Устройство акб и принцип работы: Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

1. Все статьи
2. Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ – это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства – при неработающем двигателе. Вторая важная функция – возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция – это достижение баланса напряжения, которое поступает от  генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов – то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ – устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные  конструктивно-технологические различия. Но общий принцип – одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция – это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 – 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы – основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это – основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный – губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников – на выводные борны аккумулятора. К ним  токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы – это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических – в более низких разрядных и зарядных токах.  Причина – в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Google

 

Устройство автомобильного аккумулятора. Характеристики и принцип работы.

Стандартный автомобильный аккумулятор состоит из шести 2-вольтовых элементов, что дает на выходе 12 вольт. Каждый элемент состоит из свинцовых решетчатых пластин, покрытых активным веществом и погруженных в электролит. Отрицательные пластины покрыты мелкопористым свинцом, а положительные двуокисью свинца.

Когда к АКБ подключают нагрузку, активное вещество вступает в химическую реакцию с сернокислотным электролитом, вырабатывая электрический ток. На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, и электролит, соответственно, истощается. При зарядке эта реакция проходит в обратном направлении, и способность аккумулятора давать ток восстанавливается. То есть принцип работы аккумуляторных батарей основывается на химических реакциях между свинцом и диоксидом свинца в сернокислотной среде, в результате которых вырабатывается электричество.

Показатели АКБ

Наиболее существенными у автомобильных аккумуляторов являются четыре следующих показателя:

1. Емкость, выраженная в ампер-часах. Она характеризует способность АКБ давать определенный ток в течение некоторого времени. Например, ёмкость 40 ампер-час означает, что аккумулятор может давать ток в 1 ампер в течение 40 часов (или в 2 ампера в течение 20 часов и т.д.).
2. Характеристики стартовых токов, что наиболее востребовано у европейских марок автомобилей и позволяет завести машину при любых погодных условиях (высокие показатели тока холодной прокрутки).
3. Резервная емкость. Этот параметр показывает интервал времени (в минутах), в течение которого аккумулятор способен давать ток 25 А (т.е. в течение какого времени он сможет подменять собой вышедший из строя генератор).
4. Габаритные размеры, полярность. Для определения полярности на выводных клеммах аккумулятора проставляют знаки «+» и «-». При установке аккумуляторной батареи на автомобиль отрицательную клемму присоединяют к «массе», а положительную — в цепь.

Свинцово-кислотный аккумулятор, кроме видимой части, а это корпус аккумулятора, крышка, клеммы, индикатор заряда, имеет сложную внутреннюю конструкцию. Внутри аккумулятора находятся электроды (положительные и отрицательные), представляющие собой свинцовые решётки, и разделенные изоляторами (сепараторами), которые погружены в электролит.

Сепараторы предохраняют пластины (решётки) от соприкосновения друг с другом. Если будет соприкосновение разноименных пластин, произойдет короткое замыкание и аккумулятор не будет действовать. Сепараторы, не допуская короткого замыкания, в тоже время должны пропускать ток через электролит. Материалом для сепараторов служит, как правило, микропористая пластмасса.

Электроды погружены в химическое вещество электролит, состоящий из разбавленной дистиллированной водой серной кислоты (h3SO4). При разряжении аккумулятора активно расходуется серная кислота, в результате чего образуется вода. С образованием воды, общая плотность электролита снижается.

При зарядке аккумуляторной батареи, все происходит в обратном порядке. Вода «используется» на создание серной кислоты, соответственно общая плотность электролита повышается. Срок службы автомобильного аккумулятора и его характеристики напрямую зависят от качества серной кислоты и воды, входящих в состав электролита.

Электроды или решетки, изготавливаются из свинцовых сплавов. Эти сплавы содержат в себе такие компоненты, как сурьма, кальций, олово, наделяющие сплав определенными свойствами, и защищающие свинец от коррозии. Состав сплава свинца, а также форма решетки электрода, значительно влияют на характеристику батареи, например, мощность кислотно-свинцового аккумулятора или пусковой ток аккумулятора. Решетка заполнена активной пастой, которую изготавливают из свинцово-оксидного порошка. Состав свинцово-оксидного порошка и свойства пасты влияют на свойства аккумулятора

Корпус аккумулятора обычно изготавливают из ударопрочного, термостойкого пропилена.

Принцип действия и устройство аккумуляторных батарей автомобиля

Категория:

   Устройство автомобиля

Публикация:

   Принцип действия и устройство аккумуляторных батарей автомобиля

Читать далее:

Принцип действия и устройство аккумуляторных батарей автомобиля

Аккумуляторная батарея предназначена для питания электрической энергией всех потребителей при неработающем двигателе и при работе его с малой частотой вращения коленчатого вала, а также для пуска двигателя стартером.

На автомобилях используют стартерные свинцово-кислот-ные аккумуляторные батареи. Такие батареи способны кратковременно отдавать ток большой величины, что необходимо при пуске двигателя стартером.

Аккумуляторная батарея состоит из трех, шести или двенадцати последовательно соединенных аккумуляторов напряжением 2В каждый. Аккумуляторные батареи выпускаются на 6, 12 и 24В. Простейший свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой пластмассовый сосуд, в который опущены две свинцовые пластины и залит электролит из химически чистой (аккумуляторной) серной кислоты и дистиллированной воды. Если через такой аккумулятор пропускать постоянный электрический ток, то в нем будет протекать химическая реакция с образованием на положительной пластине двуокиси свинца, а на отрицательной — чистого губчатого свинца (Рb). Плотность электролита по мере заряда аккумулятора будет повышаться за счет выделения серной кислоты и поглощения воды. Напряжение на клеммах аккумулятора также будет повышаться. Такой процесс называется зарядом аккумулятора. При включении заряженного аккумулятора во внешнюю цепь будет происходить обратная химическая реакция с отдачей электрической энергии на питание включенных потребителей. По мере разряда пластины аккумулятора будут покрываться сернокислым свинцом, плотность электролита и напряжение аккумулятора будут уменьшаться. Такой процесс называется разрядом аккумулятора. После разряда необходимо вновь зарядить аккумулятор от источника постоянного тока. Поскольку при заряде и разряде аккумулятора изменяется плотность электролита, то по плотности электролита определяют степень раз-ряженности (заряженности) аккумулятора.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Таким образом, действие аккумулятора основано на превращении электрической энергии в химическую при заряде и, наоборот, химической энергии в электрическую — при разряде.

Основными параметрами аккумулятора являются напряжение и емкость.

Напряжение на выводных штырях исправного и полностью заряженного аккумулятора около 2 В. Допускается в процессе эксплуатации разряжать аккумуляторы до 1,7 В.

Количество электричества в ампер-часах (А-ч), полученное от аккумулятора при его разряде до допустимого напряжения, называется емкостью, которую определяют как произведение силы разрядного тока в амперах на время разряда в часах. Емкость зависит от количества и размеров пластин аккумуляторов, силы разрядного тока, плотности и температуры электролита, а также степени заряженности, технического состояния и срока службы аккумулятора (батареи).

Номинальной емкостью аккумуляторной батареи называется наименьшее количество электричества в ампер-часах, которое должна отдать новая, полностью заряженная батарея при непрерывном разряде ее током, равным 0,05 номинальной емкости до напряжения 1,7 В при температуре электролита 25 °С. Номинальная емкость в основном зависит от размеров и количества пластин в аккумуляторе.

Каждый тип стартерной аккумуляторной батареи имеет свое условное обозначение, которое наносится на межэлементном соединении (перемычке) или на баке и означает:
— первое число (3, 6 или 12)—количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее;
— СТ или ТСТ — назначение батареи: стартерная или стартерная для тяжелых условий эксплуатации, соответственно;
— число после букв — номинальную емкость батареи, выраженную в ампер-часах.

Остальные буквы означают:
— Э, П, Т — материал бака, соответственно: эбонит, пластмасса асфальтопековая, термопластмасса;
— М, МС, Р, PC — материал сепаратора, соответственно: мипласт, мипласт со стекловолокном, мипор, мипор со стекловолокном.

Например, условное обозначение батареи 6СТ-90ЭМС указывает, что батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, стартерная, номинальная емкость батареи 90 А-ч, бак эбонитовый, а сепараторы двойные — мипласт со стекловолокном.

На автомобилях ГАЗ-66 и ГАЗ-53А устанавливается аккумуляторная батарея 6СТ-75ЭМС. Батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, размещенных в шестикамерном эбонитовом баке. Каждый аккумулятор включает в себя пять положительных и шесть отрицательных пластин. Положительные и отрицательные пластины представляют собой свинцовые решетки, заполненные активной массой, которая и участвует в химических реакциях при зарядах и разрядах аккумулятора. После сложной технологической обработки пластин активная масса положительных пластин превращается в двуокись свинца (РЬОг) (темно-коричневого цвета), а отрицательных — в губчатый свинец (Рb) (серого цвета).

Однородные пластины аккумулятора соединяются между собой с помощью бареток 5 и образуют полублоки положительных и отрицательных пластин. Чтобы предотвратить соприкосновение разноименных пластин, между ними установлены прокладки — сепараторы. Ребристая сторона сепаратора всегда обращена к положительной пластине. При такой установке сепараторов обеспечивается лучший доступ электролита в поры активной массы положительных пластин, что повышает работоспособность аккумулятора.

Рис. 1. Аккумуляторная батарея:
1 — отрицательная пластина; 2 — сепаратор: 3 — положительная пластина; 4 — предохранительный щиток; 5 —баретка: 6 — штырь: 7 — плюсовая клемма; 8 — бак аккумуляторной батареи; 9 — уплотнительная мастика: 10 — пробка; 11 — крышка аккумулятора; 12 — межэлементное соединение; 13 — вентиляционное отверстие; 14 — минусовая клемма

Для защиты кромок сепараторов и пластин от .механических повреждений при замере плотности и уровня электролита сверху положен предохранительный щиток из кислотостойкого материала.

Сверху каждый аккумулятор закрывается крышкой II с двумя отверстиями для полюсных штырей от положительных и отрицательных пластин. В крышках также выполнены резьбовые отверстия под пробку для залива электролита и штуцеры с вентиляционными отверстиями для автоматической установки уровня электролита. На некоторых батареях 6СТ-75ЭМС штуцера может и не быть. У них вентиляционное отверстие выполнено в пробке. Стыки между крышкой и баком залиты мастикой.

На дне бака выполнены ребра, на которые опираются полублоки пластин. В пространстве между ребрами скапливается осыпающаяся со временем активная масса (шлам), что на гарантийный срок исключает за.мыкание разноименных пластин.

Аккумуляторы соединяют между собой с помощью межэлементных соединений, которые привариваются к штырям полублоков. Крайние штыри аккумуляторной батареи выполняют роль плюсовой и минусовой клемм.

Камеры аккумуляторов изолированы друг от друга. Через резьбовые отверстия крышек в аккумуляторы заливается электролит.

Плотность электролита должна соответствовать климатическому району, в котором эксплуатируется батарея.

Минусовая клемма батареи соединена с массой автомобиля через выключатель батареи, а плюсовая — с бортовой сетью. Для уменьшения падения напряжения на проводах и их нагрева батарея подсоединена к сети проводами большого сечения.

На автомобилях ЗИЛ-131 и ЗИЛ-130 используется батарея 6СТ-ЭМС. По устройству она аналогична батарее 6СТ-75ЭМС, но имеет в каждом аккумуляторе по шесть положительных и семь отрицательных пластин, что увеличивает ее емкость.

На автомобиле ЗИЛ-131 к батарее могут придаваться гидростатические пробки, которые исключают попадание воды в аккумуляторы при преодолении глубокого брода.

На автомобиле «Урал-375Д» устанавливается батарея типа 6СТЭН-140М. Ее особенностью является наличие деревянного ящика, в котором размещаются шесть эбонитовых баков. Клеммы выведены на панель ящика и защищены съемной коробкой. Емкость батареи повышена за счет увеличения количества и площади пластин.

Рекламные предложения:

Читать далее: Неисправности аккумуляторных батарей автомобиля

Категория: — Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Устройство, принцип работы, функции и основные параметры аккумуляторной батареи

Для правильной эксплуатации автомобиля нужно также досконально знать устройство и принцип аккумуляторной батареи. В данной статье подробно описано, из каких деталей состоит батарея, а также ее виды.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Назначение батареи

Важно знать, что если у человека в теле одним из важных органов является сердце, то в автомобиле – аккумулятор. Он находится в бортовой сети – в связке с генератором и является ключом подачи тока.

Устройство автомобильного аккумулятора имеет следующие свойства:

• дает заряд тока на стартер, таким образом запуская мотор;
•  позволяет работать другим элементам в машине, если мотор не работает;
• позволяет получать энергию, если автомобиль перегружен.

Для легковых автомобилей и схожих машин значение потребления колеблется в следующих пределах:

• емкость от 40 до 130;
• пусковой ток имеет такие значения: от 300 до 1300 ампер.

Они имеют такие требования:

• малогабаритный;
• минимальное обслуживание;
• низкий порог саморазряда;
• высокий пусковой ток.

Аккумуляторная батарея Барс

Устройство АКБ

Как устроен автомобильный аккумулятор, можно узнать ниже.

Основные компоненты

Большинство современных легковых машин оснащено свинцово-кислотными устройствами на основе жидкого электролита. Они постоянно обновляются и совершенствуются, а также видоизменяются.

Конструкция аккумуляторной батареи состоит из следующих деталей:

• клеммы;
• выходное отверстие;
• крышка;
• шина;
• корпус;
• сепаратор;
• электроды.

Схема работы аккумулятора

Для соединения клемм используются перемычки для аккумуляторных батарей. Они позволяют соединить несколько аккумуляторов в группу или подзарядить аккумулятор. Разнозаряженные электроды находятся в одном корпусе и погружены в электролит. Электролит, в который помещаются электроды, готовится из раствора воды и серной кислоты.

Качество этих компонентов имеет большое влияние на продолжительность существования аккумулятора. Электрод имеет вид решетки, которая отводит ток. Она изготавливается из свинцового сплава, в состав которого входят вещества, защищающие металл от разложения. Качество сплава и даже размер решетки – все влияет на работу батареи.

Сепаратор играет роль щита между двумя электродами, имеющими разный заряд. Каждый электрод помещен в сепаратор для защиты от замыкания. Он должен иметь две функции: изолировать электроды друг от друга, но в то же время давать доступ ионам электролита к электродам.

В устройствах, которые изобретены сейчас, электроды составлены из сплава свинца и калия. Благодаря этому саморазряд батареи снижается еще ниже, а также снижается потребление воды. В составе также должен находиться выключатель аккумуляторной батареи, он служит для того, чтобы функции батареи отключались при длительном бездействии машины. Хороший выключатель аккумуляторной батареи должен иметь маленькое сопротивление.

Гелевая батарея фирмы Delta

Особенности конструкции разных видов АКБ

Аккумуляторные батареи могут быть различными:

1. WET аккумулятор с жидким электролитом. Есть несколько разновидностей: электроды — состоят из сплава свинца с сурьмой, где названного элемента содержится до 6 %; необслуживаемые кальциевые, где в сплаве содержится кальций; смешанный – гибрид. В нем содержатся и кальций, и сурьма.
2. AGM аккумулятор, состоящий из стекловолокна, прилегающего к свинцовым пластинам.
3. GEL – в этой батарее электролиты находятся в газообразном виде, который возникает благодаря добавлению в конструкцию кислоту оксида кремния. Данный вид батареи очень редко, практически не применяется в легковых автомобилях, но его можно встретить в трейлерах, мотоциклах и скутерах, а также водных мотоциклах и прочей подобной технике.

Популярность аккумуляторных батарей из стекловолокна повышается благодаря машинам с системой рекуперации энергии торможения и систематикой старт-стоп. В зависимости от этого повышаются и требования.

WET аккумулятор с жидким электролитом

Теперь для автомобильного аккумулятора необходимо иметь:

• ток прокрутки еще мощнее;
• повышенную устойчивость к саморазряду;
• более длительный срок эксплуатации.

Аккумуляторы этого типа пользуются популярностью у водителей машин со множеством электронной техники на борту. На рынках автомобилистов можно встретить аккумуляторы типа EFB, которые в некотором роде схожи с WET батареями. Они находятся на границе между WET и AGM и отличаются тем, что в батареях этого типа залит жидкий кислотный электролит, а электроды покрыты тончайшим микроволокном. Благодаря этому батарея гарантирует большую аккумуляцию энергии в автомобиле, больше держит заряд и имеет мощный токоотвод.

Батареи EFB часто используются в машинах на основе старт-стоп систем. Однако они не настолько популярны, как аккумуляторы WET, так как при покупке придется расщедриться.

При покупке устройства необходимо будет рассчитывать на то, что он будет выделять газы при зарядке. Конечно, современные устройства содержат специальный корпус, который помогает отвести газы.
Элементы, которые выделяются при заряде аккумулятора, связаны с выделением воды, а иногда выделяются в атмосферу, если заряд устройства превышает допустимый уровень.

Существуют аккумуляторы с пламегасителем. Это устройство предназначено для того, чтобы внутри аккумулятора погасить пламя, если газы внезапно загорятся. Ниже можно узнать принцип работы аккумулятора.

AGM аккумуляторная батарея

Принцип действия

Принцип действия заключается в следующем. Активные элементы устройства обладают способностями вступать в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Работающий аккумулятор провоцирует таким образом появление тока, который вырабатывает сульфат свинца на отрицательной пластине.

Если ток идет извне, то есть от зарядки или генератора, тогда идет обратный процесс. В этот момент на отрицательных электродах возобновляются слои чистого свинца, а на положительных – регенерация диоксида свинца. В устройстве происходит метод двойной сульфации: повышение плотности электролита.

Принцип заряда аккумулятора

Крепление АКБ происходит при помощи положительных и отрицательных выводов из свинца. Они изготавливаются из различной толщины и соответственно маркируются, чтобы при подключении не возникли ошибки. Полярность аккумулятора может быть различной – это зависит от того, как расположены выводы.

Для правильного крепления можно использовать несколько вариантов:

1. Крепление скобой за выступ корпуса аккумулятора. Это практикуется для аккумуляторов европейского типоразмера.
2. Если типоразмер азиатский, тогда крепление происходит с помощью рамки.
3. Американский типоразмер осуществляет крепление при помощи специальных клемм.

Основные характеристики автомобильной батареи

Если говорить о стандартных характеристиках батареи, нужно осветить следующие из них:

• емкость;
• напряжение;
• ток холодной прокрутки.

При приобретении устройства данные показатели можно обнаружить на этикетке аккумулятора или в интернете, на сайте производителя. Когда речь идет о емкости, говорится о полностью заряженном устройстве, которое отдает энергию в течение 20 часов в процессе разряда (автор видео — ChipiDip).

В таком случае размер проявляется в ампер-час. Для сравнения можно взять стандартный аккумулятор автомобиля величиной 55 Ач. Эта батарея при правильной работе должна в течении 20 часов выводить ток 2,75 ампера. Такой разряд в повседневной жизни не практикуется.

Емкость может быть резервной, эта величина обозначается в минутах. Резервная емкость аккумулятора в таком случае может подменить генератор. Величина напряжения на среднестатических легковых машинах устанавливается в размере 12 вольт, а величина тока холодной прокрутки говорит о том, сколько батарея отдает энергии за 10 секунд при температуре в -18 и ниже градусов. Напряжение в таком случае не должно падать ниже 7,5 вольта. Ток прокрутки указывает, сколько времени батарея может крутить стартер в мороз.

Для автомобильного аккумулятора часто используют пусковое устройство. При помощи этого средства можно продлить жизнь батареи, если она работает на износ.

Цена вопроса

Цена, как можно сделать вывод, будет исходить из вида аккумулятора и его составляющих.

Ниже предоставлены цены на батареи:

Видео 

«Аккумуляторная батарея. Устройство, диагностика, эксплуатация»

Благодаря этому видео от автора AutoHandMade можно узнать больше об устройстве, принципах работы и правильной эксплуатации.

 Загрузка …

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля

Аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля представляет собой особо значимый элемент устройства машины. Он является источником тока, имеющего способность запасать энергию, нужную для работы электрических элементов транспортного средства.

Его функции отвечают за:

1. Запуск — подачу энергии стартеру, который отвечает за вращение двигателя при запуске.
2. Выработку тока для работы электронных систем в случае недостаточной мощности генератора.
3. Питание устройств при не заведенном автомобиле.

Характеристика необслуживаемого аккумулятора

Маркировка аккумулятора

Сегодняшний уровень технического развития дал возможность фирмам автопроизводителям использовать наиболее совершенные и качественные аккумуляторы — необслуживаемые аккумуляторные батареи.

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля имеет характерные особенности, дающие приятную возможность потребителям уделять данной батарее минимум внимания.

Обслуживание автомобильного аккумулятора

Стоит обозначить, что необслуживаемый аккумулятор – это современный источник энергии, который в своем устройстве не предполагает и не имеет специальных отверстий для доливания воды или электролита, корпус данных батарей полностью герметичен.

С момента разработки автомобильного аккумулятора прошло более 150 лет и его базовое устройство остается без изменений для любого типа АКБ по настоящее время. Главными элементами АКБ являются: кислота и свинцовые пластины.

Конструкция аккумуляторной батареи

Современные АКБ состоят из следующих основных элементов:

1. Пластины (гальванические элементы)
2. Сепараторы – прослойки
3. Полюсные выводы
4. Герметичный корпус (моноблок)
5. Крышка корпуса

Элементы аккумулятора

Пластины аккумулятора

В техническое устройство аккумуляторных батарей включены гальванические элементы (пластины) – химические источники электроэнергии. Их количество составляет 6 штук, они соединены друг с другом последовательно, при помощи перемычек. Один отрицательно заряженный вывод блока крепится к положительному выводу другого.

Гальванические элементы располагаются в отдельном корпусе, при этом они разделены перегородками. В своей совокупности аккумуляторы образуют батарею.

Гальванический элемент автомобильного аккумулятора относится к обратимым источникам химического тока – это означает, что цикл «заряд-разряд» можно повторять несколько раз. Он состоит из двух электродов (полублоков) разной полярности – свинцовых решетчатых пластин. Электроды располагаются в растворе серной кислоты (38 %) и дистиллированной воды. Их смесь является электролитом – веществом, способным проводить ток.

Сепараторы — прослойки

Между электродами, во избежание короткого замыкания, находится сепаратор – диэлектрическая прослойка. Сепаратор выполняет функцию изолятора, и не допускает соприкосновения электродов разной полярности, но при этом не нарушает электролитическую проводимость батареи.

Сепаратор изготовлен из пластмассы микропористой структуры, в виде конверта, надетого на гальванические элементы положительного заряда. Такой прием помогает активной массе с положительно заряженных пластин не оседать на дне моноблока и не соприкасаться с пластинами отрицательного заряда.

Разработка устройства сепаратора в форме конверта позволила фирмам производителям АКБ прийти к малообслуживаемым и необслуживаемым аккумуляторам.

Полюсные выводы

Полюсные выводы АКБ изготовлены из свинца. Их размер различается в зависимости от полярности вывода, так положительный является большим по отношению к отрицательному. Данная особенность не случайна и служит защитой от неправильного подключения элементов аккумуляторной батареи, что в свою очередь исключает потерю активных масс и помогает избежать сокращения работоспособности АКБ.

Герметичный корпус АКБ

Корпус аккумулятора (моноблок) прошел свою эволюцию от деревянного, покрытого изнутри листовым свинцом, далее – эбонита.

В 40-х гг. XX века появились первые корпуса из синтетических материалов. Современные АКБ состоят из синтетического полипропилена. К материалам моноблоков предъявляются большие требования относительно его долговечности и безопасности. Корпус рассчитан выдерживать постоянное соприкосновение химических составляющих, вибрацию и изменение температуры.

Крышка корпуса

Назначение крышки корпуса – плотное закрытие межэлементных соединений АКБ. У прежних аккумуляторов ячейками были резьбовые пробки, предназначенные для доливки электролита и отвода газа при эксплуатации аккумулятора. В конструкции необслуживаемого АКБ пробки не установлены вообще, либо плотно закрыты. Вывод газов предусмотрен при помощи центральной системы вентиляции.

Она состоит из двух частей и оборудована лабиринтом. При помощи лабиринта водяные пары образующиеся при зарядке АКБ конденсируются и стекают обратно в батарею. В крышку интегрированы центральный газоотвод и система защиты от воспламенения газов. Защита от воспламенения выполнена на выходе газоотвода из аккумулятора в виде небольшого круглого диска, она получила название — фритта. Принцип действия фритты заключён в свободном прохождении газа в атмосферу, но при воспламенении газа, препятствованию прорыву огня внутрь, чтобы не допустить взрыв аккумулятора.

Типы АКБ

Все автомобильные аккумуляторы как упоминалось ранее одинаковы по конструкции и наполнены электролитом, лишь незначительно отличаются друг от друга. Каждая модификация предназначена для достижения определённой цели в ущерб другим характеристикам.

АКБ с жидким электролитом

Представляют собой открытые системы, т.е. газ, выделяющийся при зарядке может выделяться в атмосферу. У него отличные эксплуатационные характеристики, большой срок хранения до 15 месяцев, но отсутствует защита от вытекания электролита.

АКБ Economy

Этот тип аккумулятора оптимален по стоимости и сроку службы, в нём применяется меньшее количество свинца. У него пониженная мощность холодного пуска двигателя и незначительно уменьшен срок службы (4 года или 80000 км). При этом более выгодная цена, меньшая масса и низкий ток саморазряда, который не увеличивается по мере старения батареи. Могут применяться в автомобилях с системой старт-стоп.

Усовершенствованная АКБ

Они имеют аббревиатуру EFB (Enhanced Flooded Battery) – усиленная АКБ с жидким электролитом. Конструктивно отличаются более толстой решёткой отрицательного электрода, обеспечивающей высокую стойкость к коррозии при нагрузке большим током, а также добавлением углерода в активную массу отрицательного электрода, что приводит к улучшенной способности к зарядке.

Обладает защитой от глубокого разряда и отличными эксплуатационными характеристиками, но отсутствует защита от вытекания электролита.

В его конструкции применяется пассивный перемешивающий элемент, он уменьшает расслоение электролита, т.е. образование слоёв с различной концентрацией серной кислоты, которая концентрируется в нижней части гальванических элементов, что приводит к недостаточной плотности электролита в верхней части. Это происходит при частом повторении процессов зарядки и разрядки.

АКБ AGM

Absorbent Glass Mat – стекловолокно, обладающее очень высокой впитывающей способностью. Ещё их называют рекомбинационными, применяются на автомобилях с системой старт-стоп и функцией рекуперации энергии. В таких аккумуляторах электролит адсорбирован стекловолоконным ковриком. Они представляют собой закрытую систему, т.е. все гальванические элементы изолированы от атмосферы клапанами.

Обладает защитой от вытекания, даже при повреждении корпуса батареи вероятность незначительна и составляет не более нескольких миллилитров. У них большой срок службы, отличные эксплуатационные характеристики и высокая надежность. Но, с другой стороны, обладает высокой стоимостью и более высокой чувствительностью к повышенной температуре.

Гелевые АКБ

Также существуют батареи с гелеобразным электролитом, он образуется путём добавления в него кремниевой кислоты. Представляют собой обычные свинцовые батареи. Они имеют очень малую вероятность потери электролита, высокую циклическую стойкость и сниженное газообразование. Их массовое распространение ограничивает ряд серьезных недостатков, таких как: ухудшенные пусковые свойства при низких температурах, высокая стоимость, непереносимость повышенных температур и связанная с нею непригодность к установке в подкапотном пространстве.

Устройства отключения АКБ

В схеме подключения аккумуляторной батареи для безопасности могут применяться пиропатроны или реле отключения, особенно если она располагается в салоне или в багажнике. Задача этих элементов отсоединить от батареи провод стартера и генератора в момент аварии, т.к. замыкание этих проводов может вызвать возгорание. Но электропитание бортовой сети сохраняется для обеспечения функций безопасности (аварийная сигнализация, освещение и др.)

Процессы заряда и разряда

Процесс заряда АКБ означает накопление аккумулятором электрической энергии. В исходе данного процесса электрическая энергия проходит преобразование в химическую.

Аккумуляторная батарея питается от генератора при заведенном двигателе автомобиля. Напряжение, которое вырабатывает стандартный заряженный аккумулятор во время работы, равно 12,65 В.

Процесс заряда можно описать, как переход сульфата свинца и воды, образованных при разряде АКБ в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. При этом количество серной кислоты становится больше, плотность вещества электролита повышается.

В результате накапливается и восстанавливается химическая энергия, которая необходима в дальнейшем для выработки электроэнергии.

Процесс разряда АКБ характеризуется отдачей потребителям батареи электрической энергии. Идет обратный химический процесс – химическая энергия проходит преобразование в электрическую.

Аккумулятор подвергается процедуре разряда при наличии подключенного к нему потребителя электрического тока. В данном случае серная кислота распадается, соответственно, ее содержание в веществе электролита падает.

Протекающие химические реакции способствуют к образованию воды (Н2О). При повышенном уровне воды снижается плотность электролита.

Разряд аккумуляторной батареи приводит к появлению сульфата свинца. Такой эффект одинаков для положительного и отрицательного электродов.

Основные характеристики АКБ

Коэффициент преобразования энергии

Поступающая к батарее энергия во время заряда аккумулятора больше отдаваемой им при разряде. Превышение энергии «заряда» к энергии «разряда» основывается на необходимости покрытия затрат при протекании электрических и химических процессов.

Для полного заряда нужно 105–110 % энергии от количества расходованной ранее. Таким образом, коэффициент преобразования будет иметь значение от 1,05 до 1,10.

Емкость

Емкость АКБ пропорциональна выдаваемому ей количеству электрического тока. Единица измерения емкости—ампер-часы (А-ч).

На показатели емкости влияют разрядный ток и температура. Она имеет свойство снижаться при увеличении разрядного тока и падении температуры, в частности при значениях меньше 0 градусов.

Номинальное напряжение

Стандартное напряжение каждого элемента АКБ соответствует 2 В, а напряжение всей цепи батарей равно количеству гальванических элементов. Аккумулятор машины состоит из 6 батарей, что соответствует номинальной емкости в 12 В.

Ток холодной прокрутки

Данный показатель служит характеристикой пусковых возможностей аккумулятора при его эксплуатации в условиях низкой температуры. Этот параметр замеряется при –18 °С. Напряжение полностью заряженного АКБ не опускается ниже заданного в течение определенного количества времени. Уровень тока влияет на запуск двигателя автомобиля, так как чем выше величина тока в холодной прокрутке, тем легче двигатель будет запускаться в зимнее время года.

Напряжение

Напряжение, значение которого измерено между двумя полюсными выводами аккумулятора – напряжение на клеммах.

Напряжение газовыделения – параметр, при превышении которого в корпусе аккумулятора образуется вода. Это возникает при превышении напряжения всей батареи, максимально допустимое значение при этом 14,4 В.

Разложение воды приводит к образованию водорода и кислорода, которые в соединении образуют газ. Внимание — это взрывоопасно!

Напряжение покоя или напряжение холостого хода – состояние, когда нагрузки на выходах АКБ нет. Циклы заряда и разряда изменяют напряжение холостого хода. При восстановлении количества серной кислоты между гальваническими элементами напряжение холостого хода приходит к окончательному значению – напряжению покоя.

Устройство аккумулятора

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 172

Базовый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан (изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с неизбежными улучшениями и оптимизацией.

Назначение

АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования. При этом роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример подобного режима – при работе двигателя на холостых оборотах во время стояния в пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.

Правила подзарядки

Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время, когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания естественным образом.

Важно! Ускорение согревания батареи горячей водой или феном недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность саморазряда за счет замыкания пластин.
Для так называемых «кальциевых» аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно, потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки, после чего аккумулятор приходит в негодность.

В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и называют – тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в «классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые, тепловозные, на подводных лодках и так далее. Хотя принцип кислотного аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.

Устройство кислотного АКБ и принцип его работы

Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного) различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в тезисной форме выглядит следующим образом:

1. пластиковый контейнер-корпус из инертного, устойчивого к агрессивной среде материала;
2. в общем корпусе располагается несколько модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных задач;
3. в каждой банке располагаются плотные пакеты, состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока, их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;
4. пакеты залиты раствором химически чистой серной кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.

Работа кислотного аккумулятора

В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического тока. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным. При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация электролита.

Как устроена щелочная батарея и принцип ее работы

Устройство щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали определенной плотности. Есть и другие отличия — в самом корпусе контейнера, выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной пластины.

Отрицательные катоды традиционного щелочного аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа, положительные – из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов. При разрядке процессы противоположны.

Достоинства щелочной АКБ

К достоинствам щелочного типа относятся:

• внутреннее устройство обеспечивает повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;
• разрядные токи могут быть значительно выше, чем у кислотного аналога;
• в принципе отсутствует испарение/выделение вредных веществ с газами;
• легче и меньше при равных емкостях;
• имеют очень высокий ресурс и служат в 7-8 раз дольше;
• для них не является критичными перезаряд или недозаряд;
• эксплуатация их проста.

По достижении максимального возможного заряда и при продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением дистиллированной воды.
Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип аккумуляторов хуже кислотного:

• использование дорогостоящих материалов повышает стоимость на единицу емкости до четырех раз;
• более низкое – 1,25 В против 2 и выше В — напряжение на элементах.

Заключение

Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

Устройство и схема автомобильного аккумулятора

Устройство и схема автомобильного аккумулятора

Мы вспоминаем об аккумуляторе тогда, когда он сам напоминает о себе низким зарядом или неисправностью. Но посмотрите на этот тяжелый параллелепипед — что происходит за его пластмассовыми стенками? Откуда вообще в АКБ берется электричество? Понять это не сложно.

Полтора века истории

Трудно поверить, но свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен свыше полутора века назад — это произошло во Франции в 1859-1860 годах. Создателем первого аккумулятора стал Гастон Планте, который занимался поиском надежных источников тока для физических опытов.

Свинцово-кислотный аккумулятор появился на свет после долгих раздумий и сотен экспериментов, а первый работоспособный образец был невероятно простым по сути и конструкции. Это была банка, наполненная разбавленной серной кислотой, в которую опущен «рулет» из двух сложенных свинцовых полос, разделенных куском сукна.

Аккумулятор показал очень хорошие результаты, хотя, конечно, и имел некоторые недостатки, главный из которых — низкая емкость. Решить эту проблему смог Камилл Фор — в 1878 году ученый покрыл пластины свинцовым суриком, и с тех пор свинцово-кислотный аккумулятор, в общем, приобрел современные черты.

Устройство и схема автомобильного аккумулятора

Принцип запасания и извлечения электрической энергии, открытый Планте, используется и сейчас. Так что за прошедшие полтора столетия свинцово-кислотный аккумулятор изменился только технологически — стал более емким, простым в эксплуатации и надежным. А в сущности это все те же свинцовые пластины, опущенные в слабую серную кислоту.

Устроен аккумулятор довольно-таки просто. Основу всего составляет прочный корпус, выполненный из кислотоупорной пластмассы — моноблок. Внутри корпус разделен перегородками на шесть банок. Собственно, каждая банка — это и есть аккумулятор, а АКБ — это батарея аккумуляторов. Зачем так сделано? Не проще ли было сделать один большой аккумулятор?

Нет, не проще. Независимо от конструкции, размеров и принципа работы, все типы аккумуляторов дают напряжение около 2 вольт, в случае со свинцово-кислотными аккумуляторами напряжение составляет около 2,1 В. Понятно, что 12 В можно получить, если последовательно соединить сразу шесть таких аккумуляторов — это и делается в АКБ.

В нижней части каждой банки есть опорные призмы высотой несколько миллиметров, на которые опираются самые главные элементы АКБ — электродные блоки. Каждый блок состоит из ряда свинцовых пластин, разделенных тонкими прочными пластмассовыми пластинками — сепараторами.

Блок содержит четное количество пластин, одна их половина — отрицательные, другая — положительные. Пластины соединены друг с другом в своей верхней части прочной толстой перемычкой, которая также служит для выдержки определенного расстояния между пластинами.

Положительные и отрицательные пластины хотя и находятся рядом, но несколько отличаются друг от друга. В основе обеих пластин — свинцовая решетка, но ячейки положительных пластин заполнены двуокисью свинца (имеет темно-коричневый цвет), а ячейки отрицательных — губчатым свинцом (имеет серый цвет).

Электродные блоки жестко устанавливаются в банках, а банки, в свою очередь, закрываются герметичными крышками, в которые впаяны выводы электродов, и выполнены пробки для контроля электролита. Банки соединяются друг с другом посредством массивных свинцовых перемычек — борнов, расположенных на верхней крышке АКБ.

Сверху же монтируются и полюсные клеммы, к которым, собственно, и подключается бортовая электросеть автомобиля.

Так устроены аккумуляторы классической конструкции, а многие виды современных АКБ имеют несколько иные решения. В частности, распространены батареи с общей крышкой моноблока, обладающие меньшей габаритной высотой и лучшим соотношением массы к емкости.

Как аккумулятор запасает энергию

В корне неверно утверждение, что аккумулятор вырабатывает электричество — он его запасает во время заряда, и отдает во время разряда. А достигается эта цель с помощью ряда электрохимических реакций.

Наиболее просто описать процессы, происходящие внутри свинцово-кислотного аккумулятора, можно одной формулой:

Pb + PbO₂ + H₂SO₄ ↔ PbSO₄ + H₂O

Эта реакция, как можно увидеть, обратимая, и во время разряда она протекает справа налево, а в время заряда — слева направо.

То есть, полностью заряженный аккумулятор представляет собой набор трех химических элементов — свинца, двуокиси свинца и серной кислоты (вода, которой разбавлена кислота, в реакции не принимает участия). При разряде и пористый свинец на отрицательных пластинах, и двуокись свинца на положительных реагирует с кислотой — в результате образуется сульфат свинца, который осаждается на отрицательных пластинах. Нетрудно понять, что во время разряда плотность электролита падает, ведь количество кислоты уменьшается, а количество воды — растет!

Во время заряда реакция протекает в обратном направлении: из сульфата восстанавливается металлический свинец, а сернокислый остаток вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту. Так что при заряде кислоты становится больше, воды — меньше, а все это ведет к увеличению плотности электролита.

А чтобы эти реакции протекали с наибольшей интенсивностью, в конструкции АКБ имеется ряд особенностей. Главная из них — использование губчатого свинца — он пронизан тончайшими порами, и действительно похож на губку. Поры в десятки раз повышают площадь поверхности отрицательных электродов, что увеличивает интенсивность и эффективность течения реакций.

«Болезни» АКБ и попытки их «лечения»

В аккумуляторах используется свинец, но сам по себе этот металл обладает малой прочностью, поэтому на практике применяется легированный свинец повышенной прочности. Традиционно в качестве легирующей добавки выступает сурьма — ее содержание не превышает 5 — 7%. Однако применение сурьмы имеет не только положительный, но и отрицательный эффект.

Сурьма служит катализатором электрохимического разложения воды, и этот процесс запускается при меньшем напряжении, чем в отсутствии сурьмы. Ситуация усугубляется тем, что со временем сурьма осаждается на отрицательных электродах, и в какой-то момент из-за разложения воды электролит начинает «кипеть» не при полном заряде, а при гораздо более низких напряжениях. От такого АКБ уже не приходится ожидать нормальной работы. Кроме того, обильно выделяющийся газ делает батарею просто небезопасной в пожарном отношении — имели место случаи не просто пожаров, а взрывов таких аккумуляторов.

Данную проблему решают необслуживаемые аккумуляторы, в составе электродов которых нет или очень мало сурьмы (она заменена на другие металлы, в основном — на кальций). В этих АКБ электролит «закипает» только при полном заряде, и за короткое время не успевает выделиться большого количества газа. Нет электрохимического разложения воды — нет и истощения электролита, и именно это является главным преимуществом необслуживаемых АКБ.

В данном виде аккумуляторов не предусмотрены пробки для контроля электролита — в них просто нет необходимости! Зачем следить за электролитом, если он не «кипит», и его плотность со временем остается постоянной? В остальном необслуживаемые АКБ устроены точно так же, как и АКБ классической конструкции.

Как видите, автомобильный аккумулятор устроен не слишком сложно, но это лишний раз подтверждает, что все гениальное — просто.

Типы батарей / источники питания: принципы работы и преимущества

Батареи — наиболее распространенный источник питания для основных портативных устройств и крупномасштабных промышленных приложений. Батарею можно определить как; это комбинация одной или нескольких электрохимических ячеек, которые способны преобразовывать накопленную химическую энергию в электрическую.

Работа батареи:

Батарея — это устройство, которое состоит из различных гальванических элементов. Каждый гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных последовательно проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы.Одна полуячейка включает электролит и электрод, к которому перемещаются анионы, то есть анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и электрод, к которому движутся катионы, то есть катод или положительный электрод.

В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, происходит восстановление катионов на катоде, а окисление происходит до анионов на аноде. Электроды не касаются друг друга, а электрически связаны электролитом. В основном полуэлементы имеют разные электролиты.Учитывая все обстоятельства, каждая полуячейка заключена в контейнер, а сепаратор, пористый для ионов, но не большая часть электролитов, предотвращает смешивание.

Работа батареи

Каждая половина элемента имеет электродвижущую силу (ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть элемента. Чистая ЭДС ячейки — это разница между ЭДС ее полуячеек. Таким образом, если электроды имеют ЭДС, иными словами, чистая ЭДС представляет собой разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Как обслуживать аккумулятор?

Чтобы поддерживать аккумулятор в хорошем состоянии, необходимо выравнивание заряда аккумулятора. Из-за старения все элементы заряжаются по-разному, некоторые элементы заряжаются очень быстро, а другие заряжаются постепенно. Выравнивание может быть выполнено путем небольшой перезарядки батареи, чтобы позволить более слабым элементам также полностью зарядиться. Напряжение на клеммах полностью заряженной батареи составляет 12 В, у автомобильной батареи на клеммах 13,8 В, а у трубчатой ​​батареи на 12 В — 14.8В. Автомобильный аккумулятор должен быть надежно закреплен в автомобиле, чтобы избежать тряски. Батарею инвертора следует по возможности поставить на деревянную доску.

2 типа батарей

1) Основные батареи:

Как видно из названия, эти батареи предназначены для одноразового использования. После того, как эти батареи используются, их нельзя перезарядить, так как устройства не могут быть легко восстановлены, и активные материалы могут не вернуться к своей первоначальной форме. Производители батарей не рекомендуют перезаряжать первичные элементы.

Некоторыми примерами одноразовых батареек являются обычные батарейки AA, AAA, которые мы используем в настенных часах, пультах дистанционного управления от телевизора и т. Д. Другое название этих батарей — одноразовые батарейки. Типы

Батарея

2) Вторичные батареи:

Вторичные батареи также называются аккумуляторными. Эти батареи можно использовать и заряжать одновременно. Обычно они собираются с активными материалами, причем активный элемент находится в разряженном состоянии. Перезаряжаемые батареи заряжаются с помощью электрического тока, который обращает вспять химические реакции, происходящие во время разряда.Зарядные устройства — это устройства, обеспечивающие необходимый ток.

Некоторыми примерами таких аккумуляторных батарей являются батареи, используемые в мобильных телефонах, MP3-плеерах и т. Д. В таких устройствах, как слуховые аппараты и наручные часы, используются миниатюрные элементы, а в таких местах, как телефонные станции или компьютерные центры обработки данных, используются батареи большего размера.

Вторичные батареи

Типы вторичных (перезаряжаемых) батарей:

SMF, свинцово-кислотные, Li и Nicd

Батареи SMF

:

SMF — это герметичные необслуживаемые батареи , обеспечивающие надежную, стабильную и низкую мощность обслуживания для Приложения ИБП.Эти батареи могут подвергаться глубокому разряду и минимальному техническому обслуживанию в сельской местности и в районах с дефицитом электроэнергии. Эти батареи доступны от 12 В.

В современном информативном мире нельзя упускать из виду требование к аккумуляторным системам, предназначенным для восстановления важных квалифицированных данных и информации и запуска основных контрольно-измерительных приборов в течение желаемого времени. Батареи необходимы для мгновенной подачи энергии. Ненадежные и некачественные батареи могут привести к потере данных и отключению оборудования, что может стоить компаниям значительных финансовых потерь.Следовательно, сегменты ИБП требуют использования надежной и проверенной аккумуляторной системы.

Батарея SMF

Литиевая (Li) Батарея:

Все мы используем ее в портативных устройствах, таких как сотовый телефон, портативный компьютер или электроинструмент. Литиевая батарея была одним из величайших достижений портативной энергетики за последнее десятилетие; Благодаря использованию литиевых батарей мы смогли перейти с черно-белых мобильных телефонов на цветные с дополнительными функциями, такими как GPS, оповещения по электронной почте и т. д.Это устройства с потенциалом высокой плотности энергии для более высоких мощностей. И относительно невысокий саморазряд аккумуляторов. Также специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Li аккумулятор

Никель-кадмиевый (Nicd) аккумулятор:

Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют то преимущество, что их можно перезаряжать много раз, они обладают относительно постоянным потенциалом во время разряда и имеют большую электрическую и физическую стойкость. В этой батарее используется оксид никеля для катода, соединение кадмия для анода и раствор гидроксида калия в качестве электролита.

Когда аккумулятор заряжается, химический состав катода изменяется, и гидроксид никеля изменяется на NIOOH. В аноде образование ионов кадмия происходит из гидроксида кадмия. Когда батарея разряжена, кадмий реагирует с NiOOH с образованием гидроксида никеля и гидроксида кадмия.

Cd + 2h3O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Свинцово-кислотная батарея:

Свинцово-кислотные батареи

широко используются в автомобилях, инверторах, системах резервного питания и т. Д.В отличие от трубчатых и необслуживаемых батарей, свинцово-кислотные батареи требуют надлежащего ухода и обслуживания для продления срока их службы. Свинцово-кислотная батарея состоит из ряда пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Пластины имеют решетки, на которые крепится активный материал. Пластины делятся на положительные и отрицательные. Положительные пластины содержат чистый свинец в качестве активного материала, в то время как оксид свинца прикреплен к отрицательным пластинам.

Свинцово-кислотная батарея

Полностью заряженная батарея может разрядить ток при подключении к нагрузке.В процессе разряда серная кислота соединяется с активными материалами на положительной и отрицательной пластинах, что приводит к образованию сульфата свинца. Вода — самый важный шаг в обслуживании свинцово-кислотной батареи. Периодичность подачи воды зависит от использования, способа зарядки и рабочей температуры. Во время процесса атомы водорода серной кислоты реагируют с кислородом с образованием воды.

Это приводит к высвобождению электронов из положительных пластин, которые будут приняты отрицательными пластинами.Это приводит к образованию электрического потенциала на батарее. Электролит в свинцово-кислотной батарее представляет собой смесь серной кислоты и воды с определенным удельным весом. Удельный вес — это вес кислотно-водной смеси по сравнению с равным объемом воды. Удельный вес чистой воды, не содержащей ионов, составляет 1.

Свинцово-кислотные батареи обеспечивают наилучшее соотношение мощности и энергии на киловатт-час; имеют самый продолжительный жизненный цикл и большое экологическое преимущество, поскольку они перерабатываются с чрезвычайно высокой скоростью.Никакая другая химия не может затронуть существующую инфраструктуру для сбора, транспортировки и переработки свинцово-кислотных аккумуляторов.

Наряду с этой статьей обсуждается литий-ионный аккумулятор, его достоинства и недостатки.

Работа литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы сейчас популярны в большинстве портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т. Д., Благодаря их длительной энергоэффективности. Это самые популярные аккумуляторные батареи с такими преимуществами, как лучшая плотность энергии, незначительные потери заряда и отсутствие эффекта памяти.Литий-ионный аккумулятор использует ионы лития в качестве носителей заряда, которые перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Во время зарядки внешний ток от зарядного устройства вызывает перенапряжение, чем в аккумуляторе. Это заставляет ток проходить в обратном направлении от положительного электрода к отрицательному, где ионы лития внедряются в пористый электродный материал в результате процесса, называемого интеркаляцией. Ионы лития проходят через неводный электролит и разделительную диафрагму.Материал электрода — интеркалированное соединение лития.

Отрицательный электрод литий-ионной батареи состоит из углерода, а положительный электрод — из оксида металла. Чаще всего для отрицательного электрода используется графит, а для положительного электрода — оксид лития-кобальта, литий-ионный фосфат или оксид лития-марганца. Литиевая соль в органическом растворителе используется в качестве электролита. Электролит обычно представляет собой смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат или диэтилкарбонат, содержащих ионы лития.В электролите используются анионные соли, такие как гексафторфосфат лития, моногидрат гексафторарсената лития, перхлорат лития, гексафторборат лития и т. Д. В зависимости от используемой соли напряжение, емкость и срок службы батареи различаются. Чистый литий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида лития и ионов водорода. Таким образом, в качестве электролита используется неводный органический растворитель. Электрохимическая роль заряда электродов между анодом и катодом зависит от направления тока.

Реакция ионно-литиевой батареи

В литий-ионной батарее оба электрода могут принимать и выделять ионы лития. Во время процесса интеркаляции ионы лития перемещаются в электрод. Во время обратного процесса, называемого деинтеркаляцией, ионы лития возвращаются. Во время разряда положительные ионы лития извлекаются из отрицательных электродов и вставляются в положительный электрод. В процессе зарядки происходит обратное движение ионов лития.

Преимущества литий-ионных батарей:

Литий-ионные батареи превосходят никель-кадмиевые и другие вторичные батареи.Некоторые из преимуществ:

• Легкий вес по сравнению с другими батареями аналогичного размера.
• Доступны в другой форме, включая плоскую.
• Высокое напряжение холостого хода, которое увеличивает передачу мощности при низком токе.
• Отсутствие эффекта памяти.
• Очень низкая скорость саморазряда 5-10% в месяц. Саморазряд составляет около 30% у никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов.
• Экологичный аккумулятор без свободного металлического лития

Но наряду с преимуществами, как и у других аккумуляторов, литий-ионный аккумулятор также страдает некоторыми недостатками.

Недостатки литий-ионной батареи:

• Отложения внутри электролита со временем будут препятствовать прохождению заряда. Это увеличивает внутреннее сопротивление батареи, и способность элемента передавать ток постепенно уменьшается.
• Высокая зарядка и высокая температура могут привести к потере емкости.
• При перегреве литий-ионная аккумуляторная батарея может подвергнуться тепловому уходу и разрушению элемента.
• Глубокая разрядка может привести к короткому замыканию литий-ионного аккумулятора. Поэтому, чтобы предотвратить это, некоторые производители имеют внутреннюю схему отключения, которая отключает аккумулятор, когда его напряжение превышает безопасный уровень от 3 до 4.2 вольта. В этом случае, когда аккумулятор не используется в течение длительного времени, внутренняя схема будет потреблять энергию и разряжать аккумулятор ниже напряжения отключения. Так что для зарядки таких аккумуляторов обычные зарядные устройства не пригодятся.

Принцип работы и защита зарядного устройства_Greenway battery

Зарядное устройство — это устройство, используемое для обеспечения энергией аккумуляторных элементов, пропуская через них электрический ток. Другими словами, зарядное устройство для аккумуляторов — это устройство, которое обеспечивает постоянный ток для аккумуляторов, заменяя израсходованный электролит.

По сути, зарядное устройство для аккумуляторов работает путем подачи электрического тока на аккумуляторы в течение определенного времени, когда ожидается, что элементы будут удерживать энергию, передаваемую им зарядными устройствами. Основная функция зарядного устройства — восстановление емкости аккумулятора, а лучшее зарядное устройство для восстановления емкости — автоматическое зарядное устройство; однако следует также понимать его недостатки. Зарядное устройство обычно защищено от перегрузки по току и перегрева.

Как узнать, работает ли зарядное устройство?

Существуют различные типы зарядных устройств, которые используются в различных устройствах, например в компьютерах, сотовых телефонах и автомобилях.Зарядные устройства для аккумуляторов работают по-разному в каждом устройстве, и в большинстве случаев они могут работать, подключив аккумулятор к зарядному устройству или поместив аккумулятор внутрь зарядного устройства.

Самый простой способ узнать, правильно ли работает зарядное устройство, — это проверить его на аккумуляторах. Первым делом убедитесь, что ваше зарядное устройство подключено к электрической розетке и убедитесь, что в данный момент нет батарей. Во-вторых, включите вольтметр и, в-третьих, подключите аккумуляторные батареи к зарядному устройству и убедитесь, что используемые батареи совместимы с зарядным устройством.

Шаг четвертый, проверьте показания вольтметра и убедитесь, что стрелка вольтметра показывает с правой стороны, и это показывает, что зарядное устройство заряжает аккумулятор. Если слева отображается, значит, ваше зарядное устройство не работает. На пятом шаге продолжайте проверять зарядное устройство, чтобы определить количество энергии, которое оно отдает вашей батарее. В случае отрицательного показания ваших батарей логическим объяснением будет то, что ваше зарядное устройство плохое, и вам следует подумать о приобретении нового.

С другой стороны, если вы заметили, что ваше зарядное устройство пропускает через него достаточный ток, значит, проблема не в зарядном устройстве; скорее дело в батареях. Важно отметить, что тестирование любого зарядного устройства, независимо от устройства, на котором оно используется, процесс одинаков.

Как работает зарядное устройство?

Как упоминалось ранее, зарядное устройство для аккумуляторов работает путем подачи электрического тока на аккумуляторы. Обычно зарядное устройство для аккумуляторов представляет собой источник питания постоянного тока, в котором входное напряжение сети переменного тока понижается до определенного уровня.Здесь используемый трансформатор всегда вырабатывает большой ток, как того требуют некоторые батареи, например свинцово-кислотные.

В зарядном устройстве также используется мостовой выпрямитель, который выпрямляет слабый переменный и постоянный ток. Кроме того, постоянный ток подается в электрическую цепь, которая регулирует напряжение до постоянного уровня. Таким образом, напряжение подается на заряжаемую батарею, а энергия поступает и накапливается посредством внутреннего процесса батареи, который происходит посредством химической реакции.

Существуют автоматические зарядные устройства, в которые встроена цепь датчика напряжения, которая регулирует и измеряет напряжение заряжаемой батареи. Например, когда напряжение аккумулятора достигает оптимального уровня, зарядное устройство автоматически отключается.

Есть разные категории зарядных устройств, и все работают по-разному; например, есть зарядные устройства, обеспечивающие очень малый ток. Существуют также быстрые зарядные устройства, которые быстро заряжают большинство аккумуляторов, в то время как медленным зарядным устройствам требуется много часов для полной зарядки.

Многие зарядные устройства работают одинаково, хотя они немного отличаются из-за различных устройств, на которых они используются. Например, зарядное устройство для автомобильного аккумулятора и зарядное устройство для телефона работают одинаково. Важно отметить, что зарядные устройства для аккумуляторов изготавливаются специально для конкретных аккумуляторов.

Люди должны помнить, что аккумулятор и зарядное устройство идут рука об руку, как лошадь и ее повозка. Поэтому при выборе зарядного устройства, которое лучше всего подходит для их аккумуляторов, они должны сначала узнать, как они работают, их химический состав, а также условия, в которых они работают.Например, есть батареи, которые не могут работать в экстремально холодных условиях

Как защитить зарядное устройство?

В основном зарядные устройства аккумуляторов защищены от перегрузки по току с помощью адаптера. Метод защиты зарядного устройства включает следующие этапы; Сначала включается переключатель адаптера, который обеспечивает получение электроэнергии от адаптера к зарядному устройству.

Во-вторых, убедитесь, что ваш импульсный регулятор находится под контролем, что обеспечит постоянный электрический ток между портом батареи и импульсным регулятором.Более того, должно ощущаться падение напряжения, которое проходит между импульсным стабилизатором и портом аккумулятора.

Также следует сравнить измеренное падение напряжения с одним опорным напряжением, и если измеренное напряжение превышает опорное напряжение, то работа переключателя адаптера изменяется, и в этом процессе зарядное устройство батареи защищается от состояния перегрузки по току. .

Зарядные устройства для аккумуляторов, особенно те, которые не отключаются автоматически, когда аккумулятор полностью заряжен, их необходимо отключить от аккумулятора, чтобы уменьшить перегрев и перегрузку по току.

В заключение, очевидно, что зарядное устройство для аккумуляторов работает по принципу, при котором оно подает энергию на аккумуляторы, и что оно хорошо работает с совместимыми аккумуляторами. Некоторые зарядные устройства сделаны специально для некоторых зарядных устройств. Кроме того, зарядные устройства защищены от двух факторов: перегрузки по току и перегрева. Кроме того, можно определить, может ли его или ее зарядное устройство работать при тестировании, и для этого можно использовать вольтметр и другие устройства.

Поэтому очень важно тщательно заботиться о своих зарядных устройствах и обеспечивать их совместимость с соответствующими батареями.Кроме того, пользователь должен понимать различные типы зарядных устройств для аккумуляторов, чтобы легко идентифицировать те, которые следует отключать вручную, и те, которые отключаются автоматически.

литий-ионный аккумулятор аккумулятор для электровелосипеда литиевая батарея

Проблема с зарядкой: как работают аккумуляторы в телефоне — и почему некоторые взрываются | Смартфоны

Срок службы батареи — взрывоопасная проблема. Буквально, как Samsung с тревогой обнаруживает. Смартфон Galaxy Note 7 компании после выпуска получил высокую оценку за лучшее в своем классе время автономной работы, намного превосходящий своего основного конкурента, iPhone 6S и 7 Plus.Потом он начал взрываться. Samsung выпустила программу отзыва и замены, и запасные части также начали быстро расти, что вынудило компанию полностью приостановить производство.

Это событие стало очередным препятствием в долгой борьбе за улучшение батарей, питающих нашу электронику. Хотя скорость обработки данных удваивается примерно каждые 18 месяцев, емкость аккумулятора увеличивается в той же степени почти за десять лет. Этот пробел начинает вызывать проблемы, но, как выяснила Samsung, его стоимость не так проста.

Смартфона часто хватает менее суток, ноутбука — всего несколько часов, а электромобиль изо всех сил пытается проехать 350 миль. Так почему же время автономной работы все еще остается такой проблемой — и когда мы собираемся это исправить?

Что такое аккумулятор?

Внутри этого пластикового и металлического корпуса находится небольшая коробочка с химикатами, готовыми вступить в реакцию и создать электричество. Фотография: BitchBuzz / Flickr

Батареи — это небольшие емкости с химической энергией. Когда смартфон подключен к сети, электричество используется для сброса химической реакции в батарее, переносящей электроны с отрицательного анода на катод — положительный конец батареи.

После зарядки аккумулятор может вырабатывать электричество, направляя электроны через цепь, в данном случае смартфон, к аноду, и будет продолжать делать это до тех пор, пока все электроны, содержащиеся в аккумуляторе, не перейдут на анод или встроенный -в выключателе отключает аккумулятор.

Из чего сделан аккумулятор?

Внутри типичной батареи есть анод, катод и электролит — то, через что проходят положительные ионы.

Литий-ионные батареи, используемые в большинстве смартфонов и электроники, имеют катод из оксида металла, состоящий из смеси кобальта, никеля, марганца или железа, анод из пористого графита, который удерживает ионы лития внутри, и электролит из литиевой соли.

Положительно заряженные ионы лития проходят через электролит от анода к катоду, перемещая электроны через смартфон по мере необходимости и обратно к аноду.

Почему этого недостаточно?

Значок низкого заряда батареи на Nokia Lumia 800 в кармане джинсов. Фотография: Martin Abegglen / Flickr

Принцип работы батареи может быть простым, но химия и технология, обеспечивающие ее работу, — нет. Основным ограничивающим фактором для батарей является их удельная энергия.

Батарея может вырабатывать столько электроэнергии, сколько ее химические компоненты могут накапливать энергию. Все, что не является активным материалом внутри батареи, фактически является мертвым грузом, включая корпус, микросхемы контроллера, провода для отвода тока — все они увеличивают вес, но не увеличивают мощность.

Типичный литий-ионный аккумулятор в смартфоне имеет плотность энергии около 150 ватт-часов на килограмм (Втч / кг). Хотя плотность энергии литий-ионных аккумуляторов улучшилась с момента их появления в начале 1990-х годов, она сдерживается их конструкцией и химическим составом.

Единственный способ немедленно увеличить время автономной работы смартфона с помощью современных технологий — это повысить энергоэффективность электроники смартфона и увеличить размер аккумулятора, но для более тонких и тонких смартфонов требуются все более тонкие и тонкие аккумуляторы.

Почему сокращается срок службы батареи?

Полностью заряжен или нет? Со временем аккумулятор не может накапливать столько энергии, как новый. Фотография: Bastian Greshake / Flickr

Срок службы батареи не остается постоянным на протяжении всего срока службы смартфона — он медленно уменьшается с течением времени по мере того, как батарея разряжается и заряжается.

Это связано с тем, что химическая реакция, которая производит электричество, вызывает осаждение тонких слоев лития на электродах, что уменьшает количество, доступное для выработки электричества, и увеличивает внутреннее сопротивление батареи.

Чем выше сопротивление, тем тяжелее батарея должна работать, чтобы поддерживать полезное напряжение, и поэтому количество энергии, которое она может производить за один заряд, уменьшается. Возможно, вы помните этот отрывок из школы:

Напряжение = Ток x Сопротивление (В = ИК)

Почему некоторые батареи взрываются?

Батарея вылетает из корпуса 17-дюймовой батареи MacBook Pro из-за набухания.Фотография: J Aaron Farr / Flickr

Батареи с гораздо более высокой плотностью энергии, чем литиевые элементы, уже доступны, но они недостаточно безопасны для использования в портативной электронике.

«Чем больше энергии вы вложите в коробку, тем опаснее она будет», — говорит доктор Билли Ву, преподаватель Лондонской школы дизайна Дайсона Имперского колледжа. «Безопасность является ключевым моментом, а регулирование температуры имеет решающее значение. Если аккумулятор нагревается выше 80 ° C, происходит так называемый тепловой разгон, когда компоненты начинают разлагаться, и вот тогда он может взорваться.

Конкретная причина проблем Samsung с взрывающимися батареями неизвестна, компания просто ссылается на «проблему с аккумуляторными элементами».

Что будет дальше?

Мы пока остановились на перезаряжаемой литий-ионной батарее. Фотография: Razor512 / Flickr

В ближайшем будущем развитие аккумуляторов будет происходить за счет приближения существующих литий-ионных технологий к их теоретическим пределам, что увеличит удельную мощность аккумуляторов.

Типичная литий-ионная батарея, в которой используется оксид лития-марганца, имеет теоретическую плотность мощности 280 Втч / кг, но конечный продукт имеет только 150 Втч / кг, поэтому, безусловно, есть возможности для улучшения.

«Речь идет об оптимизации конструкции внутри батареи, — говорит Ву. «Если вы представите себе, что внутри вашей батареи, у вас есть пористая структура, полная активного материала».

«Для более высокой выходной мощности вам нужна более пористая структура, чтобы увеличить площадь поверхности и пропустить больше ионов лития за один раз, но поскольку в ней больше отверстий, она удерживает меньше активного материала, что, в свою очередь, дает вам меньшую емкость. ”

Новые, усовершенствованные химические составы батарей, такие как литий-сера и литий-кремний, также разрабатываются компаниями по всей Великобритании, которые в настоящее время разрабатывают эту технологию.

Какое будущее ждет аккумуляторных технологий?

На комбинированной фотографии показан Samsung Note 7, взрывающийся от давления на полностью заряженную батарею во время испытания в лаборатории батарей Applied Energy Hub в Сингапуре, 6 октября. Фотография: Эдгар Су / Reuters

Твердотельные батареи — одно из возможных направлений будущего, в котором жидкий электролит в батарее будет заменен твердым веществом, что обеспечит значительное повышение безопасности.

«Основное преимущество твердотельных батарей состоит в том, что вы можете вернуться к использованию лития в качестве материала анода, который имеет действительно хорошую мощность и плотность энергии, но небезопасен с жидкими электролитами», — объясняет Ву.

Твердотельные батареи устраняют необходимость в пористом угольном аноде и, следовательно, уменьшают вес батареи, который не способствует выработке энергии.

Металлические воздушные батареи, использующие цинк, литий или алюминий, также не за горами, но, по словам Ву, они будут доступны через 20 лет до их коммерческого применения.

Что я могу сделать, чтобы аккумулятор прослужил дольше?

Знакомое зрелище для любого, у кого есть смартфон, планшет или компьютер. Фотография: Сэмюэл Гиббс / The Guardian

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы продлить срок службы батареи.Характер химической реакции внутри аккумулятора означает, что он должен работать интенсивнее в последние 20% разряда и более 80% заряда.

Содержание литий-ионного аккумулятора примерно между 80% и 20% заряда поможет ему дольше сохранять большую часть своей емкости. В настоящее время разрабатываются интеллектуальные системы управления питанием, которые делают это при подключении к стене на ночь.

Батареи никогда не следует оставлять постоянно подключенными, что особенно актуально для ноутбуков.Они поддерживаются в лучшем рабочем состоянии, если их время от времени разряжать и заряжать. Раз в месяц надо это делать.

Как аккумуляторы накапливают и разряжают электричество?

Кеннет Бакл, приглашенный ученый из Центра исследований интегрированного производства при Рочестерском технологическом институте, дает это объяснение.

Этот вопрос, который кажется простым и прямым, на самом деле наполнен тонкостью и сложностью. Во-первых, необходимо установить определение батареи.Существует множество химических и механических устройств, которые называются батареями, хотя они работают на разных физических принципах. Батарея для целей этого объяснения будет устройством, которое может накапливать энергию в химической форме и преобразовывать эту накопленную химическую энергию в электрическую, когда это необходимо. Это самые распространенные аккумуляторы, имеющие привычную цилиндрическую форму. Нет батарей, которые действительно хранят электрическую энергию; все батареи хранят энергию в какой-то другой форме.Даже в рамках этого ограничительного определения существует множество возможных химических комбинаций, которые могут накапливать электрическую энергию — список слишком длинный, чтобы вдаваться в его краткое объяснение.

Существует два основных типа химических аккумуляторных батарей: перезаряжаемые, или вторичные, и неперезаряжаемые, или первичные. С точки зрения хранения энергии или разряда электричества они похожи, это просто вопрос того, допускают ли задействованные химические процессы многократную зарядку и разрядку.

Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо также различать гальванический элемент и батарею, как я это определил. Первый — это основная единица электрохимического накопления и разряда. Батарея состоит, по крайней мере, из одной, но, возможно, из множества таких элементов, соединенных соответствующим образом. Поскольку фактическое действие накопления и разряда происходит в ячейке, этот ответ будет сосредоточен на том, что происходит на этом уровне.

Все электрохимические ячейки состоят из двух электродов, разделенных некоторым расстоянием.Пространство между электродами заполнено электролитом — ионной жидкостью, проводящей электричество. Один электрод — анод — позволяет электронам выходить из него. Другой — катод — их принимает. Энергия накапливается в определенных соединениях, составляющих анод, катод и электролит, например, цинке, меди и SO ₄ соответственно.

Если предположить, что батарея приобрела свое заряженное состояние в результате перезарядки или производства, совокупный эффект химических реакций, происходящих между анодом и катодом, приводит к разряду электричества.Анод подвергается так называемой реакции окисления: во время разряда два или более иона электролита объединяются с анодом, образуя соединение и высвобождая один или несколько электронов. Одновременно катод подвергается реакции восстановления, в которой материал, из которого сделан катод, ионы и свободные электроны объединяются с образованием соединений.

Проще говоря, химическая реакция на аноде высвобождает электроны, а реакция на катоде их поглощает. Когда электрический путь, обеспечиваемый электролитом и внешней электрической цепью, соединяет анод и катод, две одновременные реакции протекают, и электроны, освобожденные на аноде, проходят через внешнее электрическое соединение и химически реагируют на катоде, заставляя элемент функционировать.Ячейка может продолжать разряжаться до тех пор, пока на одном или обоих электродах не закончатся реагенты для соответствующих реакций. В первичной ячейке это означает конец ее срока службы, а во вторичной — это просто время для подзарядки. Для вторичных элементов процесс перезарядки является обратным процессу разряда. Внешний источник постоянного электрического тока подает электроны к аноду и удаляет их с катода, заставляя химические реакции происходить в обратном направлении, пока элемент не перезарядится.

Вышеупомянутое представляет собой упрощенное объяснение того, как электрохимическая энергия, накопленная в элементе, удаляется как электрическая энергия в процессе разряда и восстанавливается в процессе перезарядки вторичного элемента. Одновременно происходит гораздо больше электрохимических и тепловых процессов, и для большинства практичных комбинаций элементов, упакованных в виде батарей, невозможно полностью охарактеризовать все процессы. Следовательно, это приближение первичных реакций является лишь кратким объяснением того, что на самом деле происходит, хотя оно должно служить для иллюстрации основных принципов в действии.

Как работают (аккумуляторные) батареи?

Хотя аккумуляторные батареи были изобретены более ста лет назад, их применения не было так давно. Сегодня аккумуляторные батареи неразрывно связаны с нашей повседневной жизнью: портативные устройства и бытовая техника стали чрезвычайно популярными. А вот как работают аккумуляторы ? А что делает зарядное устройство? В этой статье мы рассмотрим основы работы (перезаряжаемой) батареи.

Немного химии

Как и все остальное, батарея состоит из атомов.Один атом состоит из трех типов частиц:

• протонов (положительных)
• электронов (отрицательные)
• нейтронов

В идеале этот заряд выравнивается: количество отрицательных и положительных частиц одинаково. Удаление одного электрона (т.е.отрицательной частицы) приводит к тому, что атом становится положительным, и наоборот. Поскольку атомы предпочитают оставаться нейтральными, они будут искать другие атомы для обмена электронами, чтобы восстановить свой баланс. Этот обмен или «поток» электронов создает электрический ток.

Анод, электролит и катод

Процесс обмена электронами также происходит в батареях. Каждая батарея состоит из трех частей: анода, электролита и катода. Однако разные типы батарей используют разные химические вещества для создания этих деталей.

В полностью заряженной батарее анод отрицательный, а катод положительный. Почему? Анод содержит избыток (отрицательных) электронов, тогда как катод не содержит электронов. Естественно, анод хотел бы потерять часть своих электронов, передав лишние электроны на катод.

Добавив третий элемент, сепаратор с электролитом, вы можете контролировать поток и создать батарею. Сепаратор действует как барьер внутри ячейки между анодом и катодом. Это позволяет электрическому току течь только тогда, когда батарея подключена к устройству.

Как работают аккумуляторы

Все батареи работают следующим образом: электроны перемещаются от анода к катоду, пока на аноде не закончатся электроны. Таким образом, аккумулятор считается разряженным или «мертвым».

С первичными батареями это конец. С вторичными или перезаряжаемыми батареями зарядное устройство может обращать поток электронов в обратном направлении и восстанавливать первоначальный избыток электронов на аноде, создавая тем самым то, что мы называем заряженной батареей.

Можно ли обратить эту реакцию вспять, зависит от химических веществ, используемых в батарее. Например, щелочные батареи не предназначены для обратного потока. Это может быть потенциально опасно.

NiMH (никель-металл-гибридный) аккумулятор обеспечивает принудительный обратный поток сотни, а иногда и тысячи раз.Однако процесс со временем вызывает повреждение химикатов. Следовательно, вы не можете бесконечно заряжать и разряжать батареи: в какой-то момент химические вещества разложатся слишком сильно, чтобы по-прежнему удерживать заряд.

Дополнительная литература

Тогда как же аккумуляторные батареи работают раз за разом? Срок службы перезаряжаемой батареи зависит от производителя, типа батареи и условий, в которых она используется. Чтобы узнать больше о том, как производятся NiMH аккумуляторы, обратитесь к одной из наших предыдущих статей здесь.

17.5 Батареи и топливные элементы — химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Батареи классифицируются как первичные или вторичные
• Перечислите некоторые характеристики и ограничения аккумуляторов
• Дайте общее описание топливного элемента

Батарея представляет собой электрохимический элемент или серию элементов, вырабатывающих электрический ток. В принципе, в качестве аккумулятора можно использовать любой гальванический элемент.Идеальная батарея никогда не разряжалась бы, не вырабатывала постоянного напряжения и была способна выдерживать экстремальные температуры и влажность окружающей среды. Настоящие аккумуляторы обеспечивают баланс между идеальными характеристиками и практическими ограничениями. Например, масса автомобильного аккумулятора составляет около 18 кг или около 1% от массы среднего автомобиля или малотоннажного грузовика. Этот тип батареи будет обеспечивать почти неограниченное количество энергии, если используется в смартфоне, но будет отклонен для этого приложения из-за своей массы. Таким образом, ни одна батарея не является «лучшей», и батареи выбираются для конкретного применения с учетом таких вещей, как масса батареи, ее стоимость, надежность и текущая емкость.Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные. Далее описаны несколько батарей каждого типа.

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше об аккумуляторах.

Первичные батареи — это одноразовые батареи, потому что они не подлежат перезарядке. Обычной первичной батареей является сухой элемент (рисунок 1). Сухой элемент представляет собой угольно-цинковую батарею. Цинк может служить как контейнером, так и отрицательным электродом. Положительный электрод представляет собой стержень из углерода, окруженный пастой из оксида марганца (IV), хлорида цинка, хлорида аммония, углеродного порошка и небольшого количества воды.{-} [/ latex] с общим потенциалом элемента, который изначально составляет около 1,5 В, но уменьшается по мере использования батареи. Важно помнить, что напряжение, подаваемое батареей, одинаково независимо от ее размера. По этой причине все батареи D, C, A, AA и AAA имеют одинаковое номинальное напряжение. Однако более крупные батареи могут доставить больше молей электронов. Поскольку цинковый контейнер окисляется, его содержимое в конечном итоге вытекает, поэтому этот тип батареи не следует оставлять в любом электрическом устройстве на длительное время.

Рис. 1. На схеме показано поперечное сечение батареи фонарика, углеродно-цинкового сухого элемента.

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о угольно-цинковых батареях.

Щелочные батареи (рис. 2) были разработаны в 1950-х годах отчасти для решения некоторых проблем с производительностью сухих цинк-угольных элементов. Они производятся, чтобы быть точной заменой сухих угольно-цинковых элементов. Как следует из названия, в этих типах батарей используются щелочные электролиты, часто гидроксид калия.{\ circ} = +1.43 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]

Щелочная батарея может обеспечивать в три-пять раз больше энергии, чем угольно-цинковые сухие элементы аналогичного размера. Щелочные батареи склонны к утечке гидроксида калия, поэтому их также следует снимать с устройств для длительного хранения. Некоторые щелочные батареи можно перезаряжать, но большинство — нет. Попытки перезарядить щелочную батарею, которая не является перезаряжаемой, часто приводят к разрыву батареи и утечке электролита гидроксида калия.

Рис. 2. Щелочные батареи были разработаны как прямая замена угольно-цинковым (сухим) батареям.

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о щелочных батареях.

Вторичные батареи перезаряжаемые. Это типы батарей, которые используются в таких устройствах, как смартфоны, электронные планшеты и автомобили.

Никель-кадмиевые батареи или NiCd (рис. 3) состоят из никелированного катода, кадмиевого анода и электрода из гидроксида калия.{-} (aq) \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & \ text {Cd} (s) \; + \; \ text {NiO} _2 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cd (OH)} _ 2 (s) \; + \; \ text {Ni (OH)} _ 2 (s) \ end {array} [/ latex]

Напряжение составляет от 1,2 В до 1,25 В по мере разряда батареи. При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор можно заряжать около 1000 раз. Кадмий — это токсичный тяжелый металл, поэтому никель-кадмиевые батареи нельзя открывать или выбрасывать в обычный мусор.

Рис. 3. В никель-кадмиевых батареях используется «желеобразная» конструкция, которая значительно увеличивает ток, который может выдать батарея, по сравнению с щелочной батареей аналогичного размера.{-} \; + \; x \; \ text {C} _6 & x \; \ text {LiC} _6 \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & \ текст {LiCoO} _2 \; + \; x \; \ text {C} _6 & \ text {Li} _ {x \; — \; 1} \ text {CoO} _2 \; + \; x \; \ текст {LiC} _6 \ end {array} [/ latex]

С коэффициентами, представляющими моль, x составляет не более примерно 0,5 моля. Напряжение батареи составляет около 3,7 В. Литиевые батареи популярны, потому что они могут обеспечивать большой ток, легче, чем сопоставимые батареи других типов, вырабатывают почти постоянное напряжение при разряде и медленно теряют заряд при хранении.

Рис. 4. В литий-ионной батарее заряд проходит между электродами, когда ионы лития перемещаются между анодом и катодом.

Посетите этот сайт для получения дополнительной информации о литий-ионных батареях. {- } \\ [0.{-} & \ text {PbSO} _4 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {общее:} & \ text {Pb} (s) \; + \; \ text {PbO} _2 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {SO} _4 (aq) & 2 \ text {PbSO} _4 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) \ end {array} [/ latex]

Каждая ячейка выдает 2 В, поэтому шесть ячеек соединены последовательно, чтобы получить 12-вольтовый автомобильный аккумулятор. Свинцово-кислотные батареи тяжелые и содержат едкий жидкий электролит, но часто по-прежнему являются предпочтительными батареями из-за их высокой плотности тока. Поскольку эти батареи содержат значительное количество свинца, их всегда следует утилизировать надлежащим образом.

Рисунок 5. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея в вашем автомобиле состоит из шести ячеек, соединенных последовательно, чтобы обеспечить напряжение 12 В. Их низкая стоимость и высокий выходной ток делают их отличными кандидатами для питания автомобильных стартеров. {-} \\ [0.{2-} \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & 2 \ text {H} _2 \; + \; \ text {O} _2 & 2 \ text {H } _2 \ text {O} \ end {array} [/ latex]

Напряжение составляет около 0,9 В. КПД топливных элементов обычно составляет от 40% до 60%, что выше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания (от 25% до 35%), и в случае водородного топливного элемента дает только вода в качестве выхлопа. В настоящее время топливные элементы довольно дороги и содержат функции, которые приводят к их выходу из строя через относительно короткое время.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о топливных элементах.

Батареи — это гальванические элементы или серия элементов, вырабатывающих электрический ток. Когда элементы объединяются в батареи, потенциал батареи является целым числом, кратным потенциалу отдельной ячейки. Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные. Первичные батареи предназначены для одноразового использования и не подлежат перезарядке. Сухие элементы и (большинство) щелочные батареи являются примерами первичных батарей. Второй тип перезаряжаемый и называется вторичным аккумулятором. Примеры вторичных батарей включают никель-кадмиевые (NiCd), свинцово-кислотные и литий-ионные батареи.Топливные элементы похожи на батареи в том, что они генерируют электрический ток, но требуют постоянного добавления топлива и окислителя. Водородный топливный элемент использует водород и кислород из воздуха для производства воды и обычно более эффективен, чем двигатели внутреннего сгорания.

Химия: упражнения в конце главы

1. Каковы желательные качества электрической батареи?
2. Перечислите некоторые моменты, которые обычно учитываются при выборе батареи для нового приложения.
3. Рассмотрим батарею, состоящую из одного полуэлемента, состоящего из медного электрода в растворе 1 M CuSO ₄ и другого полуэлемента, состоящего из свинцового электрода в 1 M Pb (NO ₃ ) ₂ раствор. {\ circ} = -0.{\ circ} = +0,53 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]

   Подойдет ли этот аккумулятор для смартфонов? Почему или почему нет?

4. Почему батареи выходят из строя, а топливные элементы — нет?
5. Объясните, что происходит с напряжением батареи при использовании батареи, используя уравнение Нернста.
6. Используя информацию, полученную до сих пор в этой главе, объясните, почему электроника с батарейным питанием плохо работает при низких температурах.

Глоссарий

щелочная батарея

первичная батарея, в которой используется щелочной (часто гидроксид калия) электролит; спроектирован так, чтобы быть точной заменой сухого элемента, но с большим накоплением энергии и меньшей утечкой электролита, чем типичный сухой элемент

аккумулятор

гальванический элемент или серия ячеек, вырабатывающих ток; по идее любой гальванический элемент

сухая камера

первичная батарея, также называемая угольно-цинковой батареей; может использоваться в любой ориентации, поскольку в качестве электролита используется паста; имеет тенденцию к утечке электролита при хранении

топливный элемент

устройства, вырабатывающие электрический ток при непрерывной добавке топлива и окислителя; эффективнее двигателей внутреннего сгорания

свинцово-кислотный аккумулятор

аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких ячеек; свинцово-кислотная батарея, используемая в автомобилях, имеет шесть ячеек и напряжение 12 В

литий-ионный аккумулятор

очень популярная аккумуляторная батарея; использует ионы лития для проведения тока, легкий, перезаряжаемый и создает почти постоянный потенциал при разряде

никель-кадмиевый аккумулятор

Аккумулятор

(никель-кадмиевый аккумулятор), в котором используется кадмий, который является токсичным тяжелым металлом; тяжелее литий-ионных батарей, но с аналогичными характеристиками

первичная батарея

одноразовый неперезаряжаемый аккумулятор

аккумулятор

аккумулятор с возможностью подзарядки

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

2. {\ circ} = 0.{\ circ} = 0,7996 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]; (б) 3,5 × 10 ¹⁵ ; (в) 5.6 × 10 ⁻⁹ M

6. Батареи автономны и имеют ограниченный запас реагентов, которые нужно израсходовать, прежде чем они сойдут с мертвой точки. В качестве альтернативы, побочные продукты реакции аккумулятора накапливаются и мешают реакции. Поскольку топливный элемент постоянно пополняется реагентами, а продукты удаляются, он может продолжать работать до тех пор, пока поступают реагенты.

8. E _Ячейка , как описано в уравнении Нернста, имеет член, прямо пропорциональный температуре.При низких температурах этот член уменьшается, что приводит к более низкому напряжению элемента, подаваемому батареей на устройство — тот же эффект, что и разряженная батарея.

Типы батарей

и принципы их действия | AE 868: Commercial Solar Electric Systems

Батареи — это электрохимические устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую. Батареи классифицируются как первичные и вторичные батареи .

Первичные батареи

• Преобразование химической энергии в электрическую без подзарядки.
• Примеры включают угольно-цинковые батареи и щелочные батареи.

Аккумуляторы вторичные

• Аккумуляторные батареи AKA преобразуют химическую энергию в электрическую и перезаряжаются, когда химическая реакция меняется на обратную с помощью принудительной подачи электроэнергии.
• Примеры включают свинцово-кислотные батареи и литий-ионные батареи.

Обзор:

Чтобы узнать больше о технологиях аккумуляторов, вы можете обратиться к EME 812 (9.3. Аккумуляторная батарея). (Примечание: ссылка также находится на странице обзора этого урока.)

Отражение

Какой тип батареи подходит для фотоэлектрических систем? Первичный или вторичный?

Нажмите, чтобы ответить …

ОТВЕТ: Поскольку фотоэлектрические системы требуют более частого накопления энергии в течение дня, мы заинтересованы в технологии вторичных батарей.

Существует несколько видов доступных технологий вторичных аккумуляторов, которые можно использовать для различных целей, например, свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы.Свинцово-кислотные батареи используют самую старую и наиболее совершенную из доступных технологий, хотя литий-ионные батареи активно исследуются (но их стоимость все еще не конкурентоспособна).

Итак, как мы можем сравнить батареи для лучшего кандидата для фотоэлектрических систем?

Давайте посмотрим на график Ragone, характерный для имеющихся батарей. Это немного отличается от сюжета Рагона, показанного ранее. На рис. 3.3 показано сравнение различных аккумуляторных технологий с точки зрения гравиметрической плотности энергии и объемной плотности энергии.Если мы сравним аккумуляторные технологии, основанные как на энергии на объем, так и на энергии на вес, мы увидим, что свинцово-кислотные аккумуляторы имеют меньшую плотность энергии, чем литий-ионные. По мере того, как вы перемещаетесь по оси «x», гравиметрическая плотность энергии увеличивается. Другими словами, батарея обеспечивает более высокую энергию на единицу веса. По оси «y» объемная плотность энергии увеличивается по мере того, как мы поднимаемся вверх. Другими словами, количество энергии выше на единицу объема.

Рисунок 3.3: График Рагона, показывающий зависимость объемной энергии от гравиметрической энергии для различных типов батарей

Объемная плотность энергии — это количество энергии, накопленное на единицу объема батареи.Типичная единица измерения — Втч / л. Мы можем заметить, что чем выше объемная плотность энергии, тем меньше размер батареи.

Гравиметрическая плотность энергии — это количество энергии, накопленное на единицу массы батареи. Типичная единица измерения — Втч / кг. Мы также можем заметить, что чем больше гравиметрическая плотность энергии, тем легче аккумулятор.

Как показано на рис. 3.3, свинцово-кислотные батареи демонстрируют самую низкую объемную и гравиметрическую плотности энергии среди аккумуляторов, в то время как литий-ионные аккумуляторы демонстрируют лучшую комбинацию.

Отражение

Поскольку литий-ионные батареи обладают лучшими характеристиками с точки зрения энергии и удельной мощности, почему это не самая распространенная технология для фотоэлектрических систем?

Нажмите, чтобы ответить …

ОТВЕТ: Литий-ионные батареи имеют идеальные свойства материала, чтобы сделать их оптимальным выбором для хранения, но стоимость по-прежнему является основным фактором, определяющим возможность литий-ионных аккумуляторов как лучшего выбора для более широких фотоэлектрических приложений.

Тем не менее, давайте подробнее рассмотрим свинцово-кислотную батарею.

Подобно большинству батарей, свинцово-кислотная батарея состоит из нескольких отдельных ячеек, каждая из которых имеет номинальное напряжение около 2 В. Свинцово-кислотные батареи могут иметь разные типы сборки. Например, обычное напряжение свинцово-кислотной аккумуляторной батареи составляет 12 В, что означает, что 6 ячеек соединены последовательно.

Когда аккумулятор перезаряжается, поток электронов меняется на противоположный, поскольку внешняя цепь не имеет нагрузки, но источник с более высоким напряжением, чем аккумулятор, может вызвать обратную реакцию.В фотоэлектрической системе этот источник представляет собой не что иное, как фотоэлектрический модуль или массив, обеспечивающий солнечную энергию и способный заряжать батарею, когда доступно солнце. Как мы узнали ранее в Уроке 1, использование хранилища более распространено в автономных фотоэлектрических системах, потому что нет другого источника энергии для поддержки фотоэлектрического массива, когда солнце недоступно. Другими словами, нагрузки зависят от наличия солнца. В этом случае может оказаться очень полезным такой вариант хранения энергии, как батареи. В качестве примера на рисунке 3 показан типичный дневной профиль солнечного излучения.4. Если мы посмотрим на оранжевую кривую, которая представляет дневную солнечную энергетику, мы увидим, что значительное количество энергии вырабатывается в дневное время, в то время как в ночное время энергия не генерируется. С другой стороны, суточная потребность в энергии, представленная синей кривой, показывает, что энергия необходима в течение всего дня с более высокими потребностями в определенные периоды времени. Когда мы помещаем кривую суточной нагрузки (или дневной профиль нагрузки) на тот же рисунок, мы видим, что существует значительный спрос на энергию, когда нет солнца.

Рис. 3.4: Ежедневная солнечная освещенность (оранжевый) и дневной профиль нагрузки (синий) для State College, PA.

Кредит: разработан с использованием SAM

.

Для интерактивных систем коммунального обслуживания избыточная энергия возвращается в сеть, в то время как потребность в нагрузке может подаваться из сети, когда солнце недоступно.

Что касается автономной системы без накопителя, даже если солнце имеет более чем достаточно энергии в течение дня, система не может использовать эту избыточную энергию для питания нагрузок, когда солнце недоступно.

С появлением аккумуляторов избыточная энергия солнца в течение дня может храниться в аккумуляторе, а затем использоваться позже для удовлетворения потребности в нагрузке, когда солнце недоступно. Это представлено в выделенных областях A1 и A2 на Рисунке 3.5 ниже для избыточной солнечной энергии и вечерней нагрузки соответственно.

Идеальное совпадение происходит, когда площадь A1 равна площади A2, и это может быть достигнуто путем точного выбора размера солнечной фотоэлектрической системы для удовлетворения среднесуточной потребности в энергии нагрузки.Кроме того, избыточная солнечная энергия может храниться с помощью аккумуляторных систем.

Рис. 3.5: Избыточная солнечная энергия выделена (зеленый) и дневная нагрузка выделена (красный) для State College, PA.

Кредит: разработан с использованием SAM

.

Таким образом, мы рассмотрели различные типы аккумуляторных технологий и обсудили, почему свинцово-кислотные аккумуляторы являются предпочтительным выбором для большинства современных фотоэлектрических систем. Подробнее о параметрах батареи мы поговорим в следующей теме. Мы также увидим, что управление параметрами батареи само по себе представляет собой совершенно новую задачу оптимизации.