных и отрицательных пластин с изменением температур изменяется не в одинаковой степени. Если при обычной температуре емкость элемента лимитируется положительными пластинами, то при низких температурах – отрицательными, так как при понижении температуры емкость отрицательной пластины уменьшается в значительно большей степени, чем положительной.
В последнее время емкость аккумуляторных батарей при низких температурах удалось значительно повысить за счет применения более тонких синтетических сепараторов с высокой пористостью (до 80%) и присадок, так называемых расширителей, к активной массе отрицательных пластин, которые придают ей большую пористость.
Помимо режима разряда, концентрации электролита и температуры емкость аккумуляторной батареи зависит от срока ее службы, от срока хранения, в течение которого батарея бездействовала, от наличия вредных примесей и т. д. Емкость новой аккумуляторной батареи, поступающей в эксплуатацию, первое время (в течение гарантийного срока службы) повышается, так как происходит формирование пластин, после чего на протяжении определенного периода остается постоянной и затем начинает постепенно падать. Потеря емкости аккумуляторной батареей в конце срока службы объясняется уменьшением пористости отрицательных пластин и выпадением активной массы положительных пластин.
Если заряженная батарея продолжительное время бездействовала, то при ее разряде отданная емкость будет значительно меньше. Это объясняется естественным явлением саморазряда при бездействии батареи.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

org/BreadcrumbList»>
• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Оборудование
• Электрические аппараты и оборудование выше 1000В

Еще по теме:

• Предремонтные испытания электрических машин
• Взрывозащищенная контрольно-измерительная и аппаратура автоматики
• Ремонт электрооборудования на судах
• Интеграция системы передачи и хранения ремонтных заявок с системой их режимной проработки
• Строительство, реконструкция и ремонт дымовых труб

Типы автомобильных аккумуляторов и их характеристики

работаем 24/7 | круглосуточно и без выходных

БлогТипы автомобильных аккумуляторов и их характеристики

Аккумулятор

12569

22 мин

Пусковой ток установленной в машине АКБ помогает завести силовой агрегат, её энергоёмкость обеспечит электропитанием локальных потребителей бортовой сети до момента пуска двигателя.

Конструкция аккумулятора заключена в прочный пластиковый корпус, на верхней стороне которого находятся поляризованные токопроводящие контакты. Внутреннее пространство заполнено шестью банками с электролитом, соединёнными последовательно. В качестве электролита применяется гель или кислотная жидкость. Вид заполнения зависит от технологии производства. Электроды сделаны из различного типа свинцовых сплавов.

Источники электроснабжения автомобильной сети выполняются по следующим технологиям:

• кальциевой;
• сурьмянистой;
• малосурьмянистой;
• гибридной;
• гелевой;
• AGM;
• EFB;
• щелочной.

Типы аккумуляторов, их различие

Кальциевые

Во время производства АКБ решётка покрывается кальцием, о чём говорит сокращённое название данной технологии Ca/Ca.

Плюсы:

• отсутствие переразряда;
• дистиллят не выкипает;
• улучшенные энергоёмкость, ток запуска;
• длительный срок хранения.

Минусы:

• повышенная цена по сравнению с сурьмянистыми аналогами;
• не терпят глубоких разрядов;
• не любят перевороты, наклоны.

Рабочий ресурс кальциевых АКБ около шести лет.

Сурьмянистые

Классика аккумуляторных батарей, обозначается маркировкой Sb. Доля сурьмы в сплаве со свинцом составляет около 5%.

Плюсы:

• обслуживаемая АКБ – возможность контроля за уровнем электролита, добавки дистиллята
• противодействие глубоким разрядам;
• низкая цена;
• неприхотливость.

Минусы:

• требуют постоянного контроля за уровнем воды и плотности электролита;
• склонность к саморазряду;
• быстрый разряд при длительном простое;
• малый ток холодной прокрутки.

Срок службы сурьмянистых батарей равен 2 – 3 годам.

Малосурьмянистые

Процент содержания сурьмы в пластинах уменьшен до двух – четырёх процентов.

Плюсы:

• малый уровень саморазряда;
• не боятся перепадов в бортовой сети;
• малообслуживаемый вид;
• адекватная стоимость.

Минусы:

• небольшая энергоёмкость;
• требуют долива дистиллята

Рабочие ресурс малосурьмянистых батарей: 3 – 4 года.

Гибридные

Положительные электроды таких АКБ легируют сурьмой, в отрицательные добавляют – кальций. Их маркировка: Ca+ или SB/Ca.

Плюсы:

• легкая эксплуатация;
• противодействие глубоким саморазрядам;
• стойко переносят многочисленные циклы разряд/заряд;
• не боятся скачков напряжения;
• хорошие характеристики тока запуска.

Минусы:

• высокая стоимость, если сравнивать с сурьмянистыми и гибридными аккумуляторами;
• следует изредка доливать дистиллят.

Такая аккумуляторная батарея способна прослужить своему владельцу пять и более лет.

Гелевые

Электролит в этих АКБ загущен до состояния геля (обозначение – Gel).

Плюсы:

• гель не имеет испарений, что важно для экологии;
• батарея отличается надёжностью, не боится движения по плохим дорогам;
• гелеобразное состояние электролита гарантирует отсутствие утечки;
• долго держит заряд;
• стойко переносят многочисленные циклы разряд/заряд;
• терпит глубокие разряды;

Минусы:

• высокая цена;
• не выдерживает перегрева;
• не переносит скачков напряжения в бортовой сети;
• характеристики сильно снижаются при критических минусовых температурах.

Аккумулятор такого типа может прослужить владельцу 15 лет.

AGM

Гелевые аккумуляторы AGM разработаны для легковых автомобилей с функциями Start/Stop. Они отличаются от Gel-батарей наличием пористого стекловолокна между электродами, который пропитан жидким электролитом.

Плюсы:

• повышенная стойкость к морозам, скачкам напряжения, короткому замыканию, чем у гелевых изделий;
• надёжность в работе;
• необслуживаемая АКБ;
• не боится утечек.

Минусы:

• плохо переносят, перегрев и перезаряд;
• дешевле гелевых, но дороже кальциевых, кислотных, гибридных аккумуляторов.

Рабочий ресурс AGM-батарей: 10 – 12лет.

EFB

Аббревиатура EFB переводится как улучшенный аккумулятор с жидким электролитом. В ней жидкий электролит, а также пластины увеличенной формы, размещаются в оболочке, выполненной из волокна.

Плюсы:

• стойко переносит движение в городских условиях с характерными для него частыми остановками на светофорах, пробками;
• защита от осыпания, короткого замыкания;
• быстро заряжается;
• возможность использования на автомобилях с системой Старт/Стоп;
• не теряет рабочие качества при потере заряда;
• большая энергоёмкость;
• не боится холодной погоды;
• выдерживает частые циклы разряд/заряд.

Минусы:

• высокая цена;
• большой вес.

Батареи EFB безотказно работает в течение 5 – 7 лет.

Щелочные

В качестве электролита в аккумуляторных батареях такого типа применяется щёлочь: едкий калий или едкий натрий. АКБ в основном используется на спецтехнике.

Плюсы:

• быстрое восстановление после разряда;
• сохраняет работоспособность при низких температурах;
• не боится глубоких разрядов;
• большой рабочий ресурс;
• минимальный уровень саморазряда;
• небольшая масса.

Минусы:

• снижение ёмкости при недозарядке;
• невысокий КПД;
• увеличенные габариты.

Срок службы щелочных АКБ при правильной эксплуатации равен 25 годам.

Как выбрать аккумулятор для авто

                                                                                                                             

При покупке нужно учитывать следующие факторы:

• Тип АКБ.
• Технические характеристики: ёмкость батареи, величину пускового тока.
• Цену.

  Мотор	Объём двигателя, л	Ёмкость, Ah
  Дизель	Меньше 1.5 1.5 – 2.0 2.0 – 2.2 2.3 – 2,8 2,9 – 3,5 3.5 – 6.5 Больше 6.5	63 – 70 72 – 77 75 – 80 90 – 100 100 – 105 110 – 145 Больше 190
  Бензиновый инжекторный двигатель	Меньше 1. 6 1.6 – 2.0 2,0 – 2,4 2.5 – 3.0 3.0 – 3.5 Больше 3.5	44 – 50 55 – 60 63 – 75 77 – 80 90 – 100 Больше 100

Таким образом, опираясь на данные рекомендации можно быстро выбрать правильную батарею для вашего автомобиля, которая прослужит максимально долго.

Предыдущая статья Следующая статья

Эксплуатация сухозаряженных аккумуляторов

Предыдущая статья Следующая статья

Норма уровня электролита в аккумуляторе автомобиля

Читайте также

Аккумулятор

9 мин

Как заряжать тяговый аккумулятор?

Для обеспечения постоянного электроснабжения лодочной и промышленной техники используются тяговые аккумуляторы. Они отличаются от стартовых батарей тем, что обеспечивают стабильное электропитание двигателей, а не только для кратковременной подачи пускового тока. Такие аккумуляторы устанавливаются на

Лодочный мотор

10 мин

Техобслуживание лодочного мотора

Каждый владелец водного транспорта с подвесным ДВС понимает, что нужно регулярно и своевременно выполнять текущий ремонт и обслуживание лодочных моторов. В противном случае, техника в неподходящий момент откажет, потребует дорого восстановления, и в итоге не выработает рабочий ресурс, заявленный про

Литиевая смазка

10 мин

Где применяется литиевая смазка?

Автомобиль состоит из десятков узлов, в которых металлические детали взаимодействуют друг с другом на скоростях под большими нагрузками и высокими температурами. Для предотвращения преждевременного износа, предотвращения коррозии, отвода тепла и эффективного функционала чаще всего используется пласт

Сайт использует файлы Cookie (куки-файлы)

Продолжая использовать сайт Вы соглашаетесь на сбор данных о Вашем посещении сайта.

6.12: Характеристики аккумуляторов — технические библиотеки LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

21178

• Распространение информационных технологий для продвижения материаловедения (DoITPoMS)
• Кембриджский университет

При выборе батареи необходимо учитывать следующие характеристики батареи:

• Тип
• Напряжение
• Кривая нагнетания
• Емкость
• Плотность энергии
• Удельная плотность энергии
• Плотность мощности
• Температурная зависимость
• Срок службы
• Физические требования
• Цикл зарядки/разрядки
• Срок службы
• Стоимость
• Способность к глубокому разряду
• Требования к приложению

Тип

См. страницу основных и дополнительных батарей.

Напряжение

Теоретическое стандартное напряжение элемента можно определить из электрохимического ряда, используя значения E ^o :

E ^o (катодный) – E ^o (анодный) = E ^o (2)

Это стандартное теоретическое напряжение. Теоретическое напряжение ячейки модифицируется уравнением Нернста, учитывающим нестандартное состояние реагирующего компонента. Нернстовский потенциал будет меняться со временем либо из-за использования, либо из-за саморазряда, при котором изменяется активность (или концентрация) электроактивного компонента в клетке. 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 (падение IR) батареи и зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса элемента. Эти факторы зависят от кинетики электрода и, таким образом, меняются в зависимости от температуры, состояния заряда и возраста клетки. Фактическое напряжение, появляющееся на клемме, 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 напряжением для различных аккумуляторных систем:

Кривая разрядки

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

Емкость

Теоретическая емкость батареи — это количество электричества, участвующее в электрохимической реакции. Он обозначается Q и задается как:

\[Q=x n F\]

где x = количество молей реакции, n = количество электронов, переданных на моль реакции и F = постоянная Фарадея

Емкость обычно выражается в единицах массы, а не число молей:

\[Q=\frac{n F}{M_{r}}\]

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

На практике полная емкость батареи никогда не может быть достигнута, так как значительный вклад в вес вносят нереакционноспособные компоненты, такие как связующие вещества 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.Ач/г для H ₂ .

Плотность энергии

Плотность энергии – это энергия, которая может быть получена равной единице объема веса клетки.

Удельная плотность энергии

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 разрядки. И ток, и напряжение могут изменяться в течение цикла разряда, поэтому удельная полученная 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 перезаряжаемой батареи.

Плотность мощности

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

Зависимость от температуры

Скорость реакции в клетке 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 более низкому напряжению, поскольку движение ионов затруднено. При очень высоких температурах химические вещества могут разлагаться, или может быть достаточно энергии для запуска нежелательных обратимых реакций, снижающих емкость.
Скорость снижения напряжения с увеличением разряда также будет выше при более низких температурах, как и емкость — это показано на следующем графике:

Срок службы

Срок службы аккумулятора для перезаряжаемой батареи определяется как количество циклов зарядки/перезарядки, которые может выполнить вторичная батарея, прежде чем ее емкость упадет до 80% от первоначальной. Обычно это от 500 до 1200 циклов.

Срок хранения батареи — это время, в течение которого батарея может храниться в неактивном состоянии до того, как ее емкость упадет до 80 %. Снижение емкости со временем вызвано истощением активных материалов в результате нежелательных реакций внутри клетки.

Аккумуляторы также могут быть подвержены преждевременной разрядке:

• Перезарядка
• Чрезмерная разрядка
• Короткое замыкание
• Потребляет больше тока, чем было рассчитано
• Экстремальные температуры
• Воздействие физического удара или вибрации

Задержка напряжения

В некоторых системах аккумуляторов может происходить пассивация . Пассивация — это процесс, при котором образующийся восстановленный продукт (часто оксид) не растворяется в электролите или не оседает с электрода, а вместо этого образует пленку на поверхности электрода. Это может значительно затруднить реакцию, так как снижается электрический контакт внутри клетки. Это может существенно продлить срок хранения батареи, однако, когда батарея разряжается, начальное напряжение может быть ниже ожидаемого до тех пор, пока покрытие не разрушится. Это известно как задержка напряжения .

Выход из строя батареи из-за старения

В течение срока службы элемента морфология компонентов будет меняться, что отрицательно скажется на функционировании элемента.

• Кристаллы в ячейке увеличиваются, увеличивая импеданс,
• Металлические дендриты растут на элементах, вызывая вздутие электродов, заставляя их сближаться и увеличивая саморазряд,
• Дендриты могут проникать в сепаратор, вызывая очень сильный саморазряд или даже короткое замыкание.

В конце концов, внутреннее сопротивление и саморазряд станут настолько высокими, что батарею больше нельзя будет использовать.

Металлические дендриты (Щелкните микрофотографию для подробностей)

Физические требования

Сюда входят геометрия ячейки, ее размер, вес и форма, а также расположение выводов.

Цикл зарядки/разрядки

Существует множество аспектов цикла, которые необходимо учитывать, например:

• Напряжение, необходимое для зарядки
• Время, необходимое для зарядки
• Наличие источника зарядки
• Потенциальные угрозы безопасности во время зарядки/разрядки

Срок службы

Срок службы перезаряжаемой батареи – это количество циклов разрядки/зарядки, которое она может выдержать, прежде чем ее емкость упадет до 80 %.

Стоимость

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

Возможность глубокого разряда

Существует логарифмическая зависимость между глубиной разряда и сроком службы батареи, поэтому срок службы батареи можно значительно увеличить, если она не полностью разряжена; например, батарея мобильного телефона прослужит в 5-6 раз дольше, если перед зарядкой ее разряжать только на 80%.

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

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Исключением являются никель-кадмиевые аккумуляторы, так как их частичный разряд вызывает «эффект памяти»; батарея, кажется, «помнит», сколько заряда используется, и будет заряжать только это количество, а не полный заряд.

На самом деле повторяющаяся неглубокая зарядка вызывает изменение кристаллической структуры батареи: кристаллы в ячейке увеличиваются, увеличивая импеданс и, таким образом, уменьшая ее емкость.

Требования к применению

Аккумулятор должен быть достаточным для предполагаемого применения. Это означает, что он должен быть в состоянии производить правильный ток с правильным напряжением. Он должен иметь достаточную мощность, энергию и мощность. Он также не должен слишком сильно превышать требования приложения, поскольку это может привести к ненужным затратам; он должен обеспечивать достаточную производительность по минимально возможной цене.

---

Эта страница с заголовком 6. 12: Характеристики батареи распространяется по лицензии CC BY-NC-SA, автором, ремиксом и/или куратором является организация Распространение информационных технологий для продвижения материаловедения (DoITPoMS).

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип артикула

   Раздел или Страница

   Автор

   ДОИТПОМС

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Типы и характеристики батарей | Технология

Выпуск: 09.05.2019, Обновление: 08.11.2021, Y.T.

Тип батареи

Аккумуляторы имеют различные функции в зависимости от их типа. Сначала мы вводим тип батареи.

LiB

Литий-ионный аккумулятор используется в различных устройствах, от небольших устройств, таких как смартфоны, до устройств, устанавливаемых на электромобили и самолеты. Он отличается высокой плотностью энергии, малыми размерами и малым весом при той же мощности.

NiMH

Сухие аккумуляторные батареи размера AA и AAA, такие как «eneloop» и «Evolta», почти используют никель-металлогидридные батареи (некоторые никель-кадмиевые батареи остаются). Однако, поскольку схема предотвращения перезарядки отличается в зависимости от продукта, необходимо использовать специальное зарядное устройство, чтобы предотвратить утечку жидкости и сокращение срока службы.

Свинцовая аккумуляторная батарея

Третья — свинцовая аккумуляторная батарея. Свинец (Pb) используется для отрицательного электрода, диоксид свинца (PbO ₂ ) используется в качестве положительного электрода, а разбавленная серная кислота используется в качестве электролита. Это универсальная аккумуляторная батарея на 12 В для запуска автомобилей и мотоциклов, поэтому ее можно назвать знакомой аккумуляторной батареей.

Батарея NAS (натрий-сера)

Батарея NAS (натрий-сера) использует натрий (или натрий, Na) в качестве отрицательного электрода и серу (S) в качестве положительного электрода. Ford Motor объявил об этом принципе в 1967 году, и NGK стала первой в мире аккумуляторной батареей, запущенной в серийное производство. В качестве электролита, разделяющего два электрода, используется тонкая керамика. В отличие от обычных аккумуляторных батарей, Na и S, используемые в электродах, являются жидкими, а мелкодисперсный керамический электролит твердым.

В основном применяется к электростанциям, использующим природную энергию, такую ​​как солнечная энергия и энергия ветра. Он используется для регулировки количества подаваемой мощности и поддержания качества электроэнергии.

Проточная окислительно-восстановительная батарея

Наконец, это проточная окислительно-восстановительная батарея. НАСА объявило основной принцип в 1970-х годах, и окислительно-восстановительный потенциал — это придуманное слово, объединяющее восстановление и окисление. Прикрепите электрод к ячейке и поместите в центр диафрагму, через которую могут проходить только ионы водорода. Затем два разных электролита из внешнего резервуара насосами циркулируют к электродам, разделенным диафрагмой, для ускорения окислительно-восстановительной реакции и заряда/разряда. В настоящее время на практике применяется использование растворов на основе ванадия для обоих электролитов. Когда пятивалентный ион ванадия становится четырехвалентным на положительном электроде, а двухвалентный ион ванадия становится трехвалентным на отрицательном электроде, электроны могут высвобождаться из отрицательного электрода и переноситься на положительный электрод.
Во время зарядки происходит обратная реакция.

Они также присоединяются к электростанциям, работающим на природной энергии, таким как батареи NAS.

Различные функции в зависимости от аккумуляторной батареи

Далее мы расскажем об особенностях каждой батареи.

LiB

Литий-ионные аккумуляторы имеют электродвижущую силу около 3,7 В и имеют то преимущество, что могут достигать высокого напряжения независимо друг от друга. Электродвижущая сила зависит от типа оксида лития, используемого для положительного электрода. Основными материалами, используемыми для положительного электрода, являются кобальтат лития (LiCoO ₂ ), манганат лития (LiMn ₂ O ₄ ), никелат лития (LiNiO ₂ ), фосфат лития-железа (LiFePo ₄ ) и так далее. Кобальт и марганец имеют максимальное напряжение 4,2 В. С другой стороны, фосфаты железа имеют низкое напряжение около 3,6 В, но срок службы цикла заряда/разряда в три-четыре раза больше. Еще одним преимуществом является отсутствие эффекта памяти.

Однако есть и недостаток, поскольку в нем используется литий с чрезвычайно высокой реакционной способностью. Меры безопасности важны, как и в случае с батареей NAS, описанной ниже.
Существует три типа литий-ионных аккумуляторов: цилиндрические, квадратные и многослойные. Цилиндрический тип наносит большой ущерб окружающей среде, когда он разрывается, потому что внутреннее давление газа, создаваемого циклами заряда/разряда, трудно избежать. По сравнению с этим, квадратный тип легко расширяется, что облегчает сброс внутреннего давления. Хотя именно тип ламината легче всего сбрасывает давление, это означает, что он легко набухает. Если он опух, вы должны прекратить его дальнейшее использование.

Управление постоянным током/постоянным напряжением используется для зарядки. Это тот же принцип, что и описанная ниже быстрая зарядка свинцовых аккумуляторных батарей. Сначала зарядка фиксированным током (например, током 1 Кл), но когда напряжение достигает 4,2 В, зарядка меняется постоянным напряжением. Ток постепенно уменьшается до полного заряда.
Однако с соединениями лития трудно обращаться, а перезарядка может привести к серьезным несчастным случаям. Следовательно, необходимы функции защиты, такие как прекращение зарядки при напряжении элемента 4,30 ± 0,05 В или более.

NiMH

Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют электродвижущую силу 1,2 В, что почти такое же, как у никель-кадмиевых аккумуляторов. Их воздействие на окружающую среду невелико, поскольку в них не используется кадмий. Используя сплав для хранения водорода в качестве отрицательного электрода, водород можно эффективно вводить и выводить, поэтому плотность энергии выше, чем у NiCd, несмотря на то же напряжение. Удобство, которое можно приобрести в магазине, также является преимуществом NiMH.

С другой стороны, эффект памяти является недостатком. Поэтому необходимо соблюдать осторожность при зарядке/разрядке, и если добавление и повторение заряда повторяется, произойдет падение напряжения, и существует высокая вероятность того, что напряжение, необходимое для работы устройства, не будет поддерживаться.

Управление постоянным током используется для заряда. Напряжение батареи увеличивается до полного заряда, но падает при перезарядке. Так как необходимо прекратить зарядку этой точки, выполнить — контроль ΔV на цепи управления. Абсолютный контроль температуры (контроль dT/dt) для обнаружения повышения температуры может использоваться вместе. Это также для NiCd.

Свинцовая аккумуляторная батарея

Свинцовая аккумуляторная батарея может получать относительно высокое напряжение с электродвижущей силой около 2,24 В. Мы не можем использовать приложения, в которых количество циклов заряда/разряда велико, но преимущество в том, что их можно легко получить без эффекты памяти. Имеющаяся в продаже батарея на 12 В реализуется путем последовательного соединения шести аккумуляторных батарей.

Еще одним преимуществом является устойчивость к перепадам температуры. В случае автомобильных аккумуляторов он находится в диапазоне от 80 до -18 градусов, чтобы соответствовать характеристикам разряда.
В некоторых случаях также доступна температура -30 градусов, но рекомендуется 25 градусов. Причина в том, что при использовании в низкотемпературной среде концентрация электролита уменьшается по мере прохождения разряда, так что электролит замерзает и разряд не может быть продолжен. Или не доходит до этого, проблема в том, что количество электричества, которое можно вывести, мало.

Недостатком является малое допустимое количество циклов заряда/разряда, как описано ранее. Это приводит к тому, что электродная пластина разрушается из-за многократного расширения и сжатия электрода при зарядке/разрядке.

Контроль постоянного напряжения используется для зарядки. Управление конусностью V и управление постоянным током/постоянным напряжением используются, когда вы хотите быстро зарядить. В отличие от управления постоянным током/постоянным напряжением, которое точно контролирует ток и напряжение, проектирование схемы может быть выполнено относительно недорого в случае использования управления конусом V, поскольку оно прекращает зарядку только в случае резкого повышения напряжения.

Батарея NAS (натрий-сера)

Внутри батареи NAS во время разрядки происходит следующая реакция.

Когда натрий становится одновалентным ионом, он испускает электроны, а на положительном электроде образуется полисульфид натрия. При зарядке это обратная реакция. Аккумуляторы NAS
имеют почти такую ​​же плотность энергии, как литий-ионные аккумуляторы, и не саморазряжаются. Еще одним преимуществом является возможность быстрой зарядки/разрядки.
Есть и недостаток. Самым большим из них является использование натрия с очень высокой реактивностью по отношению к отрицательному электроду, поэтому существует возможность воспламенения. Если есть даже небольшие отверстия или щели, они реагируют с водяным паром в воздухе и выделяют тепло. Поэтому при разработке аккумуляторов NAS необходимо проводить различные испытания для подтверждения характеристик безопасности, такие как внешний нагрев, погружение в воду, падение и внешние короткие замыкания.

Проточная окислительно-восстановительная батарея

Проточная окислительно-восстановительная батарея имеет длительный срок службы в цикле зарядки/разрядки, составляющий более 10 000 раз, и имеет то преимущество, что ее можно использовать более десяти лет. Электролиты на основе растворов ванадия негорючи, а работа аккумуляторов осуществляется при комнатной температуре. Поэтому нет опасности воспламенения или взрыва, и нет необходимости в термостойкости, поэтому возможна и эксплуатация более 20 лет.
Кроме того, поскольку емкость аккумулятора определяется количеством электролита, а выходная мощность также определяется размером блока аккумуляторных элементов, их можно проектировать индивидуально. Это также является преимуществом при проектировании и разработке.
С другой стороны, поскольку миниатюризация невозможна, она ограничивается большими установками. Это также связано с тем, что весовая плотность энергии составляет всего от 25 до 35 Втч/кг и только от половины до 1/8 от 80-200 Втч/кг литий-ионных батарей. Если плотность энергии не может быть увеличена путем разработки электролитического раствора, миниатюризация будет затруднена.

Таблица1. Контроль заряда для каждого типа аккумуляторов

тип батареи	режим контроля заряда
никель-кадмиевая батарея никель-металлогидридная батарея	— Контроль ΔV (управление постоянным током/низким напряжением) Использование функции снижения напряжения непосредственно перед полной зарядкой. Если он обнаружит падение значения напряжения, он прекратит зарядку.
	dT/dt control (абсолютный контроль температуры) Использование функции быстрого повышения температуры непосредственно перед полной зарядкой. Зарядка прекращается, если скорость повышения температуры превышает установленное значение.
свинцовая аккумуляторная батарея	Контроль постоянного напряжения Заряд постоянным напряжением. Текущее значение постепенно уменьшается до полного заряда.
	Управление конусностью В Зарядка постоянным током до фиксированного напряжения и прекращение зарядки при достижении заданного значения напряжения. Простой в управлении, но не полностью заряжен.
	Управление постоянным током/постоянным напряжением Зарядка с управлением постоянным током до фиксированного напряжения, а после достижения заданного значения напряжения зарядка с контролем постоянного напряжения. Может быть полностью заряжен, но требует точного контроля.
литий-ионный аккумулятор	Управление постоянным током Зарядка фиксированной величиной тока. Чтобы предотвратить перезарядку, необходимо контролировать, когда напряжение достигает установленного напряжения, или заканчивать зарядку в фиксированное время.
	Управление постоянным током/постоянным напряжением Зарядка с управлением постоянным током до фиксированного напряжения, а после достижения заданного значения напряжения зарядка с контролем постоянного напряжения. Может быть полностью заряжен, но требует точного контроля.

Связанные технические статьи

• Типы и характеристики батарей　(базовые знания)
• Что происходит внутри аккумуляторной батареи во время зарядки и разрядки?
• Электрические двухслойные конденсаторы оптимальны для выравнивания мощности
• Что такое топливный элемент? (Базовые знания)
• Дэви и Бэкон проложили путь к водородной экономике

Рекомендуемые продукты

Продукция Matsusada Precision может использоваться во всех типах аккумуляторов и конденсаторов для разработки, оценки и испытаний.