Современные аккумуляторные батарейки — достоинства и недостатки

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Зимний сезон в России – суровое испытание для коммерческих автомобилей и дорожно-строительной техники. Одна из основных трудностей – пуск холодного двигателя. Любой эксплуатационщик знает, что для надежного пуска двигателя нужен мощный и емкий аккумулятор.

По назначению различают два вида аккумуляторных батарей (АКБ): стартерные, которые используются для пуска двигателя, и тяговые (многократного цикла глубокого заряда-разряда, англоязычное наименование deep cycle), которые применяются как самостоятельный источник энергии в электрокарах, железнодорожных поездах, самолетах, на судах, в шахтах, электростанциях и т. д.

По конструкции различают кислотные и щелочные АКБ. Свинцово-кислотные батареи более широко распространены. Хорошо известны как их достоинства, так и недостатки. Щелочные батареи также давно применяются и неплохо знакомы потребителю.

К аккумуляторам нового поколения относятся так называемые свинцово-кислотные VRLA аккумуляторы (Valve Regulated Lead Acid, свинцово-кислотные с предохранительными клапанами) двух типов: гелевые и AGM-батареи. Они имеют герметизированный корпус с предохранительными клапанами для выпуска избыточного газа и являются необслуживаемыми.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Основной задачей при создании необслуживаемой аккумуляторной батареи является снижение объема газов, выделяющихся на конечной стадии заряда. Одним из способов, которым это достигается, является сокращение объема электролита в батарее.

Технология свинцово-кислотных аккумуляторов AGM (англ. absorbent glass mat, абсорбирующая прокладка из стекловолокна) известна специалистам уже около 40 лет – они были разработаны в начале 1970-х годов, а производить их начали в США в 1985-м первоначально для военной авиации, в качестве автономных источников энергии для телекоммуникационных систем и сигнализации – аварийной и транспортной.

Сначала были созданы АКБ небольших типоразмеров – от 1 до 30 А.ч. А недавно аккумуляторы AGM стали применяться на коммерческих автомобилях и спецтехнике, и интерес к ним постоянно растет.

В отличие от обычной АКБ внутри AGM нет свободного жидкого электролита. Между положительными и отрицательными пластинами расположены изолирующие прокладки из ультратонкого стекловолокна и бумажных волокон, обладающие большой пористостью. Весь электролит содержится в пористой прокладке (сепараторе) и в активном материале пластин.

При этом количество электролита дозируется таким образом, чтобы мелкие поры оказались заполнены, а крупные остались свободными для циркуляции выделяющихся в результате химических процессов газов. В конструкцию входит система рекомбинации выделяющихся газов: образующиеся при работе аккумулятора водород и кислород не успевают покинуть аккумулятор до того, как снова превратятся в воду.

Сепараторы и пластины плотно прижаты друг к другу.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Преимущества AGM

Аккумуляторы AGM лучше справляются с повышенными нагрузками. Основная проблема при использовании обычных АКБ – сокращение срока их службы вследствие высоких электрических нагрузок, потому что в современных машинах гораздо больше потребителей электрической энергии, чем раньше (бортовой компьютер, предпусковой подогреватель и т. д.

), из-за этого к аккумуляторной батарее предъявляются дополнительные требования. К тому же AGM могут разряжаться, не повреждаясь, до 40% и до 30% – без серьезного сокращения срока службы. Для сравнения: аккумуляторы традиционной конструкции будут серьезно повреждены при многократных разрядах ниже 50% – их емкость упадет до 15…20% от первоначальной величины.

Поскольку пластины и прокладки в аккумуляторах AGM гораздо плотнее прижаты друг к другу, а корпуса герметизированы, эти аккумуляторы более устойчивы к воздействию вибрации и ударных нагрузок, от которых страдают на отечественных дорогах и бездорожье АКБ магистральных грузовиков и дорожно-строительных машин.

Благодаря всем перечисленным выше качествам срок службы батарей AGM гораздо больше, чем обычных АКБ.

Аккумуляторы AGM менее чувствительны к колебаниям температуры и способны работать при более низких температурах – от –40 и до +70 °С, поскольку не содержат свободной воды, которая бы могла замерзнуть и расшириться, соответственно срок их службы при низких температурах гораздо больше, чем обычных аккумуляторов.

Батареи AGM совершенно не нуждаются в обслуживании, корпус батареи полностью герметичен, и открывать банки, проверять или доливать дистиллированную воду и тем более электролит не требуется в течение всего срока службы. Благодаря этому они быстрее окупаются, несмотря на высокую стоимость. Благодаря увеличенному сроку службы стоимость эксплуатации аккумуляторов AGM будет меньше, чем традиционных.

У батарей AGM внутреннее электрическое сопротивление гораздо меньше, чем у традиционных, и благодаря этому они способны отдавать более высокие токи за короткое время (что особенно важно при холодном пуске двигателя) и быстрее заряжаться (до 4 раз быстрее), выделение тепла при этих процессах значительно меньше, чем у обычных батарей (у AGM превращается в тепло 4%, а у обычных аккумуляторов 15…20% энергии при заряде-разряде). Для зарядки такого аккумулятора требуется меньше энергии генератора (так как потери при зарядке меньше), следовательно, расход топлива двигателем будет меньше.

Аккумуляторы AGM не содержат свободного электролита и герметичны, поэтому утечка электролита из них в принципе исключена, они безопасны при переворачивании. AGM могут работать в любом положении, даже «лежа на боку». Батареи AGM можно использовать практически на любой машине.

Процесс саморазряда у AGM идет значительно медленнее (1…3% в месяц), чем у традиционных батарей, т. е. их можно хранить целый год, и потом даже не потребуется подзаряжать. Вообще батареи AGM могут храниться более долгое время, чем обычные аккумуляторы.

Уже освоено серийное производство аккумуляторов AGM, а это значит, что стоимость их значительно снижается. Тем не менее преимущества батарей AGM не обеспечивают им всеобщего признания.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Что сдерживает распространение AGM

Ежегодно в мире производят 110 млн. аккумуляторных батарей, но AGM составляют в этом объеме лишь незначительную часть.

Во-первых, далеко не все производители АКБ занимаются изготовлением AGM, потому что эта технология сложнее традиционной. К тому же батареи AGM стоят дороже традиционных примерно в 2,0…

2,5 раза, поскольку дороже технологии их производства и используемые материалы. AGM приблизительно на 30% больше и тяжелее, чем обычные аккумуляторы такой же емкости.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Батареи AGM более чувствительны к перезарядке. Зарядные устройства, которые сейчас используют в машинных парках для зарядки обычных аккумуляторов, непригодны для зарядки AGM и могут вывести их из строя за несколько часов.

Для AGM требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не более ±1%. Специальные приборы для зарядки батарей AGM могут стоить более 30 тыс. руб. каждый.

Тестеры для проверки батарей также могут быть непригодны для AGM и потребуют замены или перенастройки. Видимо, потребуется заменять реле-регулятор генератора на машине на более точный прибор. Вероятно, и обслуживающий персонал придется специально обучать работе с AGM.

В общем, процесс зарядки аккумуляторов AGM в любом случае потребует больше внимания по сравнению с традиционными аккумуляторами.

Не рекомендуется использовать батареи AGM при температурах выше 50 °С, так как их срок службы существенно сокращается при высоких температурах. Аккумуляторы AGM категорически нельзя применять вместе с обычными свинцово-кислотными батареями. Они могут работать только с такими же по сроку службы и емкости аккумуляторами AGM.

Если на обычные АКБ производители обычно дают гарантию 18 месяцев, то на AGM гарантия не более 24 месяцев, т. е. при увеличении цены вдвое гарантийный срок возрастает лишь на 25%.

В настоящее время много батарей AGM производится в Китае, они дешевле аккумуляторов американского и европейского производства, но об уровне их качества достоверных сведений в печати пока не публиковалось, возможно, он соответствует оригинальному, а возможно, и нет.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Гелевые аккумуляторы

«Все новое – это хорошо забытое старое». В этой поговорке немалая доля истины, в чем я в очередной раз убедился, ознакомившись с устройством гелевых АКБ. Когда-то в детстве из мальчишеского любопытства я разбил молотком батарейку от карманного фонарика и обнаружил внутри едкое желеобразное вещество, а позже я узнал, что это электролит.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Аккумуляторы AGM иногда путают с гелевыми батареями (англоязычное обозначение GEL), также относящимися к необслуживаемым.

Однако между ними существует принципиальная разница: в AGM электролит содержится в виде жидкости, абсорбированной прокладками, а в гелевых, как следует из их названия, электролит находится в состоянии геля. В качестве загустителя электролита применяют силикагель (SiO2), алюмогель и др.

Сегодня мы не будем подробно рассматривать электролитические «гелевые» элементы, потому что они практически не применяются на тяжелой технике и лишь иногда – на садовых косилках и других малых машинах.

Интересное исследование провели американские маркетологи (см. графики). Они сравнили удельные экономические показатели нескольких АКБ разного типа: традиционной конструкции, AGM и гелевой. Как видно из графиков, по выбранным исследователями параметрам у батарей AGM и гелевой показатели «средние» – не оптимальные, но и не самые худшие.

Итак, что же выбрать: сэкономить при покупке обычной батареи или потратиться на AGM?

AGM, конечно, не лучший выбор для любой сферы применения, но в определенных тяжелых условиях эксплуатации, где их преимущества будут приносить наибольшую выгоду, их можно и надо использовать.

Одна из самых больших ошибок, которую допускают владельцы машин при покупке АКБ, это то, что они выбирают ее по единственному критерию – цене.

Следует проанализировать, какие нагрузки должна будет выдерживать батарея во время эксплуатации и какое техническое обслуживание для нее потребуется.

Именно по этим параметрам аккумуляторы AGM могут значительно превосходить аккумуляторы традиционной конструкции и в случае использования принесут владельцу ощутимую выгоду.

Плюсы и минусы аккумуляторов с гелевым электролитом

На протяжении более чем века свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) продолжают оставаться актуальными в силу дешевизны, неприхотливости и почти полного отсутствия «эффекта памяти».

Читайте также:  Несекретные секреты забивания гвоздей

Но им был свойственен существенный недостаток — из-за необходимости отвода газов, выделяемых при работе, корпус аккумулятора невозможно сделать полностью герметичным.

По этой причине, а также из-за использования жидкого электролита, свинцово-кислотные аккумуляторы критичны к положению в пространстве. Эксплуатировать их можно только в одном, строго определенном положении.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки 12-вольтовая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

Для применения на спутниках и космических кораблях ничего лучше, чем свинцово-кислотные АКБ, тоже не нашли, но встал вопрос — как добиться работы в любом положении и как обеспечить герметичность корпуса? В рамках работы над данным проектом появились две технологии — AGM аккумуляторы, где электролитом пропитан специальный сепаратор из стекловолокна, и так называемые гелевые аккумуляторы (иначе именуемые GEL — Gelled ELectrolite), о которых пойдет речь в статье. Как и многие «космические» изобретения, гелевые и AGM аккумуляторы со временем стали применяться в обыденной жизни. Да, раз уж речь зашла о высоких технологиях, следует предостеречь от применения неправильного термина «гелиевые аккумуляторы», широко распространенного среди обычных пользователей. Никакого гелия в этих аккумуляторах нет, а понятие «гель» означает желеобразную массу и хорошо известно нам на бытовом уровне. С первого взгляда, все очень просто — в электролит добавляется вещество (обычно это соединение кремния), которое вызывает его загущение до состояния желе, практически не обладающего текучестью. Но такое решение радикально улучшает параметры аккумулятора. При этом сохраняется преемственность с прежними аккумуляторами — ЭДС одной ячейки по-прежнему равен 2,1 В.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки Аккумуляторы с гелевым электролитом Fiamm серии SMG Endurlite (OPzV Gel) — слева и серии SMG12V Endurlite (Gel) — справа

Плюсы гелевых аккумуляторов

Отсутствие текучести

Гель как бы облекает свинцовые пластины, тем самым предотвращая их осыпание. В результате исключено внутреннее короткое замыкание, также уменьшается саморазряд.

Но, самое главное, выделяемые газы практически полностью остаются внутри геля в виде пузырьков с последующей внутренней рекомбинацией, что позволяет сделать корпус аккумулятора полностью герметичным.

На самом деле, чтобы избежать возможного «вздувания» аккумулятора, в корпусе предусматривают несколько односторонних клапанов, через которые, тем не менее, гель вытечь не может.

Это и обеспечивает возможность эксплуатации аккумулятора в любом положении, хотя гелевые аккумуляторы для широкого применения эксплуатировать в положении «вверх ногами» относительно основного все же не рекомендуется. Благодаря герметичности конструкции больше не нужно подливать дистиллированную воду, поэтому для AGM и GEL аккумуляторов есть общее название «необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы».

Отсутствие текучести геля обеспечивает и безопасность в случае разрушения корпуса аккумулятора. В этом случае кислота не вытечет наружу. Данное обстоятельство особенно важно для транспортных средств на электрической тяге.

Возможность полной разрядки

Свинцово-кислотные и AGM аккумуляторы нельзя доводить до полного разряда, так как при этом на свинцовых пластинах появляются кристаллы окисного сернокислого свинца. Данное соединение не проводит электричество и его очень сложно удалить с пластин с целью восстановления работоспособности аккумулятора.

Нахождение же электролита в желеобразной форме предотвращает образование кристаллов окисного сернокислого свинца, поэтому гелевые аккумуляторы можно полностью разряжать, не опасаясь их выхода из строя. Другой вопрос, что, без лишней надобности лучше все же так не делать, поскольку полная разрядка гелевого аккумулятора снижает срок его службы.

Длительный срок службы

Количество циклов заряда-разряда гелевого аккумулятора при полном разряде составляет около 350, при разряде на 50% от номинальной емкости — около 550, при разряде на 30% — около 1200. Правильно эксплуатируемая гелевая батарея прослужит не менее 7 лет.  Для сравнения — обычные кислотно-свинцовые аккумуляторы служат порядка 2 лет, AGM — около 5 лет.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки Структура гелевого электролита в аккумуляторной батареи Fiamm SMG замедляет высыхание элемента, поэтому расчётный срок службы элементов 2В составляет 18 лет

Минусы гелевых аккумуляторов

Стоимость

Значительным недостатком GEL аккумулятора является его цена. При сопоставимой емкости она примерно в 3 раза больше, чем у AGM и в 5 раз больше, чем у традиционного кислотно-свинцового аккумулятора. Но данный недостаток полностью компенсируется более высоким сроком службы.

Чувствительность к превышению напряжения

Недостатком, связанным с принципом работы гелевого аккумулятора, является его чувствительность к превышению напряжения выше определенного уровня при зарядке.

Например, аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12,6 В, нельзя заряжать под напряжением выше, чем 14,5 В. При значительном увеличении напряжения при заряде наблюдается изменение структуры электролита в сторону большей текучести.

По этой причине нельзя устанавливать, например, автомобильные гелевые аккумуляторы в старые модели, где напряжение бортовой сети меняется в широких пределах.

Такие аккумуляторы пригодны только для современных моделей автомобилей, где напряжение бортовой сети стабилизировано. И, естественно, недопустимо заряжать гелевый аккумулятор от зарядного устройства, не предназначенного специально для таких батарей.

Ограничения по току зарядки

Необходимость сохранения желеобразной структуры электролита ограничивает и ток зарядки GEL аккумуляторов. И, хотя такие аккумуляторы превосходят по скорости зарядки традиционные свинцово-кислотные, они отстают от AGM аккумуляторов.

Существует простое правило для GEL аккумуляторов — оптимальный ток зарядки в амперах численно равен 10% от емкости, выраженной в ампер-часах.

Максимально допустимый ток зарядки указывается в технических характеристиках аккумулятора, обычно он примерно в 3 раза больше оптимального.

Длительное короткое замыкание способно привести к «вздуванию» корпуса гелевого аккумулятора и полному выходу его из строя. Впрочем, короткое замыкание противопоказано и другим типам кислотно-свинцовых аккумуляторов.

Температура эксплуатации гелевых аккумуляторов

GEL аккумулятор можно хранить и эксплуатировать, пока не произойдет замерзание электролита. В зависимости от модели аккумулятора, нижняя граница температуры находится в пределах от -50 до -30 C. Но на морозе гелевые АКБ ведут себя иначе, чем традиционные свинцово-кислотные, все зависит от типа нагрузки.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки Гелевые аккумуляторы являются оптимальным решением для использования в альтернативной энергетике

Если речь идет о равномерной по времени нагрузке, а также изменяемым в широких пределах уровне заряда аккумулятора, что характерно, например, для систем альтернативной энергетики, то GEL на морозе демонстрирует преимущество как относительно традиционных свинцово-кислотных, так и AGM аккумуляторов.

В свинцово-кислотных и AGM аккумуляторах плотность электролита сильно зависит от уровня заряда, в процессе разряда может произойти замерзание электролита, что в конечном счете ведет к физическому разрушению корпуса. У гелевых аккумуляторов зависимость плотности электролита от уровня заряда выражена намного слабее, так что такой аккумулятор спокойно можно хранить на морозе даже в полностью разряженном состоянии.

Но при снижении температуры у GEL в гораздо большей степени, чем у других свинцово-кислотных аккумуляторов, падает пусковой ток. Поэтому, при использовании таких аккумуляторов в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания известны случаи, когда двигатель на сильном морозе не заводился.

Применительно к повышенным температурам гелевые аккумуляторы имеют преимущества, обусловленные их герметичной конструкцией — не надо доливать часто испаряющуюся воду.

В том случае, если температура превышает максимально допустимое значение (зависит от конкретной модели, выпускаются GEL аккумуляторы, специально рассчитанные на эксплуатацию в условиях высоких температур), будет происходить разжижение электролита и процесс этот, увы, необратимый.

Применение гелевых аккумуляторов

Рассматриваемый тип аккумуляторов оптимален для использования в системах альтернативной энергетики. Аккумуляторы могут работать в условиях изменения уровня заряда в широких пределах, в том числе и при отрицательных температурах. Отсутствие необходимости в обслуживании позволяет применять GEL аккумуляторы в уличных светильниках с автономным питанием от солнечных и батарей и ветряков.

Другое направление использования гелевых аккумуляторов в быту и промышленности, где они почти вне конкуренции — источники бесперебойного питания.

Особенно большую выгоду применение таких аккумуляторов дает при питании телекоммуникационного оборудования, так как аккумуляторы включаются в буферном режиме, при котором GEL технология обеспечивает срок службы на уровне 10 — 15 лет.

Шкафы с гелевыми аккумуляторами при питании аппаратуры связи, характеризующейся равномерной по времени нагрузкой, можно размещать на улице без дополнительного климатического оборудования.

Батарея (электротехника)

Батарея соединённых последовательно трёх залитых смолой гальванических элементов в общем картонном корпусе «Планета-1» типоразмера 3R12 (3336)
У этого термина существуют и другие значения, см. Батарея.
Запрос «Батарейка» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки

Варианты обозначения батареи последовательно соединённых гальванических элементов на принципиальных электрических схемах

Гальванические элементы, батареи элементов и батареи аккумуляторов

Батарея (фр. batterie) — два или более соединённых параллельно или последовательно электрических элементов. Обычно под этим термином подразумевается соединение электрохимических источников электроэнергии/электрического тока (гальванических элементов, аккумуляторов, топливных элементов).

  • В электротехнике источники электроэнергии (гальванические элементы, аккумулятор), термоэлементы или фотоэлементы соединяют в батарею, чтобы получить напряжение, снимаемое с батареи (при последовательном соединении), силу тока или ёмкость (при параллельном соединении), образованного источника больше, чем может дать один элемент.
  • Прародителем батареи последовательно соединённых электрохимических элементов можно считать вольтов столб, изобретённый Алессандро Вольта в 1800 году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов.
  • Батарейкой в обиходе обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы (например, типа АА), которые обычно в источниках питания устройств соединяются в батарею для получения необходимого напряжения.

Батареей называют и цепь, содержащую только пассивные электрические элементы: резисторы (для увеличения рассеиваемой мощности или изменения сопротивления), конденсаторы (для увеличения ёмкости или увеличения рабочего напряжения), изменения ёмкости. Такие устройства, снабжённые элементами коммутации — переключателями, гнёздами и т. п. часто называют магазинами (магазин сопротивлений, магазин ёмкостей).

Конструкция

Международные универсальные коды переработки батарей и аккумуляторов

Аккумуляторная батарея конструктивно выполняется, как правило, в едином корпусе в котором находятся несколько соединённых электрически аккумуляторных элементов. Наружу корпуса выведены обычно 2 контакта для подсоединения к зарядному устройству и/или потребляющей цепи.

Читайте также:  Для чего нужны электрические схемы и каких типов они бывают

Аккумуляторная батарея может иметь также вспомогательные устройства, обеспечивающие эффективность и безопасность её эксплуатации: термодатчики, электронные устройства защиты как аккумуляторных элементов, входящих в состав батареи, так и батареи в целом (например, у литий-ионного аккумулятора).

Аккумуляторная батарея и батарея гальванических элементов используется в качестве источника постоянного тока.

В основном под элементами питания подразумевают химический источник тока, однако существуют элементы и батареи на иных физических принципах. Например, ядерные элементы питания на бета-распаде (так называемые бета-вольтаические элементы питания (англ.)русск.).[1][2]

Последовательное соединение

Чаще всего электрохимические элементы в батарее соединяются последовательно. Напряжение отдельного элемента определяется материалом его электродов и составом электролита и не может быть изменено.

Последовательное соединение нескольких элементов повышает выходное электрическое напряжение батареи, причём полное напряжение батареи при последовательном соединении равно сумме напряжений всех элементов.

Предельный отдаваемый ток последовательной батареи не превышает тока самого слаботочного элемента.

Недостаток последовательного соединения — неравномерность разрядки и зарядки при неоднородных элементах, входящих в батарею, при элементарном включении в цепь зарядки/разрядки, более ёмкие элементы недоразряжаются, а менее ёмкие переразряжаются.

Для некоторых типов аккумуляторных элементов, например литиевых, переразряд ведёт к выходу их из строя. Поэтому батареи литиевых элементов обычно снабжаются встроенными или внешними электронными схемами управления оптимизации разряда. Аналогичные проблемы возникают при заряде батареи аккумуляторных элементов.

Так, как при последовательном соединении электрический заряд, протекший через каждый элемент, равен, это ведёт к перезаряду менее ёмких элементов и недозаряду более ёмких.

Ёмкость даже однотипных элементов немного разнится из-за неизбежного технологического разброса и может стать существенно разной после многократных циклов заряда/разряда. Поэтому современные батареи аккумуляторов обычно снабжаются электронными схемами оптимизации заряда.

Примером аккумуляторной батареи с последовательным соединением аккумуляторных элементов является любой автомобильный аккумулятор, содержащий 6 или 12 элементов.

  • 8,4-вольтовая Ni-MH батарея типоразмера 7HR22 («Крона») из 7 последовательно соединённых миниатюрных Ni-MH аккумуляторов по 1,2 В

  • 9-вольтовая щелочная батарея типоразмера 6F100 из 6 последовательно соединённых плоских элементов по 1,5 В

  • 6-вольтовая щелочная батарея типоразмера 4LR44 из 4 последовательно соединённых миниатюрных гальванических элементов LR44 по 1,5 В

  • 12-вольтовая щелочная батарея типоразмера А23 из 8 последовательно соединённых миниатюрных гальванических элементов LR932 по 1,5 В

  • 14,4-вольтовая аккумуляторная батарея шуруповёрта из 12 цилиндрических последовательно соединённых Ni-Cd аккумуляторов по 1,2 В

  • Устройство 12-вольтовой автомобильной батареи из 6 последовательно соединённых свинцово-кислотных аккумуляторов по 2 В

Параллельное соединение

Устройство аккумуляторной батареи ноутбука, 10,8 В (3 параллельно соединённые пары Li-ion аккумуляторов типоразмера 18650 по 3,6 В соединены между собой последовательно)

Параллельное соединение электрохимических элементов в батарею увеличивает общую ёмкость батареи, повышает предельный отдаваемый ток и снижает её внутреннее сопротивление.
Параллельное соединение имеет ряд недостатков. При неравенстве ЭДС параллельно соединённых элементов между элементами начинают протекать уравнительные токи, при этом элементы с большей ЭДС отдают ток элементам с меньшей ЭДС. В аккумуляторных батареях такое перетекание токов не очень существенно, так как элементы с большей ЭДС, разряжаясь, подзаряжают элементы с меньшей ЭДС. В не-аккумуляторных батареях протекание уравнительных токов ведёт к снижению ёмкости батареи. Кроме того, при параллельном соединение элементов усложняется режим зарядки аккумуляторной батареи, так как обычно требует раздельную зарядку каждого из элементов и коммутацию элементов при зарядке, что усложняет внутреннюю или внешнюю электронную схему управления зарядкой. Поэтому параллельное соединение аккумуляторных элементов применяется редко, предпочтительно применяют элементы большей ёмкости.

  • Аккумуляторные батареи электробуса

  • Аккумуляторные батареи резервного источника питания дата-центра

Основные типоразмеры

Батареи: слева — 6LR61 (типа «Крона»), справа — 6F100
См. также: Типоразмеры гальванических элементов

Наиболее распространённые размеры батарей элементов питания[3]:

Номенклатура IEC JIS
Советское
Форма
Размеры (д×ш(⌀)×т), мм
Напряжение, В
Обиход. название
6LR61 / 6F22
Крона
Параллелепипед
48,5 × 26,5 × 17,5
9
«крона»
3R12
3336
Параллелепипед
67 × 62 × 22
4,5
«плоская»
А23 (8LR932)

Цилиндр
28,9 × 10,3
12

А27 (8LR732)

Цилиндр
28,2 × 8
12

2R10

Цилиндр
74,6 × 21,8
3

2CR5

Параллелепипед
45 × 34 × 17
6

4LR44

Цилиндр
25 × 12
6

4LR61

Параллелепипед
48.5 × 35.6 × 9.18
6

4R25

Параллелепипед
115 × 68.2 × 68.2
6

6F100

Параллелепипед
80 × 64,5 × 51
9

15F20

Параллелепипед
51 × 26,2 × 16
22,5

  • Батарея 6F22 состоит из 6 плоских элементов питания F22 по 1,5В

  • Батарея 6LR61 состоит из 6 цилиндрических элементов питания LR61 по 1,5В

  • Батарея 15F20 состоит из 15 элементов питания F20 по 1,5В

  • Батарея 15F20 имеет внешнее и конструктивное сходство с 6F22, но отличается размерами, напряжением, расположением контактов на противоположных торцах

  • 2CR5

  • Батарея 4LR61 состоит из 4 цилиндрических элементов питания LR61 по 1,5В

  • Батарея 4R25

Классификация по типу электролита (упрощённая)

Подробнее по этой теме см. Химические источники тока.

Тип
Достоинства
Недостатки
Сухие(«солевые», угольно-цинковые)

Heavy Duty(«мощный» сухой элемент, хлорид цинка)

Щелочные(«алкалиновые», щёлочно-марганцевые)

Ртутные

Серебряные

Литиевые

Самый дешёвый, массово производится. Наименьшая ёмкость; спадающая кривая разряда; плох в работе с мощными нагрузками (большим током); плох при низких температурах.
Дешевле, чем щелочной. Лучше при высоком токе и низких температурах. Низкая ёмкость. Спадающая кривая разряда.
Средняя стоимость. Лучше предыдущих при большом токе и низких температурах. При разряде сохраняет низкое значение полного сопротивления. Широко выпускается. Спадающая кривая разряда.
Постоянство напряжения, высокая энергоёмкость и энергоплотность. Высокая цена. Из-за вредности ртути уже почти не производятся.
Высокая ёмкость. Пологая кривая разряда. Хорош при высоких и низких температурах. Превосходная длительность хранения. Дорогой.
Наивысшая ёмкость на единицу массы. Пологая кривая разряда. Превосходен при низких и высоких температурах. Чрезвычайно длительное время хранения. Высокое напряжение на элемент (3,5—4,2 В). Лёгкий. Дорогой.

Классификация по типу химической реакции

Тип
Описание
Достоинства
Недостатки
Первичные

Вторичные

Гальванические элементы. Реакции, происходящие в них, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить. Обычно именно их и называют словом «батарейка». Попытка зарядить первичный элемент питания может привести к порче и утечке щёлочи или других веществ, находящихся в нём. Самые популярные. Выше ёмкость и/или дешевле. Меньше саморазряд. Одноразовость применения.
Аккумуляторы. В отличие от первичных, реакции в них обратимы, поэтому они способны преобразовывать электрическую энергию в химическую, накапливая её (заряд), и выполнять обратное преобразование, отдавая электрическую энергию потребителю (разряд). Для распространённых аккумуляторов число циклов заряд-разряд обычно равно примерно 1000 и заметно зависит от условий эксплуатации. Многократность применения, перезаряжаемые. Ниже ёмкость и/или дороже. Сильнее саморазряд.

См. также

  • Анодная батарея
  • Электрический аккумулятор
    • Автомобильный аккумулятор
  • Газовый аккумулятор
  • Электрохимия
  • Ионистор
  • Стандартный электродный потенциал
  • Зарядное устройство
  • Багдадская батарейка

Примечания

  1. ↑ Производство бета-вольтаических элементов питания (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 11 октября 2015. Архивировано 16 июня 2015 года.
  2. ↑ Российская ядерная батарейка (неопр.) (недоступная ссылка).

    Дата обращения 11 октября 2015. Архивировано 15 июня 2015 года.

  3. ↑ Battery Blog | Battery News, Views, and Education (неопр.). batteryblog.ca. Дата обращения 4 августа 2016.

В этой статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок.Утверждения, не подкреплённые источниками, могут быть поставлены под сомнение и удалены. Вы можете улучшить статью, внеся более точные указания на источники.

Литература

  • Батарея электрическая // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Конофеев Н. Т. Автомобильные аккумуляторные батареи. — М.: Издательство ДОСААФ, 1979.
  • ГОСТ 28125-89 «Элементы и батареи первичные. Основные параметры и размеры» (с изменениями № 1) / М.: Издательство стандартов, 1989. Текст документа на сайте «Техэксперт».

Ссылки

  • ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения

Аккумулятор. Виды и применение. Как выбрать. Плюсы и минусы

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Виды аккумуляторов

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.

Основным недостатком такого оборудования является «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи. Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство.

Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку.

Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства, основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими. Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры. Так как такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя. Если нарушается герметичность также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Устройство

Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях.

Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой.

В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.

Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.

Принцип работы

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.

Области применения

Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.

Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются ИБП. Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.

Как выбрать аккумулятор

Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.

Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:

  • Емкость.
  • Модель.
  • Напряжение.

При наличии и несъемной АКБ, ее данные можно узнать из паспорта телефона или на сайте производителя. Современный рынок предлагает оригинальные аккумуляторы, аналогичные и «ноунейм». На последний вариант лучше вообще не обращать внимания, так как такая батарея может не только вывести из строя телефон, а даже взорваться.

Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.

Аккумулятор для автомобиля

В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.

Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.

Преимущества NiCd устройств:

  • Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
  • Могут давать в нагрузку ток большого значения.
  • Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
  • Возможность восстановления при понижении емкости.
  • Доступная стоимость.

Недостатки будут такие:

  • Наличие «эффекта памяти».
  • Высокий уровень саморазряда.
  • Большой вес и размеры.
  • Требуется специальная утилизация из-за наличия кадмия.

Особенности NiMh батарей:

  • Больше плотность электроэнергии, поэтому они имеют меньший вес и размеры.
  • Срок службы зависит от глубины разряда, чтобы батарея дольше служила, лучше ее эксплуатировать не с полным, а с поверхностным разрядом.
  • Зарядка не может проводиться так быстро, как в предыдущем варианте.
  • «Эффект памяти» выражен намного меньше.
  • У них небольшое количество рабочих циклов.
  • Высокий саморазряд, который достигает 30% в месяц.

LiIon батареи имеют следующие достоинства:

  • Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
  • Незначительный саморазряд.
  • На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.

Недостатки таких АКБ следующие:

  • Высокая цена.
  • Хранить такие батареи надо только заряженными.
  • Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.

LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.

Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.

Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.

Похожие темы:

Современные аккумуляторные батарейки: плюсы и минусы

Розетка электросети не всегда находится поблизости, что и предопределяет популярность и целесообразность использования аккумуляторных батареек. Если говорить о современных гаджетах, лэптопах, мобильниках, то аккумулятор здесь вообще является главнейшим источником энергии. Без портативного, подзаряжаемого и компактного элемента питания любое мобильное устройство:

— теряет всю суть собственного предназначения;
— утрачивает главные свои функции;

— не может полноценно выполнить поставленных задач.

В результате аккумуляторные батарейки заполоняют наш быт, уменьшаются в размерах, но продолжают сохранять существенные недостатки. Так, цена хорошего аккумулятора уже накладывает определенные неудобства на покупательские возможности. И именно поэтому:

  • Аккумуляторные источники энергии применяются лишь там, где:
  • — устройству (механизму, аппарату или системе) требуется лишь малое энергообеспечение;
    — решающую роль играют малые габариты девайса;
  • — требуется обязательная опция автономного и мобильного функционирования.

Проблемы современных аккумуляторов

Основной недостаток заключается в том, что каждое новое мобильное устройство становится все более энергоемким и требовательным. Функции Блютуз, Вай-Фай, выхода в Сеть, полифонии, цветного объемного экрана (уже даже не дисплея), модема, роутера, тач-опции, — все это существенным образом нагружает работу аккумуляторной батарейки и требует немало энергии.

Обеспечить энергией мощные девайсы за счет низкокачественных одноразовых батарей или даже дешевых аккумуляторов — нереально, поэтому покупателю приходится раскошеливаться. И чем больше функций включает гаджет, тем мощнее будет его батарея, исходя из того, что она должна выдержать хотя бы несколько часов полноценной работы.

Рентабельные виды аккумуляторов

В работе современных портативных и компактных устройств применяется 4 типа аккумуляторных батареек, о которых мы не единожды говорили на сайте https://батарейку.рф/. Это:

— NiCd (никель-кадмиевая) батарейка;
— NiMH (никель-металлогидридная) батарейка;
— Li-ion (литий-ионная) батарейка;

— Li-pol (литий-полимерная) батарейка.

1. Никель-кадмиевый аккумулятор

Такой аккумулятор стоит относительно недорого, но проявляет высокую чувствительность к перепадам температуры среды. Количество циклов NiCd колеблется в пределах 1000, что весьма удобно.

Однако ввиду наличия вредного кадмия такие элементы питания нуждаются в специальной утилизации. При этом они достаточно громоздки и малоэффективны, т.к.

имеют малую плотность внутренней энергии и большой саморазряд.

2. Никель-металлогидридный аккумулятор

Превосходит Ni-Cd аналог на 30% и даже больше. При сниженном «эффекте памяти» и повышенной плотности эти аккумуляторы уже лучше никель-кадмиевых «собратьев», но высокая цена и небольшое количество заряд-разрядных циклов (500 шт.) все еще не позволяет вывести данный вторичный источник тока на требуемые показатели. И именно поэтому:

{reklama}

В современных мобильных и переносных гаджетах и девайсах используются либо литий-ионные (либо новые литий-полимерные аккумуляторные батарейки), что весьма целесообразно!

Высокая плотность заряда, малый саморазряд, отсутствие стандартного «эффекта запоминания», оптимальные размеры, — вот те преимущества, которые предопределяют популярность данного класса аккумуляторов. Минусами этих батареек все еще остается высокая цена и плохая переносимость низких температур, низкого давления (на высоте).

Мнение экспертов

Практически в один голос эксперты утверждают, что из 4-х доступных типов аккумуляторных батареек завтрашнее предпочтение будет отдано литий-полимерным элементам автономного питания.

Малая масса, незначительный размер, высокая конкурентоспособность, способность работы в температурных изменениях, высокая безопасность и отсутствие жидкого электролита — это те качества, которые говорят сами за себя.

При этом высокая цена изделия становится оправданной и даже выгодной.

С этой статьей также читают:

  • Зарядное для аккумуляторных батареек
  • Аккумуляторные батарейки: NiCd, NiMH
  • Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторных батареек
  • Гальванические и аккумуляторные батарейки
  • Гальванические и аккумуляторные батарейки
  • «Тренировка» аккумуляторных батареек
  • Несколько фактов о напряжении и емкости аккумуляторной батарейки
  • Аккумуляторы (вторичные, подзаряжаемые элементы питания) — батарейки

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector