Аккумуляторы большой емкости


Аккумуляторы для автономного и резервного электроснабжения

Дополнительное оборудование  → Аккумуляторы


Каталог аккумуляторов для солнечных систем и систем резервирования находится здесь

 

  Аккумулятор (лат. accumulator накопитель) — это буфер для накопления электрической энергии при помощи обратимых химических процессов. Эта обратимость химических реакций, происходящих внутри аккумулятора и дает ему возможность работать в циклическом режиме постоянных зарядов и разрядов. Чтобы зарядить аккумулятор. нужно пропустить через него ток в направлении встречном направлению тока при разряде. Аккумуляторы можно объединять в моноблоки, и тогда их называют аккумуляторными батареями. Основным параметром, характеризующим аккумулятор является емкость. Емкость - это максимальный заряд, который может принять конкретный аккумулятор. Чтобы измерить емкость аккумулятор разряжают в течении определенного времени до определенного напряжения. Измеряют емкость в кулонах, джоулях и Ач(амперчасах). Иногда, преимущественно в США, емкость измеряется Вт*ч. Соотношение между этими единицами такое 1Вт*ч=3600 Кл, а 1Вт*ч=3600Дж. Правильный заряд аккумулятора происходит в несколько стадий. В большинстве случаев это 4 стадии: стадия накопления(bulk), стадия поглощения(absorbtion), стадия поддержки(float) и стадия выравнивания(equalization). Стадия выравнивания актуальна только для аккумуляторов открытого типа(их еще называют flooded), выполняют её по определенному графику. Операция эта сродни «кипячению» электролита в аккумуляторе, но позволяет перемешать электролит, который со временем расслаивается. В конечном итоге правильное выравнивание позволяет увеличить срок эксплуатации аккумулятора. Основная причина выхода аккумулятора из строя это сульфатация рабочих пластин. Образование окисла на свинцовых пластинах называется сульфатацией. Производители аккумуляторов сообщают, что эта причина составляет до 80% всех отказов аккумуляторов. Кроме перемешивания электролита, выравнивание очищает пластины от сульфатов, и впоследствии нагрузка на пластины распределяется равномерней. Во время процесса выравнивания выделяется значительное количество гремучей смеси кислорода и водорода. Поэтому нужно уделить серьезное внимание вентиляции помещения аккумуляторной. Существуют современные промышленные аккумуляторы открытого типа в которых электролит принудительно циркулирует. Кроме аккумуляторов с жидким электролитом существуют еще АКБ герметичного типа. В таких аккумуляторах выравнивание не нужно, а при остальных стадиях заряда газообразования не происходит.

  Энергия многих источников энергии нужна не тогда, когда она доступна(в первую очередь это относится к солнечным батареям), собственно поэтому её и приходится запасать. Работа нагрузки не должна зависеть от освещенности солнечных батарей, и поэтому даже в дневное время наличие аккумулятора необходимо. Конечно при этом должен быть баланс между приходящей от СБ энергией и количеством энергии, уходящей в нагрузку. Аккумуляторы, применяемые в различных энергетических системах различаются по: номинальному напряжению, номинальной емкости, габаритам, типу электролита, ресурсу, скорости заряда, стоимости, рабочему диапазону температур и пр. Аккумуляторы в фотоэлектрических системах обязаны удовлетворять ряду требований: большая цикличность(количество выдерживаемых циклов заряда/разряда), малый саморазряд, по возможности большой зарядный ток(для гибридных систем с жидкотопливными генераторами), широкий диапазон рабочих температур, а также минимальное обслуживание. С учетом этих требований для различных систем электроснабжения созданы аккумуляторы глубокого разряда. Для солнечных систем существует их модификация solar. Такие АКБ имеют огромный ресурс при циклической работе. Аккумуляторы стартерного типа для работы в таких режимах мало пригодны. Они «не любят» глубокие разряды и разряды малыми токами, имеют большой саморазряд. Срок их службы в таких условиях невелик. Их штатный режим - это кратковременный разряд большим током, тут же восстановление заряда, и ожидание следующего пуска стартера в заряженном состоянии. Если провести аналогию со спортом, то стартерная АКБ это спринтер, а специализированная АКБ это марафонец. Наиболее популярны в настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы. В них меньше удельная стоимость 1кВт*ч, чем у их собратьев, произведенных по другим технологиям. В них больше КПД и шире температурный диапазон работы. Например, эффективность свинцово-кислотного АКБ лежит в пределах 75-80%, а эффективность щелочного АКБ не более 50-60%. По некоторым параметрам щелочные аккумуляторные батареи все таки превосходят «свинец». Это их огромный ресурс в живучести, возможность восстановления путем замены электролита, работа при очень низкой температуре. Но некоторые моменты делают их малопригодными в ФЭС. К ним относятся малый КПД и малая восприимчивость к зарядке малым током. Это приводит к безвозвратной потере значительной части энергии, которая достается с такими усилиями. Вдобавок для аккумуляторной батареи щелочного типа очень трудно подобрать контроллер заряда, а контроллеры с возможностью настройки режимов заряда дорогие.

  Теперь перейдем к более подробному рассмотрению аккумуляторов наиболее часто применяемых в системах бесперебойного и автономного электроснабжения. Три основных типа это АКБ технологии AGM, GEL и Flooded.

— GEL-технология Gelled Electrolite появилась в середине XX века. К электролиту подмешивается SiO2, и спустя 3-5 часов электролит становится желеобразным. В этом желе имеется масса пор, которые заполнены электролитом. Именно такая консистенция электролита позволяет работать GEL аккумулятору в любом положении. Аккумулятор такой технологии является необслуживаемым.

— AGM-технология Absorptive Glass Mat появилась на 20 лет позже. Вместо загущенного до желе электролита в них применяется стекломат, который пропитывают электролитом. Поры стекломатов электролит заполняет не до конца. В оставшемся объеме происходит рекомбинация газов.

— Flooded -аккумуляторы с жидким электролитом(заливные) по прежнему имеют широкое применение. Будучи снабжены рециркуляционными клапанами они переходят в класс малообслуживаемых АКБ. Такие клапана не допускают выделения газов, а проверять уровень электролита нужно лишь раз в год. Это снимает ограничения на размещение Flooded аккумуляторов внутри помещений. Аккумуляторы открытого вида более выносливы по сравнению с необслуживаемыми аккумуляторами, удельная стоимость Ач в них ниже и они лучше поддаются балансировке.

  Каждый из вышеописанных типов аккумуляторов имеет подкласс панцирных аккумуляторов. Отличительной особенностью таких АКБ являются решетчатые пластины и электроды в виде трубок. Подобная технология существенно увеличивает число зарядно-разрядных циклов. Причем глубоких разрядов до 80%. Электропогрузчики, ФЭС и другая силовая электротехника широко используют такие АКБ. Маркируют их OPzS и OPzV.

  Увеличение емкости АКБ достигается тем, что моноблоки АКБ объединяются путем параллельного, последовательного или параллельно-последовательного соединения . Для последовательного соединения аккумуляторов необходимо использовать аккумуляторы одной емкости. При этом суммарная емкость равна емкости одного аккумулятора, а напряжение равно сумме напряжений отдельных АКБ. При параллельной коммутации АКБ, напротив, складываются емкости и суммарная емкость увеличивается, а напряжение блока равно исходному напряжению отдельного АКБ. Параллельно-последовательная коммутация ведет к увеличению и напряжения и емкости блока. В один блок можно объединять только идентичные аккумуляторы. Т.е. они должны быть одного напряжения, емкости, типа, возраста, производителя и желательно одной партии выпуска(разница не более 30 дней). С течением времени АКБ, соединенные последовательно, и особенно последовательно-параллельно подвержены разбалансировке. Это значит, что суммарное напряжение последовательных АКБ соответствует норме для зарядного устройства, но в самой цепочке напряжения одиночных аккумуляторов значительно отличаются. Как следствие часть аккумуляторов перезаряжается, а другая часть недозаряжается. Это существенно уменьшает их ресурс. Специальные устройства балансировки позволяют свести к минимуму это вредное явление. В крайнем случае необходимо 1-2 раза в год проводить заряд каждого аккумулятора индивидуально. Для последовательно-параллельного соединения аккумуляторов рекомендуется делать перемычки между средними точками(это несколько способствует самовыравниванию), а также чтобы сбалансированно снимать мощность: плюс нужно "брать" с ближайшего аккумулятора, а минусовой контакт с диагонально расположенного. Чтобы аккумуляторные батареи было удобно обслуживать и монтировать их размещают на металлических стеллажах.

  Любой 12-ти вольтовый моноблок состоит из 6 блочков по 2В. В связи с этим чтобы набрать блок аккумуляторов большой емкости рекомендуется не параллельное соединение 12-ти вольтовых моноблоков, а последовательное соединение 2-х вольтовых блоков большой емкости. Ресурс такой «сборки» значительно выше. Кроме того большинство производителей не рекомендует параллелить более 4-х цепочек. Это связано с проблемой разбалансировки и вытекающей из этого различной степени старения отдельных аккумуляторов. Но например германский концерн Sonnenschein разрешает коммутировать параллельно до 10 цепочек. При расчете ФЭС обычно закладывается такая емкость аккумулятора, чтобы после автономии в течении заданного количества пасмурных дней в условиях отсутствия заряда из вне, глубина разряда аккумулятора не превысила 50%, а лучше 30%. Впрочем эти цифры не догма, и все зависит от конкретного проекта. Подробнее об этом можно прочесть в разделе «Расчет фотоэлектрической системы». Правильная эксплуатация аккумуляторной батареи подразумевает соблюдение:

1) Значений зарядных и разрядных токов не выше их номинала. Разряд АКБ недопустимо большим током приведет к быстрому износу пластин и преждевременному старению АКБ. Заряд же большим током снижает объем электролита. Причем в герметичных АКБ выкипание электролита необратимо- АКБ высыхает и погибает.

2) Глубины разряда аккумулятора. Глубокие разряды, а тем более систематические, причина частой замены аккумуляторных батарей и удорожания системы. Типичный график взаимозависимости глубины разряда АКБ и количества циклов заряда/разряда расположен ниже.

3) Величин напряжений стадий заряда и внесение температурной компенсации в эти напряжения при нестабильной температуре в аккумуляторной. На странице контроллеры заряда это описано более подробно. По напряжению аккумулятора невозможно точно определить уровень её заряда, но можно сделать оценку уровня заряда. Таблица ниже показывает эту связь.

 Тип АКБ  25%  50%  75%  100% 
 Свинцово-кислотная   12,4 12,1 11,7 10,5
Щелочная 12,6 12,3 12,0 10,0

 

Напряжения различных стадий заряда также зависят от температуры. Производители указывают температурный коэффициент в документации на продукцию. Обычно этот коэффициент лежит в пределах 0.3-0.5В/градус:

 Температура батареи, Co   Напряжение, В 
0 15,0
10 14,7
20 14,4
30 14,1

 

  Температура внешней среды оказывает существенное влияние на параметры акккумулятора. Работа аккумулятора при высоких температурах резко сокращает ресурс АКБ. Это связано с тем, что все негативные химические процессы ускоряются при повышении температуры. Повышение температуры аккумуляторной батареи всего лишь на 10°С ускоряет коррозию в 2(!) раза.Таким образом аккумулятор, эсплуатируемый при 35°С проживет в 2 раза меньше, чем такой же точно АКБ при 25°С. Следующий график показывает зависимость ресурса аккумулятора от его температуры.

  Не нужно забывать о том, что аккумуляторы нагревается при заряде, и его температура может превышать температуру в помещении на 10-15°С. Особенно это заметено, когда идет ускоренный заряд большим током. Поэтому не рекомендуется располагать аккумуляторы вплотную друг к другу, затрудняя естественный обдув и охлаждение.

  Следующим параметром свинцово-кислотных АКБ является саморазряд. При хранении в стандартных условиях(20°С) аккумуляторы обычно разряжаются со скоростью 3% в месяц. Длительное хранение без подзаряда приводит к сульфатации отрицательных пластин. Периодической подзарядки 1-2 раза в год достаточно для поддержания АКБ в хорошем состоянии. Повышенная температура ускоряет саморазряд. Следующий график иллюстрирует зависимость саморазряда от температуры.

  Рассчитывая систему, нужно помнить о том, что разрядные характеристики АКБ нелинейны. Это значит, что разряд аккумулятора током в 2 раза большим током не сократит время нагрузки в 2 раза. Такая зависимость верна лишь для малых токов. Для больших токов необходимо использовать для расчета таблицы разрядных характеристик, предоставляемые производителем. Ниже располагается для примера одна из таких таблиц.

  В двух словах о тестировании аккумуляторов. Самыми простыми являются КТЦ(контрольно-тренировочный цикл), проверка плотности электролита ареометром и тест при помощи нагрузочной вилки. К более современным методам относятся всевозможные тестеры емкости. Все методы имеют свои плюсы и минусы. КТЦ отнимает много времени, и к тому же АКБ необходимо выводить из эксплуатации. Проверка уровня и плотности электролита не дает полной картины. Качественные тестеры тестируют АКБ за 3-5 секунд, разряжать аккумулятор не нужно, но такие тестеры очень дорогие. В зависимости от назначения системы мы применяем в нашей практике АКБ таких производителей как Sonnenschein, Fiamm, Haze, Rolls, Trojan, Ventura, Shoto, Delta. Эти компании производят очень широкий перечень продукции и возможно подобрать АКБ для любого проекта.

  

  В связи со значительным снижение цен на солнечные панели за последние 2-3 года, АКБ стали самым дорогостоящим элементом ФЭС, имеющим их в своем составе. Их первоначальная стоимость велика, и к тому же они являются практически расходным материалом. Из этого следует, что нужно обращать особое внимание на выбор АКБ для проекта, а также последующую правильную их эксплуатацию. Иначе стоимость системы будет расти как снежный ком. Обычно в документации к АКБ производители указывают срок службы в буферном режиме и при идеальных условиях экплуатации(температура 20°С, редкие неглубокие разряды, постоянный оптимальный заряд). Даже в резервной системе такие условия обеспечить очень трудно. А в автономном режиме картина совершенно иная. Постоянный заряд/разряд - это очень тяжелые условия работы.

  Подводя итог ко всему вышесказанному перечислим факторы снижающие ресурс АКБ

• Перезаряд. Он опасен выкипанием электролита. Этого не допустит контроллер заряда или зарядное устройство инвертора;
• Систематический недозаряд. Необходимо 1-2 раза в месяц производить заряд АКБ на 100%;
• Глубокий разряд. Не нужно глубоко разряжать АКБ. Это может предотвратить контроллер заряда или инвертор с настройкой напряжения отключения генерации или иное стороннее  устройство. Не так страшен глубокий разряд, как хранение разряженного АКБ. АКБ нужно немедленно заряжать после глубокого разряда;
• Разряд АКБ непомерно большими токами. Нагрузки с пусковыми токами нужно учитывать при расчете емкости АКБ. В противном случае пластины внутри АКБ неравномерно истоньшаются и аккумулятор придет в негодность  преждевременно;
• Заряд АКБ чрезмерными токами (более 20% емкости) "высушивает" аккумулятор и сокращает срок его службы. Особенно критичны к этому GEL аккумуляторы. Ознакомьтесь на этот счет с рекомендациями производителя;
• Высокая температура при эксплуатации. Оптимальная для аккумулятора температура 20-25°C. При температуре 35°C ресурс аккумулятора уменьшается в 2 раза.

  Чтобы сделать попытку восстановить "убитые" АКБ рекомендуется заряжать их очень малым током(1-5% емкости), а затем разряжать большим током(до 50% от емкости АКБ). Эта процедура разрушает слой окисла на пластинах и есть небольшой шанс восстановить часть емкости АКБ. Таких циклов нужно провести не менее 5-10. "Каталог аккумуляторных батарей" предлагаемых нами находится здесь. В ходе обсуждения заказа могут быть предложены и другие марки АКБ, не включенные в каталог.

 

      Бережно относитесь к аккумуляторам и они будут служить Вам положенный срок, а не попадут на свалку раньше времени!

 

www.solbat.su

Большая емкость АКБ — польза или вред — DRIVE2

На вопрос, можно ли устанавливать на автомобиль АКБ большой емкости однозначного ответа нет. Не существует четких параметров зависимости мощности генератора и емкости аккумулятора. И сами производители устанавливают на разные автомобили с одинаковым генератором различные АКБ. Емкость аккумулятора в первую очередь определяется мощностью стартера.

В качестве примера рассмотрим "Таврию" и "Жигуль". Штатные аккумуляторы Киев для "Таврии" имеют емкость 44 А*ч. На "Жигуль" с таким же генератором устанавливается АКБ varta silver емкостью 61 А*ч. А "Волгу" с аналогичными параметрами завод-изготовитель комплектует АКБ 60 или 66 А*ч, так как у автомобилей разная мощность двигателя, а следовательно и отнимаемая стартером мощность.

Относительно максимальной предельной емкости также нет четких условий, но есть параметры, которых необходимо придерживаться. С одной стороны, если вместо АКБ емкостью 55 А*ч установить исправный и заряженный более емкий аккумулятор, он не выведет генератор из строя однозначно, но чем больше превышение штатной емкости, тем больше вероятность того, что наступят условия (выход "банки" из строя, большая разряженность) при которых действительно произойдет перезагрузка генератора.

Нельзя однозначно утверждать, что установка АКБ какой-то емкости может привести к перезагрузке генератора. В каждом конкретном случае необходимо рассматривать целый ряд условий ( степень разряженности, емкость, обороты двигателя, исправность АКБ, предельно допустимый ток отдачи и характеристики генератора).

На самом деле скорее не разумно устанавливать АКБ большой емкости, так как устанавливаемый заводом-изготовителем аккумулятор имеет достаточный запас, обеспечивающий:

— достаточный срок плановой работы;
— запас пусковых свойств с учетом всех осложняющих обстоятельств;
— резервный запас емкости для того, чтобы доехать до стоянки с вышедшим из строя генератором;
— поддержка напряжения бортсети при отрицательном балансе;
— питание всех приборов при неработающем двигателе.

Есть смысл ставить емкий АКБ только на автомобили, имеющие источники мощного потребления энергии при выключенном двигателе (вибромассажеры. мощная аудиосистема, подогрев сидений и так далее). Но также в пределах разумного и не 180 А*ч.

Почему не рекомендуется оставлять аккумуляторную батарею не заряженной?

Заряд разряженных автомобильных аккумуляторов нужно начать не позже, чем через 12 часов, в крайнем случае, через 24 часа после завершения разряда.

Когда разряженные на 50% или полностью разряженные аккумуляторы оставлять на долгое время в отсутствии заряда, то возникает сульфатация батареи. Крайне интенсивен процесс сульфатации губчатого свинца на отрицательных пластинках. Большое количество мелких частичек свинца (неиспользованного при разряде) вследствие большой плоскости соприкосновения с кислотой сульфатируются.

При этом происходит малозаметное выделение водорода. Также важно понимать, что чем больше температура и плотность электролита в АКБ, тем данный процесс проходит скорее.

В глубине пор активной массы пластинок вырастают кристаллы сульфата. Из мелкозернистого он преображается в более крупнокристаллический, практически не поддающийся возобновлению при следующих зарядах.
avto-akkumulyatory.com.ua/akkumulyator.html

www.drive2.ru

Аккумулятор с ёмкостью больше штатной: когда можно ставить и когда нельзя?

Даже в наши просвещенные времена в народе живет и не думает умирать популярный гаражный миф, согласно которому установка аккумулятора с емкостью, выше паспортной, считается опасной. Дескать, стартер сгорит, а генератор надорвется, ибо электросистема автомобиля «рассчитана на аккумулятор определенной емкости».

Однако на самом деле емкость аккумулятора может быть любой! 

Можно в два раза больше, можно в три. В пять. В десять. Сколько влезет. Лишь бы не меньше штатной. Если взбредет в голову такая блажь, можно поставить в багажник Daewoo Matiz «грузовой» аккумулятор на 12 вольт/225 ампер-часов, массой около 60 килограммов, и вывести толстые провода от него в моторный отсек. И даже в таком случае никаких проблем в электросети автомобиля не возникнет – ни со стартером, ни с  генератором. Стартер будет исправно крутить, точно так же, как и с родным матизовским АКБ емкостью 35 ампер-часов. А генератор – заряжать.

Почему так? Все очень просто!

Сгорит ли стартер?

Сперва об «опасности сжечь стартер». Выразимся не совсем технически, но понятно – не батарея дает стартеру ток изо всех своих сил, а стартер берет его у батареи – столько, сколько ему нужно. 

Обладая постоянным собственным сопротивлением, он берет от аккумулятора ток, согласно классическому закону Ома – напряжение батареи делится на сопротивление стартера. И если, скажем, стартер того же Матиза потребляет ток 100 ампер (условно) от родной 12-вольтовой батареи емкостью 35 ампер-часов и размером с пакет молока, то те же 100 ампер (а не двести, не триста и т.п.) он возьмет и от огромной 60-килограммовой 225-амперчасной батареи, вытащенной гипотетически из какого-нибудь грузовика (при условии, что она тоже 12-вольтовая, разумеется).

Будет ли недозаряд?

Теперь об «опасности недозаряда». В рамках того же популярного мифа многие считают, что если штатный аккумулятор автомобиля заряжается генератором исправно, то с увеличенной емкостью батарея будет всегда недозаряженной. И это тоже категорически не так! 

Стартер (как и любые прочие электропотребители автомобиля) обладает постоянными и неизменными характеристиками «аппетита» — перейдем уж полностью на кулинарную терминологию для простоты. И если представить количество энергии в полностью заряженном аккумуляторе, как некий объем воды, то для запуска двигателя стартер «выпьет» из батареи, скажем, один «литр». А генератор этот «литр» восполнит минут за десять поездки. И нет никакой разницы – откуда этот «литр» будет взят и куда возвращен – из емкости объемом 35 «литров» или из емкости 225 «литров»!  

Для чего нужна повышенная емкость?

А, собственно, в идеальных условиях она и… не нужна! Если генератор и электропроводка автомобиля исправны, а поездки регулярно восполняют затраченный стартером объем энергии, то можно годами ездить, вообще не интересуясь состоянием аккумулятора – как будто его нет.

Но это идеальная ситуация, в жизни встречающаяся редко. На деле батареи в машинах большинства жителей городов всегда находятся в состоянии небольшого перманентного недозаряда. Завели машину (отняли часть запаса энергии батареи), поехали, встали в пробку. На холостых оборотах работа генератора малоэффективна, а если включить свет, печку, разные обогревы и прочее, то аккумулятор вообще перестает пополняться.

В итоге, если вернуться к литрам воды, изображающим энергетическое содержимое аккумулятора, то за поездку был затрачен, скажем, «литр», а возвращено 0,7. И так каждый день. Если ничего не предпринимать (а нужна либо зарядка аккумулятора внешним зарядным устройством, либо хотя бы хорошая дальняя поездка с ветерком и без пробок), то через какое-то время в один далеко не прекрасный день вы просто не заведете мотор. 

А с батареей увеличенной емкости? Тоже не заведете! Но только случится это позднее. На неделю. На две. Или на месяц. В зависимости от объема емкости сверх нормы и многих других факторов. Срок прибавки не спрогнозировать. Но этот временной «бонус» может очень здорово помочь – возможно, в течение него, к примеру, выдастся дальняя поездка. Или вовсе весна наступит…

А когда нельзя поставить батарею повышенной емкости?

Препятствия часто могут быть чисто геометрические. Это на Волге или старом УАЗе под капотом был запас свободного места на вдвое большую батарею, а на многих современных машинах место под аккумулятор ограничено весьма жестко – влезает аккумулятор со строго определенными габаритами длины, ширины и высоты, и все. И в этих параметрах вам, скорее всего, удастся купить только батарею той же емкости, что и была. Ну, максимум на пять ампер-часов больше…

Совсем другая история — когда батарею увеличенной емкости поставить физически возможно, но «просто взять и заменить» нельзя – после замены требуется внести изменения в настройки системы управления двигателем! «Что за бред?!» – спросил бы технически грамотный автовладелец лет, эдак, десять-пятнадцать назад. И был бы прав – это действительно звучит как бред, ибо раньше система зарядки аккумулятора от генератора была полностью самодостаточной и автономной, и «мозги» автомобиля не вмешивались в этот процесс. На бюджетных машинах в массе своей так, в общем-то, и осталось, но в современных авто от среднего класса и выше процесс зарядки батареи все чаще комплексно контролирует умная электроника, «менеджер бортовой электросети». 

Работает это так: на проводе, идущем от аккумулятора к генератору, стоит датчик силы и направления тока, по которому «мозги» определяют количество энергии, идущее от аккумулятора (разряд) и обратно (заряд). А поскольку в память управляющей программы занесено значение штатной емкости батареи, она всегда в режиме реального времени знает, до какой степени реально наполнен аккумулятор. 

Знание состояния аккумулятора важно на автомобиле с развитой электрикой и электроникой – с опцией «старт-стоп» и прочими сервисами. К примеру, система может отследить существенное снижение уровня заряда батареи из-за длительного движения в пробках с множеством включенных мощных электропотребителей, и в какой-то момент по своему разумению отключить часть из них принудительно. Обычно что-то необязательное, типа обогрева заднего стекла или сидений. Восстание машин? Нет, забота! Чтобы вы завтра наутро завели мотор, а не бегали с проводами в поисках прикуривальщика… 

Также система может снизить напряжение в бортсети, подав команду на генератор, если аккумулятор полностью заряжен, дабы уменьшить выкипание воды из электролита и продлить батарее жизнь. Есть еще много разных ситуаций, в которых задействован «менеджер электричества», но основа его корректной работы – знание реальной емкости батареи. 

Если вы просто поставите АКБ увеличенной емкости, весь контроль потоков энергии к батарее и от нее пойдет насмарку, ибо рассчитываться все будет исходя из иной начальной емкости, неверной. Поэтому эти данные нужно запрограммировать в систему – вот только, к сожалению, для этого обычно требуется дилерский софт и диагностическое оборудование. Конечно, если вы где-то в глуши, вдали от официального сервиса были вынуждены купить и самостоятельно поставить батарею иной емкости, нежели была, ничего страшного прямо сразу не случится – вы заведете мотор, поедете, и все системы управления, комфорта и безопасности будут исправно работать. Но заехать в ближайшее время к дилеру и «прописать» в системе новую батарею все же стоит.

Опрос

У вас аккумулятор какой ёмкости?

Всего голосов:

www.kolesa.ru

8250 миллиампер-часов китайской дичи, или повышенная ёмкость по-шеньчженьски / Habr

«Ох Китай, прямо дичь какая то!»
Х/ф «Даунхаус»

Поводом написать эту статью стала покупка вот такого монстра:

Этот уникальный товар был назван маркетологами "Усиленная батарея-аккумулятор большой повышенной емкости 8250 mAh BN41 для телефона Xiaomi Redmi Note 4 + гарантия". Родной оригинал Xiaomi обладал жалкими 4100 мАч.

Предварительный звонок в магазин с целью выяснить реальная ли это емкость, а не накрученные китайские миллиампер-часы, дал повод зародиться хрупким росткам надежды. Да, емкость реальная, да, габариты батарейки соответствуют размерам оригинала, и да, гарантия 100%.

Надо сказать, что новый аккумулятор я уже купил, но аппетит приходит во время еды и я страстно возжелал 8250 мАч настоящей автономии. Еще бы, это хорошая замена среднему повербанку. Такая емкость позволит почти всю рабочую неделю не брать в руки зарядку и навсегда забыть про эпизоды магического превращения телефона в кирпич в самый неподходящий момент.

Поиски аналогов на алиэкспрессе, и в других злачных местах не увенчались успехом, и бьюсь об заклад, у вас найти этот экземпляр в продаже тоже не получится (если получится, сообщите). На третий день у меня сложилось стойкое ощущение, что я попал в Тайный клуб покупателей. За изделие просили три обычных цены, но двойная автономия стоит того — думал я.

На четвертый день заказ был сделан, получен, проверен и оплачен. Слюни текли…

После установки батарейки в ней обнаружилось 25% заводского заряда. При разряде в ноль приложение Accu​Battery показало 1259 мАч настоящего шеньчженьского электричества. (Прошу простить внезапную рекламу, просто я не нашел других приложений которые программно вычисляют емкость аккумулятора при разрядке.)

Что же, начало неплохое — уже 5000 мАч полной емкости, и, наверно, получится еще раскачать до 6000. Такие сны снились мне, когда я воткнул в розетку зарядку-тестер-телефон и уснул.

Утром я испытал шок и фрустрацию. Тестер показывал 2543 мАч!

Более опытный энергетик на этом решил бы, что эксперимент пора сворачивать. Но на меня произвела впечатление памятка, не лишенная нравоучений и перлов, которую прозорливый маркетолог приложил к заказу.

Цитата из сопроводительной памятки магазина:

Если после покупки АКБ, поэксплуатировав ее 1 день, покупатель считает, что АКБ мало держит и таким образом является ненадлежащего качества, то в данных ситуациях наш магазин рекомендует вспомнить про 3-5 циклов зарядки-разрядки (после покупки аккумулятора первые 3-5 зарядов-разрядов рекомендуется выполнить полностью).

После прочтения такой глубокомысленной нотации я вспомнил про давно забытые 3-5 зарядов, и решил что чахлый китайский литий пора потренировать! Все знают, что даже китайские дети с утра делают зарядку, а после обеда идут ее продавать. А еще пришла на ум мысль, что вдруг там какие-то нанотехнологии с вирусом табачной мозаики или космические инновации.

По итогам тренировок получилась такая таблица:

Цикл Заряд аппаратный Заряд программный Разряд программный
1 2543 2685 3303
2 2895 3286 3208
3 2789 3198 3275
4 2875 3250 3242
Аппаратный тестер всегда показывает меньше чем программный (видимо из-за разницы в напряжениях после преобразования DC-DC). Не исключено что секрет кроется все там же, ведь тестер сделан в Китае. Разряд аппаратным тестером не померить, поэтому привел только программный.

Для тех кто родился раньше 2000 года, порекомендую не вспоминать о 3-5 циклах зарядки и тренировках литий-ионных аккумуляторов вообще.

Я мог бы написать пару теплых слов о Shenzhen Jiayuantong Science and Technology Co., Ltd — производителях этого изделия, но раз у них в названии есть слово «наука», то будем думать что виноваты не они, а перекупщики батареек которые переклеивают наклейки.

В соответствии со сложным обрядом возврата товара с гарантией 100%, написал заявление в магазин и отправил по почте. Сижу жду.

Может они деньги вернут, а вдруг?

habr.com

Аккумуляторы повышенной емкости для смартфонов — правда или миф?

Низкая автономность — бич большинства современных смартфонов: мы радуемся уже тому, что гаджет доживает до вечера, а уж о работе в течении пары дней можно только мечтать. Конечно, способов решения проблемы хватает: есть и различные пауербанки, есть смартфоны с аккумулятором на 5000, 10000 и даже 18000 мАч, а также смартфоны, которые способны за 20 минут зарядки в обед набрать 50% емкости, позволяя им дожить до вечера.

Увы — сложно назвать эти решения проблемы удобными: пауербанк и провод для него занимают место и их нужно постоянно носить с собой, да и пользоваться смартфоном на зарядке не очень-то и удобно. Смартфоны с огромными аккумуляторами зачастую представляют собой увесистые кирпичи, нередко толще многих ноутбуков — пользоваться ими тоже неудобно. Ну а для быстрой зарядки опять же требуется специальный зарядный блок, который придется носить с собой. И отсюда возникает вполне логичный вопрос — а есть ли способ продлить время автономной работы смартфона, не прибегая к таким крайностям? Ответ — да, и это — аккумуляторы повышенной емкости, и ниже в виде вопросов и ответов я постараюсь рассказать о них все.

Аккумуляторы повышенной емкости — старая байка от китайцев, на деле это оригинальная батарея с другой этикеткой

Действительно, возможно кто-то еще помнит развод от китайцев, когда те предлагали аккумуляторы для старых iPhone (4, 4s, 5) с емкостью в ~2500 мАч, то есть почти вдвое больше, чем стоит внутри:

Увы, на практике под красивой золотой наклейкой скрывалась обыкновенная батарея, в лучшем случае б/у оригинальная, в худшем — китайская копия. Очевидно, ни о каком увеличении времени автономной работы вдвое речи не шло, а положительные отзывы шли из-за того, что зачастую такой аккумулятор все же имел большую емкость, чем изношенный в смартфоне, что и продлевало время автономной работы.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что многие сомневаются в существовании усиленных аккумуляторов, однако я развею сомнения — они действительно есть:

Емкость оригинального аккумулятора для iPhone 6s Plus составляет порядка 2750 мАч, а усиленного — уже около 3200, то есть увеличение емкости больше чем на 15% — вполне себе приятный бонус. Справа — скриншот с OnePlus 3: оригинальная батарея для него имеет емкость 3000 мАч, а усиленная — порядка 3800, что дает 25% прирост емкости!

А для каких смартфонов существуют аккумуляторы повышенной емкости?

Чем популярнее смартфон, чем выше шанс, что под него будет такой аккумулятор: так, они есть под большую часть iPhone, начиная с 5s (производитель Nohon или Craftmann — первый есть на Ali и предлагает большую емкость), некоторые Samsung, Xiaomi (обычно переделки из других АКБ), а также OnePlus. Для своего смартфона лучше уточнить в теме, связанной с автономной работой, на форуме 4pda или аналогичных.

На какое увеличение емкости можно рассчитывать?

Обычно от 10 до 25%, что достаточно существенно. Помните, если вы видите на том же Ali батарею с емкостью в 2-3 раза выше, чем оригинал, и с такими же размерами — это точно фейк, ибо физику не обманешь.

С какими проблемами можно столкнуться при установке?

Очевидно, аккумуляторы повышенной емкости больше по габаритам — обычно по толщине. В случае с iPhone проблем не будет, Apple оставила существенный зазор (так, оригинальный АКБ ниже уровня платы). С другими смартфонами — как повезет: например, в случае с OnePlus 3 производитель оставил минимум места под батарею, так что усиленное решение, которое толще на 1 мм, заставляет экран немного выпирать:

В случае со старыми Samsung приходится менять съемную заднюю крышку.

С какими проблемами можно столкнуться при использовании?

Самая распространенная проблема — это неравномерный разряд, что достаточно очевидно с учетом того, что в прошивку может быть заложена емкость оригинального аккумулятора. В случае с iPhone это обычно выглядит как долгое время работы при 1% заряда — до 20-30 минут. Также в настройках iPhone вы не сможете посмотреть износ батареи — вместо него будет прочерк, и система будет рекомендовать его заменить. При этом будет активирован режим пиковой производительности, то есть в быстродействии вы не потеряете:

Что насчет качества таких аккумуляторов?

Оно очень разное: если тот же Nohon — это достаточно крупный производитель, отвечающий за качество, то те же «банки» для OnePlus делаются неизвестным производителем, и сложно оценить его качество. Поэтому все действия производим на свой страх и риск — не исключено, что в один прекрасный момент такой АКБ вздуется, и уж точно никто не гарантирует, что через 200 циклов он не потеряет половину емкости.

Почему производители смартфонов сразу не ставят аккумуляторы большей емкости?

Тут сразу два момента: во-первых, мы все помним, что проблемы у Samsung Galaxy Note 7 были в том, что аккумулятор не прошел сертификацию и не подходил по размерам в то место, которое ему отвели в корпусе. Поэтому производители скорее будут уменьшать батареи, чем захотят повторения ситуации как с этим смартфоном. Во-вторых, не забываем про запланированное устаревание: за полтора-два года аккумулятор потеряет 20% емкости, и если его уже при покупке хватало впритык, то с 80% полезной емкости вы точно пойдете его менять — а это принесет деньги производителю. Имея же АКБ с емкостью на 20% больше, вы через два года всего-то вернетесь к исходной, и едва ли захотите менять батарею.

Так стоит ли в итоге ставить такие батареи?

В случае с iPhone — однозначно: никаких конструктивных проблем при ее установке не будет, все ровно также, как если бы вы поменяли старый аккумулятор на новый оригинальный. Плюс тот же Nohon или Craftmann существуют на рынке достаточно долго и зарекомендовали себя как хорошие производители АКБ. Что касается остальных смартфонов, то тут уже на свой страх и риск: нашли АКБ от известного производителя, и он без проблем помещается внутри вашего гаджета? Имеет смысл его поставить. Нашли непонятный «noname», который даже немного не помещается? Я бы рекомендовал подождать хотя бы полгода, чтобы накопились отзывы пользователей.

www.iguides.ru

Электрический аккумулятор — Википедия

Зарядное устройство «Duracell», для заряжания как аккумуляторов типоразмеров AA и AAA (видны пружинные прижимы для них), так и аккумуляторные батареи типа «Крона». Во время зарядки горят индикаторы

Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента: например, аккумулятор, аккумуляторная банка, аккумуляторная ячейка. Но, в разговорной речи на бытовом уровне может также применяться в отношении нескольких отдельных элементов, соединённых последовательно (для увеличения напряжения) или параллельно (для увеличения силы тока) друг с другом, то есть для обозначения аккумуляторной батареи.

Первый прообраз аккумулятора, который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества[1].

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуля́торную батаре́ю.

Свинцово-кислотный аккумулятор[править | править код]

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в растворе серной кислоты.

Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}
PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}
Литий-ионный аккумулятор[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который внедряется (интеркалируется) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи (например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMO2) и соли (LiMRON) металла).

Алюминий-ионный аккумулятор состоит из металлического алюминиевого анода, катода из графита в виде пены и жидкого ионного невоспламеняющегося электролита. Батарея работает по принципу электрохимического осаждения: происходит растворение алюминия на аноде, далее в среде жидкого электролита анионы хлоралюмината интеркалируют в графит. Количество возможных перезарядок батареи — более 7,5 тыс. циклов без потери мощности[2][3].

Ёмкость аккумулятора[править | править код]

За ёмкость аккумулятора чаще всего принимают количество электричества равное 1 Кл, при силе тока 1 А в течение 1 с, (при переводе времени в часы получаем 1 А*ч=3600 Кл). Однако принимают, а не измеряют. Существует распространенное заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, т. к. в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; по формуле Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (килокулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минут. Как видно 55 А*ч — это не ёмкость (электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения.[источник не указан 1156 дней]

Плотность энергии[править | править код]

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма или единицу веса аккумулятора (см. ст. Плотность энергии).

Саморазряд[править | править код]

Саморазряд — это потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а после — замедляется.

Для Ni-Cd аккумуляторов считают допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки. Для Ni-MH саморазряд чуть меньше. У Li-ion он пренебрежимо мал и значительно себя проявляет только в течение нескольких месяцев.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при 20°С, 15 % — при 5°С. Если температуры хранения более высокие, то саморазряд возрастает: батареи при 40°С теряют ёмкости 40 % всего за 4-5 месяцев.

Температурный режим[править | править код]

Следует беречь аккумуляторы от огня и воды, чрезмерного нагревания и охлаждения, резких перепадов температур.

Не следует использовать аккумуляторы при температурах выше +50°С и ниже −25°С. При эксплуатации аккумулятора в условиях «холодной зимы» рекомендуется его снимать и хранить в тёплом помещении. Нарушение температурного режима может привести к сокращению срока службы или потере работоспособности.

Тип аккумулятора[править | править код]

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами. Различают следующие:

  • Cn-Po — Графен-полимерный аккумулятор.
  • La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор
  • Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 V), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов
    • Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 V), на базе LiCoO2, технология в процессе освоения
    • Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 V), полимер в качестве электролита
    • Li-Ft — литий-фторный аккумулятор
    • Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 V) на базе LiMn2O4
    • LiFeS — литий-железно-сульфидный аккумулятор (1,35 V)[источник не указан 755 дней]
    • LiFeP или LFP — Литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO4
      • LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатный (Добавка иттрия для улучшения свойств)
    • Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (3,2 V) на базе Li4Ti5О12
    • Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 V)
    • Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 V)
    • LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор
  • Fe-air — железо-воздушный аккумулятор
  • Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 V)
  • Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 V), высокотемпературный аккумулятор
  • Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 V)
  • Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 V)
  • Ni-H2 — никель-водородный аккумулятор (1,5 V)
  • Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 V)
  • Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 V)
  • Pb — свинцово-кислотный аккумулятор (2 V)
  • Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор
  • Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 V)
  • Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 V)
  • Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 V)
  • Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор
  • Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор
  • RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 V)[источник не указан 1083 дня]
  • Ванадиевый аккумулятор (1,41 V)[источник не указан 1083 дня]
  • Алюминиево-графитный аккумулятор (2 V)[источник не указан 1083 дня]
  • Алюминиево-ионный аккумулятор (2 V)[4]

Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

Тип ЭДС (В) Область применения
свинцово-кислотные

Pb

2,1 троллейбусы, трамваи, воздушные суда, автомобили, мотоциклы, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания
никель-кадмиевые

Ni-Cd

1,2 замена стандартного гальванического элемента, строительные электроинструменты, троллейбусы, воздушные суда
никель-металл-гидридные

Ni-MH

1,2 замена стандартного гальванического элемента, электромобили
литий-ионные

Li‑ion

3,7 мобильные устройства, строительные электроинструменты, электромобили
литий-полимерные

Li‑pol

3,7 мобильные устройства, электромобили
никель-цинковые

Ni-Zn

1,6 замена стандартного гальванического элемента

Форм-факторы[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор форм-фактора 18650
Внешний аккумулятор[править | править код]

Внешний аккумулятор (аккумуляторная батарея) (англ. power bank) — устройство для многократной подзарядки мобильного устройства (телефона, смартфона, планшетного компьютера) при отсутствии источника переменного тока (электросети).

Причиной появления этих устройств стало то, что при активном использовании современных смартфонов и планшетов заряда их аккумуляторов хватает на сравнительно короткое время — полдня или день. Для их зарядки в полевых условиях и были разработаны портативные аккумуляторы[5][6]. Типичный вес таких устройств — от нескольких сотен грамм, ёмкость от нескольких тысяч мА*ч до 10-20 А*ч[7]. С их помощью можно зарядить телефон 2-3 раза. Чаще всего они предоставляют для подключения порт USB. Некоторые из них имеют разъёмы или переходники для популярных разъёмов мобильных телефонов. Внешние аккумуляторы больших ёмкостей могут иметь переходники для зарядки ноутбуков. Иногда на внешних аккумуляторах имеется индикатор заряда или встроенный светодиодный фонарик.

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство. В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Если в первом случае обычно есть возможность выбирать между бюджетным устройством «стандартного» заряда и зарядным устройством с контролем заряда (капельный заряд, импульсный заряд, ускоренный заряд с контролем напряжения и т. д.), то во втором случае изделие комплектуется, как правило, с трансформаторным источником питания для зарядки постоянным током, что при несоблюдении технических условий эксплуатации аккумулятора снижает срок его службы.

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов (NiMH, NiCd), можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый стандартным, рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов[править | править код]

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора[8].

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Первые смартфоны с поддержкой подобной технологии вышли в 2013 году. Тогда производители увеличивали напряжение блока питания, чтобы добиться заметных результатов — скорость вырастала на 30-40 % по сравнению со стандартной (медленной) зарядкой.

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Технология от OPPO — SuperVOOC — позволяет зарядить смартфон почти на 30 % всего за пять минут.[9]

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

ru.wikipedia.org

Что будет, если поставить в машину аккумулятор большей ёмкости

Миф гласит о том, что нельзя ставить в автомобиль аккумуляторную батарею меньшей или большей емкостью, чем указано производителем автомобиля. Мол, батарея будет всегда недозаряженная и быстро выйдет из строя, поэтому надо покупать ровно такой аккумулятор, который стоял с завода. Раз написано 55 Ач, такой и надо брать.

А что на самом деле?

</a></div>

Больше или меньше?

На самом деле, если поставить вместо аккумулятора на 55 Ач батарею с ёмкостью 65 Ач ничего страшного не произойдет. Строго говоря, вообще ничего необычного не произойдет. Генератор как работал, так и будет работать, никакие нагрузки не увеличиваются. А миф этот родился просто по незнанию банальных вещей и физики.

Установи вы хоть в два раза более емкий аккумулятор, ничто не помешает ему заряжаться полностью. Просто на это будет уходить больше времени. Судите сами: на запуск двигателя, подогревы всего и вся в машине вы взяли из аккумулятора 5 Ач. Чтобы восстановить заряд, генератор отдаст аккумулятору те же 5 Ач. От емкости вообще ничего не зависит.

Понять происходящее поможет аналогия с бензобаком. Вместо 45-литрового бака, вы поставили 80-литровый. Говорит ли это о том, что вы будете все время ездить с полупустым баком? Нет, конечно. Сколько бензина зальете, столько и будет. Залить больше 80 не получится, но вот залить больше стандартных 45 — запросто.

Более того, когда производители делают адаптацию машин для российских условий, они тоже ставят аккумуляторы большей ёмкости. И ничего другого при этом не меняют. Так что не бойтесь.

Стоит ли переплачивать?

Тут, конечно, возникает другой вопрос — зачем вообще ставить аккумулятор больше ёмкости, ведь он дороже?

Но ответ, как мне кажется, очевиден. Кто-то просто любит ставить всё с запасом. Кто-то перестраховывается из-за того, что появились какие-то дополнительные потребители энергии. Кто-то ставит аккумулятор повышенной ёмкости, потому что живет в суровом северном климате и заряда стандартного аккумулятора часто не хватает.

Бывает, что ставят аккумулятор чуть большей ёмкости те, кто часто ездит по городу короткими поездками, генератор просто не успевает вернуть заряд в аккумулятор, и человек подзаряжает аккумулятор от сторонней подзарядки (чтобы делать это реже как раз и нужна большая емкость).

Уменьшаем «батарейку»

Ещё один вопрос — что будет, если поставить аккумулятор меньшей ёмкости? Некоторые считают, что если аккумулятор будет меньшей ёмкости, чем написано в мануале — и было с завода, — то аккумулятор будет закипать, перезаряжаться и вообще долго не прослужит.

Всё это снова бред. Ничего такого не будет. Просто аккумулятор будет заряжаться быстрее, а его ёмкости хватит на меньшее число пусков двигателя. Зимой может не хватить даже на один пуск.

Это легко доказывается примером из практики. Не секрет, что со временем любой аккумулятор теряет ёмкость, но полным-полно примеров, когда люди ездят на одном аккумуляторе 5−7 и даже 10 лет. Понятно, что ёмкость 10-летнего аккумулятора намного ниже ёмкости нового, но ведь ничего не происходит: генератор не ломается, электролит не закипает, пластины не крошатся в пыль. Единственное, что может произойти — однажды морозным утром машина не заведется.

[источники]
Источники:
https://svpressa.ru/auto/article/250343/

Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=55300.

masterok.livejournal.com

Российские ученые создали быстрозаряжаемые аккумуляторы с высокой емкостью

Исследователи из России показали, что на основе органических материалов и калия можно создавать аккумуляторы, не используя литий и другие редко встречающиеся элементы. Новые устройства высокоемки и охраняют стабильность при быстрой зарядке. Результаты работ опубликованы в журналах Journal of Materials Chemistry A, Journal of Physical Chemistry Letters и Chemical Communications.

Литий-ионные аккумуляторы сейчас широко используются для хранения энергии, в частности, в портативной электронике. Спрос на аккумуляторы стремительно растет, в том числе благодаря быстрому развитию электротранспорта, в разработку которого вкладывается все больше средств. Однако массовое использование литий-ионных аккумуляторов обостряет проблему ограниченности ресурсов, необходимых для их производства. Переходные металлы, такие как кобальт, никель и марганец, сравнительно редки и дорогостоящи, а также токсичны. Литий также не очень распространен. Согласно расчетам Исследовательского центра по энергетической экономике (FFE), нехватка литиевых запасов может стать проблемой уже в ближайшие десятилетия. В последнее время ученые предлагают заменять литий на более распространенные элементы с похожими химическими свойствами, такие как натрий и калий.

Достичь прогресса в этой области удалось ученым из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН, РХТУ и УрФУ. Результаты своих работ исследователи представили в трех статьях. Первая из них посвящена полимеру, содержащему гексаазатрифениленовые фрагменты. Материал оказался пригодным как для литиевых, так и для натриевых и калиевых аккумуляторов. Все три типа аккумуляторов можно заряжать примерно за 30–60 секунд, при этом их емкость не падает в течение тысяч заряд-разрядных циклов.

«Одним из плюсов органических материалов является их универсальность, — объясняет первый автор работы, аспирант Сколтеха Роман Капаев. — Механизмы окисления-восстановления органики слабо специфичны к природе противоионов. Это облегчает разработку альтернатив литий-ионным аккумуляторам: можно просто заменить дорожающий сейчас литий на натрий или калий, запасы которых вряд ли иссякнут когда-либо. Для неорганических материалов ситуация гораздо сложнее».

Недостаток полимерного катода на основе гексаазатрифенилена — невысокий рабочий потенциал. Это понижает энергоемкость аккумуляторов. Этого недостатка лишен второй материал, предложенный учеными, — полимер на основе дигидрофеназина, обеспечивающий увеличение среднего рабочего напряжения аккумуляторов с 1,6 до 3,6 вольт.

Значительной проблемой металл-ионных аккумуляторов, в особенности систем с металлическим анодом, является формирование металлических дендритов, которые, прорастая вглубь ячейки, вызывают ее короткое замыкание, которое может сопровождаться возгоранием и даже взрывом. Образования дендритов можно избежать, если использовать вместо чистых щелочных металлов их сплавы, жидкие при температуре работы аккумулятора.

Поэтому в третьей работе авторы использовали в качестве анода калий-натриевый сплав, нанесенный на углеродную бумагу. В качестве катодов они применили разработанные ранее редокс-активные полимеры. Оказалось, что такие аккумуляторы можно заряжать и разряжать менее чем за десять секунд. При этом один из полимерных катодов для калиевых аккумуляторов показал наибольшие энергоемкости, а второй — превосходную стабильность: потеря емкости составила всего 11% после 10 000 заряд-разрядных циклов. Аккумуляторы на основе обоих материалов продемонстрировали также рекордные мощностные характеристики, достигая показателей примерно в 100 000 Вт/кг, что соответствует режиму работы суперконденсаторов.

indicator.ru

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 25.06.2015 19:00
Автор: Abramova Olesya

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

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

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

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

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип

Применение

Обозначение

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

-20 … +40

3,2-4,2

280

никель-солевой

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Na/NiCl

-50 … +70

2,58

140

никель-кадмиевый

Электрокары, речные и морские суда, авиация

Ni-Cd

–50 … +40

1,2-1,35

40 – 80

железо-никелевый

Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления

Ni-Fe

–40 … +46

1,2

100

никель-водородный

Космос

Ni-h3

 

1,5

75

никель-металл-гидридный

электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Ni-MH

–60 … +55

1,2-1,25

60 – 72

никель-цинковый

Фотоаппараты

Ni-Zn

–30 … +40

1,65

60

свинцово-кислотный

Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.

Pb

–40 … +40

2, 11-2,17

30 – 60

серебряно-цинковый

Военная сфера

Ag-Zn

–40 … +50

1,85

<150

серебряно-кадмиевый

Космос, связь, военные технологии

Ag-Cd

–30 … +50

1,6

45 – 90

цинк-бромный

 

Zn-Br

 

1,82

70 – 145

цинк-хлорный

 

Zn-Cl

–20 … +30

1,98-2,2

160 – 250

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

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

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

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

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

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

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

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

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

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

Типы свинцово-кислотных батарей

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

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

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

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

    Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

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

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

    Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

     

     

     

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

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

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


    Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

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

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

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

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

    Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

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

Тип

LA

VRLA

AGM VRLA

GEL VRLA

OPzV

OPzS

Емкость, Ампер/час

10 – 300

1 – 300

1 – 3000

1 – 3000

50 – 3500

50 – 3500

Напряжение, Вольт

6, 12

4, 6, 12

2, 4, 6, 12

2, 6, 12

2

2

Оптимальная глубина разряда, %

 

30

<40

<50

<60

<60

Допустимая глубина разряда, %

 

<75

<80

<90

<90

<100

Циклический ресурс, D.O.D.=50%

 

<250-300

<1000

<1400

<3200

<3300

Оптимальная температура, °С

0 … +45

+15 … +25

+10 … +25

+10 … +25

0 … +30

0 … +30

Диапазон рабочих температур, °С

–50 … +70

–35 … +60

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

–40 … +70

Срок службы, лет при +20°С

<7

<7

5 – 15

8 – 15

15 – 20

17 – 25

Саморазряд, %

3 – 5

2 – 3

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1 – 2

Макс. ток заряда, % от емкости

10 – 20

20 – 25

20 – 30

15 – 20

15 – 20

10 – 15

Минимальное время заряда, ч

8 – 12

6 – 10

6 – 10

8 – 12

10 – 14

10 – 15

Требования к обслуживанию

3 – 6 мес.

нет

нет

нет

нет

1 – 2 года

Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.

70 – 150

200 – 250

250 – 380

350 – 500

1000 – 1400

1500 – 3500

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

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

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

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

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

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

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

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

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

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

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

Типы литий-ионных аккумуляторов

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

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

  • Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как ан

best-energy.com.ua

Конденсатор вместо аккумулятора / Статьи и обзоры / Элек.ру

Для накопления электроэнергии люди сначала использовали конденсаторы. Потом, когда электротехника вышла за пределы лабораторных опытов, изобрели аккумуляторы, ставшие основным средством для запасания электрической энергии. Но в начале XXI века снова предлагается использовать конденсаторы для питания электрооборудования. Насколько это возможно и уйдут ли аккумуляторы окончательно в прошлое?

Причина, по которой конденсаторы были вытеснены аккумуляторами, была связана со значительно большими значениями электроэнергии, которые они способны накапливать. Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не требуется или же может иметь очень простую конструкцию.

Главное различие между конденсаторами и аккумуляторами заключается в том, что конденсаторы непосредственно хранят электрический заряд, а аккумуляторы превращают электрическую энергию в химическую, запасают ее, а потом обратно преобразуют химическую энерию в электрическую.

При преобразованиях энергии часть ее теряется. Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90%, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99%. Интенсивность химических реакций зависит от температуры, поэтому на морозе аккумуляторы работают заметно хуже, чем при комнатной температуре. Кроме этого, химические реакции в аккумуляторах не полностью обратимы. Отсюда малое количество циклов заряда-разряда (порядка единиц тысяч, чаще всего ресурс аккумулятора составляет около 1000 циклов заряда-разряда), а также «эффект памяти». Напомним, что «эффект памяти» заключается в том, что аккумулятор нужно всегда разряжать до определенной величины накопленной энергии, тогда его емкость будет максимальной. Если же после разрядки в нем остается больше энергии, то емкость аккумулятора будет постепенно уменьшаться. «Эффект памяти» свойственнен практически всем серийно выпускаемым типам аккумуляторов, кроме, кислотных (включая их разновидности — гелевые и AGM). Хотя принято считать, что литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам он не свойственнен, на самом деле и у них он есть, просто проявляется в меньшей степени, чем в других типах. Что же касается кислотных аккумуляторов, то в них проявляется эффект сульфатации пластин, вызывающий необратимую порчу источника питания. Одной из причин является длительное нахождение аккумулятора в состоянии заряда менее, чем на 50%.

Применительно к альтернативной энергетике «эффект памяти» и сульфатация пластин являются серьезными проблемами. Дело в том, что поступление энергии от таких источников, как солнечные батареи и ветряки, сложно спрогнозировать. В результате заряд и разряд аккумуляторов происходят хаотично, в неоптимальном режиме.

Для современного ритма жизни оказывается абсолютно неприемлемо, что аккумуляторы приходится заряжать несколько часов. Например, как вы себе представляете поездку на электромобиле на дальние расстояния, если разрядившийся аккумулятор задержит вас на несколько часов в пункте зарядки? Скорость зарядки аккумулятора ограничена скоростью протекающих в нем химических процессов. Можно сократить время зарядки до 1 часа, но никак не до нескольких минут. В то же время, скорость зарядки конденсатора ограничена только максимальным током, который дает зарядное устройство.

Перечисленные недостатки аккумуляторов сделали актуальным использование вместо них конденсаторов.

Использование двойного электрического слоя

На протяжении многих десятилетий самой большой емкостью обладали электролитические конденсаторы. В них одной из обкладок являлась металлическая фольга, другой — электролит, а изоляцией между обкладками — окись металла, которой покрыта фольга. У электролитических конденсаторов емкость может достигать сотых долей фарады, что недостаточно для того, чтобы полноценно заменить аккумулятор.

Сравнение конструкций разных типов конденстаторов (Источник: Википедия)

Большую емкость, измеряемую тысячами фарад, позволяют получить конденсаторы, основанные на так называемом двойном электрическом слое. Принцип их работы следующий. Двойной электрический слой возникает при определенных условиях на границе веществ в твердой и жидкой фазах. Образуются два слоя ионов с зарядами противоположного знака, но одинаковой величины. Если очень упростить ситуацию, то образуется конденсатор, «обкладками» которого являются указанные слои ионов, расстояние между которыми равно нескольким атомам.


Суперконденсаторы различной емкости производства Maxwell

Конденсаторы, основанные на данном эффекте, иногда называют ионисторами. На самом деле, этот термин не только к конденсаторам, в которых накапливается электрический заряд, но и к другим устройствам для накопления электроэнергии — с частичным преобразованием электрической энергии в химическую наряду с сохранением электрического заряда (гибридный ионистор), а также для аккумуляторов, основанных на двойном электрическом слое (так называемые псевдоконденсаторы). Поэтому более подходящим является термин «суперконденсаторы». Иногда вместо него используется тождественный ему термин «ультраконденсатор».

Техническая реализация

Суперконденсатор представляет собой две обкладки из активированного угля, залитые электролитом. Между ними расположена мембрана, которая пропускает электролит, но препятствует физическому перемещению частиц активированного угля между обкладками.

Следует отметить, что суперконденсаторы сами по себе не имеют полярности. Этим они принципиально отличаются от электролитических конденсаторов, для которых, как правило, свойственна полярность, несоблюдение которой приводит к выходу конденсатора из строя. Тем не менее, на суперконденсаторах также наносится полярности. Связано это с тем, что суперконденсаторы сходят с заводского конвейера уже заряженными, маркировка и означает полярность этого заряда.

Параметры суперконденсаторов

Максимальная емкость отдельного суперконденсатора, достигнутая на момент написания статьи, составляет 12000 Ф. У массово выпускаемых супероконденсаторов она не превышает 3000 Ф. Максимально допустимое напряжение между обкладками не превышает 10 В. Для серийно выпускаемых суперконденсаторов этот показатель, как правило, лежит в пределах 2,3 – 2,7 В.   Низкое рабочее напряжение требует использование преобразователя напряжения с функцией стабилизатора. Дело в том, что при разряде напряжение на обкладках конденсатора изменяется в широких пределах. Построение преобразователя напряжения для подключения нагрузки и зарядного устройства являются нетривиальной задачей. Предположим, что вам нужно питать нагрузку с мощностью 60 Вт.

Для упрощения рассмотрения вопроса пренебрежем потерями в преобразователе напряжения и стабилизаторе. В том случае, если вы работаете с обычным аккумулятором с напряжением 12 В, то управляющая электроника должна выдерживать ток в 5 А. Такие электронные приборы широко распространены и стоят недорого. Но совсем другая ситуация складывается при использовании суперконденсатора, напряжение на котором составляет 2,5 В. Тогда ток, протекающий через электронные компоненты преобразователя, может достигать 24 А, что требует новых подходов к схмотехнике и современной элементной базы. Именно сложностью с построением преобразователя и стабилизатора можно объяснить тот факт, что суперконденсаторы, серийный выпуск которых был начат еще в 70-х годах XX века, только сейчас стали широко использоваться в самых разных областях.


Принципиальная схема источника бесперебойного питания
напряжением на суперконденсаторах, основные узлы реализованы
на одной микосхеме производства LinearTechnology

Суперконденсаторы могут соединяться в батареи с использованием последовательного или параллельного соединения. В первом случае повышается максимально допустимое напряжение. Во втором случае — емкость. Повышение максимально допустимого напряжения таким способом является одним из способов решения проблемы, но заплатить за нее придется снижением емкости.

Размеры суперконденсаторов, естественно, зависят от их емкости. Типичный суперконденсатор емкостью 3000 Ф представляет собой цилиндр диаметром около 5 см и длиной 14 см. При емкости 10 Ф суперконденсатор имеет размеры, сопоставимые с человеческим ногтем.

Хорошие суперконденсаторы способны выдержать сотни тысяч циклов заряда-разряда, превосходя по этому параметру аккумуляторы примерно в 100 раз. Но, как и у электролитических конденсаторов, для суперконденсаторов стоит проблема старения из-за постепенной утечки электролита. Пока сколь-нибудь полной статистики выхода из строя суперконденсаторов по данной причине не накоплено, но по косвенным данным, срок службы суперконденсаторов можно приблизительно оценить величиной 15 лет.

Накапливаемая энергия

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в джоулях:

E = CU2/2,
где C — емкость, выраженная в фарадах, U — напряжение на обкладках, выраженное в вольтах.

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в кВтч, равно:

W = CU2/7200000

Отсюда, конденсатор емкостью 3000 Ф с напряжением между обкладками 2,5 В способен запасти в себе только 0,0026 кВтч. Как это можно соотнести, например, с литий-ионным аккумулятором? Если принять его выходное напряжение не зависящим от степени разряда и равным 3,6 В, то количество энергии 0,0026 кВтч будет запасено в литий-ионном аккумуляторе емкостью 0,72 Ач. Увы, весьма скромный результат.

Применение суперконденсаторов

Системы аварийного освещения являются тем местом, где использование суперконденсаторов вместо аккумуляторов дает ощутимый выигрыш. В самом деле, именно для этого применения характерна неравномерность разрядки. Кроме этого, желательно, чтобы зарядка аварийного светильника происходила быстро, и чтобы используемый в нем резервный источник питания имел большую надежность. Источник резервного питания на основе суперконденсатора можно встроить непосредственно в светодиодную лампу T8. Такие лампы уже выпускаются рядом китайских фирм.


Грунтовый светодиодный светильник с питанием
от солнечных батарей, накопление энергии
в котором осуществляется в суперконденсаторе

Как уже отмечалось, развитие суперконденсаторов во многом связано с интересом к альтернативным источникам энергии. Но практическое применение пока ограничено светодиодными светильниками, получающими энергию от солнца.

Активно развивается такое направление как использование суперконденсаторов для запуска электрооборудования.

Суперконденсаторы способны дать большое количество энергии в короткий интервал времени. Запитывая электрооборудование в момент пуска от суперконденсатора, можно уменьшить пиковые нагрузки на электросеть и в конечном счете уменьшить запас на пусковые токи, добившись огромной экономии средств.

Соединив несколько суперконденсаторов в батарею, мы можем достичь емкости, сопоставимой с аккумуляторами, используемыми в электромобилях. Но весить эта батарея будет в несколько раз больше аккумулятора, что для транспортных средств неприемлемо. Решить проблему можно, используя суперконденсаторы на основе графена, но они пока существуют только в качестве опытных образцов. Тем не менее, перспективный вариант знаменитого «Ё-мобиля», работающий только от электричества, в качестве источника питания будет использовать суперконденсаторы нового поколения, разработка которых ведется российскими учеными.

Суперконденсаторы также дадут выигрыш при замене аккумуляторов в обычных машинах, работающих на бензине или дизельном топливе — их использование в таких транспортных средствах уже является реальностью.

Пока же самым удачным из реализованных проектов внедрения суперконденсаторов можно считать новые троллейбусы российского производства, вышедшие недавно на улицы Москвы. При прекращении подачи напряжения в контактную сеть или же при «слетании» токосъемников троллейбус может проехать на небольшой (порядка 15 км/ч) скорости несколько сотен метров в место, где он не будет мешать движению на дороге. Источником энергии при таких маневрах для него является батарея суперконденсаторов.

В общем, пока суперконденсаторы могут вытеснить аккумуляторы только в отдельных «нишах». Но технологии бурно развиваются, что позволяет ожидать, что уже в ближайшем будущем область применения суперконденсаторов значительно расширится.

Алексей Васильев

www.elec.ru


Смотрите также



© 2010- GutenBlog.ru Карта сайта, XML.