Site Loader

Содержание

Автомобильные аккумуляторы виды и характеристики

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

         • Гибридные (малообслуживаемые). В таких батареях сурьмянистые пластины чередуются с кальциевыми, что позволяет снизить и потери электролита с саморазрядом, и легче переживать разряд. Но характеристики этих батарей средние, поэтому распространены мало.
                                           
         • EFB. Кислотная батарея с пластинами из чистого свинца, упакованными в микроволоконные конверты. Обладает повышенной устойчивостью к разрядам и способностью быстро восполнять заряд, что позволяет применять в том числе на автомобилях с системой Start-Stop. Не следует путать с так называемыми «гелевыми» аккумуляторами. Аккумуляторы ЕФБ тяжелее обычных свинцовых акб.

         + Долгий срок службы и можно сажать в ноль.
         — Высокая цена
В нашем интернет-магазине по продаже АКБ представлена не плохая линейка ЕФБ аккумуляторов, не только зарубежного производства но и российского производителя Аком ЕФБ  с приемлемой ценой.

• AGM/GEL (гелевые). Современный тип акб. Главное отличие — в таких аккумуляторах электролит находится в «связанном» состоянии, что предотвращает любые утечки и прочие потери и не позволяет осыпаться пластинам. Предназначены прежде всего для систем типа Start-Stop.

Наиболее часто встречаются именно аккумуляторы AGM, так как батареи типа GEL обладают более низкими пусковыми токами и практически не применяются в автомобилях.
        + Долгий срок службы, большие пусковые токи, что особенно актуально для дизельных машин в зимнее время эксплуатации. Также можно восстановить если АКБ был сильно разряжен
        — Высокая цена.

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

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

Основные виды аккумуляторных батарей — Pulsar


Обзор технологий «консервированного электричества»

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

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

Основные виды аккумуляторных батарей

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

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

Электрохимические процессы, которые происходят в батарее, в зависимости от материалов обеспечивают характеристики АКБ и их свойства для электропитания. Важный электрический параметр – это напряжение элемента, которое может меняться в пределах от 1 до 3,6 В. Ещё один ключевой параметр – ёмкость (запас энергии, который может питать нагрузку с определенной силой тока в течение определенного времени, измеряется в ампер-часах – Ач).

Ещё один важный параметр, который мы будем часто упоминать, – количество циклов заряда-разряда, что напрямую связано со сроком службы АКБ. Безусловно, имеют значения и другие параметры: диапазон рабочих температур, глубина разряда, значения токов заряда и разряда.

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

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

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

Непосредственно к группе НК примыкает и их подвид – никель-железные АКБ, но их роднит разве что слово «никель», сама технология и близкая устойчивость к температурам. А в остальном это совсем другой класс устройств, с более низкими характеристиками. И по надежности уступают НК, низкий КПД, большие потери, сложны в обслуживании.

Еще недавно считалось, что это уже устаревшая конструкция и используется главным образом на постсоветском пространстве по причине относительной дешевизны и устоявшейся традиции. Однако, по последним сведениям, интерес к никель-железным АКБ возродился, и причем даже не в нашей стране, а как раз за рубежом. Причина – простота утилизации, экологичность. К слову, и сама технология модернизировалась.

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

О параметрах подробнее

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

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

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

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

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

Обслуживаемые и герметизированные

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Скромная привлекательность литиевых батарей

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

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

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

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

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

Конструкция литий-ионных батарей

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

Форма литий-ионной аккумуляторной батареи на автомобиле KIA Motors

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

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

Литиевая батарея EverExceed в телекоммуникационной стойке

Назначение аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

Тормозной башмак трамвая АКБ

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

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

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

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

АКБ для автопогрузчика

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

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

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

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

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

Подготовил Евгений ПОЛИЩУК

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


Устройство АКБ. Выбор аккумулятора для автомобиля

AGM: аккумуляторы с абсорбированным электролитом

У «дедовской» сурьмянистой технологии есть несколько плюсов: устойчивость к глубоким разрядам, низкая цена и длительный срок службы при правильном обслуживании. АКБ с сурьмой хорошо подходит для редкой эксплуатации машины: даже после годового простоя достаточно зарядить батарею, и она будет нормально работать. Также сурьмянистые аккумуляторы используются на старых автомобилях с низким зарядным напряжением в бортовой сети.

Кальциевые аккумуляторы (Ca/Ca)

Легирование кальцием — полная противоположность сурьме с точки зрения потребительских качеств. Кальций резко снижает потерю электролита, что позволяет сделать аккумулятор необслуживаемым: подзаряжать и доливать воду не нужно. Саморазряд АКБ также низкий, а ещё кальций хорошо защищает пластины при перезаряде. Мечта автомобилиста!

Однако расплата поджидает при глубоком разряде: активное вещество может осыпаться, что фактически выведет кальциевый аккумулятор из строя. Поэтому на машине нужно регулярно ездить, поддерживать систему зарядки в исправном состоянии и не оставлять включенными фары или салонный свет. А также не высаживать аккумулятор «в ноль» музыкой на отдыхе или многочисленными безуспешными попытками зимнего запуска.

Кальциевый аккумулятор с жидким электролитом — оптимальное решение для современных автомобилей без системы Start-Stop. Он обладает достойными показателями и ресурсом, а также не требует от автовладельца особого внимания к себе. Главное — не разряжать его глубоко.

Кстати, в усиленных аккумуляторах EFB и AGM свинцовые пластины также легируют кальцием — но не слишком афишируют это, делая акцент на основной технологии, чтобы автолюбители не путали столь продвинутые аккумуляторы с «обычными» кальциевыми.

Кальциевые аккумуляторы с серебром (Ca/Ca + Silver)

Добавлением серебра производители пытаются немного улучшить показатели кальциевого аккумулятора. Легко догадаться, что серебро — добавка недешёвая, поэтому встречается только в премиальных линейках АКБ от известных брендов. И ещё сильнее увеличивает их цену.

Что даёт серебро в аккумуляторе? Производители заявляют о повышении стойкости к глубоким разрядам, небольшом улучшении коррозионной устойчивости пластин (а значит и срока службы АКБ), а также о снижении внутреннего сопротивления, что увеличивает скорость заряда и отдачу тока.

Но нужно понимать, что это не отдельный тип аккумуляторов, а лишь небольшое улучшение привычного кальциевого. Стоит ли переплачивать за серебро в аккумуляторе — решать вам.

Гибридные аккумуляторы (Sb/Ca или Ca+)

АКБ с кальцием в минусовых пластинах и сурьмой в плюсовых называют гибридными. Это попытка найти золотую середину между кальциевыми и сурьмянистыми аккумуляторами: «гибриды» пытаются объединить достоинства двух технологий и нивелировать недостатки.

На деле качество гибридных аккумуляторов сильно зависит от производителя. Дешёвые «гибриды» скорее напоминают обычные малосурьмянистые АКБ, с теми же характерными проблемами. Дорогие и технологичные гибридные батареи почти не уступают кальциевым, при этом они менее чувствительны к глубоким разрядам. Хотя сделать их полностью необслуживаемыми невозможно: расход воды у «гибридов» всё равно есть.

Гибридные АКБ обычно используют на отечественных автомобилях в качестве замены малосурьмянистых. А для иномарок по-прежнему предпочтительнее кальциевые аккумуляторы.

Показатели АКБ: ампер-часы и пусковой ток

Помимо особенностей конструкции у аккумуляторов есть и количественные показатели — прежде всего, это ёмкость и пусковой ток. Нередко автовладельцы ставят именно их во главу угла при сравнении и выборе АКБ.

Ёмкость аккумулятора (ампер-часы)

Учебник физики не даст соврать: электрическая ёмкость измеряется в фарадах, а ампер-час — единица электрического заряда (количества электричества). Но применительно к автомобильным аккумуляторам этот показатель называют ёмкостью даже в ГОСТах и научной литературе. Не будем ломать устоявшуюся практику.

Номинальная ёмкость аккумулятора отражает, каким током он может равномерно разряжаться в течение 20 часов. Говоря проще, это количество электричества, которое аккумулятор способен запасать и отдавать.

Ёмкость АКБ выбирают исходя из объёма и типа двигателя автомобиля, поскольку его запуск — основная нагрузка на аккумулятор. Под капотами бензиновых малолитражек обычно установлены компактные аккумуляторы на 35–55 А·ч. Объёмным бензиновым двигателям и дизелям нужны АКБ с большей ёмкостью: 60 А·ч и выше. Рекомендованную для вашего автомобиля ёмкость можно узнать в документации производителя или с помощью онлайн-подбора аккумулятора.

Также у аккумуляторов иногда встречается характеристика «резервная ёмкость». Она показывает, сколько времени сможет проехать автомобиль зимней ночью (то есть с включенным отопителем и освещением) при отказе генератора.

Пусковой ток (ток холодной прокрутки)

Автомобильные аккумуляторы: типы и характеристики

Автомобильный аккумулятор (сокращенно называемый АКБ) – это один из видов электрического аккумулятора, устанавливаемого в мото- и автотранспорте. Энергия, производимая аккумулятором, используется для работы стартера, блока, управляющего двигателем, инжектора и светового оборудования. В случае установки АКБ на электротранспорт они служат основным, а не вспомогательным энергоисточником и носят название тяговые аккумуляторные батареи.

Различные типы АКБ

Автомобильные аккумуляторы различаются по габаритам, полярности, типу батареи и крепления, диаметру контактных клемм, а также необходимости обслуживания.

  • Тип батареи. Обычно в современных автомобилях устанавливают свинцово кислотные аккумуляторы. Используется в них обычный электролит, который собой представляет смесь из серной кислоты и дистиллированной воды. Однако все чаще стали применять АКБ, созданные на основе технологии AGM (аббревиатура Absorbent Glass Mat), в которых электролит абсорбирован в специальном стеклянном волокне. Не менее популярны и гелевые аккумуляторы. В них электролит загущается силикагелем до гелеобразного состояния. Такая технология получила название GEL.
  • Полярность – прямая или обратная – определяется расположением на корпусе аккумулятора электродов. Для авто отечественного производства характерна, к примеру, прямая полярность (минусовая клемма при этом находится справа, а плюсовая – слева).
  • Диаметр клемм контактных отличается для японского, к примеру, и европейского автомобильных рынков. Так, при типе Euro 1 диметр минусовой клеммы – 17,9 мм, а плюсовой – 19,5 мм. При типе Asia 3 диаметр минусовой клеммы – 11,1 мм, а плюсовой – 12,7 мм.
  • Тип крепления – нижнее и верхнее
  • Габариты. Размеры АКБ, предназначенных для японских или европейских авто, абсолютно разные.
  • Необходимость обслуживания. АКБ делятся на необслуживаемые и обслуживаемые. Согласно ГОСТ, необслуживаемый аккумулятор обозначается как безуходный. В современных авто такой АКБ используется практически повсеместно, тогда как обслуживаемый аккумулятор стал все реже применяться (в основном в старых моделях).

Характеристики наиболее распространенных типов АКБ

Гелевые АКБ

Современные гелевые аккумуляторы обладают множеством преимуществ и превосходят обычные свинцово-кислотные АКБ. Они долговечны, устойчивы к скачкам напряжения и воздействию окружающей среды, не имеют так называемого ярко выраженного эффекта памяти. Кроме того, такие аккумуляторы отличает экономичность, значительная устойчивость к циклическому эксплуатационному режиму и повышенная безопасность. Также эти АКБ способны выдержать большое число циклов заряда/разряда, долго могут находиться в разряженном состоянии и обладают достаточно низким саморазрядом. Как правило, срок службы гелевых АКБ превышает пять лет (они при этом способны работать при температурах от -40 до +40 градусов по Цельсию). Все гелевые аккумуляторы относятся к разряду необслуживаемых: в процессе эксплуатации им не нужна доливка электролита.

Аккумуляторы AGM

АКБ, изготовленные по технологии AGM, имеют ряд важных преимуществ, благодаря которым их взяли на вооружение большинство немецких автопроизводителей. Несмотря на то что Absorbent Glass Mat отличается от гелевой технологии GEL, и те и другие аккумуляторы имеют несколько сходных свойств, среди которых абсолютная герметичность, высокие пусковые токи, увеличенный срок службы и повышенная виброустойчивость. От обычных АКБ свинцово-кислотного типа AGM аккумуляторы отличаются тем, что содержат не жидкий, а абсорбированный электролит. Благодаря этому они в обслуживании не нуждаются и устанавливать их можно в любом положении.

Кальциевые АКБ

Также достаточно часто используются кальциевые АКБ. Их решетки сделаны из свинца, который был легирован кальциевым составом. Такой аккумулятор относится к разряду необслуживаемых. Он обладает высокими токовыми характеристиками, однако критично реагирует на глубокие разряды. Кроме того, кальциевый аккумулятор обладает долгим сроком эксплуатации (даже при ежедневном использовании). АКБ такого типа не выкипает, его саморазряд минимален, уровень электролита в нем не требуется контролировать.

Серебряно-цинковые АКБ

В серебряно-цинковых АКБ в качестве электролита применяется чистый раствор гидроксида калия. Катод в них – это смесь пыли и окиси цинка, а анод – оксид серебра. Все серебряно цинковые аккумуляторы отличаются повышенной удельной энергоемкостью и достаточно небольшим внутренним сопротивлением. Они способны отдавать в нагрузку колоссальной силы токи (до 50 Ампер) и обладают отличной стабильностью разрядных характеристик.

Разновидности АКБ

Конструктивные разновидности свинцово-кислотных АКБ

По конструктивному устройству свинцово-кислотные аккумуляторные батареи различаются на батареи с жидким электролитом типа WET или Flooded и батареи с регулируемыми клапанами VRLA или SLA. Последние — так называемые герметизированные батареи(*), в свою очередь, различаются на батареи с увлажненными сепараторами типа AGM и батареи с гелевым электролитом типа GEL.
В зависимости от материала, которым легируют электроды, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи делятся на сурьмянистые и кальциевые.

Cвинцово-кислотные батареи типа WET или Flooded— батареи с жидким электролитом, изготавливаются открытого или закрытого типа. Батареи открытого типа не имеют крышек, поэтому электролит имеет непосредственный контакт с открытым воздухом. Батареи закрытого типа имеют пробки специальной конструкции, обеспечивающие задержку паров серной кислоты. При эксплуатации для заливки электролита и добавления воды пробки вывинчиваются. Существуют необслуживаемые батареи закрытого типа — от производителя они поставляются заполненными электролитом и заряженными, в течение срока службы доливка воды не требуется, т. к. пробки таких батарей предотвращают испарение воды. Батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в качестве автомобильных батарей.

Cвинцово-кислотные батареи типа GEL это герметизированные(*) гелевые батареи. В них используется гелеобразный электролит, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (обычно это силикагель). Гелевые батареи не имеют крышек для доступа к электролиту и не нуждаются в обслуживании в течение всего срока эксплуатации. Однако эти аккумуляторные батареи критичны к температуре окружающей среды. Также их недостатком является некоторая текучесть электролита (по сравнению с отсутствием текучести в батареях типа AGM), поэтому не рекомендуется установка батарей в перевернутых положениях. Для их заряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % (например, BL1204) для предотвращения обильного газовыделения.

Cвинцово-кислотные батареи типа AGM — это герметизированные батареи(*) с абсорбированным сепараторами электролитом. AGM — Absorbed in Glass Mat — это технология, при которой электролит абсорбирован в размещенных внутри корпуса сепараторах из стекловолокна. По своим свойствам AGM батареи подобны GEL батареям, однако газообразование в них существенно меньше, и меньше влияет на их работу температура окружающей среды. AGM батареи отличаются высоким пусковым током, низким внутренним сопротивлением, удобством монтажа (возможны монтаж и эксплуатация в горизонтальном положении), эффективной функцией самовосстановления. Как и в случае гелевых аккумуляторных батарей, для них требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % (например, BL1204).

Свинец, применяющийся в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях механически непрочен, поэтому при изготовлении электродов к свинцу необходимо добавлять легирующие вещества.
Традиционное легирование сурьмой используется для увеличения механической прочности электродов батареи. К плюсам сурьмянистых аккумуляторов следует отнести их стоимость — они значительно дешевле любых других. Кроме того данный тип аккумуляторов может до определенного предела переносить сильные разряды. К их отрицательным свойствам следует отнести высокую токсичность сурьмы, что создает проблемы при утилизации батарей, а также у этих батарей велик саморазряд и недопустим перезаряд.
В настоящее время все более широкое применение находят кальциевые аккумуляторы с электродами легированными кальцием Ca. В некоторых аккумуляторах легируется кальцием только положительные пластины, а отрицательные остаются с примесью сурьмы. Существуют полностью кальциевые аккумуляторы Ca/Ca – наиболее дорогой вариант батареи. Отличительная особенность таких аккумуляторов: малая степень саморазряда, более высокое напряжение электролиза воды. Масса аккумулятора меньше по сравнению с сурьмяными аналогами аналогичной емкости. Такой тип аккумуляторов может быть мало обслуживаемым или полностью не обслуживаемым. Кальциевые батареи не критичны к перезаряду. Минусами Ca/Ca аккумуляторов является непереносимость глубоких разрядов (более 50%), которые приводят к быстрой потере емкости.

* Примечание Герметизированные батареи — свинцово-кислотные батареи, имеющие в корпусе регулируемые клапаны, которые используются для снижения внутрикорпусного давления, повышение которого может произойти, например, при перезаряде. Батареи такого типа известны также под названиями VRLA (Valve Regulated Lead Acid) или SLA (Sealed Lead Acid) батареи.
Герметизированные аккумуляторные батареи имеют следующие преимущества:
— возможность монтажа и эксплуатации в горизонтальном положении;
— отсутствуют утечки кислоты, гарантируется безопасная эксплуатация с другим оборудованием;
— сведено к минимуму газовыделение в окружающую среду;
— нет необходимости в контроле уровня и доливе электролита.
Герметизированные аккумуляторные батареи применяются в качестве источников питания для портативной аппаратуры и инструментов в случаях, когда масса батареи не является критическим фактором, а также в системах бесперебойного питания для систем телекоммуникаций, информационных систем, для аварийного оборудования.

Какие имеются разновидности аккумуляторов? | Главная

Разновидности аккумуляторов, необслуживаемые или сухие аккумуляторы?

В зависимости от разновидностей используемых металлов, аккумуляторы делятся на кислотные, никель-кадмиевые, никель-железные.

В настоящее время наиболее распространёнными являются кислотные аккумуляторы, которые в основном подразделяются на два типа: сухозаряженные и жидкозаряженные.

Наиболее распространенными жидкозаряженными аккумуляторами являются классические автомобильные стартерные аккумуляторы и аккумуляторы SLI (аббревиатура на английском означает запуск, освещение и старт). Автомобильные аккумуляторы также подразделяются на два типа: необслуживаемые и обслуживаемые. Внутренняя структура этих аккумуляторов идентична. То есть оба этих типа являются классическими кислотными аккумуляторами. Необслуживаемые аккумуляторы отличаются тем, что у них нет откручивающихся пробок. Так как эти аккумуляторы не требуют заливку электролита, они больше подходят для транспорта с хорошей системой электрического устройства.

Кроме этого, имеются стационарные (стационарное устройство) и тяговые (погрузчики) аккумуляторы, отличающиеся внутренней структурой и областью использования.

Внутренняя структура и технология производства сухих аккумуляторов, т.е. аккумуляторов VRLA, отличается. VRLA – это свинцово-кислотный аккумулятор с клапанным регулированием. Эти аккумуляторы также подразделяются на два типа.

Аккумуляторы AGM (с абсорбированным электролитом) и гелевые VRLA. Основным отличием этих аккумуляторов является то, что там отсутствует проблема перелива или утечки электролита. Выход газа минимальный. Поэтому, эти аккумуляторы являются очень надежными и могут длительное время храниться на складе. Кроме того, в сравнении с жидкозаряженными, эти аккумуляторы обладают более высокой устойчивостью к вибрации и удобны для транспортировки. Эти аккумуляторы используются для стационарных сооружений, UPS, катеров и коммутаторных.

Технология и компоненты в аккумуляторных батареях для электромобилей

Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных типах автомобилей, но они играют ключевую роль в случае электромобилей. Технологии, отвечающие за их работу, постоянно развиваются, и различные типы аккумуляторов отличаются друг от друга по применению и техническим характеристикам. Узнайте о типах батарей, используемых в электромобилях.

Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов

Аккумуляторы электромобилей (EV) отличаются используемыми в них химическим элементам. В основном мы различаем литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные аккумуляторы. Выбрать оптимальную аккумуляторную батарею для электромобиля сложно, потому что индивидуальные решения хорошо работают в разных ситуациях.

Ниже вы найдете краткое описание различных типов аккумуляторов, используемых в автомобильной промышленности, а также их применение.

Литий-ионная батарея – большая популярность и высокая производительность.

Несомненно, именно литий-ионные батареи в последние годы внесли наибольший вклад в передовое развитие электроэнергетического сектора. Они характеризуются эффективностью, низкой ценой и высоким уровнем производительности по отношению к весу элементов. Это лучшие батареи, если учитывать три параметра: оптимизация размера и веса батареи, соотношение массы к количеству накопленной энергии и выгодная цена. Литий-ионные батареи также можно найти во многих бытовых устройствах, таких как телефоны, компьютеры или пылесосы.

Никель-металл-гидридная аккумуляторная батарея – для специализированного использования.

Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных транспортных средствах, но они играют ключевую роль в случае электромобилей.

Это специальные аккумуляторные элементы, которые достаточно редки по своим химическим и физическим параметрам. Водород является сырьем, требующим особого контроля. Батарея теряет энергию, когда она не используется, но этот недостаток компенсируется длительным сроком службы элементов. Никель-металл-гидридные батареи используются в специализированных устройствах, таких как медицинское оборудование. Решения такого рода характеризуются высокой себестоимостью производства.

Свинцово-кислотные аккумуляторы – низкий срок службы и впечатляющая мощность.

Аккумуляторы этой категории характеризуются отличными параметрами мощности. В электромобиле, однако, приходится делать ставку на решение, которое характеризуется высокой эффективностью даже при низких температурах, где такие батареи работают плохо. Несмотря на то, что стандартные аккумуляторные батареи автомобиля также фиксируют снижение таких условий, свинцово-кислотные элементы демонстрируют худшие показатели в этом аспекте. К их преимуществам относятся низкая себестоимость и надежность.

Суперконденсаторы – поддержка производительности аккумуляторов.

Суперконденсаторы или ультраконденсаторы в первую очередь используются для обеспечения необходимого электропитания при временном отключении электричества. По этой причине они также полезны в электромобилях, где их роль заключается в обеспечении достаточной мощности, когда требуется больше энергии.

Многие электромобили используют аккумуляторные батареи – несколько элементов одновременно. Сочетая возможности суперконденсаторов с литий-ионными и никель-металлогидридными аккумуляторами, можно добиться лучших результатов, чем при использовании одиночных элементов. В настоящее время в автомобильном секторе доминируют литий-ионные аккумуляторы, чаще всего используемые в электромобилях.

Литиево-ионные или никель-металл-гидридные аккумуляторы – как выбрать лучшую батарею для электромобиля?

Из-за описанных выше параметров литий-ионная батарея используется чаще всего. Более того, технология, связанная с этими элементами, все еще развивается. Ведущие поставщики работают над тем, чтобы разрушить дальнейшие барьеры на пути к ассортименту транспортных средств, которые используют данный тип батареи в качестве источника энергии.

Никель-металл-гидридные батареи используются в гибридных транспортных средствах. Сектор EV редко использует свинцово-кислотные батареи, хотя они иногда дополняют литий-ионные батареи. На современном этапе развития эта технология еще не готова к использованию в более широком масштабе.

Суперконденсаторы находят свое место и в электромобилях, позволяя увеличить мощность автомобиля при высокой нагрузке. Благодаря этому во время разгона может поддерживаться стандартный аккумулятор. Суперконденсаторы также очень важны для рекуперативного торможения, что позволяет преобразовывать тепловую энергию в электричество.

См. также: Срок службы аккумуляторных батарей электромобилей — когда следует заменять аккумуляторные батареи электромобилей?

Какой тип батареи используется в электромобилях?

Использование конкретного элемента зависит не только от его производительности, но и от типа транспортного средства. В случае полностью электрических транспортных средств и plug-in гибридов, которые могут быть заряжены от розетки, мы, как правило, имеем дело с литий-ионными батареями. Традиционные гибриды используют в основном никель-гидридные батареи. Больший вклад двигателя внутреннего сгорания в работу транспортного средства позволяет обеспечить более высокий уровень потерь энергии, когда он не используется. Следует также помнить, что в случае гибридных автомобилей элементы долгое время не работают при максимальной нагрузке.

Электромобили намного эффективнее, чем автомобили внутреннего сгорания. Стоимость электроэнергии в большинстве случаев значительно ниже, чем цена топлива, необходимого для проезда по аналогичному маршруту. Наиболее эффективные решения на рынке в настоящее время позволяют преодолевать расстояние около 500 км на одной зарядке.

Партнерство с компанией «KNAUF AUTOMOTIVE» – получение всесторонней поддержки опытного партнера.

Для того чтобы обеспечить оптимальные решения в области электрических батарей, вы не можете работать в одиночку. В течение многих лет компания Knauf Industries работает над внедрением инноваций в автомобильной промышленности. Благодаря командам инженеров, работающих в лаборатории ID Lab, нам удалось превратить полученные за эти годы знания в потенциал на будущее. Мы разрабатываем новые решения по изоляции автомобильных аккумуляторов, компонентов аккумуляторов, электрических кабелей, фитингов для холодильных труб и сепараторов аккумуляторных элементов.

Мы хотим предоставлять нашим партнерам аккумуляторные батареи с гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками и оптимизированным сроком службы. Чтобы предотвратить выход аккумулятора из строя при слишком низких или слишком высоких температурах, важно помнить об изоляции, которая при этом не будет существенно влиять на вес автомобиля. Наш взгляд на будущее сочетает в себе электромобильность с экологией — мы предлагаем такие материалы, как пенополипропилен и пенополистирол, которые на 100% пригодны для вторичной переработки. Мы приглашаем к сотрудничеству предприятия автомобильной отрасли, которые хотят всесторонне поддерживать свое производство.

Хотите получить более специализированные знания?

AGM против залитых аккумуляторов: что вам нужно знать

Сегодня большинство компаний эксплуатируют свои транспортные средства, рабочее оборудование или системы возобновляемой энергии, используя перезаряжаемые аккумуляторы. Чаще всего используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Эта зрелая технология известна своей надежностью, долговечностью и экономичностью. Однако в категории свинцово-кислотных аккумуляторов есть много разных типов, о которых следует знать. В этой статье мы поговорим о различиях между батареями Absorbed Glass Mat (AGM) и Flooded.

Аккумуляторы с абсорбированным стекловолокном (AGM)

и аккумуляторы с мокрым элементом или «затопленные» аккумуляторы считаются свинцовыми аккумуляторами и содержат раствор электролита, который вызывает химическую реакцию и производит электроны. Эти батареи перезаряжаются при контакте с обратным током. Но, учитывая то, как они спроектированы, у каждого из них есть свои плюсы и минусы, и эти варианты следует учитывать перед использованием.

Что такое аккумулятор AGM

Аккумуляторы с абсорбированным стекловолокном или аккумуляторы AGM стали популярными в 1980-х годах.Они использовались для питания мотоциклов, военных, самолетов и подводных лодок, но теперь вы можете найти их в повседневных автомобилях и грузовиках.

Аккумуляторы

AGM являются необслуживаемой альтернативой традиционным залитым свинцово-кислотным аккумуляторам. Они предназначены для обеспечения мощных импульсов пускового тока и обеспечения работы электроники в течение более длительного периода времени.

Как работают аккумуляторы AGM

Аккумулятор AGM (абсорбированный стекломат) содержит специальный сепаратор из стекломата, который впитывает раствор электролита между пластинами аккумулятора.Конструкция этого материала позволяет пропитать стекловолокно электролитом и хранить электролит в «сухом» или взвешенном состоянии, а не в свободной жидкой форме.

При работе батареи электролит переносится со стекломата на пластины батареи по мере необходимости. В коврике содержится достаточно электролита, чтобы аккумулятор мог работать на полную мощность, а в случае повреждения корпуса аккумулятора или опрокидывания аккумулятора на бок электролит не прольется.

Плюсы и минусы аккумуляторов AGM

Плюсы

Эти батареи называются необслуживаемыми батареями и не требуют обслуживания поливом.Поскольку отсутствует свободная жидкость и выделяется минимальное количество газа, батареи AGM могут работать лучше, чем залитые батареи, в приложениях, где трудно выполнить техническое обслуживание.

Минусы

Пользователям следует соблюдать осторожность при зарядке этой батареи, поскольку чрезмерная или недостаточная зарядка может повлиять на срок службы и производительность. Аккумуляторы AGM работают наиболее надежно, когда их использование ограничивается разрядом не более 50% емкости аккумулятора.

Аккумуляторы

AGM часто можно найти в автономных энергосистемах, включая экологически безопасные системы возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца.Также они отлично подходят для обслуживания электромобилей и систем бесперебойного питания, а также робототехники и некоторых квадроциклов и мотоциклов.

Что такое залитая батарея

Возможно, самый «традиционный» тип аккумуляторов, жидкостные или залитые аккумуляторы широко используются в автомобилях, стационарных (больших) источниках бесперебойного питания и, конечно же, автономных энергосистемах. Эти батареи содержат комбинацию жидкого электролита. Жидкость в этих батареях должна тщательно измеряться и поддерживаться в рабочем состоянии, чтобы батарея работала должным образом.

Как работают залитые аккумуляторы

Залитые аккумуляторы используют среду, содержащую жидкий электролит, для запуска химической реакции. Когда батарея подключена, кислота батареи связывается со свинцовыми пластинами. Это вызывает реакцию, которая посылает электрический ток через подключенную цепь.

Плюсы и минусы залитых аккумуляторов

Плюсы Аккумуляторы

Wet Cell обычно являются лучшим выбором для приложений резервного питания, коммунальных услуг и хранения энергии в сети.Кроме того, они более экономичны по сравнению с аккумуляторами AGM.

Минусы

Большинство минусов залитых аккумуляторов связано с тем, что в них содержится свободная жидкость, требующая периодического осмотра и обслуживания. Залитые аккумуляторы также могут быть непреднамеренно повреждены при резком движении. Экстремальный климат может иметь большее влияние на срок службы батареи из-за того, что раствор электролита внутри батареи имеет способность испаряться или замерзать.

Несмотря на то, что залитые батареи требуют обслуживания, при правильном уходе этот тип батарей прослужит дольше, чем многие их аналоги.

 

Распространенные типы батарей

Распространенные типы батарей


Батареи представляют собой группы гальванических элементов, соединенных последовательно или параллельно .

Параллельные соединения (все аноды соединены, все катоды соединены) не приводят к изменению общего напряжения цепи, в то время как последовательные соединения (анод одной ячейки к катоду следующей) умножают напряжение на количество ячеек.

На этой схеме показано параллельное соединение четырех 1.5-вольтовые элементы, а на нижнем рисунке показаны аналогичные элементы, соединенные последовательно. Чтобы накапливать электрическую энергию, элементы должны быть легко обратимы.

  1. Свинцово-кислотный
    Это наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в автомобилях и для хранения солнечной энергии, поскольку они могут обеспечивать большой ток и их стоимость относительно невелика. Они хранят всего около 25 ватт-часов на кг. Каждая ячейка состоит из свинцовых электродов в растворе серной кислоты. Один свинцовый электрод покрыт оксидом свинца.При последовательном соединении 6 таких элементов получается аккумулятор на 12 В.

    Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые электроды, чем стандартные стартерные аккумуляторы. Гелевые батареи и герметичные свинцово-кислотные батареи обычно используются для хранения солнечной электроэнергии для автономных приложений.

  2. Литий-ионные

    Литий-ионные батареи используются в компьютерах и бытовой электронике. Ведутся работы по их адаптации для других приложений из-за их большей удельной мощности. Они хранят около 150 ватт-часов на кг.

    Электроды из оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ) и графита с твердым литиевым электролитом. В разделе «Как это работает» содержится дополнительная информация об этих батареях.

    Напряжение ячейки высокое, примерно до 4 В, для переноса Li + из частично восстановленного графита в частично окисленный литий-кобальтовый оксид.

    Батареи могут взорваться при высокой температуре. Текущие исследования в этой области касаются новых электродных материалов и электролитов для повышения термической стабильности в больших батареях.

  3. Никель-металлогидрид (NiMH)
    Металл никель-металлогидридной батареи представляет собой интерметаллид, AB 5 , где A представляет собой смесь редкоземельных элементов лантана, церия, неодима, празеодима и B представляет собой никель , кобальт, марганец и/или алюминий. Они хранят около 100 ватт-часов на кг и намного более термически стабильны, чем ионно-литиевые батареи. Некоторые из них были разработаны для гибридных автомобилей.
    Anode NI (OH) 2 (S) + HO (AQ) Ni (O) (OH) + H 2 O + E

    E 0 = 0.49 В

    Cathode M (S) + H 2 O + E — MH (S) + HO (AQ)

    E 0 = 0,83 V

Назад Компас Столы Показатель Введение Домашнее задание

Какой аккумулятор лучше? — Battery University

Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, обладают очень высокой плотностью энергии, обеспечивают 1000 циклов зарядки/разрядки и имеют толщину листа бумаги.Они настоящие? Возможно — но не в одной и той же батарее. В то время как один тип батареи может быть разработан для небольшого размера и длительного времени работы, этот аккумулятор не будет служить долго и преждевременно изнашивается. Еще одна батарея может быть рассчитана на длительный срок службы, но размер большой и громоздкий. Третья батарея может обеспечить все желаемые характеристики, но цена будет слишком высока для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и отреагировали, предложив комплекты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений.Индустрия мобильных телефонов является примером умной адаптации. Особое внимание уделяется небольшим размерам, высокой плотности энергии и низкой цене. Долголетие на втором месте.

Надпись NiMH на аккумуляторе не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Призматическая никель-металлогидридная батарея для мобильного телефона, например, имеет тонкую геометрию. Такой блок обеспечивает плотность энергии около 60 Втч/кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH предлагает плотность энергии 80 Втч/кг и выше.Тем не менее, количество циклов этой батареи от среднего до низкого. Аккумуляторы NiMH высокой прочности, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в объемные цилиндрические элементы. Энергетическая плотность этих элементов составляет скромные 70 Втч/кг.

Компромиссы также существуют в отношении батарей на основе лития. Литий-ионные аккумуляторы производятся для оборонных приложений, плотность энергии которых намного превышает плотность энергии коммерческого эквивалента. К сожалению, эти литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой емкости считаются небезопасными для населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения коммерческих аккумуляторов. Исключаются так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде. Мы тщательно изучаем аккумуляторы не только с точки зрения плотности энергии, но и долговечности, нагрузочных характеристик, требований к обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов. Поскольку NiCd остается стандартом, с которым сравнивают другие аккумуляторы, мы оцениваем альтернативные химические вещества по сравнению с этим классическим типом аккумуляторов.

Никель Кадмий (NiCd) — зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии.NiCd используется там, где важны длительный срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения: рации, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и небезопасен для окружающей среды.

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

Свинцово-кислотный — наиболее экономичный для приложений с большой мощностью, где вес не имеет большого значения.Свинцово-кислотный аккумулятор является предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем бесперебойного питания.

Литий-ионный (Li‑ion) — самая быстрорастущая аккумуляторная система. Литий-ионный используется там, где большое значение имеют высокая плотность энергии и малый вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают ноутбуки 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 рис. 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых аккумуляторных систем с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к нагрузке и стоимости. Цифры основаны на средних рейтингах имеющихся в продаже аккумуляторов на момент публикации.

9 100-130

9 80 (начальный) 5 внутреннее сопротивление
(включает в себя периферические схемы) в Mω

от 200 до 2000 5 200 до 2000 9009 1

1
6V Pack

COVILE Life (до 80% начальной мощности)

9

9 50

0 3
(до 50%)
5 Быстрое время зарядки 5 1h Типичный Перезарядки Допуск

9 Умеренный Show

9 Очень Низкий

9 Умеренный (комнатная температура) (комнатная температура) 9

1

9 3.6v Ток нагрузки
— Peak
— лучший результат
5
5C 7
0,2C 5
> 2C
1C или ниже 5
> 2C
1c или ниже
Рабочая температура (только для разряда)

9 -40-40072 60 ° C

0 до
65 ° C

Техническое обслуживание

9 $ 60
(7,2 В) $ 25
(6 В)

$ 100
(7,2 В)

9 $ 5
Стоимость за цикл (US $) $ 0,04 5 $ 0.10 5 $ 0.14
NiCd NiMH свинцово-кислотные литий-ионная литий-ионный полимерный Многоразовый
Щелочная
гравиметрической Плотность энергии (Вт · ч / кг) 45-80 60-120 30-50 110-160
от 100 до 200 1
6V Pack
200 до 300 1
Блок 6 В
<100 1
Блок 12 В
от 150 до 250 1
7.2V Pack
от 200 до 300 от 200 до 300 1
7.2V Pack
1500 2 300 до 500 2,3 от 200 до
300279 от 200 до
300 2
от 500 до 1000 3 300 до
500
2-4H 8-16H 2-4H 2-4H 2-4H
Высокий Низкий Умеренный
20% 4 30% 4 5% 10% 5 ~ 10% 5 0.3%
1200279 сотовой напряжение (номинал) 1.25V 6 1.25V 2v 3.6V

20C
1C

5C
0.5C или ниже

0.5C
0,2C или ниже
-20 до
60 ° C
-20 до
60 ° C
-20
60 ° C
0 до 0 до
60 ° C
от 30 до 60 дней от 60 до 90 дней от 3 до 6 месяцев 9 не требуется не требуется не требуется
Типичный аккумулятор Стоимость
(только US $, ссылка)
$ 50
(7,2 В)
$ 100
(7,2 В)
$ 5
(9 В)
$ 0,04 $ 0.12 $ 0.29
Коммерческое использование, так как 1950 1990 1970 (герметичная свинцово-кислотный) тысяча девятьсот девяносто-один 1999 1992

Рисунок 1 : Характеристики часто используемых перезаряжаемых батарей

  1. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи зависит от номинала элемента, типа схемы защиты и количества элементов.Схема защиты Li‑ion и Li‑polymer добавляет порядка 100 мОм.
  2. Срок службы основан на регулярном обслуживании батареи. Несоблюдение периодических циклов полной разрядки может сократить срок службы в три раза.
  3. Срок службы зависит от глубины разрядки. Неглубокие разряды обеспечивают больше циклов, чем глубокие разряды.
  4. Максимальная разрядка сразу после зарядки, затем снижается. Емкость NiCd уменьшается на 10% в первые 24 часа, а затем снижается примерно до 10% каждые 30 дней.Саморазряд увеличивается с повышением температуры.
  5. Внутренние схемы защиты обычно потребляют 3% накопленной энергии в месяц.
  6. 1,25 В — напряжение открытой ячейки. 1,2 В — обычно используемое значение. Между ячейками нет разницы; это просто метод оценки.
  7. Выдерживает импульсы сильного тока.
  8. Применяется только для разгрузки; диапазон температур заряда более ограничен.
  9. Техническое обслуживание может осуществляться в форме «выравнивающей» или «доливочной» платы.
  10. Стоимость батареи для имеющихся в продаже портативных устройств.
  11. Получено путем деления цены батареи на срок службы. Не включает стоимость электроэнергии и зарядных устройств.

Наблюдение: Интересно отметить, что NiCd имеет самое короткое время заряда, обеспечивает самый высокий ток нагрузки и предлагает самую низкую общую стоимость за цикл, но предъявляет самые высокие требования к обслуживанию.

Никель-кадмиевая (NiCd) батарея

NiCd предпочитает быструю зарядку медленной и импульсную зарядку зарядке постоянным током.Все другие химические вещества предпочитают неглубокий разряд и умеренные токи нагрузки. NiCd — надежный и бесшумный; каторжный труд не представляет проблемы. Фактически, NiCd — единственный тип батареи, который хорошо работает в суровых условиях эксплуатации. Он не любит, когда его балуют, сидя в зарядном устройстве в течение нескольких дней и используя только изредка в течение коротких периодов времени. Периодическая полная разрядка настолько важна, что, если ее не выполнять, на пластинах элементов (также называемых памятью ) образуются большие кристаллы, и NiCd постепенно теряет свои характеристики.

Среди перезаряжаемых аккумуляторов NiCd остается популярным выбором для таких приложений, как двусторонняя радиосвязь, оборудование для неотложной медицинской помощи и электроинструменты. Аккумуляторы с более высокой плотностью энергии и менее токсичными металлами вызывают переход от NiCd к более новым технологиям.

Преимущества и недостатки NiCd батарей

Преимущества

Быстрая и простая зарядка — даже после длительного хранения.

Большое количество циклов заряда/разряда — при правильном обслуживании NiCd обеспечивает более 1000 циклов заряда/разряда.

Хорошая нагрузочная способность — NiCd позволяет заряжать аккумулятор при низких температурах.

Длительный срок хранения – в любом состоянии заряда.

Простое хранение и транспортировка — большинство авиаперевозчиков принимают NiCd без особых условий.

Хорошие характеристики при низких температурах.

Прощение за оскорбления — NiCd — одна из самых прочных аккумуляторных батарей.

Экономичная цена — NiCd является самой дешевой батареей с точки зрения затрат на цикл.

Доступны различные размеры и варианты производительности — большинство NiCd элементов имеют цилиндрическую форму.

Ограничения

Относительно низкая плотность энергии — по сравнению с более новыми системами.

Эффект памяти — NiCd необходимо периодически тренировать, чтобы предотвратить память.

Экологически безвреден — NiCd содержит токсичные металлы.Некоторые страны ограничивают использование NiCd аккумуляторов.

Имеет относительно высокий саморазряд — требует подзарядки после хранения. Рис. 2. Преимущества и ограничения NiCd аккумуляторов.

Никель-металл-гидридная (NiMH) батарея

Исследования системы NiMH начались в 1970-х годах как способ хранения водорода для никель-водородной батареи .Сегодня никель-водородные батареи в основном используются для спутниковых приложений. Они громоздки, содержат стальные канистры высокого давления и стоят тысячи долларов за элемент.

В первые дни экспериментов с NiMH аккумуляторами сплавы гидридов металлов были нестабильны в окружающей среде элемента, и желаемые рабочие характеристики не могли быть достигнуты. В результате развитие NiMH замедлилось. В 1980-х годах были разработаны новые гидридные сплавы, которые были достаточно стабильны для использования в ячейке.С конца 1980-х NiMH неуклонно совершенствуется.

Успех NiMH был обусловлен высокой плотностью энергии и использованием экологически чистых металлов. Современный NiMH предлагает до 40 процентов более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd. Существует потенциал для еще более высоких мощностей, но не без некоторых негативных побочных эффектов.

NiMH менее долговечен, чем NiCd. Циклирование под большой нагрузкой и хранение при высокой температуре сокращают срок службы. NiMH страдает от высокого саморазряда, который значительно больше, чем у NiCd.

NiMH заменяет NiCd на таких рынках, как беспроводная связь и мобильные компьютеры. Во многих частях мира покупателю рекомендуется использовать батареи NiMH, а не NiCd. Это связано с заботой об окружающей среде о небрежной утилизации отработанной батареи.

Эксперты сходятся во мнении, что NiMH с годами значительно улучшились, но ограничения остаются. Большинство недостатков характерны для технологии на основе никеля и присущи никель-кадмиевой батарее. Общепризнанно, что NiMH — это промежуточный шаг к технологии литиевых батарей.

Преимущества и ограничения NiMH батарей

Преимущества

Емкость на 30–40 % выше, чем у стандартного NiCd. NiMH имеет потенциал для еще более высокой плотности энергии.

Меньше памяти, чем NiCd.Периодические циклы упражнений требуются реже.

Простота хранения и транспортировки — условия транспортировки не подлежат нормативному контролю.

Экологически чистый — содержит только легкие токсины; выгодно для вторичной переработки.

Ограничения

Ограниченный срок службы — при многократном глубоком циклировании, особенно при высоких токах нагрузки, характеристики начинают ухудшаться после 200–300 циклов. Предпочтительны циклы поверхностной, а не глубокой разрядки.

Ограниченный ток разряда — хотя никель-металлгидридные аккумуляторы способны обеспечивать высокие разрядные токи, повторные разряды с высокими токами нагрузки сокращают срок службы аккумулятора. Наилучшие результаты достигаются при токах нагрузки от 0,2°C до 0,5°C (от одной пятой до половины номинальной емкости).

Требуется более сложный алгоритм зарядки — NiMH выделяет больше тепла во время зарядки и требует больше времени для зарядки, чем NiCd. Капельный заряд имеет решающее значение и должен тщательно контролироваться.

Высокий саморазряд — у NiMH саморазряд примерно на 50% выше, чем у NiCd. Новые химические добавки улучшают саморазряд, но за счет меньшей плотности энергии.

Производительность снижается при хранении при повышенных температурах — NiMH следует хранить в прохладном месте и при уровне заряда около 40 процентов.

Высокий уровень обслуживания — батарея требует регулярной полной разрядки для предотвращения образования кристаллов.

Примерно на 20 процентов дороже, чем NiCd — NiMH батареи, рассчитанные на высокое потребление тока, стоят дороже, чем обычная версия.

Рисунок 3: Преимущества и ограничения NIMH Батареи

Аккумулятор свинцовой кислоты

, придуманный французским врачом Gaston Planté в 1859 году, свинец кислота первая перезаряжаемая батарея для коммерческого использования. Сегодня залитые свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях, вилочных погрузчиках и крупных системах бесперебойного питания (ИБП).

В середине 1970-х исследователи разработали необслуживаемую свинцово-кислотную батарею, которая могла работать в любом положении.Жидкий электролит трансформировался в увлажненные сепараторы, и корпус был герметизирован. Были добавлены предохранительные клапаны для выпуска газа во время заряда и разряда.

В связи с различными приложениями появилось два обозначения аккумуляторов. Это небольшие герметичные свинцово-кислотные (SLA), также известные под торговой маркой Gelcell, и свинцово-кислотные с большим клапаном (VRLA). Технически обе батареи одинаковы. (Инженеры могут возразить, что слово «герметичная свинцово-кислотная» является неправильным, поскольку ни одна свинцово-кислотная батарея не может быть полностью герметизирована.) Поскольку мы делаем упор на портативные аккумуляторы, мы ориентируемся на SLA.

В отличие от залитых свинцово-кислотных аккумуляторов, как SLA, так и VRLA имеют низкий потенциал перенапряжения, чтобы предотвратить достижение аккумулятором своего газообразующего потенциала во время заряда. Избыточная зарядка может вызвать газообразование и истощение воды. Следовательно, эти батареи никогда не могут быть полностью заряжены.

Свинцово-кислотный запоминающему устройству не подлежит. Если оставить батарею на подзарядке в течение длительного времени, это не приведет к ее повреждению.Сохранение заряда аккумулятора является лучшим среди перезаряжаемых аккумуляторов. В то время как NiCd саморазряжается примерно на 40 процентов накопленной энергии за три месяца, SLA саморазряжается на такое же количество энергии за один год. Купить SLA относительно недорого, но эксплуатационные расходы могут быть выше, чем у NiCd, если требуются полные циклы на повторяющейся основе.

SLA не поддерживает быструю зарядку — обычное время зарядки составляет от 8 до 16 часов. SLA всегда должен храниться в заряженном состоянии.Если оставить аккумулятор в разряженном состоянии, это приведет к сульфатации, состоянию, из-за которого аккумулятор будет трудно, а то и невозможно перезарядить.

В отличие от NiCd, SLA не любит глубокого циклирования. Полный разряд вызывает дополнительную нагрузку, и каждый цикл лишает батарею небольшого количества емкости. Эта характеристика износа в той или иной степени применима и к другим химическим элементам аккумуляторов. Чтобы предотвратить нагрузку на аккумулятор из-за повторяющихся глубоких разрядов, рекомендуется использовать аккумулятор SLA большей емкости.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры SLA обеспечивает от 200 до 300 циклов разрядки/зарядки. Основной причиной его относительно короткого срока службы является коррозия решетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Эти изменения наиболее распространены при более высоких рабочих температурах. Велоспорт не предотвращает и не обращает вспять тенденцию.

Оптимальная рабочая температура для аккумуляторов SLA и VRLA составляет 25°C (77°F).Как правило, повышение температуры на каждые 8°C (15°F) сокращает срок службы батареи вдвое. VRLA, срок службы которых составляет 10 лет при температуре 25°C, будет годен только в течение 5 лет при эксплуатации при температуре 33°C (95°F). Та же батарея прослужит чуть больше года при температуре 42°C (107°F).

Среди современных перезаряжаемых аккумуляторов семейство свинцово-кислотных аккумуляторов имеет самую низкую плотность энергии, что делает их непригодными для портативных устройств, требующих компактных размеров. Кроме того, производительность при низких температурах оставляет желать лучшего.

SLA рассчитан на 5-часовой разряд или 0,2C. Некоторые аккумуляторы даже рассчитаны на медленный 20-часовой разряд. Более длительное время разрядки дает более высокие показания емкости. SLA хорошо работает при высоких импульсных токах. Во время этих импульсов скорость разряда может значительно превышать 1C.

С точки зрения утилизации аккумулятор SLA менее вреден, чем NiCd аккумулятор, но высокое содержание свинца делает аккумулятор SLA небезопасным для окружающей среды.

+ 90 644

Преимущества и ограничения свинцово-кислотных батарей

Преимущества

Недорогой и простой в производстве — с точки зрения стоимости ватт-часов SLA является наименее дорогим.

Зрелая, надежная и хорошо изученная технология — при правильном использовании соглашение об уровне обслуживания долговечно и обеспечивает надежное обслуживание.

Низкий саморазряд — скорость саморазряда является одной из самых низких среди аккумуляторных систем.

Низкие требования к обслуживанию — без памяти; нет электролита для заливки.

Высокая скорость разряда.

Ограничения

Нельзя хранить в разряженном состоянии.

Низкая плотность энергии — низкое соотношение массы и плотности энергии ограничивает использование в стационарных и колесных установках.

Допускает только ограниченное количество циклов полной разрядки — хорошо подходит для резервных приложений, требующих лишь редких глубоких разрядов.

Неблагоприятно для окружающей среды — электролит и содержащийся в нем свинец могут нанести ущерб окружающей среде.

Ограничения на транспортировку залитой свинцовой кислоты — существуют экологические проблемы, связанные с утечкой в ​​случае аварии.

Тепловой разгон может произойти при неправильной зарядке. Рис. 4. Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов.

Литий-ионная батарея

Первые работы с литиевой батареей начались в 1912 году под руководством Г.Н. Льюисом, но только в начале 1970-х годов в продажу поступили первые неперезаряжаемые литиевые батареи.Литий — самый легкий из всех металлов, обладает самым большим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую плотность энергии на единицу веса.

Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за проблем с безопасностью. Из-за присущей металлическому литию нестабильности, особенно во время зарядки, исследования переключились на неметаллическую литиевую батарею с использованием ионов лития. Хотя плотность энергии немного ниже, чем у металлического лития, литий-ионный аккумулятор безопасен при соблюдении определенных мер предосторожности при зарядке и разрядке.В 1991 году корпорация Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор. Другие производители последовали их примеру. На сегодняшний день литий-ионный аккумулятор является самым быстрорастущим и наиболее многообещающим химическим аккумулятором.

Плотность энергии Li‑ion обычно в два раза выше, чем у стандартного NiCd. Улучшения в электродных активных материалах могут увеличить плотность энергии почти в три раза по сравнению с NiCd. В дополнение к высокой емкости нагрузочные характеристики достаточно хороши и ведут себя аналогично NiCd с точки зрения разрядных характеристик (аналогичная форма профиля разряда, но другое напряжение).Плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной мощности в желаемом спектре напряжения.

Высокое напряжение элемента позволяет использовать аккумуляторы только с одним элементом. Большинство современных мобильных телефонов работают на одной ячейке, что упрощает конструкцию батареи. Для поддержания той же мощности потребляются более высокие токи. Низкое сопротивление ячейки важно для обеспечения неограниченного протекания тока во время импульсов нагрузки.

Литий-ионная батарея не требует особого ухода, и это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических элементов.Память отсутствует, и циклы по расписанию не требуются для продления срока службы батареи. Кроме того, саморазряд в два раза меньше, чем у NiCd, что делает литий-ионные аккумуляторы хорошо подходящими для современных приборов для измерения уровня топлива. Литий-ионные аккумуляторы не причиняют особого вреда при утилизации.

Несмотря на общие преимущества, литий-ионный аккумулятор имеет и недостатки. Он хрупкий и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждую батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения элемента при разряде.Кроме того, температура ячейки контролируется для предотвращения экстремальных температур. Максимальный зарядный и разрядный ток ограничен от 1C до 2C. При соблюдении этих мер предосторожности возможность образования металлического лития из-за перезарядки практически исключена.

Старение является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители хранят молчание по этому поводу. Некоторое ухудшение емкости заметно через год, независимо от того, используется батарея или нет. В течение двух или, возможно, трех лет батарея часто выходит из строя.Следует отметить, что другие химические вещества также имеют возрастные дегенеративные эффекты. Это особенно верно для NiMH, если они подвергаются воздействию высоких температур окружающей среды.

Хранение аккумулятора в прохладном месте замедляет процесс старения литий-ионного (и других химических элементов). Производители рекомендуют температуру хранения 15°C (59°F). Кроме того, во время хранения аккумулятор должен быть частично заряжен.

Производители постоянно совершенствуют химический состав литий-ионного аккумулятора. Новые и улучшенные химические комбинации вводятся каждые шесть месяцев или около того.При таком быстром прогрессе трудно оценить, насколько хорошо будет стареть обновленная батарея.

Наиболее экономичным литий-ионным аккумулятором с точки зрения соотношения стоимости и энергии является цилиндрический элемент 18650. Эта ячейка используется для мобильных вычислений и других приложений, не требующих сверхтонкой геометрии. Если требуется более тонкий аккумулятор (тоньше 18 мм), лучшим выбором будет призматический литий-ионный аккумулятор. Прироста плотности энергии по сравнению с 18650 нет, однако стоимость получения той же энергии может удвоиться.

Для сверхтонкой геометрии (менее 4 мм) единственным выбором является литий-ионный полимер. Это самая дорогая система с точки зрения соотношения стоимости и энергии. Нет прироста плотности энергии, а долговечность уступает прочной ячейке 18560.

90 219

Преимущества и ограничения литий-ионных батарей

Преимущества

Высокая плотность энергии — потенциал для еще большей производительности.

Относительно низкий саморазряд — саморазряд вдвое меньше, чем у NiCd и NiMH.

Low Maintenance — периодическая разрядка не требуется; нет памяти.

Ограничения

Требуется схема защиты — схема защиты ограничивает напряжение и ток. Батарея безопасна, если ее не спровоцировать.

Подвержен старению, даже если не используется — хранение аккумулятора в прохладном месте и при 40-процентном уровне заряда уменьшает эффект старения.

Умеренный разрядный ток.

В соответствии с правилами перевозки — отгрузка больших партий литий-ионных аккумуляторов может подлежать регулирующему контролю. Это ограничение не распространяется на аккумуляторы ручной клади.

Дорого в производстве — примерно на 40% дороже, чем NiCd. Более совершенные технологии производства и замена редких металлов более дешевыми альтернативами, вероятно, снизят цену.

Не полностью созревшие — изменения в сочетаниях металлов и химических веществ влияют на результаты испытаний батарей, особенно при использовании некоторых быстрых методов испытаний.

2

Рисунок 5: Преимущества и ограничения литий-ионных аккумуляторов

Литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимер дифференцируется из других батарейных систем в тип используемого электролита. В оригинальной конструкции, относящейся к 1970-м годам, используется сухой твердый полимерный электролит. Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но позволяет обмениваться ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов).Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Конструкция из сухого полимера обеспечивает упрощение изготовления, прочность, безопасность и геометрию тонкого профиля. Нет опасности воспламенения, поскольку не используется жидкий или гелеобразный электролит. Толщина ячейки составляет всего один миллиметр (0,039 дюйма), поэтому конструкторы оборудования предоставлены своему собственному воображению с точки зрения формы, формы и размера.

К сожалению, сухой литий-полимер имеет плохую проводимость.Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить импульсы тока, необходимые для современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагрев ячейки до 60°C (140°F) и выше увеличивает проводимость, но это требование не подходит для портативных приложений.

Чтобы сделать маленькую литий-полимерную батарею электропроводной, в нее было добавлено немного гелеобразного электролита. Большинство коммерческих литий-полимерных аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, являются гибридными и содержат гелеобразный электролит.Правильный термин для этой системы – литий-ионный полимер . В рекламных целях большинство производителей аккумуляторов маркируют аккумулятор просто как Li-polymer . Поскольку гибридный литий-полимерный аккумулятор на сегодняшний день является единственной функционирующей полимерной батареей для портативного использования, мы сосредоточимся на этом химическом составе.

С добавлением гелеобразного электролита, в чем тогда разница между классическим литий-ионным и литий-ионным полимером? Хотя характеристики и производительность этих двух систем очень похожи, литий-ионный полимер уникален тем, что твердый электролит заменяет пористый сепаратор.Гелеобразный электролит просто добавляется для повышения ионной проводимости.

Технические трудности и задержки в массовом производстве отложили внедрение литий-ионных полимерных аккумуляторов. Кроме того, обещанное превосходство литий-ионного полимера до сих пор не реализовано. Никаких улучшений в приросте емкости не достигается — фактически емкость чуть меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. На данный момент преимущества в цене нет. Основной причиной перехода на литий-ионный полимер является форм-фактор.Это позволяет использовать тонкую геометрию, стиль, который востребован в высококонкурентной индустрии мобильных телефонов.

90 219

Преимущества и ограничения Li-литиевые полимерные батареи

Преимущества

Очень низкий профиль — возможны батареи, которые по форме напоминают кредитную карту.

Гибкий форм-фактор — производители не привязаны к стандартным форматам ячеек. При больших объемах любой разумный размер может быть произведен экономично.

Небольшой вес – гелеобразные, а не жидкие электролиты позволяют упростить упаковку, в некоторых случаях устраняя металлическую оболочку.

Повышенная безопасность — более устойчивы к перезарядке; меньше вероятность утечки электролита.

Ограничения

Меньшая плотность энергии и меньшее количество циклов по сравнению с литий-ионными аккумуляторами — потенциал для улучшений существует.

Дорого в производстве — после массового производства литий-ионный полимер может стать дешевле. Уменьшенная схема управления компенсирует более высокие производственные затраты.

Аккумуляторы, аналоги и схемы сравнения

Цилиндрические батареи

Цилиндрические батареи — очень распространенные батареи, используемые в различных устройствах, начиная от карманных фонариков и устройств дистанционного управления и заканчивая электроинструментами, велосипедами, скутерами и т. п.

Они делятся на две группы:

первичные или неперезаряжаемые батареи и

вторичные или перезаряжаемые батареи .

Обе группы имеют несколько химических соединений, обеспечивающих различные номинальные напряжения, емкости, срок годности и т. д.

Примечание: никогда не заряжайте первичные батареи. Кроме того, никогда не заряжайте перезаряжаемые аккумуляторы с помощью зарядного устройства, НЕ предназначенного для химии, используемой в данном конкретном аккумуляторе.

Номинальное напряжение первичных элементов равно 1.5V независимо от того, являются ли они угольно-цинковыми или щелочными батареями. Таким образом, угольно-цинковые и щелочные батареи взаимозаменяемы, просто обратите внимание, что щелочные батареи имеют большую емкость и, как правило, используются чаще, чем угольно-цинковые батареи.

Первичные литиевые батареи имеют номинальное напряжение 3В, они легкие и имеют большую емкость. Кроме того, они, как правило, дороже, чем угольно-цинковые и щелочные батареи, и используются в мощных устройствах, таких как фонарики, камеры и тому подобное.

Номинальное напряжение вторичных элементов зависит от химического состава. Примечание: никогда не смешивайте элементы с разным химическим составом в одном аккумуляторе и всегда заряжайте их с помощью подходящего зарядного устройства. Эти батареи маленькие, но содержат много энергии, и при неправильном обращении они могут загореться или даже взорваться!

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи имеют номинальное напряжение 1,2 В, они могут выдавать безумно большие токи, но их емкость и количество циклов зарядки/разрядки ограничены по сравнению с эквивалентными никель-металлогидридными (NiMH) батареями.Из-за относительно высокой скорости разряда, эффекта памяти, воздействия кадмия на окружающую среду, никель-кадмиевые аккумуляторы постепенно выводятся из употребления.

Никель-металлогидридные (NiMH)
аккумуляторы

отличаются хорошей емкостью, отсутствием кадмия и ртути, низкой скоростью саморазряда, большим количеством циклов зарядки/разрядки, хорошим сроком годности и т. д. по приемлемой цене.

С другой стороны, некоторые никель-металлогидридные аккумуляторы оптимизированы для приложений с малым потреблением энергии и большой емкостью, а некоторые оптимизированы для приложений с высоким потреблением энергии и малой емкостью.При регулярной разрядке батареи с малым разрядом большим током срок ее службы значительно сокращается — в среднем хороший NiMH аккумулятор выдерживает 400–500 циклов зарядки/разрядки, а при злоупотреблении высокими токами заряда и разряда едва ли выдерживает 40–50 циклов. циклы зарядки/разрядки. Даже это довольно оптимистично.

Так что при замене старых NiMH аккумуляторов на новые обязательно проверяйте также токи заряда и разряда.

литиевые вторичные батареи имеют напряжение между 3.3 и 3,7 В, но чаще всего они маркируются как батареи на 3,6 В или 3,7 В. Эта разница в напряжении является результатом нескольких, часто очень похожих химических процессов, которые обеспечивают разное напряжение, но также достигают определенных целей, таких как повышение безопасности, большая емкость, более высокий ток стока и тому подобное.

Дополнительные сведения об этих батареях см. в разделе Цилиндрические литиевые батареи.

Вот таблица перекрестных ссылок обычных цилиндрических батарей:

Диаметр x высота
Общие этикетки

Артикул


Амазон Ссылка

8.0 х 28,2 мм А27 , 27А, А27БП, Г27А, ГП27А, Л828, МН27

Аналоги батареи A27


Аккумулятор А27

8,3 x 42,5 мм АААА , МС2500, мини, ЛР8Д425, 25А, ЛР61

Аналоги батарей AAAA


Батарейка АААА

10,3 х 16,00 А11 , 11А, МН11, Э11А, 4ЛР23, Л1016, В11ГА, ЛР1016, 4ЛР932, 1811А


Щелочная батарея A11

10.3 х 28,5 мм А23 , 8ЛР932, 1811А, В23ГА, МН21, 8ЛР23, А23С

Аналоги батареи A23


Аккумулятор А23

10,5 x 44,5 мм ААА , MN2400, MX2400, микро, LR03, R03

Эквиваленты батареек AAA


Батарейка ААА

12,0 x 30,2 мм Н , Э90, МН9100, ЛР1, Р1, 910А, 910Д, ХР1, КР1, УМ-5

Эквиваленты аккумуляторов N-Cell/E90


Аккумулятор N-Cell

13.0 х 25,2 мм 4SR44 , 4LR44, PX28A, A544, K28A, K28L, V34PX, 28A, 476A, 4A76, 2CR1/3N, 2CR11108

4SR44 Аналоги батареи


4SR44 4LR44 Аккумулятор

14,0 x 25,0 мм 1/2 АА , 14250 Батарея

1/2 AA против батареи 14250


14250 Аккумулятор

14,0 x 40,0 мм 4/5 АА , 14430


14430 Аккумулятор

14.5 х 50,5 мм АА , МН1500, МХ1500, ЛР6, Р6, 15А, 15Д

Аналоги батарей типа АА


Батарейка АА

17,0 x 50,0 мм А , Р23, ЛР23

Эквиваленты батарей размера A


Аккумулятор A-Cell

21,5 x 60,0 мм Б , Р12, ЛР12, У10, 336


В-элементная батарея

21.8 х 74,6 мм 2Р10 , дуплекс


Аккумулятор 2R10

22,2 x 42,9 мм Sub-C , 332, KR22C429, HR22C429


Аккумулятор Sub-C

26,2 x 50,0 мм К , МН1400, МХ1400, 343, У11, ЛР14, Р14, 14А, 14Д, Э93

Батареи C Cell против 26500 Батарей


Батарея C-Cell

33.0 х 91,0 мм Ф , Р25, ЛР25


Аккумулятор F-Cell

34,2 x 61,5 мм Д , МН1300, МХ1300, ЛР20, Р20, 13А, 13Д, тип 373, БА-30

Аналоги батарей D-элементов


Аккумулятор D-Cell

35,5 x 128,5 мм BA5800 , BA5800/U (LiSOCl 2 ), BA5800A/U (LiSO 2 ), BA-5800, BA-5800/U (LiSOCl 2 /U), BA-54U09 )


Аккумулятор BA5800

Примечание: партнерских ссылок Amazon открываются в новых окнах, не стесняйтесь проверять их на наличие самых последних предложений и цен.


Литиевые неперезаряжаемые батарейки типа «таблетка» 3 В

Литиевые батарейки типа «таблетка» и «таблетка» в основном представляют собой первичные (неперезаряжаемые) 3-вольтовые батареи. Их отрицательный электрод — литий, а положительный электрод — либо двуокись марганца, либо монофтористый углерод.

Литиевые батареи с диоксидом марганца Маркировка начинается с «C», и обычно их диапазон рабочих температур составляет от -20°C (-4°F) до 70°C (158°F). Номинальное напряжение 3,0 В, напряжение отсечки 2.0 В. Типичным примером является батарея CR2032 с типичной емкостью ~225 мАч.

Углеродно-монофторидные литиевые батареи Маркировка начинается с буквы «В», и обычно их диапазон рабочих температур составляет от -30°C (-22°F) до 85°C (185°F). Номинальное напряжение 2,8 В, предельное напряжение 2,25 В. Типичным примером является аккумулятор BR2032 с типовой емкостью ~190 мАч.

Как правило, аккумуляторы BR#### и CR#### являются взаимозаменяемыми батареями — небольшое более низкое напряжение аккумуляторов BR#### не является проблемой, по крайней мере, не для большинства распространенных устройств.Но для устройств, работающих при экстремальных температурах, рекомендуется использовать батареи BR####, а не батареи CR####.

В последнее время на рынке появились перезаряжаемые литиевые батарейки-таблетки/таблетки . Их наиболее распространенная маркировка — LiR####, а номинальное напряжение — 3,6 или 3,7 вольта. Их емкость намного ниже, чем у неперезаряжаемых батарей CR или BR, но их можно заряжать и разряжать много раз (до и даже более 1000 раз).

Например, LiR2032 (или LIR2032, ML2032 и т.д.) емкость находится в диапазоне 50-80 мАч.

Замена батарей типа CR или BR на батареи LiR должна производиться только в том случае, если устройство работает правильно при питании от 3,6 В (вместо 2,8 или 3,0 В). Эта разница в 0,6 В может вызвать проблемы в работе и даже повредить некоторые устройства.

С другой стороны, более 1000 циклов зарядки/разрядки могут сэкономить много денег.

Вот таблица перекрестных ссылок распространенных литиевых батарей типа «таблетка» 3 В:

Диаметр x высота
Общие этикетки

Артикул


Амазон Ссылка

9.5 х 2,7 мм CR927, DL927

CR927 Аналоги батареи


Батарея CR927

10,0 x 2,5 мм КР1025, ДЛ1025, 5033ЛК


Батарея CR1025

11,5 х 3,0 мм CR1130, DL1130, BR1130, KL1130, L1130


Батарея CR1130

11.6 х 10,8 мм CR11108, CR1/3N, CR-1/3N, DL1/3N, 2L76

Эквиваленты батарей CR1/3N


Батарея CR11108

12,5 х 1,6 мм CR1216, DL1216, BR1216, ML1216, ECR1216, 5034LC

CR1216 Аналоги батареи


Батарея CR1216

12,5 x 2,0 мм CR1220, DL1220, SB-T13, 5012LC

CR1220 Аналоги батареи


Батарея CR1220

12.5 х 2,5 мм КР1225, БР1225, ДЛ1225, 5020ЛК

CR1225 Аналоги батареи


Батарея CR1225

16,0 x 1,6 мм CR1616, DL1616

CR1616 Аналоги батареи


Батарея CR1616

16,0 x 2,0 мм КР1620, ДЛ1620, 5009ЛК

CR1620 Аналоги батареи


Батарея CR1620

16.0 х 2,5 мм CR1625


Батарея CR1625

16,0 x 3,2 мм CR1632, DL1632, ECR1632, BR1632, VL1632, ML1632, LiR1632

CR1632 Аналоги батареи


Батарея CR1632

20,0 x 1,2 мм CR2012, SB-T15


Батарея CR2012

20.0 х 1,6 мм CR2016, DL2016, E-CR2016, SB-T11, 5000LC

CR2016 Аналоги батареи


Батарея CR2016

20,0 x 2,0 мм CR2020, BR2020, VL2020

CR2020 Аналоги батареи


Батарея CR2020

20,0 x 2,5 мм CR2025, DL2025, BR2025, LiR2025, E-CR2025, SB-T14, 5003LC

CR2025 Аналоги батареи


Батарея CR2025

20.0 х 3,2 мм CR2032, DL2032, ECR2032, BR2032, E-CR2032, SB-T51, 5004LC, LiR2032

Батареи CR2032 Аналоги


Батарея CR2032

20,0 x 4,0 мм CR2040


Батарея CR2040

20,0 x 5,0 мм CR2050


Батарея CR2050

23.0 х 2,0 мм CR2320


Батарея CR2320

23,0 х 2,5 мм CR2325


Батарея CR2325

23,0 x 3,0 мм CR2330, BR2330


Батарея CR2330

23,0 x 3,5 мм CR2335, BR2335


Батарея CR2335

23.0 х 5,4 мм CR2354


Батарея CR2354

24,5 х 1,2 мм CR2412, BR2412, DL2412, ECR2412, KCR2412

CR2412 Аналоги батареи


Батарея CR2412

24,5 x 3,0 мм CR2430, 5011LC, DL2430, BR2430, ML2430, LiR2430

CR2430 Аналоги батареи


Батарея CR2430

24.5 х 5,0 мм CR2450, 5029LC, DL2450, ECR2450, CR2450N, CR-2450, CR2450EL, CR-2450EL

CR2450 Аналоги батареи


Батарея CR2450

24,5 х 7,7 мм CR2477, DL2477, ECR2477, KCR2477, EB-CR2477, BR2477, LiR2477

CR2477 Аналоги батареи


Батарея CR2477

30 x 3,2 мм CR3032, BR3032


Батарея CR3032

Примечание: партнерских ссылок Amazon открываются в новых окнах, не стесняйтесь проверять их на наличие самых последних предложений и цен.

Сравнение аккумуляторов по плотности энергии

Рисунки на этой странице были получены из разных источников при разных условиях. Сравнение аккумуляторных элементов является сложной задачей, и любое фактическое сравнение должно использовать проверенные данные для конкретной модели аккумулятора.

Аккумуляторы работают по-разному из-за различных процессов, используемых разными производителями. Даже другая модель ячейки от того же производителя будет работать по-разному в зависимости от того, для чего она оптимизирована.

Также следует учитывать фактическое применение батареи. Это может существенно повлиять на производительность батареи, поэтому при выборе элемента батареи для вашего продукта необходимо учитывать множество факторов.

Для получения дополнительной информации см. запись в нашем блоге о том, как выбрать тип элемента для использования в аккумуляторной батарее.


Сравнение плотности энергии в элементах аккумуляторных батарей

Эта сравнительная таблица батарей иллюстрирует объемную и гравиметрическую плотность энергии на основе голых элементов батареи.

Фото: НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства


Сравнение плотности энергии размера и веса

Приведенная ниже сравнительная таблица батарей иллюстрирует объемную и удельную плотность энергии, показывая меньшие размеры и меньший вес элементов.


Спецификации по химии аккумуляторов

Технические характеристики Свинцово-кислотный NiCd никель-металлогидридный Литий-ионный
Кобальт Марганец Фосфат
Удельная плотность энергии (Втч/кг) 30-50 45-80 60-120 150-190 100-135 90-120
Внутреннее сопротивление (мОм) <100
Блок 12 В
100-200
6В упаковка
200-300
6В упаковка
150-300
7.2В
25-75
на ячейку
25-50
на ячейку
Срок службы (разрядка 80 %) 200-300 1000 300-500 500-1000 500-1000 1000-2000
Время быстрой зарядки 8-16ч 1ч типичный 2-4 часа 2-4 часа 1 час или менее 1 час или менее
Устойчивость к перезарядке Высокий Умеренный Низкий Низкий.Не переносит подзарядку
Саморазряд/месяц (комнатная температура) 5% 20% 30% <10%
Напряжение ячейки (номинальное) 1,2 В 1.2В 3,6 В 3,8 В 3,3 В
Напряжение отсечки заряда (В/элемент) 2,40
Поплавок 2,25
Обнаружение полного заряда
по сигнатуре напряжения
4,20 3,60
Напряжение отсечки при разрядке (В/элемент, 1C) 1.75 1,00 2,50-3,00 2,80
Ток пиковой нагрузки
Лучший результат

0.2К
20С

0.5К
>3С
<1С
>30°С
<10°С
>30°С
<10°С
Температура заряда от -20 до 50°C
от -4 до 122°F
от 0 до 45°C
от 32 до 113°F
от 0 до 45°C
от 32 до 113°F
Температура нагнетания от -20 до 50°C
от -4 до 122°F
от -20 до 65°C
от -4 до 149°F
от -20 до 60°C
от -4 до 140°F
Техническое обслуживание 3–6 месяцев
(доплата)
30-60 дней
(выписка)
60-90 дней
(выписка)
Не требуется
Требования безопасности Термостойкий Термостабильный, общий предохранитель Обязательная схема защиты
Используется с Конец 1800-х 1950 1990 1991 1996 1999
Токсичность Очень высокий Очень высокий Низкий Низкий

Первичные и вторичные батареи

Какие батареи существуют?

 

05.07.2020

 

Всего существует две разные группы аккумуляторов.Это первичные и вторичные батареи.

 

Первичные батареи

Первичные батареи

известны как одноразовые или одноразовые батареи, и, как следует из их названия, их можно использовать только один раз. Причина этого в том, что материалы внутри батареи необратимо изменяются во время ее разрядки.

 

Таким образом, первичные батареи следует выбрасывать после использования, поскольку они не подлежат перезарядке.Батареи A, AA, AAA, C и D относятся к основной категории, и их общий потенциал ячейки обычно составляет 1,5 В.

 

Аккумуляторы

Вторичные батареи, однако, представляют собой так называемые перезаряжаемые батареи, которые можно разряжать и перезаряжать снова и снова. Разрядка и перезарядка происходят посредством электрического тока, где обратный ток помогает восстановить первоначальный состав электронов.

 

Таким образом, как правило, вторичные батареи можно использовать повторно снова и снова (хотя они также имеют ограниченный срок службы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь, когда мы знаем две основные группы батарей, давайте перейдем к различным типам батарей.

 

Примеры первичных/одноразовых батарей

 

Цинк-угольные батареи

Обычной основной батареей является сухой элемент, также известный как углеродно-цинковая батарея.

 

В батареях этого типа цинк действует как анод, а углерод — как катод, а электролит состоит из солевой основы. Батареи этого типа со временем изнашиваются, так как начинают протекать из-за окисления цинка.Этот процесс является необратимым, что означает, что по мере прогрессирования деградации аккумулятор медленно умирает.

 

Цинк-угольные батарейки часто используются в фонариках, часах и радиоприемниках. Этот тип батареи обычно длится от трех до пяти лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щелочные батареи

Другой широко известной одноразовой батарейкой является щелочная батарейка.

На анодной стороне батарей этого типа используется цинк, а на катодной стороне используется диоксид марганца. Используя щелочной электролит, преимущественно гидроксид калия или хлорид аммония, щелочные батареи были изобретены в качестве замены сухих элементов. Щелочные батареи также в пять раз эффективнее своих предшественников, цинково-угольных.

 

Вы можете распознать щелочные батарейки в пульте дистанционного управления, фонарике, часах, наручных часах, электрическом ключе и т.п.Как и сухие элементы, щелочные батареи со временем подвержены протечкам. Это неизбежно означает, что, как и в угольно-цинковых батареях, внутри щелочной батареи происходят необратимые изменения, в результате чего она деградирует и медленно умирает. Некоторые щелочные батареи перезаряжаемы; однако большинство из них не являются таковыми.

 

Как правило, щелочные батареи служат в восемь раз дольше, чем обычные сухие элементы. Большинство щелочных батарей служат от пяти до десяти лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аккумуляторы из оксида серебра

Серебряный оксид — еще один пример одноразовой батареи.

Этот тип батарей использует цинк в качестве анода и оксид серебра в качестве катода, а также щелочной электролит, обычно представляющий собой гидроксид калия или гидроксид натрия.

 

Благодаря сроку службы от трех до семи лет и своим небольшим размерам оксидно-серебряные батарейки часто используются в наручных часах. Аккумуляторы с оксидом серебра обычно называют «кнопочными элементами», что связано с их относительно небольшим размером и закругленными краями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры вторичных/перезаряжаемых батарей

 

Проточные батареи

Проточные батареи аналогичны по структуре общеизвестным типам батарей, таким как литий-ионные и свинцово-кислотные, но отличаются одним существенным отличием, так как электролит в проточных батареях не накапливается вокруг ячейки электродов батареи, а скорее вне клетки.

Это означает, что проточные батареи часто ограничиваются крупными стационарными приложениями, но также и то, что тип батареи имеет большое преимущество в том, что его выходная мощность (кВт) и емкость (кВтч) полностью разделены.

 

Проточные батареи бывают разных форм, если смотреть на материал, используемый для анода и катода. Среди некоторых различных сортов полисульфид-бромид, цинк-бром, уран, железо-хром и т. д.

Наиболее широко и коммерчески используемой проточной батареей является полностью ванадиевая батарея.В этом типе ванадий используется как анод и катод, а серная кислота действует как электролит. Это также то, на чем мы специализируемся здесь, в VisBlue.

 

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с общим составом проточной ванадиевой окислительно-восстановительной батареи.

 

Помимо анода и катода, проточные батареи состоят из протонообменных мембран и углеродных элементов. Во время зарядки ионы VO2+ в положительной ячейке превращаются в ионы VO2+, поскольку электроны удаляются с катодной стороны батареи.Этот процесс называется окислением. Соответственно, электроны вводятся на анодной стороне батареи, где ионы V3+ превращаются в V2+. Этот процесс называется редукцией.

Весь этот процесс окисления и восстановления во время разряда меняется на противоположный. Название «окислительно-восстановительный» в проточных окислительно-восстановительных батареях происходит от процесса окисления и восстановления и представляет собой сокращение этих двух терминов.

 

Аккумуляторы

Flow имеют четыре различных стадии окисления, которые по цвету указывают на состояние заряда или разряда аккумулятора: V5+, V4+, V3+ и V2+.V5+ представляет собой желтую жидкость, которая указывает на полностью заряженное состояние, V4+ представляет собой слегка заряженное состояние и имеет голубоватый цвет, V3+ указывает на разрядку батареи и распознается по зеленому оттенку, а V2+ представляет собой фиолетовый оттенок, который представляет собой аккумулятор в полностью разряженном состоянии.

 

Батареи

Flow отличаются своей способностью разряжаться до нуля, не влияя на производительность и способность зарядки/разрядки батареи. Проточные батареи также превосходны, когда речь идет о сроке службы, так как этот тип батарей обычно служит более 20 лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литий-ионный (Li-ion)

Литий-ионные аккумуляторы

, наряду со свинцово-кислотными аккумуляторами, возможно, являются наиболее известными вторичными аккумуляторами.
В первом часто используется углерод или графит в качестве анода, а в качестве катода используется один из следующих трех материалов: оксид лития-кобальта, фосфат лития-железа или оксид лития-марганца.

Обычно электролит в литий-ионных батареях состоит из анионных солей, содержащих литий и органические карбонаты, такие как этиленкарбонат или диэтилкарбонат.

 

Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду, а во время заряда этот процесс происходит в обратном порядке.

 

Литий-ионные аккумуляторы

часто используются в портативной электронике, такой как камеры, мобильные телефоны и ноутбуки, но также могут использоваться для больших стационарных устройств хранения данных. Литий-ионные аккумуляторы также широко используются в индустрии Power-to-X для питания различных электромобилей.

 

Общий срок службы литий-ионных аккумуляторов определить сложно, так как качество этого типа аккумуляторов сильно различается, но, как правило, срок службы литий-ионных аккумуляторов составляет от семи до двенадцати лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотная батарея — это первая перезаряжаемая батарея, когда-либо разработанная, ее происхождение восходит к 1859 году.

 

В этом типе батарей используется металлический свинец в качестве анода, диоксид свинца в качестве катода, а электролит состоит из серной кислоты. Когда аккумулятор заряжается, кислота вступает в реакцию со свинцом как на аноде, так и на катоде, в результате чего образуется сульфат свинца. Этот процесс происходит в обратном порядке во время разряда.

 

Производство и разложение сульфата свинца производят небольшие, но мощные взрывы энергии, которые мы можем использовать в качестве энергии – и использовать e.грамм. чтобы завести наши машины. Из-за своего размера свинцово-кислотные аккумуляторы часто используются в транспортных средствах и для резервного питания, например. центры обработки данных.

 

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов зависит от температуры, при которой они хранятся. Как правило, более высокие рабочие температуры (35°C и выше) сокращают срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов вдвое. В условиях эксплуатации при комнатной температуре (20-25°C), которая является их оптимальной рабочей температурой, свинцово-кислотные аккумуляторы часто служат от двух до пяти лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH)

Аккумуляторы

NiCd и NiMH похожи по конструкции и использованию, но отличаются друг от друга по нескольким другим параметрам.

 

В батареях

NiCd используется кадмий в качестве анода, оксид-гидроксид никеля в качестве катода, сепаратора и гидроксида калия в качестве электролита.

Этот тип батареи часто используется, например, в электроинструменты, медицинское оборудование и игрушки.

 

В батареях

NiMH используется ион водорода в качестве анода, гидроксид никеля в качестве катода, сепаратора и гидроксида калия в качестве электролита.

Этот тип батареи часто встречается в эл.грамм. медицинское оборудование, электроприборы и автомобильные аккумуляторы.

 

Тогда в чем реальная разница между этими двумя типами аккумуляторов?

Батареи

NiMH в целом превосходят батареи NiCd. NiMH-аккумуляторы превосходны по трем основным параметрам. Во-первых, они обладают большей емкостью, а это означает, что этот тип аккумуляторов может питать электроприборы в течение более длительных периодов времени. Второе отличие заключается в лучшем эффекте памяти, что означает, что NiMH аккумуляторы могут полностью заряжаться в течение более длительного времени, чем NiCd аккумуляторы.Батареи NiMH также более экологичны, чем батареи NiCd, с точки зрения использования материалов и возможности вторичной переработки.

 

Батареи

NiCd имеют срок службы от одного до трех лет, тогда как батареи NiMH служат от трех до пяти лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Универсальная модель батареи — Simulink

Извлечение параметров батареи из спецификаций

На этом рисунке показаны подробные параметры, извлеченные из таблицы Panasonic. Паспорт аккумулятора NiMH-HHR650D.

Номинальную емкость и внутреннее сопротивление можно узнать из таблицы спецификаций. Другие подробные параметры получены из типового График характеристик разряда.

Параметр

Значение

Номинальная мощность

6,5 А

Внутреннее сопротивление

2 мОм

Номинальное напряжение (а)

1.18 V

6.5 AH

Максимальная емкость (B)

7 AH ( 5.38 H * 1.3 A)

1.39 V

Номинальный ток разряда (D)

1.3

Емкость @ Номинальное напряжение (а)

6,25 А

Экспоненциальное напряжение (е)

1,28 V

Экспоненциальное Емкость (эл)

1,3 Ач

Эти параметры являются приблизительными и зависят от точности точек полученный из разряда изгиб.

Кривые расхода, полученные из этих параметров, которые отмечены пунктирные линии на следующих рисунках, аналогичны техпаспорту кривые.

Чтобы представить температурные эффекты литий-ионных (Li-ion) батарей, дополнительная кривая разряда при температуре окружающей среды, которая отличается от требуется номинальная температура и параметры теплового отклика.Дополнительные кривые расхода обычно не приводятся в техпаспорте и могут требуют проведения простых опытов. Следующие примеры показывают параметры, извлеченные из литий-железо-фосфата A123 ANR26650M1 и Техническое описание литий-кобальт-оксидного аккумулятора Panasonic CGR 18 650 AF.

Технические характеристики A123 ANR26650M1 включают требуемый разряд точки кривой и другие необходимые параметры.

Эти параметры взяты из технического паспорта литий-ионного аккумулятора A123. температурно-зависимая модель батареи.

90 066 Параметр + Значение +

Номинальное напряжение (с)

3,22 V

Номинальная мощность

2,3 Ах

Максимальная вместимость (г)

2.3 AH

Номинальный ток разряда

2.3 A

внутреннее сопротивление

10

2,07

2,07 AH

Экспоненциальная зона (B)

[ 3)4 В, 0,23 Ах]

Номинальная температура окружающей среды

25 ° C

0 ° C 0 ° C

Максимальная емкость при 0 ° C (h)

2,208 Ач

Начальное напряжение разряда при 0°C (e)

3.45 В

Напряжение при 90% максимальной емкости при 0°C (G)

2.8 V

Экспоненциальная зона на 0 ° C (F)

[ 3.22 V, 0.23 Ач]

Тепловое сопротивление между ячейкой и окружающей средой (оценка)

0.6

Тепловая постоянная времени между ячейкой и окружающей средой (оценка)

1000

моделирование при различных температурах окружающей среды. Производительность модели очень близко к результатам таблицы данных.

Тот же подход к извлечению параметров применяется к Panasonic Литий-ионный CGR18650AF с этими характеристиками.

Эти параметры извлекаются для модели аккумулятора.

9

9003 Максимальная емкость (G)

Параметр Значение

Номинальное напряжение (с)

3.3 V

Номинальная мощность

2,05 Ах

Максимальная емкость (D)

2 AH

7 2 AH

Полностью заряженное напряжение (а)

4.2 v

Номинальный ток

16.5

Емкость на номинальном напряжении ( C)

1.81 AH

Экспоненциальная зона (B)

[ 3.71 V, 0,6 ах]

Номинальная температура окружающей среды

25 ° C

Вторая температура окружающей среды

0 ° C

Максимальная емкость при 0 ° C (H)

1.78 Ач

Начальное разрядное напряжение при 0°C (e)

4 В

3.11 V

Экспоненциальная зона на 0 ° C (F)

[ 3.8 V, 0.2 Ач]

Тепловое сопротивление между ячейкой и окружающей средой (оценка)

0.06

Тепловая постоянная времени между ячейкой и окружающей средой (приблизительно)

1000

Рисунок показывает хорошее совпадение смоделированных кривых расхода (представлены пунктирными линиями) и кривыми из паспорта. Точность Модель зависит от того, насколько точны выбранные точки из разряда техпаспорта кривые есть.

Моделировать ячейки последовательно и/или параллельно

Для моделирования последовательной и/или параллельной комбинации ячеек на основе параметров одной ячейки, используйте преобразование параметра, показанное в следующей таблице может быть использован. Переменная Nb_ser соответствует количеству ячеек последовательно, а Nb_par соответствует количеству клетки параллельно.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.