Тип аккумуляторной батареи: Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор:
Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

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

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

• Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

  Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

  Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

• OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

  Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

  Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

• OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

  Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

  Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

  Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

• Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

  Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

  На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

  Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

  На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

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

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

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

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

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

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

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

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

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

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

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

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

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

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

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

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

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

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

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

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

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

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

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

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

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

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

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

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

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

Никелево-железные аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никелево-железных батарей

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

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

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

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

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор:
Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

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

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

• Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

  Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

  Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

• OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

  Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

  Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

• OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

  Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

  Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

  Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

• Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

  Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

  На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

  Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

  На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

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

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

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

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

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

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

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

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

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

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

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

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

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

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

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

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

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

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

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

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

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

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

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

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

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

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

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

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

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

Никелево-железные аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никелево-железных батарей

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

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

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

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

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

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

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

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

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

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

• Традиционные («сурьмянистые»)




• Малосурьмянистые




• Кальциевые




• Гибридные




• Гелевые, AGM
  
  И дополнительно:




• Щелочные




• Литий-ионные

Традиционные («сурьмянистые»)

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

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

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

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

Малосурьмянистые

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

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

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

Кальциевые

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гибридные

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

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Щелочные

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

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

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

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

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

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

• Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.




• Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.




• Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.




• Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.




• Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.




• Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).

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

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




• Щелочные батареи намного дороже кислотных.

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

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

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

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

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

• Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).




• Выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Напомним, что напряжение элемента классической АКБ — 2 вольта.




• Низкий саморазряд.

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

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

• Чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается. И это одна из главных проблем, над решением которой и бьются разработчики.




• Число зарядов-разрядов пока слишком мало (в среднем, около 500).




• Литий-ионные аккумуляторы «стареют». При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20% ёмкости. Просьба не путать с саморазрядом или эффектом памяти. Но хорошо, что работа над решением этой проблемы все-таки ведется.




• Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам.




• Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

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

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

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

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

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

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

Аккумуляторные батареи. Виды и устройство. Применение

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных:

Устройство

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

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

• LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
• VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
• AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
• GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
• OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
• OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.

 Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи. Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Похожие темы:

Подбор зарядного устройства по типу АКБ

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 типы аккумуляторов

Электрический аккумулятор – специальное устройство, накапливающее электроэнергию и обеспечивающее автономное питание оборудования. При его эксплуатации происходит переход одного вида энергии в другой, а также обратимость описанного процесса.

В большинстве случаев используется электрохимический метод. Среди названий электрического аккумулятора – вторичный химический источник тока, так как перед эксплуатацией требуется его зарядка.

Типы аккумуляторов

По типу аккумуляторы разделяют в зависимости от их химсостава, который влияет на их эксплуатационные свойства.

• никель-кадмиевые (Ni-Cd) – наиболее старый тип аккумуляторных батареек, отличается необходимостью соблюдения цикла «полный разряд» – «полный заряд» (имеют эффект памяти) и чувствительны к холоду (плохо отдают энергию на морозе), но могут хранится разраженными и отличаются низким саморазрядом, сейчас используются в основном в электроинструменте
• никель-металл-гидридные (Ni-MH) – очень распространенный тип простых и дешевых компактных аккумуляторных батареек, эффект памяти и чувствительность к холоду несколько ниже, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, но их нужно хранить заряженными и у них выше саморазряд, сейчас они используются в основном в радиотелефонах
• литий-ионные (Li-Ion) – более современный тип аккумуляторов, почти не подвержены эффекту памяти (снижению емкости), что позволяет заряжать их в любое время и необязательно разряжать до конца, чувствительность к холоду есть, но не критична, нужно поддерживать заряд при хранении, они часто используются в фотоаппаратах
• литий-полимерные (Li-Pol) – облегченный вариант литий-ионных аккумуляторов, обладающий теми же свойствами, но со значительно меньшим весом, что нашло применение в компактных мобильных устройствах и дронах
• свинцово-кислотные (SLA) – большие мощные аккумуляторы, способные быстро отдавать огромную энергию (силу тока), что используется в пусковых установках двигателей (стартерах) и источниках бесперебойного питания, требуют периодической подзарядки во время хранения

Также аккумуляторы отличаются напряжением в вольтах (В), емкостью в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч) и физическим размером (типоразмером).

Классификация аккумуляторов

Все аккумуляторы можно условно разделить по назначению на несколько основных групп:

• бытовые (аккумуляторные батарейки)
• для радиотелефонов
• для фонариков
• автомобильные
• для ИБП
• промышленные

Теперь рассмотрим их немного подробней, включая типоразмеры и лучших производителей.

Аккумуляторные батарейки

Для обеспечения нормального функционирования техники применяются аккумуляторы разных типоразмеров. Основная сфера их использования – питание мелких устройств бытового назначения.

Аккумуляторные батарейки используются для самых различных устройств – радио мышек, клавиатур, фотоаппаратов, простых фонариков, часов, другой мелкой электроники.

Они имеют различные типоразмеры:

• AA (пальчик) – наиболее распространенный формат круглых батареек длиной 5 см, напряжением 1.2 В и емкостью 1000-3000 мАч
• AAA (мини-пальчик) – также широко распространены, имеют длину 4.4 см, такое же напряжение 1.2 В, но меньшую емкость 500-1500 мАч
• крона – более редкая прямоугольная батарейка с напряжением 9 В, используется в некоторых электроприборах (например, мультиметрах)

Существуют и другие, более редкие форматы аккумуляторных батареек:

• CS (Sub C) – короткая круглая батарейка
• C (R14) – средняя круглая батарейка
• D (R20) – большая круглая батарейка

Они мало распространены и используются в некоторых специфических устройствах и старых фотоаппаратах.

К лучшим популярным производителям аккумуляторных батареек можно отнести Panasonic, Varta, Ansmann, Sanyo. Есть также много других именитых брендов, но их чаще подделывают.

Аккумуляторы для радиотелефонов

Это может быть монолитная аккумуляторная батарея либо отдельные элементы. Подобные устройства отличаются небольшим размером и незначительным весом. Аккумуляторы для радиотелефонов часто представляют собой удобные готовые сборки обычных Ni-MH аккумуляторных батареек.

Также в некоторых телефонах используются нестандартные фирменные аккумуляторы. Из производителей можно порекомендовать Panasonic и Robiton.

Аккумуляторы для фонариков

Аккумуляторы для фонарика представлены на рынке в широком ассортименте и выбор зависит от конкретной модели.

Наибольшей популярностью пользуются:

• АА (14500) – аккумуляторы для больших фонариков (длина 5 см, диаметр 1.4 см)
• ААА – обычные Ni-MH элементы с номинальным напряжением 1.2 В и емкостью 500-1100 мАч
• CR123A 16340– созданы для компактных фонариков (длина 3.4 см)

Есть также специальные аккумуляторы для мощных фонариков и электрошокеров.

Они имеют свои уникальные типоразмеры, которые нужно подбирать в зависимости от модели фонарика:

Эти аккумуляторы отличаются физическими размерами и емкостью. В основном они являются литий-полимерными, что делает их очень легкими. Из производителей хорошо зарекомендовали себя Panasonic, Robiton, Fenix.

Автомобильные аккумуляторы

Об автомобильных аккумуляторах мы особо рассказывать не будем, коснемся только отличий от всех других, которые нужно знать.

Это большие обслуживаемые кислотно-свинцовые батареи с жидким электролитом. Они способны быстро отдавать огромный ток, но необходимо следить за их зарядом и уровнем электролита (доливать по необходимости). Хранить свинцовый аккумулятор разряженным нельзя, так как где-то через полгода он выйдет из строя.

Аккумуляторы для ИБП

Аккумуляторы для компьютерных ИБП призваны обеспечить недлительное питание техники в случае временного отключения электричества. Они также являются свинцово-кислотными, но в отличие от автомобильных необслуживаемыми, а электролит в них загущенный в виде геля, что предотвращает утечки.

В остальном эти аккумуляторы подобны автомобильным, они могут быстро отдать большой ток и требуют периодической подзарядки. В разных ИБП используются аккумуляторы с разным напряжением (12 или 24 В), разной емкости (7, 9, 12 Ач) и разного физического размера. Также есть модели, в которые устанавливается несколько соединенных вместе батарей.

Выбирайте аккумулятор такого же напряжения и размера как в вашем ИБП, емкость при желании можно чуть больше (например, 9 Ач вместо 7 Ач) – это продлит работу ПК от ИБП. Из производителей можно порекомендовать SCB, Yuasa и Delta.

Аккумуляторы в ИБП для газового котла и другой ответственной техники, отличаются большей емкостью по сравнению с моделями, применяемыми при работе компьютерного оборудования. Ведь они рассчитаны на поддержание функционирования отопительных приборов на протяжении суток и более.

Такие аккумуляторы часто являются внешними и подключаются к ИБП с помощью специальных клемм, а сами ИБП должны выдавать напряжение в форме чистой синусоиды, что важно для электронасосов, используемых в системах отопления и другой чувствительной к форме напряжения техники.

Промышленные аккумуляторы

Обычно огромные батареи большой емкости. Могут быть разного напряжения, в том числе высоковольтные. Больше мы о них ничего говорить не будем, так как это не тематика нашего сайта.

Заключение

Для того, чтобы аккумулятор хорошо держал заряд и прослужил достаточно долго, он должен быть от надежного проверенного производителя и само собой оригинальным, а не дешевой подделкой. Также важно в каких условиях и как долго хранятся аккумуляторы.

Поэтому лучше всего приобретать аккумуляторы в специализированных магазинах, которые уделяют особое внимание их качеству. Качественные аккумуляторы для самых различных целей от лучших производителей можно приобрести на сайте https://voltacom.ru/catalog/power/akkum.

Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2C 20000mAh
Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2 10000mAh
Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 5000mAh

различных типов батарей, их применения и применения

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

Что такое аккумулятор и почему он используется?

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

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

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

Now Почему постоянный ток предпочтительнее переменного тока ? В большинстве портативных электронных устройств переменный ток не может храниться там, где постоянный ток может храниться без каких-либо затруднений. Даже потери из-за мощности переменного тока больше по сравнению с мощностью постоянного тока. По этой причине DC предпочтительнее для портативных электронных устройств.

Технические термины, используемые при работе с аккумуляторами

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

Давайте кратко обсудим каждый термин,

Мощность :

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

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

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

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

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

Аналогично 250 мА в течение 10 часов Итак…

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

Мощность :

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

Теоретически рассчитывается делением A-h на 1 час.

Пример. Рассмотрим аккумулятор емкостью 10000 мАч.

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

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

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

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

Номинальное напряжение:

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

Зарядный ток:

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

Напряжение зарядки:

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

Ток разряда:

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

Срок годности:

Может возникнуть ситуация, когда батареи будут бездействовать / опломбированы, особенно в магазинах / магазинах, в течение длительного периода времени. Итак, срок годности определяет период времени, в течение которого аккумулятор может оставаться включенным, и должен иметь возможность использовать его в течение номинального периода времени . Срок годности в основном рассматривается для неперезаряжаемых батарей, потому что они используются и выбрасываются. Для аккумуляторных батарей, даже если срок хранения меньше, мы все равно можем их зарядить.

Напряжение отключения:

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

Срок службы:

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

Удельная мощность:

Определяет мощности батареи для заданной массы объема.

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

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

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

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

Типы аккумуляторов

Батареи в основном делятся на 2 типа:

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

Неперезаряжаемые батареи

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

• Щелочные батареи: В основном они построены с химическим составом цинка (Zn) и диоксида марганца (MnO ₂ ), так как в нем используется гидроксид калия, который является чисто щелочным веществом, названным аккумулятором. щелочная батарея с удельной мощностью 100 Втч / кг.

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Приложения:

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

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

Преимущества:

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

Недостатки:

1. Требуется держатель
2. Способность к низкому потреблению тока

Приложения:

Используется в часах, настенных часах, миниатюрных электронных изделиях и т. Д.

Аккумуляторы

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

Свинцово-кислотные батареи

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

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Приложения:

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

Никель-кадмиевые батареи

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

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Приложения:

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

Ni-MH батареи

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

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Приложения:

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

Литий-ионные аккумуляторы

Они состоят из металлического лития и являются новейшими аккумуляторными батареями. Поскольку они имеют компактный размер, их можно использовать в большинстве портативных приложений, требующих высокой мощности. Это лучшие из имеющихся аккумуляторных батарей. Они имеют номинальное напряжение 3.7 В (чаще всего у нас 3,6 В и 7,2 В) и имеют различные диапазоны мощности (от 100 мАч до 1000 мАч). Даже C-рейтинг колеблется от 1C до 10C, а плотность мощности литий-ионных аккумуляторов составляет 126 Втч / кг.

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Li-Po батареи

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

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Применения: Может использоваться во всех портативных устройствах, требующих перезарядки, таких как дроны, робототехника, радиоуправляемые игрушки и т. Д.

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

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

Введение

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

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

Но с развитием современных смартфонов, планшетов, ноутбуков, солнечной энергии и электромобилей, Исследования мощных аккумуляторов, которые могут работать дольше и обеспечивать необходимую энергию, достигли своего пика.

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

Что такое аккумулятор?

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

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

Элемент и батарея

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

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

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

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

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

Батарея часто состоит из одной или нескольких «ячеек», которые электрически соединены в последовательной или параллельной конфигурации для обеспечения необходимых уровней напряжения и тока.

Различные типы батарей

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

• Первичные (неперезаряжаемые)
• Вторичные (перезаряжаемые)

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

Первичные батареи

Первичные батареи — один из простых и удобных источников питания для нескольких портативных электронных и электрических устройств, таких как фонари, фотоаппараты, часы, игрушки, радио и т. Д. его, а когда разрядится, выбросить »типа.

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

Общие типы первичных батарей

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

Наиболее значительное развитие аккумуляторных технологий произошло в период 1970–1990 годов.Именно в это время были разработаны знаменитые батареи из цинка и щелочного диоксида марганца, которые постепенно вытеснили старые цинк-углеродные батареи в качестве основных первичных батарей.

Цинк — оксид ртути и кадмий — оксид ртути батареи также использовались в течение этого периода, но из-за экологических проблем, связанных с использованием ртути, эти типы батарей постепенно постепенно выводились из употребления.

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

Литиевые батареи производятся в виде таблеток и таблеток для определенного диапазона приложений (например, часы, резервное копирование памяти и т. Д.), Также доступны более крупные батареи цилиндрического типа.

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

Вторичные батареи

Вторичные батареи также называются аккумуляторными, поскольку после разрядки их можно заряжать электрически.Химический статус электрохимических ячеек можно «перезарядить» до их исходного состояния, пропуская ток через ячейки в направлении, противоположном их разряду.

В основном вторичные батареи могут использоваться двумя способами:

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

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

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

Общие типы вторичных батарей

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

Первые и наиболее часто используемые аккумуляторные батареи называются свинцово-кислотными батареями. В их основе лежит электрохимическая пара свинец — диоксид свинца (Pb — PbO ₂ ).Электролит, используемый в этих типах батарей, представляет собой очень распространенную серную кислоту.

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

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

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

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

Давайте теперь вкратце см. информацию об этих типах батарей индивидуально.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи на сегодняшний день являются самыми популярными и наиболее часто используемыми аккумуляторными батареями. Они были успешным продуктом более века. Свинцово-кислотные батареи доступны в нескольких различных конфигурациях, от небольших герметичных элементов емкостью 1 Ач до больших элементов емкостью 12 000 Ач.

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

Свинцово-кислотные аккумуляторы и другие области применения включают аккумуляторы энергии, аварийное электроснабжение, электромобили (даже гибридные), системы связи, системы аварийного освещения и т. Д.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи могут применяться в широком диапазоне. широкий диапазон напряжения, различные формы и размеры, низкая стоимость и относительно простое обслуживание. По сравнению с другими технологиями вторичных аккумуляторов свинцово-кислотные аккумуляторы являются наименее дорогим вариантом для любого применения и обеспечивают очень хорошую производительность.

Электрический КПД свинцово-кислотных аккумуляторов составляет от 75 до 80%. Такая оценка эффективности их пригодности для хранения энергии (источников бесперебойного питания — UPS) и электромобилей.

Никель-кадмиевые батареи

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

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

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

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

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

Никель-металлогидридные батареи

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

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

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

Литий-ионные аккумуляторы

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

Литий-ионные батареи имеют значительно высокую плотность энергии, высокую удельную энергию и более длительный срок службы. Другими основными преимуществами литий-ионных аккумуляторов являются низкая скорость саморазряда и широкий диапазон рабочих температур.

Аккумуляторные батареи

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

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

Как выбрать аккумулятор?

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

• Первичный или вторичный
• Энергия или мощность
• Срок годности
• Энергоэффективность и скорость перезарядки
• Срок службы батареи
• Температура батареи

Основные сведения об аккумуляторах — Руководство по аккумуляторам

Если вы провели какое-либо исследование того, как работают батареи или на что следует обращать внимание при выборе лучшей высокопроизводительной батареи, вы, вероятно, зарылись в информацию, часть которой противоречива. В BatteryStuff мы стремимся немного прояснить это.

Скорее всего, вы слышали термин KISS (Keep It Simple, Stupid). Я попытаюсь объяснить, как работают свинцово-кислотные батареи и что им нужно, не утопая вас в кучу ненужных технических данных. Я обнаружил, что данные об аккумуляторе могут несколько отличаться от производителя к производителю, поэтому я постараюсь свести эти данные к минимуму. Это означает, что я могу немного обобщить, оставаясь верным цели.

Свинцово-кислотная батарея используется в коммерческих целях более 100 лет. Тот же химический принцип, который используется для хранения энергии, в основном тот же, что и наши прапрадеды.

Аккумулятор похож на копилку. Если вы будете продолжать вынимать и ничего не класть обратно, у вас ничего не останется. Сегодняшние требования к питанию от аккумулятора шасси огромны. Рассмотрим современный автомобиль и все электрические устройства, которые должны быть запитаны. Вся эта электроника требует надежного источника питания, а плохое состояние батареи может привести к отказу дорогостоящих электронных компонентов. Знаете ли вы, что в электрической системе среднего автомобиля 11 фунтов провода? Посмотрите на дома на колесах и лодки со всеми электрическими устройствами, требующими питания.Не так давно в трейлерах или домах на колесах была только одна 12-вольтовая аккумуляторная батарея. Сегодня это стандарт для инверторов мощностью до 4000 Вт.

Среднее время автономной работы сократилось из-за увеличения требований к энергии. Срок службы зависит от использования — обычно от 6 до 48 месяцев, но только 30% всех батарей фактически достигают 48-месячной отметки. Вы можете продлить срок службы батареи, подключив ее к солнечному зарядному устройству в нерабочие месяцы.

Если вы усвоите основы, у вас будет меньше проблем с батареей, и вы получите большую производительность, надежность и долговечность батареи.Я предлагаю вам прочитать весь учебник; однако я проиндексировал всю информацию для удобства.

Несколько основ

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, свинца и оксида свинца (для изменения плотности, твердости, пористости и т. Д. Используются различные другие элементы) с 35% -ным раствором серной кислоты и 65% -ным водным раствором. Этот раствор называется электролитом, который вызывает химическую реакцию с образованием электронов. Когда вы проверяете аккумулятор с помощью ареометра, вы измеряете количество серной кислоты в электролите.Если у вас низкие показатели, это означает, что химия, производящая электроны, отсутствует. Итак, куда делась сера? Он лежит на пластинах аккумулятора, поэтому при перезарядке сера возвращается в электролит.

1. Безопасность
2. Типы батарей, глубокий цикл и запуск
3. Мат с влажными ячейками, гелевыми ячейками и абсорбирующим стеклом (AGM)
4. CCA, CA, AH и RC; что все это значит?
5. Обслуживание батареи
6. Тестирование батарей
7. Выбор и покупка новой батареи
8. Срок службы и производительность аккумулятора
9. Зарядка аккумулятора
10. Батарейки
11. Батареи, которых нельзя делать

1. Вы должны думать о безопасности при работе с аккумуляторами. Снимите все украшения. (В конце концов, вы не захотите расплавить ремешок для часов, пока носите его!) Водород, выделяемый батареями при зарядке, очень взрывоопасен. Мы видели несколько случаев, когда батареи взрывались и все заливали серной кислотой. Это было неинтересно, и было бы самое время надеть защитные очки, висящие на стене. Черт возьми, ты даже мог бы сломать свой дискотечный костюм. На полиэстер не действует серная кислота, но все, что содержит хлопок, съедает.Если вы не чувствуете потребности в моде, просто носите старомодную одежду — в конце концов, полиэстер по-прежнему не в моде.

При выполнении электромонтажных работ на транспортных средствах лучше всего отсоединить заземляющий кабель. Просто помните, что вы возитесь с едкой кислотой, взрывоопасными газами и сотнями ампер электрического тока.

2. В основном существует свинцово-кислотных аккумуляторов двух типов (вместе с тремя подкатегориями). Два основных типа — это запуск (запуск) и глубокий цикл (морской / гольф-кар).Пусковая батарея (зажигание стартовых огней SLI) предназначена для быстрой подачи энергии (например, для запуска двигателей) и, следовательно, имеет большее количество пластин. Пластины более тонкие и имеют несколько иной состав материала.

Что такое аккумулятор глубокого разряда? Батарея глубокого разряда имеет меньше мгновенной энергии, но большую долгосрочную подачу энергии. Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые пластины и могут выдержать несколько циклов разряда. Пусковые батареи не должны использоваться для приложений с глубоким циклом, потому что более тонкие пластины более склонны к короблению и точечной коррозии при разряде.Так называемая батарея двойного назначения — это компромисс между двумя типами батарей, хотя лучше, если возможно, указать более конкретную информацию.

3. Влажная ячейка (затопленная), гелевая ячейка и абсорбирующий стекломат (AGM) — это различные версии свинцово-кислотных аккумуляторов. Влажная камера бывает двух типов; ремонтопригоден и не требует обслуживания. Оба заполнены электролитом и в основном одинаковы. Я предпочитаю тот, в который я могу добавить воду и проверить удельный вес электролита с помощью ареометра.

Гелевые аккумуляторы и AGM — это специальные аккумуляторы, которые обычно стоят в два раза дороже, чем аккумуляторы премиум-класса с мокрыми элементами. Однако они очень хорошо хранятся и не склонны к сульфатированию или разложению так же легко, как влажные клетки. При использовании этих батарей существует небольшая вероятность взрыва газообразного водорода или коррозии; это самые безопасные свинцово-кислотные батареи, которые вы можете использовать. Гелевый элемент и некоторые аккумуляторы AGM могут потребовать особой скорости зарядки. Если вам нужен лучший, наиболее универсальный тип, следует обратить внимание на батарею AGM для таких приложений, как морские суда, жилые дома, солнечные батареи, аудио, спортивные состязания и резервное питание, и это лишь некоторые из них.

Если вы не используете или не эксплуатируете свое оборудование ежедневно, аккумуляторы AGM будут держать заряд лучше, чем другие типы. Если вам нужно полагаться на первоклассную производительность аккумулятора, потратьте дополнительные деньги. Гелевые батареи все еще продаются, но AGM-батареи заменяют их в большинстве приложений.

Существует некоторая общая путаница в отношении батарей AGM, потому что разные производители называют их разными именами. Некоторые из наиболее распространенных названий — это «герметичный регулируемый клапан», «сухой элемент», «непроливаемый» и «свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием».В большинстве случаев батареи AGM обеспечивают больший срок службы и больший срок службы, чем батареи с жидкими элементами.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно люди используют термин «гелевый элемент» в качестве общего термина, когда относятся к герметичным, необслуживаемым батареям, так же, как при обращении к тканям лица используют Kleenex. В результате будьте осторожны при выборе зарядного устройства для гелевых аккумуляторов, поскольку покупатели часто говорят нам, что им нужно зарядное устройство для гелевых аккумуляторов, хотя на самом деле это вовсе не гелевые элементы.

AGM: Конструкция из абсорбированного матового стекла позволяет подвешивать электролит в непосредственной близости от активного материала пластин. Теоретически это увеличивает эффективность разряда и перезарядки. Общие приложения производителей включают запуск двигателя с высокими характеристиками, силовые виды спорта, глубокий цикл, солнечные батареи и аккумуляторные батареи. Более крупные AGM-батареи, которые мы продаем, обычно являются хорошими батареями глубокого разряда, и они обеспечивают наилучший срок службы, если их перезарядить до того, как скорость разряда опустится ниже 50%.Аккумуляторы для мотоциклов Scorpion, которые мы носим, ​​являются отличным обновлением вашего стандартного залитого аккумулятора, и то же самое касается аккумуляторов Motocross, которые являются вторичной версией OEM-аккумулятора Yuasa. Когда аккумуляторы AGM глубокого цикла разряжены до уровня не менее 60%, срок службы составит 300 с лишним циклов.

GEL: Гелевый элемент аналогичен стилю AGM, потому что электролит находится во взвешенном состоянии, но отличается, потому что технически аккумулятор AGM по-прежнему считается мокрым элементом.Электролит в гелевой ячейке содержит добавку диоксида кремния, которая заставляет его затвердеть или затвердеть. Напряжение перезарядки у этого типа элементов ниже, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов других типов. Вероятно, это наиболее чувствительный элемент с точки зрения побочных реакций на зарядку от перенапряжения. Гелевые батареи лучше всего использовать при ОЧЕНЬ ГЛУБОКОМ цикле нанесения и могут работать немного дольше в условиях жаркой погоды. Использование неподходящего зарядного устройства для гелевых аккумуляторов может привести к снижению производительности и преждевременному выходу из строя.

4. CCA, CA, AH и RC . Это стандарты, которые большинство компаний по производству аккумуляторов используют для оценки выходной мощности и емкости аккумулятора.

Ампер холодного пуска (CCA) — это измерение количества ампер, которое батарея может выдавать при 0 ° F в течение 30 секунд и не опускаться ниже 7,2 вольт. Таким образом, высокий уровень заряда батареи CCA особенно важен при запуске аккумуляторных батарей и в холодную погоду. Это измерение не особенно важно для батарей глубокого цикла, хотя это наиболее часто «известный» метод измерения батареи.

CA — ток запуска, измеренный при 32 ° F. Этот рейтинг также называется судовым усилителем запуска (MCA) . Усилитель горячего пуска (HCA) уже редко используется, но измеряется при температуре 80 ° F.

Резервная емкость (RC) — очень важная емкость аккумулятора. Это количество минут, в течение которых полностью заряженный аккумулятор при 80 ° F будет разряжать 25 ампер до тех пор, пока напряжение аккумулятора не упадет ниже 10,5 В.

Ампер-час (Ач) — это номинал, который обычно встречается у батарей глубокого разряда.Стандартный рейтинг — это рейтинг усилителя в течение 20 часов. Для батареи с номиналом 100 Ач это означает следующее: потребляйте энергию от батареи в течение 20 часов, и она обеспечит в общей сложности 100 ампер-часов. Это означает около 5 ампер в час. (5 х 20 = 100). Однако очень важно знать, что общее время разряда и приложенной нагрузки не является линейной зависимостью. По мере увеличения нагрузки ваша реальная емкость уменьшается. Это означает, что если вы разрядите ту же самую батарею на 100 Ач при нагрузке 100 А, то не даст вам одного часа работы.Напротив, воспринимаемая емкость аккумулятора будет равна 64 ампер-часам.

5. Обслуживание батареи: Правильное обслуживание батареи важно для максимального срока службы. Регулярно учитывайте эти моменты:

• Аккумулятор следует очищать водным раствором пищевой соды; пара столовых ложек на пол-литра воды.
• Кабельные соединения необходимо очистить и затянуть, поскольку проблемы с аккумулятором часто возникают из-за грязных и ослабленных соединений.
• В исправной аккумуляторной батарее необходимо проверить уровень жидкости. Используйте только воду без минералов; дистиллированный лучше всего, так как все примеси были удалены, и не осталось ничего, что могло бы загрязнить ваши клетки.
• Не переполняйте аккумуляторные элементы, особенно в теплую погоду, поскольку естественное расширение жидкости в жаркую погоду может вытолкнуть излишки электролитов из аккумулятора.
• Чтобы предотвратить коррозию кабелей на батареях на верхней стойке, используйте небольшую полоску силиконового герметика в основании стойки и поместите на нее войлочную шайбу для батареек.Нанесите на шайбу высокотемпературную смазку или вазелин (вазелин), затем поместите кабель на стойку и затяните. Нанесите смазку на оголенный конец кабеля. Конденсация газов из аккумулятора на металлических частях вызывает наибольшую коррозию.

6. Тестирование батареи: Это можно сделать несколькими способами. Самый точный метод — это измерение удельного веса и напряжения аккумулятора. Для измерения удельного веса купите термокомпенсационный ареометр. Для измерения напряжения используйте цифровой D.C. Вольтметр. Качественный тестер нагрузки может быть хорошей покупкой, если вам нужно проверить герметичные батареи.

Для любого из этих методов необходимо сначала полностью зарядить аккумулятор, а затем удалить поверхностный заряд. Если аккумулятор просидел хотя бы несколько часов (я предпочитаю не менее 12 часов), можно начинать тестирование. Для снятия поверхностного заряда аккумулятор необходимо разрядить в течение нескольких минут. Использование фары (дальний свет) сделает свое дело. Выключив свет, вы готовы проверить аккумулятор.

Нагрузочное тестирование — это еще один способ тестирования батареи. Нагрузочный тест снимает ток с батареи так же, как при запуске двигателя. Тестер нагрузки можно купить в большинстве магазинов автозапчастей.Некоторые производители аккумуляторов маркируют свои аккумуляторы с помощью амперной нагрузки для тестирования. Это число обычно составляет половину рейтинга CCA. Например, батарея на 500 CCA будет тестировать под нагрузкой 250 ампер в течение 15 секунд. Нагрузочный тест может быть выполнен только в том случае, если аккумулятор почти полностью заряжен или полностью заряжен.

Результаты вашего тестирования должны быть следующими:

• Показания ареометра не должны отличаться более чем на 0,05 разницы между ячейками.
• Цифровые вольтметры должны показывать напряжение, как показано в этом документе.Напряжение герметичного AGM и гелевого аккумулятора (полностью заряженного) будет немного выше в диапазоне от 12,8 до 12,9. Если у вас есть показания напряжения в диапазоне 10,5 В на заряженной батарее, это обычно указывает на короткое замыкание элемента.
• Если у вас есть влажный элемент, не требующий обслуживания, единственными способами проверки являются вольтметр и тест под нагрузкой. Любая необслуживаемая батарея со встроенным ареометром (черное / зеленое окошко) покажет вам состояние одной ячейки из 6. Вы можете получить хорошие показания для одной ячейки, но у вас возникнут проблемы с другими ячейками в батарее.
• Если вы сомневаетесь в тестировании батареи, позвоните производителю батареи. У многих проданных сегодня аккумуляторов есть бесплатные номера, по которым можно позвонить за помощью.

7. Выбор батареи: При покупке новой батареи я предлагаю вам приобрести батарею с максимально возможной резервной емкостью или номинальной мощностью в ампер-часах. Конечно, необходимо учитывать физический размер, подключение кабеля и тип клеммы. Возможно, вы захотите рассмотреть гелевый элемент или абсорбирующий стеклянный мат (AGM), а не влажный элемент, если приложение находится в более суровых условиях или аккумулятор не будет получать регулярное обслуживание и зарядку.

Обязательно приобретите аккумулятор правильного типа для работы, которую он должен выполнять. Помните, что аккумуляторные батареи для запуска двигателя и аккумуляторные батареи глубокого разряда отличаются. Свежесть нового аккумулятора очень важна. Чем дольше аккумулятор сидит и не перезаряжается, тем больше вредных отложений сульфатации может накапливаться на пластинах. На большинстве батарей имеется код даты изготовления. Месяц обозначается буквой, где «A» означает январь, а цифра «4» соответствует 2004 году. C4 сообщает нам, что батарея была произведена в марте 2004 года.Помните, чем свежее, тем лучше. Буква «I» не используется, так как ее можно спутать с числом 1.

Гарантия на батареи рассчитана в пользу производителей батарей. Допустим, вы покупаете аккумулятор с гарантией 60 месяцев, а он живет 41 месяц. Гарантия рассчитывается пропорционально, поэтому, сравнивая использованные месяцы с полной розничной ценой батареи, вы в конечном итоге платите примерно те же деньги, как если бы вы купили батарею по продажной цене. Это радует производителя.Что меня радует, так это превышение гарантии. Уверяю вас, это возможно.

8. Срок службы и производительность батареи: Среднее время работы от батареи сократилось по мере увеличения требований к энергии. Чаще всего я слышу две фразы: «моя батарея не заряжается», и «моя батарея не держит заряд». Только 30% проданных сегодня аккумуляторов достигают 48-месячной отметки. Фактически, 80% всех отказов аккумуляторов связано с накоплением сульфатации. Это накопление происходит, когда молекулы серы в электролите (аккумуляторной кислоте) настолько сильно разряжаются, что начинают покрывать свинцовые пластины аккумуляторной батареи.Вскоре пластины покрываются таким покрытием, что батарея умирает. Причины сульфатирования многочисленны:

• Батареи слишком долго сидят между зарядками. Всего 24 часа в жаркую погоду и несколько дней в прохладную погоду.
• Батарея хранится без какого-либо энергоснабжения.
• «Глубокий цикл» аккумуляторная батарея для запуска двигателя. Помните, что эти батареи не выдерживают глубокого разряда.
• Недозаряд батареи только до 90% емкости позволит сульфатировать батарею с использованием 10% химического состава батареи, не восстановленного в результате незавершенного цикла зарядки.
• Нагрев свыше 100 ° F увеличивает внутреннюю разрядку. С повышением температуры увеличивается внутренний разряд. Новая полностью заряженная батарея, оставленная 24 часа в сутки при 110 ° F в течение 30 дней, скорее всего, не запустит двигатель.
• Низкий уровень электролита. Пластины батареи, подвергшиеся воздействию воздуха, немедленно сульфируются.
• Неправильные уровни зарядки и настройки. Самые дешевые зарядные устройства для аккумуляторов могут принести больше вреда, чем пользы. См. Раздел о зарядке аккумулятора.
• Холодная погода плохо сказывается на батарее.Химия не производит такого же количества энергии, как теплая батарея. Сильно разряженный аккумулятор может замерзнуть при минусовой погоде.
• Паразитный сток — нагрузка на аккумулятор при выключенном ключе. Дополнительная информация о паразитном сливе.

Есть способы значительно увеличить время автономной работы и производительность. Все продукты, которые мы продаем, нацелены на повышение производительности и времени автономной работы.

Пример. Допустим, у вас есть «игрушки», такие как квадроцикл, классический автомобиль, старинный автомобиль, лодка, Харлей и т. Д. Скорее всего, вы не используете эти игрушки 365 дней в году, как машину. Многие из этих игрушек сезонные, поэтому хранятся. Что происходит с батареями? Большинство аккумуляторов, которые служат источником энергии для наших игрушек, служат всего 2 сезона. Вы должны предохранять эти батареи от сульфатирования или покупать новые. Мы продаем продукты для предотвращения и обратного накопления серы на аккумуляторах. Продукты PulseTech — это запатентованные электронные устройства, которые обращают вспять и предотвращают сульфатирование. Также Battery Equalizer, химическая добавка к батареям, зарекомендовала себя очень эффективной в увеличении срока службы и производительности батареи.Другие устройства, такие как солнечные зарядные устройства, являются отличным вариантом для обслуживания аккумуляторов.

Паразитный слив Большинство транспортных средств имеют часы, компьютеры управления двигателем, системы сигнализации и т. Д. В случае лодки у вас может быть автоматический трюмный насос, радио, GPS и т. Д. Все эти устройства могут работать без работающего двигателя. . У вас могут быть паразитные нагрузки, вызванные коротким замыканием в электрической системе. Если у вас постоянно возникают проблемы с разряженной батареей, скорее всего, паразитный сток чрезмерный.Постоянно разряженная или разряженная батарея, вызванная чрезмерным паразитным потреблением энергии, значительно сокращает срок службы батареи. Если у вас возникла такая проблема, попробуйте PriorityStart! переключатели батарей, чтобы предотвратить разряд батарей до того, как они произойдут. Этот специальный компьютерный выключатель отключит пусковую батарею вашего двигателя до того, как вся стартовая энергия будет исчерпан. Эта технология предотвратит глубокую разрядку стартовой батареи.

9. Зарядка аккумулятора:

Помните, что для правильного обслуживания батареи вы должны немедленно вернуть энергию, которую вы используете.Если вы этого не сделаете, аккумулятор будет сульфатирован, что повлияет на производительность и долговечность. Генератор — это зарядное устройство для аккумуляторов. Работает хорошо, если аккумулятор не сильно разряжен. Генератор имеет тенденцию перезаряжать батареи с очень низким уровнем заряда, и перезарядка может повредить батареи. Фактически, у аккумуляторной батареи для запуска двигателя в среднем доступно всего около 10 глубоких циклов при подзарядке от генератора. Батареи любят заряжаться определенным образом, особенно когда они сильно разряжены. Этот тип зарядки называется трехступенчатой ​​регулируемой зарядкой.Обратите внимание, что только специальные интеллектуальные зарядные устройства, использующие компьютерную технику, могут выполнять трехэтапную зарядку. Вы не найдете эти типы зарядных устройств в магазинах запчастей или больших коробках.

1. Первым этапом является массовая зарядка , где до 80% энергетической емкости аккумулятора заменяется зарядным устройством при максимальном номинальном напряжении и токе зарядного устройства.
2. Когда напряжение аккумулятора достигает 14,4 В, начинается этап абсорбционного заряда .Здесь напряжение поддерживается на постоянном уровне 14,4 вольт, а ток (в амперах) падает до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 98%.
3. Далее идет Float Step . Это регулируемое напряжение не более 13,4 В и обычно менее 1 А тока. Со временем это приведет к тому, что аккумулятор будет заряжен на 100% или почти полностью заряжен. Плавающий заряд не закипит и не нагреет батареи, но он будет поддерживать батареи в 100% готовности и предотвращать циклическую работу во время длительного простоя.Примечание. Для некоторых гелевых аккумуляторов и аккумуляторов AGM могут потребоваться специальные настройки или зарядные устройства.

10. Батарея Dos

• Думайте о безопасности прежде всего.
• Прочтите руководство полностью.
• Регулярно проводите осмотр и техническое обслуживание, особенно в жаркую погоду.
• Заряжайте батареи сразу после разрядки.
• Купите RC с максимальной резервной емкостью или батарею Ач в ампер-часах, которая будет соответствовать вашей конфигурации.

11. Недопустимые действия с батареями

• Не забывайте безопасность прежде всего.
• Не добавляйте новый электролит (кислоту).
• Не используйте нерегулируемые зарядные устройства большой мощности для зарядки аккумуляторов.
• Не кладите оборудование и игрушки на хранение без какого-либо устройства для поддержания заряда аккумулятора.
• Не отсоединяйте кабели аккумулятора при работающем двигателе (аккумулятор действует как фильтр).
• Не откладывайте перезарядку батарей.
• Не добавляйте водопроводную воду, так как она может содержать минералы, загрязняющие электролит.
• Не разряжайте аккумулятор глубже, чем это возможно.
• Не позволяйте батарее становиться горячей на ощупь и сильно закипать во время зарядки.
• Не используйте одновременно батареи разных размеров и типов.

Хотя это был подробный обзор типов батарей и способов их обслуживания, всегда есть чему поучиться.Ознакомьтесь с этим дополнительным руководством по работе с батареями и узнайте больше об основах работы с батареями.

Выберите аккумулятор

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Различные типы батарей и их применение

Батарея — это совокупность одной или нескольких ячеек, которые подвергаются химическим реакциям, создавая поток электронов в цепи. В области аккумуляторных технологий ведется много исследований и улучшений, и в результате прорывные технологии испытываются и используются в настоящее время во всем мире.Батареи вошли в игру из-за необходимости хранить произведенную электрическую энергию. Поскольку генерировалось достаточное количество энергии, важно было сохранить энергию, чтобы ее можно было использовать при отключении генерации или когда есть потребность в питании автономных устройств, которые не могут быть привязаны к источнику питания от сети. Здесь следует отметить, что в батареях может храниться только постоянный ток, а переменный ток не может храниться.

Батарейные элементы обычно состоят из трех основных компонентов;

1. Анод (отрицательный электрод)
2. Катод (положительный электрод)
3. Электролиты

Анод — это отрицательный электрод, который производит электроны во внешнюю цепь, к которой подключена батарея.Когда батареи подключены, на аноде инициируется накопление электронов, которое вызывает разность потенциалов между двумя электродами. Затем электроны естественным образом пытаются перераспределиться, этому препятствует электролит, поэтому, когда электрическая цепь подключена, она обеспечивает свободный путь для движения электронов от анода к катоду, тем самым запитывая цепь, к которой он подключен. Изменяя компоновку и материал, используемый для изготовления анода, катода и электролита, мы можем достичь многих различных типов химического состава батарей, что позволяет нам разрабатывать различные типы аккумуляторных элементов.В этой статье мы расскажем о различных типах батарей и их использовании , так что давайте начнем.

Типы аккумуляторов

Батареи обычно можно разделить на разные категории и типы, в зависимости от химического состава, размера, форм-фактора и вариантов использования, но под всеми из них можно выделить два основных типа батарей;

1. Первичные батареи
2. Вторичные батареи

Давайте посмотрим глубже, чтобы понять основные различия между первичной ячейкой и вторичной ячейкой.

1. Первичные батареи

Первичные батареи — это батареи, которые нельзя перезарядить. после разрядки. Первичные батареи состоят из электрохимических элементов, электрохимическая реакция которых необратима.

Первичные батареи существуют в различных формах , от батарейки типа «таблетка» до батареек типа AA . Они обычно используются в автономных приложениях, где зарядка нецелесообразна или невозможна. Хороший пример — устройства военного класса и оборудование с батарейным питанием.Использовать аккумуляторные батареи будет непрактично, так как перезарядка батареи будет последним, о чем будут думать солдаты. Первичные батареи всегда имеют высокую удельную энергию, а системы, в которых они используются, всегда рассчитаны на потребление небольшого количества энергии, чтобы батарея прослужила как можно дольше.

Некоторые другие примеров устройств, использующих первичные батареи, включают ; Стрелки, трекеры животных, наручные часы, пульты дистанционного управления и детские игрушки, и это лишь некоторые из них.

Самым популярным типом первичных батарей являются щелочные батареи . Они обладают высокой удельной энергией, экологически безопасны, экономичны и не протекают даже в полностью разряженном состоянии. Их можно хранить в течение нескольких лет, они имеют хорошие показатели безопасности и могут перевозиться в самолетах без соблюдения транспортных и других правил ООН. Единственным недостатком щелочных батарей является низкий ток нагрузки, что ограничивает их использование устройствами с низким потреблением тока, такими как пульты дистанционного управления, фонарики и портативные развлекательные устройства.

2. Аккумуляторы вторичные

Вторичные батареи — это батареи с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно обратить вспять, подав на батарею определенное напряжение в обратном направлении. Также называемые перезаряжаемыми батареями , вторичные элементы, в отличие от первичных, могут перезаряжаться после того, как энергия на батарее была израсходована.

Они обычно используются в приложениях с большим потреблением энергии и других сценариях, где будет либо слишком дорого, либо нецелесообразно использовать однозарядные батареи.Вторичные батареи малой емкости используются для питания портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны , а также других гаджетов и приборов, в то время как сверхмощные батареи используются для питания различных электромобилей и других приложений с высоким энергопотреблением, таких как выравнивание нагрузки при производстве электроэнергии. Они также используются в качестве автономных источников питания вместе с инверторами для подачи электроэнергии . Хотя первоначальная стоимость приобретения аккумуляторных батарей всегда намного выше, чем стоимость первичных батарей, в долгосрочной перспективе они являются наиболее рентабельными.

Вторичные батареи можно разделить на несколько других типов в зависимости от их химического состава . Это очень важно, потому что химический состав определяет некоторые атрибуты батареи, включая ее удельную энергию, срок службы, срок годности и цену, чтобы упомянуть некоторые из них.

Ниже приведены различных типов аккумуляторных батарей , которые обычно используются.

1. Литий-ионный (Li-ion)
2. Никель-кадмий (Ni-Cd)
3. Никель-металлогидрид (Ni-MH)
4. Свинцово-кислотный

1. Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевый аккумулятор (никель-кадмиевый аккумулятор или никель-кадмиевый аккумулятор) — это тип аккумуляторной батареи, в которой в качестве электродов используются гидроксид никеля и металлический кадмий. Никель-кадмиевые батареи превосходно поддерживают напряжение и заряд, когда они не используются. Однако батареи NI-Cd легко становятся жертвой ужасного эффекта «памяти», когда частично заряженная батарея перезаряжается, что снижает ее будущую емкость.

По сравнению с другими типами перезаряжаемых элементов, никель-кадмиевые батареи обеспечивают хороший срок службы и производительность при низких температурах с хорошей емкостью, но их наиболее значительным преимуществом будет их способность обеспечивать полную номинальную емкость при высоких скоростях разряда. Они доступны в различных размерах, включая размеры, используемые для щелочных батарей, от AAA до D. Ni-Cd элементы используются по отдельности или собираются в пакеты из двух или более элементов. Маленькие пакеты используются в портативных устройствах, электронике и игрушках, в то время как более крупные находят применение в пусковых батареях самолетов, электромобилях и резервных источниках питания.

Некоторые свойства никель-кадмиевых батарей перечислены ниже.

• Удельная энергия: 40-60 Вт-ч / кг
• Плотность энергии: 50-150 Вт-ч / л
• Удельная мощность: 150 Вт / кг
• Эффективность заряда / разряда: 70-90%
• Скорость саморазряда: 10% / мес.
• Цикл износостойкости / срока службы: 2000 циклов

2. Никель-металлогидридные батареи

Металлогидрид никеля (Ni-MH) — это еще один химический состав, используемый для аккумуляторных батарей.Химическая реакция на положительном электроде батарей аналогична реакции в никель-кадмиевом элементе (NiCd), при этом оба типа батарей используют один и тот же гидроксид оксида никеля (NiOOH). Однако отрицательные электроды в никель-металлогидриде используют сплав, поглощающий водород, вместо кадмия, который используется в никель-кадмиевых батареях

.

.

Батареи

NiMH находят применение в устройствах с высоким энергопотреблением из-за их большой емкости и плотности энергии.Никель-металл-гидридная батарея может иметь емкость в два-три раза больше, чем никель-кадмиевая батарея того же размера, а ее плотность энергии может приближаться к литий-ионной батарее. В отличие от химии NiCd, батареи на основе химии NiMH не восприимчивы к эффекту «памяти» , который испытывают никель-кадмиевые батареи.

Ниже приведены некоторые свойства батарей, основанные на химии никель-металлгидрида;

• Удельная энергия: 60-120 ч / кг
• Плотность энергии: 140-300 Втч / л
• Удельная мощность: 250-1000 Вт / кг
• Эффективность заряда / разряда: 66% — 92%
• Скорость саморазряда: 1.3-2,9% / мес при 20 ^o C
• Цикл Долговечность / срок службы: 180-2000

3. Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи

— один из самых популярных типов аккумуляторных батарей. Есть много различных типов литиевых батарей , но среди всех литий-ионных батарей используются наиболее часто. Вы можете найти эти литиевые батареи в различных формах, популярных среди электромобилей и других портативных устройств.Если вам интересно узнать больше об аккумуляторах, используемых в электромобилях, вы можете прочитать эту статью о батареях для электромобилей. Они встречаются в различных портативных устройствах, включая мобильные телефоны, интеллектуальные устройства и некоторые другие аккумуляторные устройства, используемые дома. Благодаря легкости они также находят применение в аэрокосмической и военной промышленности.

Литий-ионные батареи — это тип перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития от отрицательного электрода мигрируют к положительному электроду во время разряда и возвращаются обратно к отрицательному электроду, когда батарея заряжается.Литий-ионные батареи используют интеркалированное соединение лития в качестве материала одного электрода, по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемых литиевых батареях.

Литий-ионные аккумуляторы

обычно обладают высокой плотностью энергии, небольшим эффектом памяти или отсутствием его и низким саморазрядом по сравнению с другими типами аккумуляторов. Их химический состав, производительность и стоимость различаются в зависимости от сценария использования, например, литий-ионные батареи, используемые в портативных электронных устройствах, обычно основаны на оксиде лития-кобальта (LiCoO ₂ ), который обеспечивает высокую плотность энергии и низкие риски безопасности при повреждении, в то время как Li Батареи с ионами на основе фосфата лития и железа, которые предлагают более низкую плотность энергии, более безопасны из-за меньшей вероятности возникновения неблагоприятных событий, широко используются для питания электрических инструментов и медицинского оборудования.Литий-ионные батареи предлагают лучшее соотношение производительности и веса, а литий-серные батареи — самое высокое.

Некоторые характеристики литий-ионных батарей перечислены ниже;

• Удельная энергия: 100: 265 Вт-ч / кг
• Плотность энергии: 250: 693 Вт-ч / л
• Удельная мощность: 250: 340 Вт / кг
• Процент заряда / разряда: 80-90%
• Цикл Долговечность: 400: 1200 циклов
• Номинальное напряжение ячейки: NMC 3,6 / 3,85 В

4.Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

— это недорогая и надежная силовая рабочая лошадка, используемая в тяжелых условиях. Обычно они очень большие и из-за своего веса всегда используются в непереносных устройствах, таких как накопление энергии на солнечных батареях, зажигание и освещение транспортных средств, резервное питание и выравнивание нагрузки при производстве / распределении электроэнергии. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются самым старым типом аккумуляторных батарей, которые по-прежнему актуальны и важны в современном мире. Свинцово-кислотные батареи имеют очень низкое отношение энергии к объему и энергии к весу, но они имеют относительно большое отношение мощности к весу и, как следствие, при необходимости могут обеспечивать огромные импульсные токи.Эти атрибуты наряду с низкой стоимостью делают эти батареи привлекательными для использования в нескольких сильноточных приложениях, таких как питание стартерных двигателей автомобилей и хранение в резервных источниках питания. Вы также можете ознакомиться со статьей о работе свинцово-кислотных аккумуляторов, если хотите узнать больше о различных типах свинцово-кислотных аккумуляторов, их конструкции и областях применения.

У каждой из этих батарей есть своя область, которая лучше всего подходит, и изображение ниже помогает выбрать между ними.

Выбор подходящего аккумулятора для вашего приложения

Одной из основных проблем, препятствующих технологическим революциям, таким как IoT, является мощность, срок службы батареи влияет на успешное развертывание устройств, требующих длительного времени автономной работы, и даже несмотря на то, что для увеличения срока службы батареи принимаются несколько методов управления питанием, совместимая батарея все же должна быть выбран для достижения желаемого результата.

Ниже приведены некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе правильного типа батареи для вашего проекта.

1. Плотность энергии: Плотность энергии — это общее количество энергии, которое может храниться на единицу массы или объема. Это определяет, как долго ваше устройство остается включенным, прежде чем ему потребуется подзарядка.

2. Плотность мощности: Максимальная скорость разряда энергии на единицу массы или объема. Низкое энергопотребление: ноутбук, i-pod. Высокая мощность: электроинструменты.

3. Безопасность : Важно учитывать температуру, при которой устройство, которое вы собираете, будет работать.При высоких температурах некоторые компоненты батареи выходят из строя и могут подвергаться экзотермическим реакциям. Высокие температуры обычно снижают производительность большинства батарей.

4. Срок службы: Стабильность плотности энергии и удельной мощности батареи при многократных циклах (зарядка и разрядка) необходима для длительного срока службы батареи, необходимого для большинства приложений.

5. Стоимость: Стоимость — важная часть любых инженерных решений, которые вы будете принимать.Важно, чтобы стоимость выбранного вами аккумулятора была соизмерима с его производительностью и не приводила к чрезмерному увеличению общей стоимости проекта.

типов автомобильных аккумуляторов | Разъяснил

Автомобильные аккумуляторы в автомобиле не следует судить по его размеру. Несмотря на свои небольшие размеры, он играет важную роль в плавном движении автомобиля. Такие функции, как запуск двигателя, подача питания на информационно-развлекательную систему, фары … вы поняли. Работающий двигатель заряжает аккумулятор в автомобиле.Через год после многочисленных циклов батарея в конечном итоге разрядится, и ее необходимо будет заменить.

Ну, чтобы иметь представление, вот разные типы аккумуляторов для авто.

1. Пусковые, осветительные и зажигательные батареи (SLI)
   

   Батареи SLI

   • Большинство дорожных транспортных средств комплектуются пусковыми батареями, батареями освещения и зажигания или короткими батареями SLI.
   • Как следует из названия, помимо запуска автомобиля, он питает всю электронику, включая внутреннее и внешнее освещение, информационно-развлекательную систему и т. Д.
   • У батареи SLI очень короткий цикл зарядки. Это время для зарядки и разрядки аккумулятора значительно меньше.
   • Аккумулятор этого типа может обеспечивать подачу энергии короткими промежутками времени, как стартер для запуска автомобиля.
   • Батареи SLI состоят из 6 гальванических элементов, ориентированных последовательно, которые образуют систему и обеспечивают напряжение 12 вольт.
   • Каждая ячейка обеспечивает 2,1 вольт, что дает общую выходную мощность около 12,6 вольт при полной зарядке.

2. Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы
   

   • Это одна из самых недооцененных батарей из всей партии, поскольку она в основном используется в PHEV и стоит немного дороже, чем обычные свинцово-кислотные батареи.
   • Литий-ионный аккумулятор стал известен в последние несколько лет. В последних гибридных автомобилях и электромобилях используется литий-ионный аккумулятор.
   • По сравнению с другими аккумуляторами, литий-ионный аккумулятор значительно больше заряжается.
   • Еще один положительный момент — эти аккумуляторы весят меньше обычных автомобильных аккумуляторов той же мощности.
   • Независимо от использования, срок службы литий-ионных аккумуляторов велик и составляет около 5-10 лет.

3. Свинцово-кислотные батареи
   

   Свинцово-кислотные батареи

   • Это батареи с минимальным обслуживанием.
   • В отличие от других батарей Свинцово-кислотные батареи герметичны, поэтому не подлежат обслуживанию. Эти батареи можно только заменить.

   Свинцово-кислотные батареи

   • также работают короткими импульсами для обеспечения питания стартера.

Как правильно выбрать аккумулятор?

Собираясь заменить батарею, вам следует учесть две основные вещи. Напряжение, ток, CCA и CA.

Перед покупкой аккумулятор

• Напряжение в полностью заряженной батарее около 12.6 Вольт, и это относится к количеству энергии, хранящейся в батарее.
• С другой стороны, ток — это скорость протекания заряда, которая измеряется в амперах.
• Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются наиболее распространенным типом аккумуляторов, используемых в индийских автомобилях. Батареи состоят из нескольких пластин, погруженных в раствор электролита.
• Электролит представляет собой раствор, состоящий из 65% воды и 35% серной кислоты.
• Это химическая реакция между пластинами и раствором электролита, которая дает ток 12.6 вольт.
• CCA также следует учитывать перед покупкой или заменой аккумулятора.
• Номинальный ток холодного пуска или CCA — это мера того, сколько ампер может выдавать аккумулятор в течение 30 секунд при -17ºC.
• Большинство автомобильных аккумуляторов имеют рейтинг 350, 450 и 600 CCA. Чем выше рейтинг, тем легче заводится автомобиль.
• CA или ток запуска, который является мерой того, сколько ампер вырабатывает аккумулятор, но при 0ºC в течение 30 секунд.

Теперь, когда вы знаете разные типы аккумуляторов, вот что вам нужно сделать, чтобы извлечь большую часть из аккумулятора вашего автомобиля.

1. Всегда проверяйте показания напряжения перед покупкой батареи с помощью мультиметра.
2. Прочтите аккумулятор правильного размера, указанный в руководстве по эксплуатации автомобиля. Превышение емкости рекомендуемой батареи может устранить неисправность в электрике.
3. Установка бывшего в употреблении автомобильного аккумулятора может быть опасна как для вас, так и для вашей поездки.
4. Регулярно проверяйте соединения аккумулятора автомобиля.
5. Если у автомобиля проблемы с запуском двигателя, проверьте соединения, очистите их, если клеммы окислились.
6. Всегда держите под рукой соединительные кабели или портативное зарядное устройство на случай выхода из строя аккумулятора.

Jumper Cables

Также читайте: 5 основных причин разряда автомобильного аккумулятора!

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

| Свинцово-кислотная батарея Введение

Есть много разновидностей свинцово-кислотных аккумуляторов. Каждый из них разработан для своего конкретного применения с определенными характеристиками разряда и заряда. Эти типы аккумуляторов специально разработаны для определенного конечного применения.
Важно выбрать правильную свинцово-кислотную батарею для вашего конкретного применения. Невыполнение этого требования может снизить производительность и в некоторых случаях необратимое повреждение батареи, что приведет к резкому сокращению ее общего срока службы.

Обычно свинцово-кислотные батареи делятся на две основные категории; Залитые (или влажные) элементы и необслуживаемые герметичные свинцово-кислотные батареи (SLA).

Свинцово-кислотные аккумуляторы с заливкой

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

являются наиболее распространенным типом свинцово-кислотных аккумуляторов и широко используются в автомобильной промышленности.Они представляют собой наиболее экономичное решение из всех свинцово-кислотных аккумуляторов с наименьшими затратами на ампер-час.

Современные мокрые камеры выпускаются в двух стилях; ремонтопригоден и не требует обслуживания. Обычные залитые аккумуляторные батареи требуют особого ухода и регулярного обслуживания в виде полива, выравнивания зарядов и поддержания клемм в чистоте. Затопленные ячейки необходимо устанавливать правильно, и они могут быть подвержены утечке.

Транспортировка заливных свинцово-кислотных аккумуляторов сопряжена со своими проблемами.Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы, классифицируемые как «опасный товар», требуют особых методов транспортировки и могут быть отправлены только аккредитованными сертифицированными транспортными и курьерскими компаниями.

Герметичные свинцово-кислотные батареи

Обычно известен как свинцово-кислотный продукт с регулируемым клапаном (VRLA) или герметичный свинцово-кислотный продукт (SLA). Батареи SLA доступны в нескольких различных форматах. Их основной производственный процесс, включая количество пластин и толщину пластин, определяет назначенное конечным пользователем приложение.Батареи SLA, как правило, не сульфатируются или разлагаются так же легко, как влажные элементы, и считаются самыми безопасными свинцово-кислотными аккумуляторами в использовании.

Обычно встречаются две основные версии герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). AGM (Absorbed Glass Matt) и Gel Cell (гелеобразный электролит).

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор AGM

Аккумуляторы

AGM предлагают лучшую цену среди свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы AGM используют процесс матирования абсорбированного стекла (AGM), который превосходит традиционную технологию заливного стекла.Тонкие, высокопористые сепараторы из микроволоконного стекла поглощают электролит, повышая эффективность за счет снижения внутреннего сопротивления, что, в свою очередь, увеличивает емкость. Более низкое внутреннее сопротивление также означает, что аккумулятор можно заряжать намного быстрее, чем обычные заливные или влажные свинцово-кислотные аккумуляторы. Батареи AGM имеют гораздо большую емкость при меньшем размере корпуса и могут быть установлены на их стороне и отправлены с использованием стандартных процессов доставки. Аккумуляторы
AGM используются во многих областях; ИБП, сигнализация и телекоммуникации, тележки и тележки для гольфа, мобильные автомобили, высокопроизводительные автомобили и многое другое.Как всегда, важно убедиться, что вы выбрали правильный аккумулятор AGM для вашего приложения. Хотя напряжение, емкость, размеры и номинальные значения могут быть очень похожими в разных диапазонах, каждая батарея AGM имеет определенное применение, в котором они должны использоваться.

Свинцово-кислотные гелевые герметичные типы

Распространенное заблуждение состоит в том, что все «герметичные» свинцово-кислотные батареи — гелевые. Гелевые батареи VRLA содержат гелеобразный электролит, который отличается от своих аналогов AGM. Серная кислота смешивается с дымом кремнезема, что делает полученную массу гелеобразной и неподвижной.Таким образом создается полностью необслуживаемый, герметичный свинцово-кислотный аккумулятор. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом или свинцово-кислотных аккумуляторов, гелевые аккумуляторы не нужно хранить в вертикальном положении, и их можно отправить стандартным способом ».

Унаследованный дизайн

GEL снижает испарение электролита, утечку и последующую коррозию, которая очень часто встречается в залитых батареях или батареях с жидкими элементами. Гелевые батареи обладают большей устойчивостью к экстремальным температурам, ударам и вибрации. Они способны выдерживать чрезмерную разрядку, которая обычно вызывает необратимые повреждения затопленных аккумуляторов и некоторых аккумуляторов AGM.Они идеально подходят для приложений, где требуется постоянный ток, таких как тележки для гольфа, мобильные устройства, блоки питания и блоки питания для жилых автофургонов.
лари, как правило, намного дороже, чем их аналоги AGM и Flooded. У них очень низкая скорость разряда (1% в месяц), но они требуют определенных методов зарядки и должны заряжаться с помощью специального зарядного устройства для гелевых аккумуляторов.

Свинцово-кислотные батареи глубокого цикла

Герметичные свинцово-кислотные батареи

Deep Cycle, как следует из названия, специально разработаны для приложений с глубоким циклом.У них меньше пластин, чем у их заводных или пусковых аналогов. Эти пластины также намного толще. Это уменьшает общую площадь поверхности, в результате чего батарея обеспечивает более низкий максимальный ток, но способна к гораздо более глубокому состоянию заряда.

Аккумуляторы глубокого разряда обычно разряжаются до 50% своей емкости и снова заряжаются. Это известно как глубина разряда (DoD). Этот уровень цикличности обычно используется в приложениях, где батарея обеспечивает постоянный ток в течение длительных периодов времени.Такие как тележки для гольфа, скутеры для передвижения, блоки питания, блоки питания для автофургонов, системы солнечной энергии и т. Д.

Основная формула, которой мы следуем, рекомендуя батарею глубокого разряда, заключается в том, чтобы предложить батарею с остаточной емкостью, примерно в три раза превышающей предполагаемое ежедневное использование. Рекомендуется полностью заряжать аккумуляторы Deep Cycle каждые несколько месяцев, чтобы поддерживать их истинную емкость на уровне. Несоблюдение этого требования сократит срок службы батарей, и со временем их емкость будет все меньше и меньше.Свинцово-кислотные батареи глубокого цикла обычно классифицируются по их номинальной ампер-часам (AHr). Ампер-час — это мера емкости батарей.

Батареи

Deep Cycle доступны в вариантах AGM и GEL.

Свинцово-кислотные батареи для запуска или запуска двигателя

Аккумуляторы

Engine Start имеют большее количество более тонких пластин. На общий выходной ток влияет общая площадь поверхности. С более тонкими пластинами на батарею конечным результатом является увеличенная площадь поверхности, которая обеспечивает гораздо более высокий потенциал тока.

В общем, аккумуляторные батареи с кривошипом отличаются от своих аналогов глубокого разряда, поскольку они были специально разработаны для создания большого всплеска тока за короткий промежуток времени. Это особенно полезно при запуске двигателя. Батареи пуска обычно классифицируются на основе их номинального тока ccA (ток холодного пуска). Ампер холодного пуска — это мера полного тока, который полностью заряженный аккумулятор при -18 градусов Цельсия может обеспечить в течение 30 секунд, не упав ниже 1,2 В на элемент (7.2в для аккумулятора 12в). Обычно это 1% емкости аккумулятора. Чем выше рейтинг ccA, тем больший двигатель может перевернуть аккумулятор.

Аккумуляторные батареи не предназначены для глубокого цикла или разряда. Они предназначены для переворачивания двигателя и использования плавающего заряда, обеспечиваемого генератором переменного тока автомобиля. Разрядка аккумуляторной батареи приведет к необратимому повреждению пластин аккумуляторной батареи. Это в конечном итоге снизит его производительность, общий срок службы и в некоторых случаях приведет к полному отказу.

Лучшее из двух миров

Известен под разными именами, но чаще всего как Гибрид. Эти аккумуляторы предназначены как для запуска двигателя, так и для глубокого цикла. Это особенно полезно в морских и жилых домах, где для запуска двигателя требуется большой ток срабатывания, а также возможность циклического включения бортовых устройств и приборов.

Эти батареи можно найти как в гелевых, так и в AGM-вариантах.

Свинцово-кислотные батареи резервного питания

Резервные герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы — это основная разновидность герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.Как следует из названия, они были разработаны только для резервных приложений, где они работают с плавающей (очень низкой) нагрузкой, поддерживая источники бесперебойного питания (ИБП), системы сигнализации, телекоммуникации и сетевые системы.
Резервные батареи обычно относятся к группе AGM.

Аккумуляторы для морских судов

Судовой аккумулятор может быть проворачиваемым, глубоким циклом или их комбинацией. Решающим фактором, позволяющим использовать эту батарею в морских приложениях, является процесс ее изготовления.
Морские условия вызывают сильную нагрузку и чрезмерную вибрацию аккумулятора. Использование стандартного глубокого цикла и / или запуска батареи для этого приложения даст нормальные результаты в краткосрочной перспективе. Однако в долгосрочной перспективе суровые морские условия, чрезмерная вибрация и износ могут повредить хрупкую свинцово-кислотную батарею, в результате чего срок службы батареи будет значительно меньше номинального срока службы, указанного производителем. Аккумуляторы, предназначенные для использования в морских условиях, будут иметь специальную маркировку «Marine Grade».Спросите своего продавца, предназначен ли аккумулятор, который вы покупаете, для использования в морских условиях.

Морские батареи могут быть залитыми, гелевыми или AGM.

Типы аккумуляторов

12 В: какой из них подойдет вам?

Маркетинг

5 апреля 2021 г.

Когда дело доходит до 12-вольтовых батарей, выбор может показаться немного сложным для тех, кто не знаком с аккумуляторными технологиями. Все типы 12-вольтовых батарей похожи в том, что они обеспечивают питание вашей 12-вольтовой электрической системы.Однако есть существенные различия в том, как они спроектированы, их мощность, объем необходимого обслуживания и стоимость покупки и установки.

Присоединяйтесь к нам, мы внимательно рассмотрим и подберем для вас подходящий тип батареи!

Что такое аккумулятор 12 В?

Двенадцатавольтные батареи обычно используются в жилых домах, лодках и других автомобильных системах. С технической точки зрения, в батарее используется одна или несколько ячеек, чтобы позволить химическую реакцию, создающую поток электронов в цепи.Батареи не создают энергию или мощность сами по себе. Батареи просто накапливают энергию, которую вы можете использовать, когда она вам понадобится.

Электропитание, которое вы получаете от аккумулятора, является постоянным (DC) и отличается от переменного тока (AC), которое вы получаете от настенных розеток в вашем доме. При необходимости мощность постоянного тока можно преобразовать в мощность переменного тока с помощью инвертора.

Вы можете подключить несколько 12-вольтных батарей последовательно или параллельно, чтобы получить более высокое напряжение или большую емкость.Например, если вы подключите две батареи на 12 В последовательно, у вас будет 24-вольтовая система. Если вы подключите эти же 12-вольтовые батареи параллельно, у вас все равно будет 12-вольтовая система, но она сможет питать одно и то же устройство вдвое дольше, чем одна 12-вольтовая батарея.

Эти батареи устанавливаются на лодке последовательно, чтобы обеспечить 36 вольт для троллингового мотора.

Аккумуляторная система на 12 В будет обеспечивать питание большинства ваших основных систем, таких как фонари и некоторые приборы в вашем доме на колесах.Вы будете заряжать эту аккумуляторную систему, когда она подключена к береговому источнику питания, и получать от нее энергию во время путешествия или стыковки.

Типы батарей 12 В

Что касается аккумуляторных батарей на 12 В, то в настоящее время используются два основных типа: свинцово-кислотные и литий-ионные.

Свинцово-кислотные батареи существуют уже давно, а литий-ионные — более новая технология. Есть много типов свинцово-кислотных аккумуляторов, поэтому давайте сначала рассмотрим их.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с заливкой

Свинцово-кислотные батареи — это самый основной тип батарей на 12 В.Они сделаны из свинцовых пластин, взвешенных в растворе серной кислоты. Это создает химическую реакцию, которая позволяет накапливать энергию.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с заливной жидкостью — наиболее распространенная разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов. Для правильной работы этих батарей вам потребуется достаточное количество воды. Это означает, что для контроля этой батареи требуется периодическое обслуживание. Залитые свинцово-кислотные батареи обычно служат от 2 до 5 лет, в зависимости от использования и обслуживания. Стоимость может сильно варьироваться, начиная от 100 долларов.

Плюсы

Так как это наиболее распространенные типы батарей, они также являются наиболее доступными и дешевыми для предварительной замены, когда придет время. Аккумулятор этого типа также не имеет никакой электроники и может вырабатывать большой ток в течение короткого периода времени. Это делает их идеальными для запуска аккумуляторных батарей в автомобильных двигателях.

Минусы

Поскольку эти батареи нуждаются в определенном количестве жидкости для правильной работы, вам нужно будет комфортно обслуживать свою систему батарей каждые 3-6 месяцев.Это может быть сложно, в зависимости от того, где находятся ваши батареи в вашем доме на колесах.

Залитые свинцово-кислотные батареи также имеют самый короткий общий срок службы среди основных типов батарей, и на них могут негативно повлиять экстремально высокие или низкие температуры. Вы также должны установить их в вертикальном положении, иначе они выйдут из строя.

Залитые батареи имеют порты, которые можно снять сверху, чтобы добавить дистиллированную воду, когда она станет низкой.

Свинцово-кислотные батареи с герметичным клапаном (VRLA)

Герметичные свинцово-кислотные батареи с клапанной регулировкой (VRLA) устраняют большую часть потребностей в техническом обслуживании своих залитых аналогов.Как следует из их названия, они запечатаны необходимыми ингредиентами для правильной работы в течение всего срока службы вашей батареи.

Так как они герметичны, при разряде химическая реакция начинает повышать давление газообразного водорода. Большая часть этого газа рекомбинируется обратно в воду в батарее, но во время быстрой зарядки или разрядки давление газа может превышать требования безопасности батареи. Регулирующий клапан используется для сброса этого избыточного давления, но, к сожалению, в то же время медленно снижает емкость аккумулятора.

Их также довольно легко найти во время замены. Срок службы герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов примерно такой же, как и у залитых (2-8 лет), и, как правило, они стоят несколько сотен долларов.

Аккумулятор этого типа VRLA не поддерживает его

Плюсы

Отсутствие технического обслуживания означает более беспроблемную жизнь для вас. Хотя они дороже, чем залитые батареи, они по-прежнему остаются одними из самых экономичных вариантов батарей. Однако в расчете на поставленную энергию эти батареи будут стоить больше, чем залитые батареи.

Минусы

Как уже упоминалось, повышение цен может быть важным для покупателей, заботящихся о затратах. Невозможность обслуживать аккумулятор также может привести к неоптимальным характеристикам в течение срока их службы из-за потери некоторого количества газа. Правильно обслуживаемый залитый свинцово-кислотный аккумулятор прослужит дольше герметичного аккумулятора, но плохо обслуживаемый залитый аккумулятор будет иметь более короткий срок службы, чем герметичный аккумулятор.

Гелевые батареи 12 В

Следующим шагом вперед в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В является гелевый аккумулятор.Гелевые батареи подвешивают свои свинцовые пластины внутри более толстого геля вместо жидкости и считаются типом батарей VRLA. Гелевые аккумуляторы на 12 В обычно служат от 2 до 5 лет и стоят от 100 до 800-900 долларов. Стоимость обычно возрастает по мере увеличения емкости аккумулятора.

Плюсы

Гелевые батареи

не требуют регулярного обслуживания, и вам не нужно беспокоиться о вытекании жидкости, как в случае залитых батарей. Благодаря этому их не нужно устанавливать вертикально.Они также хорошо работают при высоких температурах, в отличие от других типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Это делает их широко используемыми в особых случаях или в качестве высокотемпературных пусковых батарей для двигателей.

Минусы

Гелевые батареи

требуют большей осторожности при зарядке, чтобы убедиться, что они не повреждены. Для них требуется конкретный тип контроллера заряда и более медленные циклы зарядки при более низком напряжении. Все это означает увеличение стоимости всей системы, помимо стоимости ваших батарей.Как и для других свинцово-кислотных аккумуляторов, для этих аккумуляторов не подходят глубокий разряд и быстрая перезарядка.

AGM 12 В аккумуляторы

Что такое аккумулятор AGM? Это технология абсорбирующего стеклянного мата (AGM), которая представляет собой герметичные свинцово-кислотные батареи.

В аккумуляторах AGM 12 В свинцовые пластины находятся между матами из стекловолокна, насыщенного электролитом. Это позволяет повысить эффективность разрядки и перезарядки. Аккумуляторы AGM обычно служат 4-7 лет и стоят от 200 долларов.

Плюсы

Аккумуляторы

AGM не требуют регулярного обслуживания, герметичны и хорошо работают при большинстве температур. Они также не требуют специального зарядного оборудования и ухода, необходимого для гелевых аккумуляторов, и, как правило, имеют более длительный срок службы.

Минусы

За эти дополнительные преимущества приходится платить. Аккумуляторы AGM могут быть значительно дороже свинцово-кислотных или гелевых аккумуляторов аналогичной емкости.

Задачи для всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов

Все батареи, которые мы обсуждали до сих пор, представляют собой разновидности технологии свинцово-кислотных аккумуляторов и используют одну и ту же внутреннюю химическую реакцию.Из-за этого все они страдают схожими недостатками в эксплуатационных характеристиках.

Все типы свинцово-кислотных аккумуляторов требуют строгих требований к использованию и зарядке для обеспечения полного срока службы. Чтобы получить полный срок службы этих батарей, необходим мониторинг уровней разряда и заряда, поскольку глубокая разрядка и частичная зарядка могут повредить батарею. Эти батареи также имеют длительное время перезарядки и требуют особого цикла абсорбционной зарядки для полной зарядки. Это делает свинцово-кислотные аккумуляторы плохим выбором для приложений, требующих большого количества циклов зарядки и разрядки, например для возобновляемых источников энергии.

Типы литий-ионных батарей на 12 В

Литий-ионные батареи

относительно новые и в настоящее время являются самыми дорогими из батарей 12 В. Однако они предлагают множество преимуществ для тех, кто хочет обновиться. В отличие от своих свинцово-кислотных аналогов, литий-ионные батареи работают с использованием соли лития для создания более эффективного накопления электроэнергии. Литий-ионные батареи RV стоят около 900 долларов каждая.

Плюсы

Литий-ионные аккумуляторы

обладают самой высокой емкостью из всех типов аккумуляторов RV 12 В и имеют самую быструю и эффективную зарядку.Кроме того, они служат дольше всех, прежде чем их потребуется заменить, иногда в 3-5 раз дольше, чем у традиционных батарей. Литий-ионные батареи легче и не требуют регулярного обслуживания, как батареи других типов.

Наконец, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы могут разряжать больше накопленной энергии, не повреждая аккумулятор и не снижая мощность. Благодаря всем этим преимуществам зарядки этот тип батареи очень хорошо справляется с повторяющимися и частичными задачами зарядки, такими как солнечные энергосистемы.

Литий-ионные батареи можно устанавливать где угодно, и они не должны соответствовать существующим формам и размерам. Батарея Battle Born GC3 имеет другой форм-фактор, который обладает большой мощностью и уникальной формой, предназначенной для установки в любом месте.

Минусы

Литий-ионные батареи

— безусловно, самые дорогие из всех имеющихся типов 12-вольтных батарей. Кроме того, поскольку литий-ионная технология является более новой, вам нужно будет обновить не только свои батареи, если вы хотите перейти на литий-ионную аккумуляторную систему.

Однако литий-ионные батареи служат намного дольше, и в них также используется электроника, которая защищает батарею и вас. В целом это делает аккумулятор намного безопаснее, чем свинцово-кислотная альтернатива.

Наконец, они ограничивают ток до значения, указанного на паспортной табличке. Это означает, что большинство литий-ионных аккумуляторов на 12 В не будут работать в качестве аккумулятора для запуска двигателя.

Литий-ионные аккумуляторы на 12 В лучше всего подходят для аккумуляторов.

Как выбрать лучший тип батареи на 12 В для вас

Выбор наиболее подходящего для вас типа 12-вольтовой батареи — это поиск компромиссов.У каждого типа батареи есть свои преимущества и недостатки, и они могут различаться в зависимости от вашего стиля поездки на автофургоне или путешествия.

RVer с ограниченным бюджетом может пойти на более дешевые залитые свинцово-кислотные батареи, даже если долгосрочная стоимость будет выше. Те, кто часто работает при очень высоких или низких температурах, могут захотеть отказаться от свинцово-кислотных аккумуляторов, однако в пользу литий-ионных аккумуляторов, которые будут защищать себя и работать лучше.

Гелевые аккумуляторы

устраняют некоторые из этих проблем, но владельцу должно быть комфортно с дополнительными требованиями к зарядке.

RV тем, кто ищет батареи, не требующие особого обслуживания, следует сосредоточиться на герметичных свинцово-кислотных, гелевых, AGM или литиевых батареях и вообще игнорировать залитые свинцово-кислотные батареи.

Литий-ионные батареи

— очевидный лучший выбор, так как они сочетают в себе оптимальное сочетание безопасности, низких эксплуатационных расходов, эффективности, длительного срока службы и мощности.

Для чего вам нужна энергия? Наши литий-ионные аккумуляторы Battle Born позволяют тысячам людей хранить энергию, чтобы воплощать свои мечты в жизнь, где бы они ни находились!

Выберите лучший тип аккумулятора 12 В для своего приключения

Все типы 12-вольтовых батарей могут показаться сложными, но в конечном итоге результаты будут одинаковыми.Как только вы поймете свои потребности и бюджет, вы сможете использовать все плюсы и минусы, которые мы обсудили, чтобы сделать лучший выбор для вас и вашего дома на колесах, чтобы оставаться в пути на долгие годы.