- свинцеві акумулятори. У цих акумуляторах реагентом є діоксид свинцю і сам свинець, а електролітом розчин сірчаної кислоти. Ще їх називають свинцево-кислотними. Поділяють на чотири групи: стаціонарні, стартерні, портативні (герметизовані) та тягові. Найбільшого поширення набули стартерні акумулятори, їх використовують для запуску двигунів внутрішнього згоряння і забезпечення енергією пристроїв в машині. Їх недоліком можна назвати невисокі значення питомої енергії, що не дуже хороше збереження заряду і виділення водню.
- Нікель-кадмієві акумулятори. Тут реагентами виступають гідроксид нікелю і кадмій відповідно, а електролітом розчин гідроксиду калію, в зв'язку з цим їх ще називають лужними акумуляторами. Поділяються на ламельні, безламельние і герметичні. Ламельний нікель-кадмієві акумулятори досить дешеві, характеризуються плоскою розрядної кривої, високим ресурсом роботи і міцністю. Застосовуються для харчування шахтних електровозів, підйомників, засобів зв'язку, електронних приладів, Стаціонарного обладнання, для запуску дизелів і авіаційних двигунів.
- герметичні акумулятори характеризуються горизонтальною розрядної кривої, високою швидкістю розряду і здатністю працювати при низькій температурі, але коштують дорожче і мають ефект пам'яті. Застосовують їх для харчування портативної апаратури, побутових приладів, дитячих іграшок. Великий недолік цих акумуляторів полягає в токсичності застосовуваного кадмію.
- Нікель-залізні акумулятори. Від вищеописаної проблеми пішли використовуючи замість кадмію залізо. Акумулятори не містять токсичний кадмій, дешевше коштують, мають довгий термін служби і високу міцність, але через виділення водню на початку заряду виробляються тільки в негерметичному варіанті. Характеризуються високим саморазрядом, низькою віддачею енергії, при температурах нижче -10 градусів практично непрацездатні. В основному їх використовують як тягові джерела струму в електровозах і промислових підйомниках.
- Нікель-металогідридні акумулятори. Тут активним матеріалом електрода виступає інтерметаліди, який сорбує водень, тобто фактично він є водневим електродом з відновленою формою в абсорбувати стані. У акумулятора розрядна крива така ж, як і у нікель-кадмієвих акумуляторів, але енергія і питома ємність в 1,5-2 рази вище, плюс до цього вони не містять токсичний кадмій! Зроблені в герметичному виконанні різних форм (циліндр, призма, диск). Застосовують для харчування апаратури і портативних приладів.
- Нікель-цинкові акумулятори. Це лужні акумулятори з цинковим електродом. Їх питома енергія в 2 рази більше, ніж у нікель-кадмієвих. Характеризуються горизонтальною розрядної кривої, високою питомою потужністю і досить невисокою ціною, але зате їх ресурс досить малий через що вони не увійшли в масове використання. Застосовують для портативної апаратури.
- Срібно-цинкові і срібно-кадмієві акумулятори. У них активними матеріалами виступають оксид срібла, цинк і кадмій, а електролітом - луги. Характеризуються високими енергіями і потужностями, низьким саморазрядом, але за рахунок цього і дорого коштують. У срібно-цинкових невеликий ресурс, випускаються у формі призми або диска, служать для харчування портативних приладів, а також військової техніки.
- Нікель-водневі акумулятори. У таких акумуляторах негативним електродом виступає пористий газодифузійний електрод, у якого платиновий каталізатор. Характеризуються високою питомою енергією, високим ресурсом, але швидко розряджаються і дорого коштують. Знайшли застосування в космічній промисловості.
- Літій-іонні акумулятори. Анодом є вуглецевий матеріал, в який впроваджено іони літію. Позитивним електродом служить найчастіше кобальт, в який також впроваджені іони літію. Електроліт - сіль літію в неводному розчиннику. Характеризуються високою питомою енергією, ресурсом і здатністю працювати при низьких температурах. Тому їх виробництво останнім часом різко зросла. Застосовують в мобільних телефонах, ноутбуках і ін. Пристроях
- літій-полімерні акумулятори. Тут анод представлений вуглецевих матеріалом з впровадженими іонами літію, а позитивний електрод - оксиди кобальту або марганцю. Електроліт - розчин солі літію в неводному розчиннику, укладений в маленьку полімерну матрицю. У порівнянні з описаним вище акумулятором має ще більш високу питому енергію і ресурс, більш безпечний. Застосовується в харчуванні електронних портативних пристроїв.
- перезаряджаються марганцево-цинкові джерела струму. Це такі джерела струму з лужним елкетролітом, які здатні електрично перезаряджатимуться. Висока питома енергія, низький саморозряд, невелика вартість. Герметичне виконання, але дуже маленький ресурс, всього 20-50 циклів.
причин шукати новий акумулятор для свого автомобіля може бути багато. Основна - крайній знос або відмову старого: постійно знімати на підзарядку батарею або «прикурювати» автомобіль вранці людям швидко набридає. При доробках автомобіля часто доводиться встановлювати додатковий акумулятор або більш ємний на заміну штатному - це потрібно для харчування лебідки позашляховика або потужної аудіосистеми шоу-кара.
Що потрібно знати при виборі акумулятора? По-перше, варіанти його конструкції:
- Свинцево-кислотні акумулятори - найпростіший і самий старий тип. Вони складаються з шести банок, в яких свинцеві пластини занурені в розчин сірчаної кислоти. Такі акумулятори дешеві, можливість заміни електроліту дозволяє «реанімувати» їх в ряді випадків. Ряд моделей, однак, випускається необслуговуваними (без можливості вивернути пробки банок). Вони стійко переносять перезаряд, але при глибокому розряді можуть незворотно втратити ємність або взагалі перестати набирати заряд (відбувається руйнування пластин).
- гелеві акумулятори замість рідкого електроліту використовують загущену кремнієвими сполуками кислоту. Завдяки цьому вони не тільки герметичні, а й продовжують працювати при будь-якому куті нахилу. Гелеві акумулятори здатні зберігати працездатність при глибокому розряді, але більш вимогливі до умов заряду. Крім того, їх ціна найбільш висока.
- Виконані за технологією AGM акумулятори поєднують в собі елементи конструкції і стандартних батарей, і гелевих: в них використовується рідкий електроліт, що просочує наповнювач (зазвичай - скловолокно) між пластинами. Вони можуть працювати практично при будь-якому нахилі (перевертати догори дном не рекомендується). Акумулятори AGM стійки до вібрацій, так як наповнювач не дає пластин руйнуватися. Але, на відміну від звичайних і гелевих батарей, вони чутливі і до глибокого розряду, і до перезаряду одночасно.
Для старої машини найкращим варіантом стане дешевий свинцево-кислотний акумулятор. Власнику нового автомобіля, у якого немає підстав побоюватися несправності генератора, можна порадити акумулятор, виконаний за технології AGM: Незважаючи на вимогливість до умов циклу заряду / розряду, він забезпечить більший стартовий струм і швидке відновлення заряду. Гелеві ж акумулятори через високу ціну найчастіше стають елементом тюнінгу автомобілів. Завдяки високій токоотдачи і переносимості сильного розряду їх часто використовують для живлення потужних аудіосистем (штатний акумулятор при цьому відповідає за харчування основний електрики автомобіля).
Також потрібно знати полярність акумулятора, Тобто порядок розташування клем на його корпусі. Більшість моделей автомобілів мають занадто короткі або незручно розташовані силові дроти, щоб на них можна було ставити батареї «неправильного» типу. Якщо повернути акумулятор клемами до себе, то у батареї з прямою ( «російської») полярністю плюсова клема буде знаходитися зліва, у батареї зі зворотним ( «європейської») - справа.
Пусковий струм акумулятора, що вказується на його етикетці, може вимірюватися за різними методиками:
- EN (Європейська методика вимірювання): вимірюється максимальний струм, який акумулятор може віддавати протягом 10 секунд при температурі -18˚С при напрузі не нижче 7,5 В;
- DIN (Німецький промисловий стандарт): при тій же температурі вимірюється середній струм за 30 секунд, при цьому напруга не повинна падати нижче 9 В;
- SAE (Американський стандарт): струм вимірюється при -18˚С протягом 30 секунд, максимальне падіння напруги - 7,2 В.
Як видно з цього опису, найбільш жорстка методика вимірювання - стандарт DIN (акумулятор, який видає струм 365 А по DIN, за методикою EN отримає маркування 600 А). Вибираючи акумуляторну батарею, слід орієнтуватися на цей показник, що дозволить розраховувати на впевнений запуск взимку.
Так як автомобільні акумулятори в межах однієї і тієї ж виробничої лінійки можуть мати різну полярність, ємність і ціну, ми за основу рейтингу візьмемо найбільш затребуваний варіант: акумулятори з ємністю від 55 до 70 А * год.
Акумуляторна батарея - це джерело постійного струму, який призначений для накопичення і зберігання енергії. Переважна кількість типів акумуляторних батарей засноване на циклічному перетворенні хімічної енергії в електричну, це дозволяє багаторазово заряджати і розряджати батарею.
Ще в 1800 році Алессандро Вольта справив вражаюче відкриття, коли опустив в банку, наповнену кислотою, дві металеві пластини - мідну і цинкову, після чого довів, що за що сполучає їх дроті протікає електричний струм. Через більш ніж 200 років, сучасні акумуляторні батареї продовжують виробляти на основі відкриття Вольта.
Види акумуляторних батарей
З часу винаходу першого акумулятора пройшло не більше 140 років і зараз складно уявити сучасний світ без резервних джерел живлення на основі батарей. Акумулятори застосовуються скрізь, починаючи з найшкідливіших побутових пристроїв: пульти управління, переносні радіоприймачі, ліхтарі, ноутбуки, телефони, і закінчуючи системами безпеки фінансових установ, резервними джерелами живлення для центрів зберігання та передачі даних, космічною галуззю, атомною енергетикою, зв'язком і т. д.
Світ, що розвивається потребує електричної енергії настільки сильно, скільки людині потрібен кисень для життя. Тому конструктори та інженери щодня ведуть роботу по оптимізації наявних типів акумуляторів і періодично розробляють нові види і підвиди.
Основні види акумуляторів наведені в таблиці №1.
|
застосування |
позначення |
Робоча температура, ºC |
Напруга елемента, В |
Питома енергія, Вт ∙ год / кг |
|
|
Літій-іонний (літій-полімерний, літій-марганцевий, літій-залізно-сульфідні, літій-залізно-фосфатний, літій-залізо-ітрій-фосфатний, літій-тітанатний, літій-хлорний, літій-сірчаний) |
Транспорт, телекомунікації, системи сонячної енергії, автономне і резервне електропостачання, Hi-Tech, мобільні джерела живлення, електроінструмент, електромобілі і т.д. |
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S) |
|||
|
нікель-сольовий |
Автомобільний транспорт, Ж \\ Д транспорт, Телекомунікації, Енергетика, в тому числі альтернативна, Системи накопичення енергії |
||||
|
нікель-кадмієвий |
Електрокари, річкові та морські судна, авіація |
||||
|
залізо-нікелевий |
Резервне електроживлення, тягові для електротранспорту, ланцюги управління |
||||
|
нікель-водневий |
|||||
|
нікель-метал-гідридний |
електромобілі, дефібрилятори, ракетно-космічна техніка, системи автономного енергопостачання, радіоапаратура, освітлювальна техніка. |
||||
|
нікель-цинковий |
фотоапарати |
||||
|
свинцево-кислотний |
Системи резервного живлення, побутова техніка, ДБЖ, альтернативні джерела живлення, транспорт, промисловість і т.д. |
||||
|
срібно-цинковий |
Військова сфера |
||||
|
срібно-кадмієвий |
Космос, зв'язок, військові технології |
||||
|
цинк-бромний |
|||||
|
цинк-хлорний |
Таблиця №1. Класифікація акумуляторних батарей.
Виходячи з наведених даних в таблиці №1, можна прийти до висновку, що існує досить багато видів акумуляторів, відмінних за своїми характеристиками, які оптимізовані для застосування в різноманітних умовах і з різною інтенсивністю. Застосовуючи для виробництва нові технології і компоненти, вченим вдається досягати потрібних характеристик для конкретної області застосування, наприклад, для космічних супутників, космічних станцій і іншого космічного устаткування були розроблені нікель-водневі акумулятори. Звичайно, в таблиці наведені далеко не всі типи, а лише основні, які набули поширення.
Сучасні системи резервного та автономного електроживлення для промислового і побутового сегмента засновані на різновидах свинцево-кислотних, нікель-кадмієвих (рідше застосовуються залізо-нікелевий тип) і літій-іонних акумуляторах, оскільки ці хімічні джерела живлення безпечні і мають прийнятні технічні характеристики і вартість.
Свинцево-кислотні акумуляторні батареї
Цей тип є найбільш затребуваним в сучасному світі через універсальних особливостей і невисокої вартості. Завдяки наявності великої кількості різновидів, свинцево-кислотні акумулятори застосовується в областях систем резервного живлення, системах автономного електропостачання, сонячних електростанцій, ДБЖ, різних видах транспорту, зв'язку, системах безпеки, різних видах портативних пристроїв, іграшках і т. Д.
Принцип дії свинцево-кислотних батарей
основа роботи хімічних джерел харчування заснована на взаємодії металів і рідини - оборотної реакції, яка виникає при замиканні контактів позитивних і негативних пластин. Свинцево-кислотні акумулятори, як зрозуміло з назви, складаються зі свинцю і кислоти, де позитивно зарядженими пластинами є свинець, а негативно зарядженими - оксид свинцю. Якщо підключити до двох пластин лампочку, ланцюг замкнеться і виникне електричний струм (рух електронів), а всередині елемента виникне хімічна реакція. Зокрема, відбувається корозія пластин батареї, свинець покривається сульфатом свинцю. Таким чином, в процесі розряду акумулятора на всіх пластинах буде утворюватися наліт з сульфату свинцю. Коли акумулятор повністю розряджений, його пластини покриті однаковим металом - сульфатом свинцю і мають практично однаковий заряд щодо рідини, відповідно, напруга батареї буде дуже низьким.
Якщо до батареї підключити зарядний пристрій до відповідних клем і включити його, струм буде протікати в кислоті в зворотному напрямку. Струм буде викликати хімічну реакцію, Молекули кислоти - розщеплюватися і за рахунок цієї реакції буде відбуватися видалення сульфату свинцю з позитивних і негативних пластилін батареї. У фінальній стадії зарядного процесу пластини матимуть первоз даний вид: Свинець і оксид свинцю, що дозволить їм знову отримати різний заряд, т. Е. Батарея буде повністю заряджена.
Однак на практиці все виглядає трохи інакше і пластини електродів очищаються в повному обсязі, тому акумулятори мають певний ресурс, після досягнення якого ємність знижується до 80-70% від початкової.
Малюнок №3. Електрохімічний схема свинцево-кислотного акумулятора (VRLA).
Типи свинцево-кислотних батарей
Lead-Acid, Які обслуговуються - 6, 12В батареї. Класичні стартерні акумулятори для двигунів внутрішнього згоряння і не тільки. Потребують регулярного обслуговування і вентиляції. Схильні до високого саморазряду.
Valve Regulated Lead-Acid (VRLA), Не обслуговуються - 2, 4, 6 і 12В батареї. Недорогі акумулятори в герметизированном корпусі, які можна використовувати в житлових приміщеннях, що не вимагають додаткової вентиляції і обслуговування. Рекомендовані для використання в буферному режимі.
Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead-Acid (AGM VRLA), Не обслуговуються - 4, 6 і 12В батареї. Сучасні акумулятори свинцево-кислотного типу з абсорбованим електролітом (не рідким) і скловолоконними розділовими сепараторами, які значно краще зберігають свинцеві пластини, не даючи їм руйнуватися. Таке рішення дозволило значно знизити час заряду AGM батарей, оскільки зарядний струм може досягати 20-25, рідше 30% від номінальної ємності.
Акумулятори AGM VRLA мають безліч модифікацій з оптимізованими характеристиками для циклічного і буферного режимів роботи: Deep - для частих глибоких розрядів, фронт-термінальні - для зручного розташування в телекомунікаційних стійках, Standard - загального призначення, High Rate - забезпечують кращу розрядну характеристику до 30% і підходять для потужних джерел безперебійного живлення, Modular - дозволяють створювати потужні батарейні кабінети і т. д.
Малюнок №4.
GEL Valve Regulated Lead-Acid (GEL VRLA), Необслужіваніемие - 2, 4, 6 і 12В батареї. Одна з останніх модифікацій свинцево-кислотного типу акумуляторів. Технологія заснована на застосування гелеобразного електроліту, який забезпечує максимальний контакт з негативними і позитивними пластинами елементів і зберігає одноманітну консистенцію по всьому об'єму. Даний тип акумуляторів вимагає «правильного» зарядного пристрою, який забезпечить необхідний рівень струму і напруги, лише в цьому випадку можна отримати всі переваги в порівнянні з AGM VRLA типом.
Хімічні джерела живлення GEL VRLA, як і AGM, мають безліч підвидів, які найкращим чином підходять для певних режимів роботи. Найпоширенішими є серії Solar - використовуються для систем сонячної енергії, Marine - для морського і річкового транспорту, Deep Cycle - для частих глибоких розрядів, фронт-термінальні - зібрані в спеціальних корпусах для телекомунікаційних систем, GOLF - для гольф-карів, а також для полемічних машин, Micro - невеликі акумулятори для частого використання в мобільних додатках, Modular - спеціальне рішення по створенню потужних акумуляторних банків для накопичення енергії і т. д.
Малюнок №5.
OPzV, Не обслуговуються - 2В батареї. Спеціальні свинцево-кислотні елементи типу OPZV зроблені із застосуванням трубчастих пластин анода і сернокислотним гелеподібним електролітом. Анод і катод елементів містять додатковий метал - кальцій, завдяки якому підвищується стійкість електродів до корозії і збільшується термін служби. Негативні пластини - намазні, ця технологія забезпечує кращий контакт з електролітом.
Акумулятори OPzV стійкі до глибоких розрядів і мають тривалий термін служби до 22 років. Як правило, для виготовлення подібних елементів живлення застосовуються тільки кращі матеріали, щоб забезпечити високу ефективність роботи в циклічному режимі.
Застосування OPzV акумуляторів затребуване в телекомунікаційних установках, системах аварійного освітлення, джерелах безперебійного живлення, системах навігації, побутових і промислових системах накопичення енергії і сонячної електрогенерації.
Малюнок №6. Будова OPzV акумулятора EverExceed.
OPzS, Малообслуговувані - 2, 6, 12В батареї. Стаціонарні заливні свинцево-кислотні акумулятори OPzS виробляються з трубчастими пластинами анода з додаванням сурми. Катод також містить невелику кількість сурми і являє собою намазной гратчастий тип. Анод і катод розділені мікропористими сепараторами, які запобігають коротке замикання. Корпус акумуляторів виконаний зі спеціального ударостійкого, стійкого до хімічної дії і вогню прозорого пластика, а вентильовані клапани відносяться до пожежної типу і забезпечують захист від можливого попадання полум'я і іскор.
Прозорі стінки дозволяють зручно контролювати рівень електроліту за допомогою відміток мінімального і максимального значення. Спеціальна структура клапанів дає можливість без їх зняття доливати дистильовану воду і проміряти щільність електроліту. Залежно від навантаження, долив води здійснюється раз в один - два роки.
Акумуляторні батареї типу OPzS володіють найвищими характеристиками серед всіх інших видів свинцево-кислотних батарей. Термін служби може досягати 20 - 25 років і забезпечувати ресурс до 1800 циклів глибокого 80% розряду.
Застосування подібних батарей необхідно в системах з вимогами середнього і глибокого розряду, в т.ч. де спостерігаються пускові струми середньої величини.
Малюнок №7.
Характеристики свинцево-кислотних акумуляторів
Аналізуючи наведені в таблиці №2 дані, можна прийти до висновку, що свинцево-кислотні акумулятори володіють широким вибором моделей, які підходять для різних режимів роботи і умов експлуатації.
|
AGM VRLA |
GEL VRLA |
|||||
|
Ємність, Ампер / год |
||||||
|
Напруга, Вольт |
||||||
|
Оптимальна глибина розряду,% |
||||||
|
Допустима глибина розряду,% |
||||||
|
Циклічний ресурс, D.O.D. \u003d 50% |
||||||
|
Оптимальна температура, ° С |
||||||
|
Діапазон робочих температур, ° С |
||||||
|
Термін служби, років при + 20 ° С |
||||||
|
Саморозряд,% |
||||||
|
Макс. струм заряду,% від ємності |
||||||
|
Мінімальний час заряду, ч |
||||||
|
Вимоги до обслуговування |
1 - 2 роки |
|||||
|
Середня вартість, $, 12В / 100Ач. |
Таблиця №2. порівняльні характеристики за видами свинцево-кислотних батарей.
Для аналізу використовувалися усереднені дані більш ніж 10-ти виробників батарей, продукція яких представлена \u200b\u200bна ринку України протягом тривалого часу і успішно застосовується в багатьох областях (EverExceed, BB Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C & D Techologies, Victron Energy, SunLight , Troian і інші).
Літій-іонні (літієві) акумуляторні батареї
Історія проходження походження йде в 1912 рік, коли Гілберт Ньютон Льюїс працював над обчисленням активностей іонів сильних електролітів і проводив дослідження електроднихпотенціалів цілого ряду елементів, включаючи літій. З 1973 року роботи були відновлені і в результаті з'явилися перші елементи живлення на основі літію, які забезпечували тільки один цикл розряду. Спроби створити літієвий акумулятор важко активністю властивостей літію, які при неправильних режимах розряду або заряду викликали бурхливу реакцію з виділенням високої температури і навіть полум'я. Компанія Sony випустила перші мобільні телефони з подібними акумуляторами, але була змушена відкликати продукцію назад після кількох неприємних інцидентів. Розробки не припинялися і в 1992 році з'явилися перші «безпечні» акумулятори на основі іонів літію.
Акумулятори літій-іонного типу мають високу щільністю енергії і завдяки цьому при компактному розмірі та легкій вазі забезпечують в 2-4 рази більшу ємність порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами. Безсумнівно, великою гідністю літій-іонних батарей є висока швидкість повної 100% перезарядки протягом 1-2 годин.
Li-ion батареї отримали широке застосування в сучасній електронній техніці, автомобілебудуванні, системах накопичення енергії, сонячної генерації електроенергії. Вкрай затребувані в високотехнологічних пристроях мультимедіа та зв'язку: телефонах, планшетних комп'ютерах, ноутбуках, радіостанціях і т. Д. Сучасний світ складно уявити без джерел живлення літій-іонного типу.
Принцип дії літієвих (літій-іонних) батарей
Принцип роботи полягає в використанні іонів літію, які пов'язані молекулами додаткових металів. Зазвичай, на додаток до літію застосовуються літійкобальтоксід і графіт. При розряді літій-іонного акумулятора відбувається перехід іонів від негативного електрода (катода) до позитивного (аноду) і навпаки при заряді. Схема акумулятора передбачає наявність розділового сепаратора між двома частинами елемента, це необхідно для запобігання самовільного переміщення іонів літію. Коли ланцюг акумулятора замкнута і відбувається процес заряду або розряду, іони долають розділовий сепаратор прагнучи до протилежно зарядженого електроду.
Малюнок №8. Електрохімічний схема літій-іонного акумулятора.
Завдяки своїй високій ефективності, літій-іонні акумулятори отримали бурхливий розвиток і безліч підвидів, наприклад, літій-залізо-фосфатні акумулятори (LiFePO4). Нижче приведена графічна схема роботи цього підтипу.
Малюнок №9. Електрохімічний схема процесу розряду і розряду LiFePO4 батареї.
Типи літій-іонних акумуляторів
Сучасні літій-іонні акумулятори мають безліч підтипів, основна різниця яких полягає в складі катода (негативно зарядженого електрода). Також може змінюватися склад анода для повної заміни графіту або використання графіту з додаванням інших матеріалів.
Різні види літій-іонних акумуляторів позначаються на їхню хімічному розкладанню. Для рядового користувача це може бути дещо складно, тому кожен тип буде описаний максимально докладно, включаючи його повна назва, хімічне визначення, абревіатуру і коротке позначення. Для зручності опису буде використовуватися скорочена назва.
Літій кобальт оксид (LiCoO2) - Має високу питомою енергією, що робить літій-кобальтові акумулятор затребуваним в компактних високотехнологічних пристроях. Катод батареї складається з оксиду кобальту, тоді як анод - з графіту. Катод має шарувату структуру і під час розряду іони літію переміщаються від анода до катода. Недоліком цього типу є відносно короткий строк служби, невисока термічна стабільність і лімітована потужність елемента.
Літій-кобальтові батареї не можуть розряджатися і заряджатися струмом, що перевершує номінальну ємність, тому акумулятор з ємністю 2,4Ач може працювати з струмом 2,4А. Якщо для заряду буде застосовуватися велика сила струму, то це викличе перегрів. Оптимальний зарядний струм складає 0,8C, в даному випадку 1,92А. Кожен літій-кобальтові акумулятор комплектується схемою захисту, яка обмежує заряд і швидкість розряду і лімітує ток на рівні 1C.
На графіку (Рис. 10) відображені основні властивості літій-кобальтових акумуляторів з точки зору питомої енергії або потужності, питома потужність або здатність забезпечувати високий струм, безпеки або шанси займання при високому навантаженні, робоча температура навколишнього середовища, термін служби і циклічний ресурс, вартість .
Малюнок №10.
Літій Оксид Марганця (LiMn2O4, LMO) - перша інформація про використання літію з марганцевими шпинелями була опублікована в наукових доповідях 1983 року. Компанія Moli Energy в 1996 році випустила перші партії акумуляторів на основі літій-оксид-марганцю в якості матеріалу катода. Така архітектура формує тривимірні структури шпінелі, що покращує потік іонів до електрода, тим самим знижуючи внутрішній опір і підвищуючи можливі струми заряду. Також перевага шпінелі в термічної стабільності і підвищеної безпеки, однак циклічний ресурс і термін служби обмежений.
Низький опір забезпечує можливість швидкого заряду і розряду літій-марганцевого акумулятора з високим струмом до 30А і короткочасно до 50А. Застосовується для потужних електроінструментів, медичного обладнання, а також гібридних і електричних транспортних засобів.
Потенціал літій-марганцевих акумуляторів приблизно на 30% нижче в порівнянні з літій-кобальтовими батареями, проте ця технологія має приблизно на 50% кращими властивостями, ніж акумулятори на основі нікелевих хімічних компонентів.
Гнучкість конструкції дозволяє інженерам оптимізувати властивості батареї і досягти тривалого терміну служби, високої ємності (питома енергія), можливості забезпечувати максимальний струм (питома потужність). Наприклад, з тривалим терміном експлуатації типорозмір елемента 18650 має ємність 1,1Ач, тоді як елементи, оптимізовані на підвищену ємність, - 1,5Ач, але при цьому вони мають менший термін служби.
На графіку (Рис. 12) відображені не самі вражаючі характеристики літій-марганцевих акумуляторів, однак сучасні розробки дозволили істотно підвищити експлуатаційних характеристики і зробити цей тип конкурентним і широко застосовуваним.
Малюнок №11.
Сучасні акумулятори літій-марганцевого типу можуть проводитися з додатками інших елементів - літій-нікель-марганець-кобальт оксид (NMC), подібна технологія істотно продовжує термін служби і підвищує показники питомої енергії. Цей склад привносить кращі властивості з кожної системи, так звані LMO (NMC) застосовуються для більшості електромобілів, таких як Nissan, Chevrolet, BMW і т. Д.
Літій-Нікель-Марганець-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 або NMC) - провідні виробники літій-іонних батарей зосередилися на поєднанні нікелю-марганцю-кобальту в якості матеріалів катода (NMC). Схожий на літій-марганцевий тип, ці акумулятори можуть бути адаптовані для досягнення показників високої питомої енергії або високої питомої потужності, однак, не одночасно. Наприклад, елемент NMC типу 18650 в стані помірного навантаження має ємність 2,8Ач і може забезпечити максимальний струм 4-5А; NMC елемент, оптимізований до параметрів підвищеної потужності, має всього 2Втч, але може забезпечити безперервний струм розряду до 20А. Особливість NMC полягає в поєднанні нікелю і марганцю, як приклад можна привести кухонну сіль, в якій основні інгредієнти натрій і хлорид, які окремо є токсичними речовинами.
Нікель відомий своєю високою питомою енергією, але низькою стабільністю. Марганець має перевагу формування структури шпінелі і забезпечує низький внутрішній опір, але при цьому володіє низькою питомою енергією. Комбінуючи ці два метали, можна отримувати оптимальні характеристика NMC акумулятора для різних режимів експлуатації.
NMC акумулятори прекрасно підходять для електроінструменту, електровелосипедів та інших силових агрегатів. Поєднання матеріалів катода: третина нікелю, марганцю і кобальту забезпечують унікальні властивості, а також знижують вартість продукту в зв'язку зі зменшенням вмісту кобальту. Інші підтипи, як NCM, CMN, CNM, MNC і MCN мають відмінне співвідношення трійки металів від 1 / 3-1 / 3-1 / 3. Зазвичай, точне співвідношення тримається виробником в секреті.
Малюнок №12.
Літій-Залізо-фосфатні (LiFePO4) - в 1996 в університеті штату Техас (і іншими учасниками) був застосований фосфат в якості катодного матеріалу для літієвих акумуляторів. Літій-фосфат пропонує хороші електрохімічні характеристики з низьким опором. Це стало можливим з нано-фосфатом матеріалу катода. Основними перевагами є високий протікає струм і тривалий термін служби до того ж, хороша термічна стабільність і підвищена безпека.
Літій-залізо-фосфатні акумулятори терпиміше до повного розряду і менш схильні до «старіння», ніж інші літій-іонні системи. Також LFP більш стійкі до перезаряду, але як і в інших акумуляторах літій-іонного типу, перезаряд може викликати пошкодження. LiFePO4 забезпечує дуже стабільну напругу розряду - 3,2В, це ж дозволяє використовувати всього 4 елементи для створення батареї стандарту 12В, що в свою чергу дозволяє ефективно замінювати свинцево-кислотні батареї. Літій-залізо-фосфатні акумулятори не містять кобальт, це істотно знижує вартість продукту і робить його більш екологічно чистим. В процесі розряду забезпечує високий струм, а також може бути заряджений номінальним струмом всього за одну годину до повної ємності. Експлуатація при низьких температурах навколишнього середовища знижує продуктивність, а температура понад 35ºС - дещо скорочується термін служби, але показники набагато краще, ніж у свинцево-кислотних, нікель-кадмієвих або нікель-металогідридних акумуляторів. Літій-фосфат має більший саморозряд, ніж інші літій-іонні акумулятори, які можуть викликати потребу балансування батарейних кабінетів.
Малюнок №13.
Літій-Нікель-Кобальт-Оксид Алюмінію (LiNiCoAlO2) - літій-нікель-кобальто-оксид алюмінієві батареї (NCA) з'явилися в 1999 році. Цей тип забезпечує високу питому енергію і достатню питому потужність, а також тривалий термін служби. Однак існують ризики займання, в наслідок чого був доданий алюміній, який забезпечує більш високу стабільність електрохімічних процесів, що протікають в акумуляторі при високих струмах розряду і заряду.
Малюнок №14.
Літій-титанат (Li4Ti5O12) - акумулятори з анодами з літій-титанату були відомі з 1980-х років. Катод складається з графіту і має схожість з архітектурою типовою літій-металевої батареї. Літій-титанат має напругу елемента 2,4 В, може бути швидко заряджений і забезпечує високий розрядний струм 10C, який в 10 разів перевищує номінальну ємність батареї.
Літій-тітанатние акумулятори відрізняються підвищеним циклічним ресурсом в порівнянні з іншими Li-ion видами батарей. Мають високу безпекою, а також здатні працювати при низьких температурах (до -30ºC) без відчутного зниження робочих характеристик.
Недолік полягає в досить високій вартості, а також в невеликий показник питомої енергії, порядку 60-80Втч / кг, що цілком можна порівняти з нікель-кадмієвих акумуляторами. Області застосування: електричні силові агрегати і джерела безперебійного живлення.
Малюнок №15.
Літій-полімерні акумулятори (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) - літій полімерні акумулятори відрізняються від літій-іонних тим, що в них використовується спеціальний полімерний електроліт. Ажіотаж до цього виду батарей з 2000-х років триває до сьогоднішнього часу. Заснований він не безпідставно, т. К. За допомогою спеціальних полімерів вдалося створити батарею без рідкого або гелеобразного електроліту, це дає можливість створювати батареї практично будь-якої форми. Але основна проблема полягає в тому, що твердий полімерний електроліт забезпечує погану провідність при кімнатній температурі, а кращі властивості демонтує в розігрітому стані до 60 ° С. Всі спроби вчених виявити рішення цього завдання надали марні.
В сучасних літій-полімерних батареях застосовується невелика кількість гелевого електроліту для кращої провідності при нормальній температурі. А принцип роботи побудований на одному з описаних вище типів. Найпоширенішим є літій-кобальтові тип з полімерним гелеподібним електролітом, який застосовується в більшості випадків.
Основна різниця між літій-іонними акумуляторами і літій-полімерними полягає в тому, що мікропористий полімерний електроліт замінюється традиційним розділовим сепаратором. Літій-полімер має трохи більший показник питомої енергії і дає можливість створювати тонкі елементи, але вартість на 10-30% вище, ніж літій-іонних. Істотна різниця є і в структурі корпусу. Якщо для літій-полімерних застосовується тонка фольга, яка дається можливість створювати настільки тонкі елементи живлення, що вони схожі на кредитні карти, то літій-іонні збираються в жорсткому металевому корпусі для щільної фіксації електродів.
Малюнок №17. Зовнішній вигляд Li-polymer акумулятора для мобільного телефону.
Характеристики літій-іонних акумуляторів
У таблиці відсутня максимальна ємність елементів, т. К. Технологія літій-іонних акумуляторів не дозволяє виробляти потужні окремі елементи. Коли необхідна висока ємність або постійний струм, батареї з'єднаються паралельно і послідовно за допомогою перемичок. Стан обов'язково повинна контролювати система батарейного моніторингу. Сучасні батарейні кабінети для ИБП і сонячних електростанцій на основі літієвих елементів можуть досягати напруги 500-700В постійного струму з ємністю близько 400А / ч, а також ємності 2000 - 3000Ач з напругою 48 або 96В.
|
Параметр \\ Тип |
||||||
|
Напруга елемента, Вольт; |
||||||
|
Оптимальна температура, ° С; |
||||||
|
Термін служби, років при + 20 ° С; |
||||||
|
Саморозряд в міс.,% |
||||||
|
Макс. струм розряду |
||||||
|
Макс. струм заряду |
||||||
|
Мінімальний час заряду, ч |
||||||
|
Вимоги до обслуговування |
||||||
|
рівень вартості |
Нікель-кадмієві акумуляторні батареї
Винахідником є \u200b\u200bшведський вчений Вальдемар Юнгнер, який запатентував технологію виробництва нікель кадмиевого типу в 1899 році. D 1990 році виник патентну суперечку з Едісоном, який Юнгнер програв в силу того, що не володіла таким засобами, як його опонент. Компанія «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», заснована Вальдемаром, опинилася на межі банкрутства, однак, змінивши назву на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», підприємство все ж продовжило свій розвиток. В даний час підприємство, засноване розробником, носить назву «SAFT AB» і виробляє одні з найбільш надійних нікель-кадмієвих акумуляторів в світі.
Нікель-кадмієві акумулятори відносяться до дуже долговечному і надійному типу. Існують обслуговуються і не обслуговуються моделі з ємністю від 5 до 1500Ач. Зазвичай поставляються в вигляді сухо-заряджених банок без електроліту з номінальною напругою 1,2В. Незважаючи на схожість конструкції зі свинцево-кислотними, нікель кадмієві батареї мають ряд істотних переваг у вигляді стабільної роботи при температурі від -40 ° С, можливості витримувати високі пускові струми, а також оптимізовані моделями для швидкого розряду. Ni-Cd батареї стійкі до глибокого розряду, перезаряду і не вимагають моментального заряду як свинцево-кислотний тип. Конструктивно виробляються в ударопрочном пластиці і добре переносять механічні пошкодження, не бояться вібрації і т.п.
Принцип дії нікель-кадмієвих батарей
Лужні акумулятори, електроди яких складаються з гідрату окису нікелю з додатками графіту, окису барію і порошкового кадмію. В якості електроліту, як правило, виступає розчин з 20% -ним вмістом калію і додаванням моногідрату літію. Пластини розділені ізолюючими сепараторами в уникненні замикання, одна негативно заряджена пластина розташована між двома позитивно зарядженими.
В процесі розряду нікель-кадмиевой батареї відбувається взаємодія між анодом з гідратом окису нікелю і іонами електроліту, утворюючи гідрат закису нікелю. В цей же час катод з кадмію утворює гідрат окису кадмію, тим самим створюючи різницю потенціалів до 1,45В забезпечуючи напруга всередині акумулятора і у зовнішній замкненого кола.
Процес заряду нікель-кадмієвих акумуляторів супроводжується окисленням активної маси анодів і переходом гідрату закису нікелю в гідрат окису нікелю. Одночасно катод відновлюється з утворенням кадмію.
Перевагою принципу дії нікель-кадмиевой батареї є те, що всі складові, які утворюються в процесі циклів розряду і заряду, майже не розчиняються в електроліті, а також не вступають в будь-які побічні реакції.
Малюнок №16. Будова Ni-Cd акумулятора.
Типи нікель-кадмієвих акумуляторів
В даний час батареї Ni-Cd використовують найчастіше в промисловості, де потрібно забезпечувати харчуванням різноманітні додатки. Деякі виробники пропонують кілька підвидів нікель-кадмієвих акумуляторів, які забезпечують найкращу роботу в певних режимах:
час розряду 1,5 - 5 годин і більше - обслуговуються батареї;
час розряду 1,5 - 5 годин і більше - не обслуговуються батареї;
час розряду 30 - 150 хвилин - обслуговуються батареї;
час розряду 20 - 45 хвилин - обслуговуються батареї;
час розряду 3 - 25 хвилин - обслуговуються батареї.
Характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів
|
Параметр \\ Тип |
Нікель-кадмієві / Ni-Cd |
|
Ємність, Ампер / год; |
|
|
Напруга елемента, Вольт; |
|
|
Оптимальна глибина розряду,%; |
|
|
Допустима глибина розряду,%; |
|
|
Циклічний ресурс, D.O.D. \u003d 80%; |
|
|
Оптимальна температура, ° С; |
|
|
Діапазон робочих температур, ° С; |
|
|
Термін служби, років при + 20 ° С; |
|
|
Саморозряд в міс.,% |
|
|
Макс. струм розряду |
|
|
Макс. струм заряду |
|
|
Мінімальний час заряду, ч |
|
|
Вимоги до обслуговування |
Малообслуговуваних або необслужіванемие |
|
рівень вартості |
середня (300 - 400 $ 100Аг) |
Високі технічні характеристики роблять цей тип акумуляторних батарей дуже привабливим для вирішення виробничих завдань, коли потрібно високонадійний джерело резервного живлення з тривалим терміном служби.
Нікелево-залізні акумуляторні батареї
Вперше були створені Вальдемаром Юнгнер в 1899 році, коли він намагався знайти більш дешевий аналог кадмію в складі нікель-кадмієвих батарей. Після довгих випробувань Юнгнер відмовився від застосування заліза, т. К. Заряд здійснювався занадто повільно. Кількома роками пізніше, Томас Едісон створив нікель-залізний акумулятор, який здійснював харчування електромобілів «Baker Electric» і «Detroit Electric».
Дешевизна виробництва дозволили нікель-залізних акумуляторів стати затребуваними в електротранспорті в якості тягових батарей, також застосовуються для електрифікації пасажирських вагонів, харчування ланцюгів управління. В останні роки про нікель-залізних акумуляторах заговорили з новою силою, т. К. Вони не містять токсичних елементів на кшталт свинцю, кадмію, кобальту тощо. Д. В даний час деякі виробники просувають їх для систем відновлюваної енергетики.
Принцип дії никелево-залізних батарей
Акумуляція електроенергії відбувається за допомогою нікель оксиду-гідроксиду, що застосовується в якості позитивних пластин, заліза - в якості негативних пластин і рідкого електроліту у вигляді їдкого калію. Нікелеві стабільні трубки або «кишені» містять активну речовину
Нікелево-залізний тип дуже надійний, тому що витримує глибокі розряди, часті перезарядити, а також може знаходиться в недозаряженном стані, що дуже згубно для свинцево-кислотних батарей.
Характеристики никелево-залізних акумуляторів
|
Параметр \\ Тип |
Нікель-кадмієві / Ni-Cd |
|
Ємність, Ампер / год; |
|
|
Напруга елемента, Вольт; |
|
|
Оптимальна глибина розряду,%; |
|
|
Допустима глибина розряду,%; |
|
|
Циклічний ресурс, D.O.D. \u003d 80%; |
|
|
Оптимальна температура, ° С; |
|
|
Діапазон робочих температур, ° С; |
|
|
Термін служби, років при + 20 ° С; |
|
|
Саморозряд в міс.,% |
|
|
Макс. струм розряду |
|
|
Макс. струм заряду |
|
|
Мінімальний час заряду, ч |
|
|
Вимоги до обслуговування |
Малообслуговуваних |
|
рівень вартості |
середня, низька |
використані матеріали
Дослідження компанії Boston Consulting Group
Технічна документація ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence та інших.
Акумулятор - це багаторазовий джерело струму, який призначений для накопичення і зберігання енергії. Його робота заснована на оборотних окислювально-відновних реакціях, що дає можливість використовувати батарею багаторазово. Для створення акумуляторної батареї, кілька акумуляторів з'єднують в одну ланцюг.
види акумуляторів
Для побутових приладів та інструментів використовується кілька типів акумуляторних батарей, які відрізняються по використовуваних для їх виготовлення матеріалів.
Нікель-кадмієві (NiCd)
Цей акумулятор витримувати велику кількість розрядів і зарядів, стійкий до низьких температур і у нього великий допустимий струм розряду. Одними з основних його переваг є низька ціна і великий термін служби. Недоліки зазначеного виду в тому, що він швидко саморазряжаются і має низьку щільність енергії.
Основним недоліком такого обладнання є «ефект пам'яті», що призводить до зниження корисної ємності при неповному розряді батареї. Для відновлення номінальної потужності, треба повністю розрядити, а потім знову зарядити цей пристрій. Щоб збільшити термін служби такого обладнання, необхідно повністю його розряджати і тільки потім ставити на зарядку. Для заряду треба використовувати тільки той пристрій, що йшло в комплекті, або таким, яке відповідає вимогам виробника батареї.
Нікель-металогідридні (NiMh)
Такі батареї з'явилися пізніше, і вони є більш перспективними. Зараз вони масово використовуються для різної побутової техніки, але для телефонів і ноутбуків застосовуються ще більш прогресивні види.
Літій-іонні (LiIon)
Такий акумулятор найчастіше використовується для живлення ноутбуків, фотоапаратів та іншої техніки, але в сучасних телефонах він вже іспользуюется рідко, так як витісняється більш прогресивним типом батарей. Їх основний недолік у високій чутливості до перезаряду, тому в пристроях, де використовуються такі батареї, обов'язково встановлюють контролер, який обмежує заряд.
Літій-полімерні (LiPol)
Найсучасніші пристрої, основним їх відмінністю є те, що електроліт гелеобразний, тому такі акумулятори можуть бути дуже тонкими. Вони найчастіше застосовуються в мобільних телефонах, плеєрах і іншій техніці, що має невеликі розміри. Так як такі батареї також чутливі до перезаряду, використовувати їх в пристроях з несправним контролером заряду можна. Якщо порушується герметичність також не можна експлуатувати таку батарею.
Пристрій
Раніше акумуляторні батареї для побутової техніки і телефонів за своєю будовою були точною копією тих, що використовуються в автомобілях. Сучасні технології дозволили розробити літій-іонні батареї, у яких катод покритий алюмінієвою, а анод мідною фольгою. В літій-полімерних моделях в якості банок використовуються м'які пакети, які заповнюються гелеподібним розчином літію в полімері.
Щоб контролювати заряд, така акумуляторна батарея обов'язково має пристрій, який виконано у вигляді електронної плати. Замість звичних двох контактів, такі батареї з платою телефону з'єднуються за допомогою конвектора - багатополюсного з'єднання.
Принцип роботи
Незалежно від типу, будь-який акумулятор працює завдяки наявності різниці напруги між пластинами з металу, зануреними в електроліт.
Хімічні процеси, що відбуваються в батареї, є оборотними, тому після її розрядження, є можливість за допомогою заряду відновити працездатність. Під час заряду струм пропускають в протилежному напрямку, яке буде при розряді акумуляторної батареї.
Основною характеристикою є ємність, тобто величина заряду, яку повністю заряджена батарея може віддати при розряді до найменшого допустимого значення. Для її вимірювання зазвичай використовуються Ач.
Області застосування
Акумулятор використовується в різних галузях і має широке застосування. Акумуляторні батареї застосовують для освітлення вагонів, харчування різної апертури на автомобілях, в мобільних телефонах, у побутовій техніці та електроніці.
Для того щоб убезпечити комп'ютер і наявну інформацію при раптовому зникненні живлення, використовуються. Основним його елементом є АКБ. Початковий запуск будь-якого автомобіля не можливий без зарядженої акумуляторної батареї.
Як вибрати акумулятор
Розглянемо особливості вибору АКБ для мобільного телефону. Спочатку треба розібратися, яка батарея встановлена \u200b\u200bв вашому телефоні, так як вона може бути знімною або незнімної.
Якщо її можна зняти, то відкривають задню кришку телефону і уважно вивчають характеристики батареї:
- Ємність.
- Модель.
- Напруга.
При наявності і незнімної АКБ, її дані можна дізнатися з паспорта телефону або на сайті виробника. Сучасний ринок пропонує оригінальні акумулятори, аналогічні та «ноунейм». На останній варіант краще взагалі не звертати уваги, так як така батарея може не тільки вивести з ладу телефон, а навіть вибухнути.
Між собою оригінальні і аналогові вироби практично нічим не відрізняються за своїми характеристиками, але оригінальні батареї будуть набагато дорожче. Врахуйте, що деякі виробники не роблять оригінальні запчастини, Тому в такому випадку доведеться купувати аналогічний джерело живлення.
Акумулятор для автомобіля
В цьому випадку треба звертати увагу на такі характеристики як ємність, пусковий струм і габарити вироби. Важливо, щоб ємність і величина пускового струму не дуже відрізнялися від тієї акумуляторної батареї, що була встановлена \u200b\u200bна заводі-виробнику, так як генератор та інше обладнання розраховані на певні їх значення.
Крім описаних характеристик, звертають увагу на наявність додаткових елементів: ручка для зручного транспортування, захист клем, наявність вбудованого індикатора заряду.
Гідності й недоліки
Розглянемо, які є переваги і недоліки у різних типів батарей.
Переваги NiCd пристроїв:
- Швидка зарядка, можна використовувати струм, який дорівнює і навіть перевищує ємність батареї, зловживати часто великим зарядним струмом не можна і якщо потрібно швидкий заряд, то використовують пристрої, що визначають повний заряд батареї, після чого вони повинні відключатися.
- Можуть давати в навантаження струм великого значення.
- Якщо дотримуються правила експлуатації, то термін служби буде великим.
- Можливість відновлення при зниженні ємності.
- Доступна вартість.
Недоліки будуть такі:
- Наявність «ефекту пам'яті».
- Високий рівень саморозряду.
- Велика вага і розміри.
- Потрібна спеціальна утилізація через наявність кадмію.
Особливості NiMh батарей:
- Більше щільність електроенергії, тому вони мають меншу вагу і розміри.
- Термін служби залежить від глибини розряду, щоб батарея довше служила, краще її експлуатувати ні з повним, а з поверхневим розрядом.
- Зарядка не може проводитися так швидко, як в попередньому варіанті.
- «Ефект пам'яті» виражений набагато менше.
- У них невелика кількість робочих циклів.
- Високий саморозряд, який досягає 30% в місяць.
LiIon батареї мають такі переваги:
- Невелика вага і розміри, досягається це за рахунок високої щільності електроенергії.
- Незначний саморозряд.
- Протягом всього терміну служби не вимагають ніякого обслуговування.
Недоліки таких АКБ наступні:
- Висока ціна.
- Зберігати такі батареї треба тільки зарядженими.
- Навіть якщо вони не використовуються, відбувається процес старіння, вже через два роки, якщо ними не користуватися, вони зазвичай виходять з ладу.
LiPol пристрою є найсучаснішими, але поки масово вони не застосовуються, тому об'єктивно оцінити їх переваги та недоліки поки не можна.
Якщо порівнювати їх з іншими типами, то в таких пристроях менше робочих циклів, і вони розраховані на невеликий струм навантаження. Технологія їх виготовлення дозволяє створювати тонкі і пластичні геометричні форми, що нехарактерно для інших типів батарей. Як і у всього нового, вартість таких батарей поки висока.
Зараз в електронних пристроях в основному використовуються NiMh і LiIon акумулятори. У перших буде більше термін служби при помірних навантаженнях і нижче вартість, у других просте обслуговування і великий термін служби при інтенсивних навантаженнях. Нікель-кадмієві пристрої вже практично не використовуються, а літій-полімерні тільки завойовують ринок.
Автомобільні акумулятори відрізняються за типами і характеристиками, що досить сильно ускладнює процес їх вибору для автовласників. Адже характеристики акумуляторних батарей для автомобілів визначають не тільки працездатність автомобіля, але і додаткових електронних пристроїв - магнітоли, кондиціонера, прикурювача. У питанні, які види акумуляторів є, ми і спробуємо сьогодні розібратися, привівши короткий опис кожного з них.
Особливості традиційних «вмістом сурми» автомобільних акумуляторів
Традиційний тип акумуляторної батареї містить в своїх свинцевих пластинах більше 5% сурми. Для сучасних акумуляторів це вже не характерно, так як відсоток сурми в них разюче знизили. Необхідно це було для того, щоб запобігти різкому посилення процесу електролізу, який через сурми активізується вже після досягнення показника напруги в 12 В. Ще одним недоліком таких акумуляторів є необхідність заливати в них дистильовану воду, так як через випаровування води верхні краї електродів постійно виходять назовні.
Дивлячись на все це, хоча б раз на місяць доводиться перевіряти такий акумулятор і контролювати, на якому рівні знаходиться вода і чи досягає щільність електроліту необхідної показника.
Для чого ж тоді в свинець потрібно було додавати сурму? Робили це виключно для збільшення міцності пластин всередині акумулятора. Завдяки прогресу необхідність у використанні сурми сьогодні відпала, тому зустріти так звані «традиційні» акумуляторні батареї для авто вже практично неможливо. Використовувати такі батареї раціонально тільки на стаціонарних установках, де вони проявлятиме себе як невибагливі в обслуговуванні.
Переваги та недоліки малосурм'янистих батарей
Цей вид акумуляторних батарей містить менше 5% сурми, завдяки чому відпала необхідність в постійному контролі рівня електроліту в акумуляторі. До того ж, малосурм'янистих батареї не так інтенсивно розряджаються під час простою (зберігання).
У порівнянні з сурм'янистого акумуляторами, даний тип батарей практично не доводиться обслуговувати, хоча необхідність в поповненні запасу води все ж періодично виникає. Найбільшою перевагою цих акумуляторів прийнято вважати їх «невибагливість» для електронного обладнання автомобіля. Тобто, навіть якщо до електричної мережі будуть підключені неякісні прилади, через які постійно буде змінюватися напруга, необоротних змін з акумулятором не відбудеться (як відомо, більш сучасні акумулятори в такому випадку можуть безповоротно втрачати свою ємність).
Важливо!Характеристики малосурм'янистих акумуляторних батарей для автомобіля дозволяють їх використовувати тільки на старих авто, вироблених ще в СРСР або в Росії. Підходять вони для таких автомобілів і своєю низькою вартістю.
Чим відрізняються кальцієві акумулятори?
У цьому випадку замість сурми в решітки електролітів додається кальцій, на що при покупці вам вкаже спеціальне маркування «Са / Са» (Маркування свідчить, що до складу пластин обох полюсів входить кальцій). Домогтися додаткової енергоємності кальцієвих акумуляторних батарей вдалося ще й завдяки додаванню до складу їх пластин невеликих частинок срібла. Завдяки сріблу також було знижено внутрішній опір акумулятора, і значно зріс коефіцієнт корисної дії.
До достоїнствданого типу акумуляторної батареї також слід віднести:
Відсутність необхідності обслуговувати таку батарею, оскільки в процесі її експлуатації вода з неї практично не випаровується. Завдяки цьому кальцієві акумулятори стали необслуговуваними.
У порівнянні малосурм'янистих акумуляторами, кальцієві практично не піддаються саморазрядка. Ця різниця між двома типами батарей становить близько 70%, що говорить про тривалому терміні служби кальцієвих батарей, а також про можливості їх тривалого зберігання.
Кальцієвих батареям не такий страшний перезаряд, а електроліз в них завдяки наявності кальцію починається з 16 В.
Але от якщо занадто інтенсивної зарядки ці батареї не бояться, то якщо їх кілька разів поспіль посадити «в нуль», вони відразу ж втратять половину своєї ємності. Найчастіше подібне призводить до необхідності повної заміни акумулятора. Ще один недолік - чутливість до перепадів напруги, тому при установці кальцієвого акумулятора необхідно перевірити справність бортовий мережі автомобіля.
Зустріти такі акумулятори найчастіше вдається на іномарках, які відносяться до середнього цінового діапазону. Якщо ж говорити про вартість самої кальцієвої батареї, то вона в рази дорожче вищеописаних, проте це компенсується терміном її служби (але, щоб він був якомога більш тривалим, батареєю необхідно правильно користуватися і не допускати повної розрядки).
Загальна характеристика гібридних акумуляторів
З назви зрозуміло, що даний вид акумуляторної батареї має набір різних пластин. При цьому позитивні виготовляються з додаванням сурми (але менше 5%), а негативні - з додаванням кальцію. Тому і позначаються такі акумулятори як «Са +». Завдяки такому підходу вдалося домогтися:
1. Зниження витрати води в порівнянні з малосурм'янистих акумуляторами.
2. Підвищення стійкості батареї до перепадів напруги, а також до занадто інтенсивної зарядці і розрядці.
Таким чином, гібридні акумулятори не перевищують за своїми якостями вищеописані, а знаходяться рівно посередині між ними, якщо оцінювати їх якість.
Гелеві та AGM акумулятори - в чому особливості?
Якщо ви цікавилися питанням, які види акумуляторів є, то напевно стикалися і з гелевими батареями, і з батареями AGM. Від усіх інших автомобільних акумуляторів їх відрізняє те, що електроліт всередині них знаходиться не в рідкому, а в гелеобразном стані.
Необхідність у використанні гелеобразного електроліту виникла через те, що рідкий електроліт дуже часто може витікати з корпусу акумулятора. Оскільки він є розчином води і сірчаної кислоти, така рідина ушкоджувала не тільки корпус самої батареї, але і всі інші системи автомобіля. До того ж, такий електроліт з часом приводив до руйнування свинцевих пластин, що автоматично знижувало потужність акумулятора.
Домогтися вирішення всіх цих проблем вийшло шляхом використання гелеобразного електроліту. При цьому в батареях AGM, крім гелеобразного електроліту, для запобігання осипання частинок електродів використовується спеціальний пористий матеріал, виготовлений з абсорбуючої скловолокна. Але в цілому гелеві та AGM не мають істотних відмінностей між собою і відрізняються наступними перевагами:
Такі види акумуляторів абсолютно не бояться нахилів, тому навіть для експлуатації їх можна встановлювати в будь-якому зручному положенні, але все ж перевертати їх догори дном не варто.
Стійкі до впливу вібрацій, так як вони не призводять до обсипання поверхні електродів.
Мають низьку швидкість саморозряду, тому якщо їх зберігати в зарядженому стані, вони навіть через кілька місяців будуть залишатися придатними для експлуатації.
Чи не бояться переразряда, і коли батарея сідає, автомобіль цього не відчуває, оскільки висота струму при цьому не падає.
Але є у них і недоліки - гелевидні батареї дуже бояться перезарядження, та й сам процес зарядки обов'язково необхідно проводити поступово, при використанні низького струму. Спеціально для цього випускаються особливі зарядні пристрої, Якими ми і рекомендуємо користуватися.
Варто також враховувати, що гелеві батареї дуже погано працюють на морозі, хоча, якщо не допускати їх до експлуатації при низьких температурах і правильно заряджати, вони можуть прослужити близько 10 років. Але і коштують вони при цьому недешево, тому зустріти такий тип акумуляторної батареї вам може пощастить тільки на престижному авто.
Вивчаємо характеристики лужних батарей для авто
В автомобільних акумуляторах роль електроліту може виконувати і луг. При цьому можна зустріти відразу два типи таких батарей:
1. Нікель-кадмієві. Позитивні пластини електродів в таких акумуляторах покриваються гідроксидом нікелю, а негативні - кадмієм і залізом.
2. Нікель-залізні. Позитивні електроди мають той же склад, що і в нікель-кадмієвих батареях, а ось негативні виготовляються із заліза без використання будь-яких домішок.
Але, незалежно від типу пластин, електроліт в таких акумуляторах застосовується один - розчин їдкого калію КОН. При цьому, в порівнянні з кислотними батареями, Лужні мають наступні переваги:
1. Чи не бояться перерозряду, і допускається навіть зберігання в повністю розрядженому стані.
2. Чи не бояться надмірної зарядки.
3. Добре функціонують при негативних температурах.
4. Саморозряд ще нижче, ніж в кислотних калієвих батарей.
5. Випари лугу не є шкідливими для людського організму.
6. Такі батареї відрізняються великою ємністю.
Що ж стосується недоліків, то лужні батареї не здатні видавати одночасно велику кількість струму. Це і пояснює великі розміри лужних батарей, оскільки в них доводиться вставляти більше «банок». До того ж і коштують такі батареї дорожче, ніж кислотні.
Важливо! Лужні акумулятори частіше використовуються не для старту, а для тягових функцій, тому і застосовуються вони переважно на вантажних авто.
Якими перевагами відрізняється літій-іонний тип акумуляторних батарей?
Літій-іонні батареї є найбільш перспективними в сучасному автомобілебудуванні. При цьому розробники їх постійно вдосконалюють, роблячи менш токсичними і більш доступними в ціновому аспекті.
перевагами літій-іонного типу акумуляторів є такі характеристики:
Максимально висока ємність заряду батареї, якої не досягає жоден інший тип автомобільних акумуляторів.
Висока видається напруга, що дозволяє зробити акумулятор максимально компактним.
Відсутність інтенсивного процесу саморозряду.
Але все ж таки присутня у них і цілий ряд недоліків, У зв'язку з чим сьогодні частіше використовуються свинцево-кислотні акумулятори для авто:
Коли температура падає до негативних оцінок, сила струму, яку віддає акумулятор, істотно знижується.
Літій-іонний акумулятор може «пережити» тільки 500 процедур зарядки-розрядки.
Їм характерний процес «старіння» - зниження ємності з віком. За 2 роки йде близько 20% ємності.
Не можна допускати глибокої розрядки літій-іонного акумулятора.
Потужність такого акумулятора не забезпечує старт двигуна.
Проте, згідно з прогнозами, саме літій-іонні батареї незабаром будуть використовуватися на автомобілях. Правда, інженерам доведеться гарненько попрацювати, щоб усунути всі озвучені недоліки даного типу акумуляторних батарей.
Слід зробити висновок, що на сьогоднішній день не існує ідеального типу акумуляторної батареї для авто, оскільки у кожного з існуючих є свої недоліки. З цієї причини, при виборі акумулятора кожен автовласник повинен орієнтуватися на особливості свого автомобіля і особисті переваги.
