Меню

Максимальный ток разряда аккумуляторных батарей

Аккумуляторы — ёмкость и токоотдача.

Всем доброго, являюсь пользователем этого ресурса уже без малого три года и ежемесячно, если не еженедельно вижу вопросы на тему заголовка данной статьи, часто прохожу мимо, а последнее время стараюсь и вовсе не влезать в споры, ибо в комметариях к статьям еще куда ни шло, но в комментариях к товару бесконечные холивары явно не уместны.

Постараюсь в этой заметке обьяснить, как выбрать аккумулятор.

Аккумулятор это устройство которое накапливает (аккумулирует) энергию от внешнего источника и отдаёт её в последствии внешнему потребителю. Интересно то, что ни один аккумулятор начиная с 1803г (аккумулятор Риттера) не является непосредственно накопителем электричества в прямом смысле слова, все аккумуляторы при зарядке изменяют химический состав компонентов системы, а при разряде эти состояния возвращаются к исходным значениям — фактически все аккумуляторы можно назвать «преобразователями» электрической энергии в энергию химических процессов и обратно.

Существует множество типов аккумуляторов отличающихся конструкцией и химическим составом электролита, что в свою очередь определяет их применение в тех или иных сферах деятельности человека. Например — на подводных лодках использовались щелочные батареи из за того, что в то время герметичных аккумуляторов не было, а при заряде и разряде кислотные выделяют довольно опасный сернистый ангидрид, в тоже время щелочные только водород и кислород.

Вообще тема очень обширна и для тщательного разбора не хватит ни терпения у Вас мои уважаемые, ни времени у меня, по этому в этой заметке разберем только литий-полимерные аккумуляторы, хотя моделисты за все время моделизма использовали все типы батарей, в том числе и нетрадиционные самодельные элементы питания.

И так, при выборе батареи для модели нужно знать:

1. Какой максимальный (суммарный) ток она — модель требует для нормальной работы всех её узлов.

2. Как долго будет требоваться параметр из пункта 1., — сколько времени модель должна отработать на одном заряде.

3. Напряжение требующееся для работы модели.

Первые два требования напрямую определяют параметры требуемой батареи, третье иногда варьируется в небольших пределах и разбирать его не будем.

На самих аккумуляторах имеется вся необходимая информация для правильного выбора именно той, что нужна.

ЕМКОСТЬ. — Емкость это так сказать вместимость аккумулятора, — измеряется она в амперчасах — Ач или миллиамперчасах — мАч. Цифра или число стоящая перед говорит о том, что элемент или батарея будет отдавать этот ток в течении одного часа.

Пример: Батарея емкостью 1000мАч говорит о том, что она будет отдавать в нагрузку ток равный 1000мА или 1А в течении часа.

Время разряда напрямую зависит от силы тока в цепи, если к такой батарее подключить лампочку которая потребляет 100мА или 0,1А то она будет светить аж 10 часов и наоборот — если подключить скажем мотор который потребляет 6А то этого аккумулятора хватит всего на 10минут работы такого мотора.

Время работы можно вычислить разделив емкость на ток нагрузки, из примера выше; мы имеем батарею 1Ач и нагрузку 1А — 1Ач делим на 1А= 1час,T=C/I, Т время разряда, С ёмкость аккумулятора, I ток нагрузки. пример с лампочкой 1Ач делим на 0,1А=10ч и с мотором 1Ач делим на 6А =0,16ч — 10 минут. Сразу же хочу обратить внимание на то, что не любой аккумулятор способен разряжаться с такой скоростью как с мотором из примера (6А), некоторые батареи при таком быстром разряде выйдут из строя. Для того, что бы такого не случилось на аккумуляторах пишут еще один параметр.

ТОКООТДАЧА. — Токоотдача это выражаясь доступно даже начинающим ни что иное как допустимая СКОРОСТЬ разряда данного аккумулятора, на батареях или одиночных элементах (банках, ячейках) она выражается как «число и буква «С» (латинская Ц)», это указывает на то, что данная батарея может отдать всю запасенную энергию за время которое определяется разделив один час на количество «С», то есть — возьмем ту же батарею, что и в первом примере 1Ач и теперь нам сказали, что её токоотдача равна 10С, это значит, что она может отдать всю энергию за 1ч делим на 10С = 0.1ч то есть 6 минут, получается, что мотор из примера выше не повредит её разрядив за 10минут, ибо это по времени на 4 минуты дольше, чем максимальная скорость разряда в 6минут, до её полного разряда. Так мы высчитали время за которое её можно разрядить без вреда её здоровью, а рассчитать максимальный ток который она может выдать можно умножив её емкость 1Ач на цифру или число указанную как токоотдача «С» 1Ач х 10С=10А.

Часто вижу вопрос «25С хватит для этого самолета?» — На такой вопрос нельзя ответить не зная какова емкость того аккумулятора о котором «думает» автор вопроса, допустим его самолет потребляет на максимальных оборотах 10А, а аккумулятор о котором он говорит имеет ёмкость в 2Ач, это значит, что его самолет разрядит эту батарею за 2/10=0,2ч — 12минут, а теперь узнаем сколько для этого потребуется «С» токоотдача.

Токоотдачу можно вычислить 1час разделить на время полученное выше, для удобства час разобьём на минуты, и так 60/12=5 — получается, что для 12 минутного полёта ему понадобится аккумулятор емкостью 2Ач и токоотдачей 5С. Прошу обратить внимание на тот факт, что токоотдача никак не влияет на время полета, в данном случае Вы можете взять батарею с той же ёмкостью и токоотдачей 100С!! время полета останется 12минут и ни как иначе, потому как на время работы модели влияет только ёмкость батареи, часто новички выбирают батарею с гигантским «С» и практически не обращают внимание на емкость. К примеру если мы возьмем ту же модель из описания выше и всунем туда аккумулятор 500мАч и токоотдачей 60С (мы уже знаем, что она на 2Ач аккумуляторе летит 12минут) считаем время полета — 0,5Ач делим на ток нагрузки 10А=0,05ч — 3минуты, и это при том, что батарейка у нас аж 60С. А сколько же «С» нам потребуется для трех минутного полета на такой батарейке? 60/3=20С, так зачем же тогда переплачивать за лишние 40С если время полета у нас не изменилось хоть 20С, хоть 60С все равно 3 минуты.

Следующее заблуждение это параллельное или последовательное соединение аккумуляторов в батареи, многие уверены, что при последовательном токоотдача не изменяется, а увеличивается напряжение, а при параллельном увеличивается и ёмкость и токоотдача!! Однажды был даже трехдневный спор на этой почве.

НЕЕЕЕТ. токоотдача всегда остаётся такой — какой её нарисовал производитель на этикетке аккумулятора, вопрос в том получим ли мы бОльший максимальный ток от батареи соедененной параллельно?

Да безусловно максимальный ток от батареи мы получим во столько раз бОльший сколько аккумуляторов мы соединим в параллель, то есть если нам нужно получить ток нагрузки 10А, а имеется два аккумулятора которые «могут» дать только 5А, то смело можно соединить их параллельно и «взять» с этой сборки 10А, но токоотдача этой сборки останется такой как у одного из аккумуляторов в сборке!

Объясню; — у нас есть два аккумулятора 1Ач 5С, это значит, что максимальный ток с него можно получить 1*5=5А, однако нам нужно 10А! Соединяем два этих аккумулятора параллельно и получаем сборку 2Ач 5С, считаем по формуле 2Х5=10А, мы получили 10А максимальный ток с этой сборки, НО токоотдача сборки так и осталась 5С и это «5С» ни какая то абстракция или пиар фирмы — это четко выраженная величина которая на мой взгляд важнее всех остальных параметров указанных на аккумуляторах, ибо от знания этой цифры напрямую зависит здоровье аккумулятора, у меня как то спросили — «раз это такая нужная и важная величина, то в чем она измеряется?», отвечаю — измеряется она в номинальных ёмкостях данной батареи и выражается числом с буквой «С» превышать которую не просто запрещено, но даже приближаться к этой цифре не желательно.

В общем выбирая аккумулятор смотрите на емкость и считайте время полета, а когда Вас устроит последнее, ищите «С» чтоб во время полета аккумулятор на Вас не обиделся и не надулся как сыч.

Надеюсь доходчиво объяснил, жаль, что те кто задаёт вопросы про «сколько надо таких соединить, что бы на танк поставить мотор от болгарки» читать это вряд ли станут, ибо лучше сто раз спросить и ни разу не искать.

Всем спасибо за внимание, — с уважением.

Существует один вид накопителей которые накапливают электрический заряд напрямую, не изменяя химический состав компонентов системы — это конденсаторы и ионисторы (суперконденсаторы) В конденсаторах заряд хранится на металлических пластинах, расположенных параллельно на малом расстоянии и разделенных диэлектриком , чем больше площадь этих пластин — тем выше ёмкость конденсатора, но почему то их не назвали аккумуляторами 🙁

Источник

Подробно о характеристиках и видах автомобильных аккумуляторов

В какой-то момент автолюбители сталкиваются с проблемой выбора автомобильного аккумулятора. Те, кто совсем не понимает в аккумуляторах, идут несколькими путями. Некоторые просто покупают точно такую модель, другие обращаются за помощью к знающим друзьям. Есть и те, кто консультируется в сервисах технического обслуживания и автомобильных магазинах. В этом материале мы попытаемся объяснить основные характеристики автомобильных аккумуляторов и разберём основную терминологию.

Назначение аккумуляторных батарей и основные типы

Автомобильный аккумулятор обеспечивает питание различных потребителей в автомобиле в тот момент, когда двигатель заглушён или работает с малой частотой вращения коленчатого вала (холостой ход). При работе мотора на высокой частоте вращения питание потребителей идёт от генератора. Аккумулятор также вступает в дело, когда генератор не справляется с нагрузкой.

На какие характеристики автомобильного аккумулятора нужно обратить внимание?

Среди свинцово-кислотных аккумуляторов можно выделить класс гелевых батарей, обладающих более продвинутыми характеристиками по сравнению с жидким электролитом. Кислота в них находится в гелеобразном состоянии. Подробнее о том, что такое аккумуляторная кислота, читайте в материале по ссылке. Есть и другие модификации кислотных батарей. В основном различия в них сводятся к добавлению разных легирующих элементов в свинцовые пластины. Это может быть кальций, серебро. Кстати, в пластины большинства стандартных аккумуляторов добавляется сурьма. В результате увеличивается стойкость пластин к нагреву и охлаждению.

Большинство легирующих добавок увеличивают стойкость пластин к коррозии и сульфатации, но имеют и свои недостатки.

Есть ещё аккумуляторы, которые выполняются по технологии «никель-металлогидрид», а также литиевые батареи. Последние, в свою очередь, подразделяются на ионные, фосфатные и полимерные. Никель-металлогидридные и литиевые аккумуляторы имеют специфические характеристики и используются в автомобилях с гибридными двигателями. Такие АКБ не могут работать в сети питания стандартного авто.

Читайте также:  Источники энергии электрической цепи постоянного тока

Автомобильные аккумуляторы можно классифицировать по такой характеристике, как напряжение. Вы можете посмотреть эту классификацию в таблице ниже.

Номинальное напряжение, В Вид транспортного средства
6 мопеды, квадроциклы, скутеры и т.п.
12 легковые автомобили, мотоциклы
24 грузовые автомобили, спецтехника
Номинальное напряжение, В Вид транспортного средства

  • Ёмкость;
  • Ток холодной прокрутки;
  • Электродвижущая сила (ЭДС);
  • Внутреннее сопротивление и напряжение;
  • Полярность;
  • Степень заряженности;
  • Особенности конструкции: масса, типоразмер;
  • Срок эксплуатации;
  • Срок хранения;
  • Саморазряд.

Теперь пройдёмся по ним подробнее.
Вернуться к содержанию

Ёмкость

Ёмкость аккумулятора – это характеристика, показывающая количество электричества, которое он отдаёт, разряжаясь до минимально допустимого напряжения. Измеряется ёмкость в Ампер-часах (А-ч). Подробно о том, что такое ампер-час, читайте по ссылке. Номинальную ёмкость автомобильного аккумулятора проверяют следующим образом. Ведётся разрядка аккумулятора до напряжения 10,5 вольта силой тока, составляющей 0,05 от указанной ёмкости АКБ, в течение 20 часов. Температура электролита при этом должна находиться в интервале 18–27 градусов Цельсия.

Формула расчета тока разряда аккумулятора

Если вы будете таким способом проверять ёмкость нового аккумулятора, будьте готовы к тому, что время разряда сначала будет меньше. Такую характеристику, как ёмкость, аккумулятор набирает после трёх – пяти циклов заряда – разряда.

Для определения ёмкости аккумуляторной батареи можно использовать такой прибор, как нагрузочная вилка. В состав этого устройства входят вольтметр, нагрузочное сопротивление, контактные клеммы (площадки), корпус, рукоятка. Нагрузочное сопротивление выбирается так, чтобы ток был равен:

Формула расчета ёмкости аккумулятора

Формула расчета ёмкости аккумулятора

Ёмкость аккумулятора зависит от многих параметров. Это:

  • Количество пластин и их конструкция;
  • Температура;
  • Сила разрядного тока и режим разряда;
  • Изношенность.

И это неполный перечень характеристик. Ёмкость – это единственный параметр автомобильного аккумулятора, который наиболее полно характеризует его состояние. Чтобы продлить срок службы свинцово-кислотной батареи, лучше всего использовать небольшую часть от её ёмкости до процесса зарядки. При глубоких разрядах срок службы аккумулятора автомобиля значительно сокращается.

В таблице ниже можно посмотреть таблицу примерного соответствия ёмкости аккумулятора типу транспортного средства (объёму двигателя).

Ёмкость аккумулятора, А-ч Транспортное средство Объем двигателя, л
55 легковые автомобили 1 — 1,6
60 легковые автомобили 1,3 — 1,9
66 легковые автомобили (кроссоверы, внедорожники) 1,4 — 2,3
77 грузовые автомобили малой грузоподъемности 1,6 — 3,2
90 грузовые автомобили средней грузоподъемности 1,9 — 4,5
140 грузовые автомобили 3,8 — 10,9
190 спецтехника (экскаваторы, бульдозеры) 7,2 — 12
200 грузовые автомобили (фуры, автопоезда) 7,5 — 17
Ёмкость аккумулятора, А-ч Транспортное средство Объем двигателя, л

Ток холодной прокрутки

Этот параметр, который ещё называется пусковым током, указывается на батарее рядом со значением ёмкости. Подробнее о маркировке автомобильных аккумуляторов. Ток холодной прокрутки определяется следующим образом.

Аккумуляторная батарея охлаждается до – 18 градусов Цельсия и разряжается пусковым током в течение 30 секунд. По ГОСТу напряжение после этого должно составить не менее 8,4 вольта. А после 150 секунд разряда не менее 6 В. При постоянном токе разряда ёмкость можно вычислить по следующей формуле.

Формула для расчета стартерного тока

Формула для расчета стартерного тока

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила батареи – это характеристика, которая показывает напряжение на клеммах аккумулятора без внешней нагрузки и утечек. Величина измеряется вольтметром или мультиметром. На ЭДС оказывают влияние два параметра: плотность электролита и его температура. Электродвижущая сила увеличивается с ростом плотности электролита.

При температуре 18 градусов Цельсия и плотности 1,27 грамма на сантиметр кубический ЭДС одной банки составляет 2,12 В. У аккумуляторной батареи из 6 банок ЭДС будет 12,7 В.
Ниже приведена зависимость величины ЭДС от плотности электролита, выведенная эмпирическим (опытным путём). Она работает для плотности в интервале 1,05–1,3 гр/см. куб.

Эмпирическая формула расчета ЭДС в зависимости от плотности электролита

Эмпирическая формула расчета ЭДС в зависимости от плотности электролита

В отличие от ёмкости, по величине электродвижущей силы нельзя достоверно судить о состоянии аккумулятора. ЭДС позволяет найти критичные неисправности АКБ, к примеру, замыкание пластин. Подробнее о напряжении аккумулятора автомобиля читайте в материале по ссылке.
Вернуться к содержанию

Внутреннее сопротивление

Этот параметр автомобильного аккумулятора включает в себя сопротивление пластин, электролита, сепараторов, крепёжных элементов и т. п. Внутреннее сопротивление понижается при увеличении ёмкости АКБ. Оно увеличивается при понижении температуры и уменьшении заряда аккумулятора. Ниже можно посмотреть формулу зависимости напряжения и ЭДС в процессе заряда-разряда.

Зависимость напряжения и ЭДС при зарядке аккумулятора

Зависимость напряжения и ЭДС при зарядке аккумулятора

Зависимость напряжения и ЭДС при разряде аккумулятора

Зависимость напряжения и ЭДС при разряде аккумулятора

Ниже можно посмотреть зависимость напряжения АКБ от степени зарядки.

Формула зависимости напряжения от степени заряженности аккумулятора

Формула зависимости напряжения от степени заряженности аккумулятора

Генератор на легковом автомобиле вырабатывает напряжение 14–14,5 В. Достаточное для зарядки напряжение он выдаёт при оборотах коленчатого вала в районе 2 тысяч в минуту.

Получается, что зарядка происходит только в момент разгона в городе и при движении на большой скорости по загородной трассе. Для полного заряда требуется около 12 часов в таком режиме.

Напряжение, вырабатываемое генератором, увеличивать нельзя, поскольку при 14,5 вольт начинается процесс электролиза воды на кислород и водород. Из-за такой специфики работы аккумуляторная батарея находится в состоянии неполной зарядки.

На изображении ниже можно посмотреть вольт – амперные характеристики АКБ в процессе разрядки стартерным током, то есть потребляемым стартером в момент запуска двигателя автомобиля.

Вольт – амперные характеристики аккумуляторной батареи

Вольт – амперные характеристики аккумуляторной батареи

Степень заряженности

На степень заряженности АКБ оказывает влияние большое количество параметров и её точное значение определить довольно сложно. Это позволяют сделать только дорогие зарядные устройства со сложной электроникой. Но при эксплуатации АКБ вам вполне хватит оценочных значений. Степень заряженности аккумулятора можно узнать по напряжению и плотности электролита (для свинцово-кислотных АКБ соответствующего типа).

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи с жидким электролитом составляет около 12,7 В. Для гелевых аккумуляторов это значение находится в интервале от 13 до 13,4 В.

Ниже можно посмотреть таблицу плотности электролита и взаимосвязь с ней характеристик аккумулятора.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11 11,7 8,4 -7
1,12 11,76 8,54 6 -8
1,13 11,82 8,68 12,56 -9
1,14 11,88 8,84 19 -11
1,15 11,94 9 25 -13
1,16 12 9,14 31 -14
1,17 12,06 9,3 37,5 -16
1,18 12,12 9,46 44 -18
1,19 12,18 9,6 50 -24
1,2 12,24 9,74 56 -27
1,21 12,3 9,9 62,5 -32
1,22 12,36 10,06 69 -37
1,23 12,42 10,2 75 -42
1,24 12,48 10,34 81 -46
1,25 12,54 10,5 87,5 -50
1,26 12,6 10,66 94 -55
1,27 12,66 10,8 100 -60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Вернуться к содержанию

Особенности конструкции: масса, типоразмер

Масса большинства аккумуляторов для легковых автомобилей лежит в интервале от 14 до 20 килограмм. Масса практически всегда указывается на этикетке с прочими характеристиками автомобильных аккумуляторов. Возможно, вам пригодится таблица веса аккумуляторов.

С типоразмером ситуация несколько сложнее. Сейчас в продаже можно встретить различные исполнения батарей. Но практически все можно отнести к одному из следующих типоразмеров:

  • Европейский. Европейский тип – корпус высотой 190 миллиметров и клеммы, расположенные в углублениях корпуса;
  • Азиатский. Азиатский тип – корпус высотой от 220 до 225 миллиметров и клеммы, выступающие за габариты корпуса АКБ;
  • Американский. Американский тип – боковое расположение клемм. На отечественном рынке встречается редко.

По технологическому исполнению аккумуляторы делятся на:

  • Необслуживаемые. Этот тип аккумуляторов стали выпускать около 30 лет назад. Они имеют более высокий пусковой ток и длительное время эксплуатации, чем у обслуживаемых АКБ. Чувствительны к напряжению в сети и не требуют обслуживания;
  • Мало обслуживаемые. Большинство батарей на современном рынке являются мало обслуживаемыми. Они имеют оптимальное соотношение цена / эксплуатационные характеристики. Требуют периодического обслуживания;
  • Обслуживаемые. Это полностью обслуживаемые аккумуляторные батареи, в которых можно заменить банки. Требуют регулярного обслуживания. На данный момент уже не продаются.

Если вы подбираете новую АКБ, то можете прочитать обзорную статью про аккумулятор Титан.
Вернуться к содержанию

Полярность

Эта характеристика влияет на расположение аккумулятора под капотом авто. Батареи выпускаются с прямой и обратной полярностью. Различить их просто. Если повернуть аккумулятор к себе клеммами, то в случае прямой полярности минусовая клемма должна быть справа, а плюсовая слева. При обратной полярности наоборот. Отечественные производители выпускают модели с прямой полярностью, европейские с обратной.

Клеммы у аккумуляторов также бывают разных стандартов.

  • Европейский Type 1. Клемма «плюс» имеет диаметр 19,5 миллиметров, клемма «минус» — 17,9;
  • Азиатский Type 3. Клемма «плюс» имеет диаметр 12,7 миллиметров, клемма «минус» — 11,1.

Срок хранения

Срок хранения аккумуляторных батарей невелик. Батарея в сухозаряженном состоянии может храниться до двух лет. При этом гарантийный срок хранения составляет 1 год.
Вернуться к содержанию

Срок эксплуатации

При соблюдении основных правил эксплуатации АКБ увеличивается срок её службы в среднем 4 года. Хотя, если грамотно подходить к обслуживанию аккумулятора, он может прослужить 7–8 лет.
Вернуться к содержанию

Саморазряд батареи

Саморазряд – это процесс падения ёмкости аккумулятора в процессе простоя. Он происходит из-за окислительно-восстановительных процессов на электродах разной полярности. Но отрицательный электрод страдает от этого больше, поскольку свинец с отрицательных пластин взаимодействует с серной кислотой из электролита. При этом происходит выделение водорода. Активность растворения свинца возрастает при увеличении плотности электролита.

Процесс саморазряда также провоцируется загрязнениями на поверхности аккумулятора. Электролит, вода и прочие жидкости создают благоприятные условия для разряда АКБ через проводящую плёнку между выводами батареи.

Здесь нужно отметить некоторые особенности процесса саморазряда:

  • При понижении температуры он снижается и при 0 С практически прекращается. Так, что хранить батарею нужно в заряженном состоянии при низкой температуре;
  • Процесс саморазряда становится более активным к концу срока службы аккумулятора. Глубокий разряд значительно усиливает саморазряд при последующей зарядке;
  • Саморазряд можно снизить, используя более чистые серную кислоту и дистиллированную воду для приготовления электролита;
  • Саморазряд идёт наиболее активно в течение суток с момента заряда АКБ;
  • Нормальным считается саморазряд, когда в сутки идёт потеря 1 процента ёмкости аккумулятора.

Безопасность

Помимо характеристик автомобильного аккумулятора, не менее важным является знание техники безопасности при эксплуатации и обслуживании АКБ. В первую очередь обратите внимание на следующие моменты:

  • Аккумулятор должен быть надёжно закреплён в подкапотном пространстве автомобиля;
  • При измерении плотности электролита и его замене необходимо использовать средства индивидуальной защиты (очки, резиновые перчатки). Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если электролит попадёт на кожу;
  • Нельзя замыкать клеммы аккумулятора;
  • Перед тем как заряжать аккумулятор, выверните пробки из банок обслуживаемого аккумулятора.

Вот, что может случиться, если не соблюдать правила техники безопасности.
Вернуться к содержанию

Трудности выбора

Выбор аккумулятора – непростое дело. На первый взгляд может показаться, что это совсем простое устройство. Но на деле получается, что у него полно характеристик, имеющих важное значение. Но не стоит впадать в отчаяние. Вам по большому счету нужно определиться с типоразмером АКБ, видом, ёмкостью и пусковым током. В принципе все эти параметры вы можете узнать осмотреть свой старый аккумулятор.

Источник

Основные характеристики аккумуляторов

Основные характеристики аккумуляторов

Существует множество устройств использующих источник сохранённой электрической энергии — аккумулятор. Он применяется везде, от сотовых телефонов, электронных часов, калькуляторов, фонариков, систем жизнеобеспечения и до систем запуска двигателей автотранспорта. Об электрических накопителях, чем отличаются разные виды таких источников питания, какие нужно знать важные характеристики аккумулятора, правила безопасности его использования будет рассказано далее.

  1. Аккумулятор
  2. Технические характеристики
  3. Ёмкость, напряжение и сила тока
  4. Рабочий диапазон температур
  5. Саморазряд аккумуляторов
  6. Допустимая глубина разряда
  7. Срок службы
  8. Форм-факторы
  9. Габариты и вес
  10. Техника безопасности
  11. Заключение

Аккумулятор

Для понимания принципа работы аккумулятора необходим небольшой исторический экскурс появления химических элементов питания. Первый прообраз батарейки датирован 1800 годом. Его создал Аллесандро Вольта. Погрузив две пластины разных металлов в кислоту (цинк и медь), он получил постоянный ток на них. Проводя опыт наблюдалось постепенно растворение цинковой пластины, а медная покрывалась пузырьками газа. Название подобного элемента питания — «Вольтов столб».

Устройства хранения энергии работают похожем методом, только химические реакции частично обратимы, пущенный обратно движению тока разряда электрический ток восстанавливает химический состав металлов пластин.

Основа любого сохраняющего заряд устройства — две пластины химически разных металлов соединённых прослойкой электролита. Такая прослойка бывает жидкой (к примеру, свинцовые варианты), бывает пористой массой пропитанной электропроводящим составом. Материал изготовления пластин электродов батареи определяет характеристики аккумулятора. Для свинцовых накопителей, использующихся для автотранспорта одна пластина из свинца, вторая состоит из его диоксида. Такие устройства помечаются, символами Pb на корпусе. Для самых распространённых среди бытовой техники ионно-литиевых источниках питания (Li-Ion) используется один алюминиевый электрод, а второй медный.

Несколько таких сборок пластин, электрически соединённых между собой называются батареей. Сборка необходима для получения необходимого вольтажа. Характеристики аккумуляторных батарей непосредственно зависят от того какие характеристики аккумулятора присутствуют на каждой паре металлических пластин.

Все распространенные виды накопителей энергии:

Таблица с видами накопителей энергии

Таблица не является абсолютно полной, так как постоянно разрабатываются новые виды батарей.

Технические характеристики

На сферу применения элемента питания сильно влияют технические характеристики аккумулятора. Наиболее важнейшие из них:

  • ёмкость,
  • плотность выдаваемой энергии,
  • напряжение батареи,
  • насколько её можно разрядить до момента невозможности последующего заряда,
  • срок службы,
  • рабочая температура,
  • скорость саморазряда,
  • выдаваемая сила тока,
  • габариты и вес,
  • вид исполнения.

Ёмкость, напряжение и сила тока

Основные характеристики АКБ:

  1. Ёмкость батареи — сколько энергии она может сохранить. Измеряется ампер-часами (зачастую помечается mAh). Другими словами, 2000 мА/ч к примеру, означает, что батарея будет работать 2000 часов, тратя 1 миллиампер за час, при токе 12В. При потреблении 100 миллиампер, 12В работать накопитель будет только 20ч.

Объяснить работу батареи можно аналогично баку воды. Есть бак (аккумулятор), от него идёт труба фиксированного диаметра (вольты), чем сильнее напор или по-другому давление исходящей струи по трубе (амперы), тем быстрее закончится бак (АКБ).

Чрезмерная перезарядка батареи может вызвать саморазрушение.

  1. Напряжение батареи — сколько максимально вольт выдаёт аккумулятор при полной зарядке. По мере того, как батарея разряжается – вольтаж выхода уменьшается.
  2. Сила тока – максимальное значение тока разряда аккумулятора, которое может выдать батарея за определённый период времени. Если превысить его, например, коротким замыкания между клеммами, то последствия непредсказуемы. Например, ион-литьевые батареи сильно перегреваются и могут попросту взорваться.

Рабочий диапазон температур

Любой производитель указывает срок жизни, количество выдаваемого тока, вольтаж для идеального температурного режима. Привязка происходит непосредственно к скорости прохождения химических реакций. Ниже температура — медленнее проходят, быстрее накопитель разряжается. При нагреве – наоборот скорость разрядки снижается.

Саморазряд аккумуляторов

Любое устройство сохранения энергии подвержено саморазряду. Полностью заряженное, оно постепенно теряет заряд, даже будучи отключенным от источников потребления тока. Обусловлено происходящим внутри химическим процессам, которые даже если потребление тока нет — продолжаются. Только идут медленнее. Даже аккумулятор без нагрузки содержит электрическую связь через электролит между электродами. Все равно происходит внутренний обмен ионами веществ, вызывающий саморазряд.

Разные химические виды устройств хранения электрической энергии по-разному подвержены подобному процессу. Лидируют никелево-железные, которые теряют 15% своего заряда на протяжении месяца хранения без нагрузки. Наиболее долго сохраняют запасённую энергию – ионно-литиевые модели, у них уходит около 2%.

Допустимая глубина разряда

Любая хранящая электроэнергию батарея состоит из множества последовательно электрически связанных пар пластин. Если полностью, до нуля разрядить какую-либо пару, то она поменяет полюса и начнёт передавать ток обратно (конечно сила тока будет намного меньше). Происходит это из-за течения химических реакций, ведь принцип работы любого источника питания — ионный обмен. Когда катодная пластина соберёт достаточно ионов, а анодная их чересчур много потеряет, то начнётся процесс обратной передачи, другими словами анод станет катодом, а катод анодом. Чем это грозит для всего аккумулятора? Электрическая цепь разрывается, после чего накопитель перестает выдавать ток. Соответственно вся батарея перестанет работать.

Схема работы АКБ

Что бы не допустить подобной ситуации современные источники питания содержат микросхему, ограничивающую ток полного разряда аккумулятора, отсекая потребителя когда достигнут определенный пороговый уровень. Особенно распространены подобные аккумуляторы, поставляемые с различными высокотехнологичными устройствами (например, смартфонами, сотовыми телефонами).

Примечание! Возможно, некоторым знакомо состояние, когда аккумулятор сотового телефона «умер». Так вот причина этому – контроллер питания. Если оставшейся энергии слишком мало для работы микросхемы, то устройство питания останется заблокированным, так как контроллер просто не даст сигнал, открывающий схемы подключения потребителя.

Срок службы

Аккумулятор — химический элемент, срок службы которого ограничен. Со временем восстановительные химические реакции, которые происходят под воздействием тока, ослабевают, элементы начинают терять ёмкость, полностью истощаясь. Наиболее показательны устройства, содержащие жидкий электролит. Собственно, их проводящая жидкость — щелочной или кислотный раствор, который также разрушает структуру металлов пластин. Кроме всего прочего, идущие химические реакции понижают плотность раствора, уменьшая силу воздействия. Свинцово — кислотные служат максимально 7 лет. Ионно-литиевые 7-20. Наиболее живучие — никель-кадмиевые. Срок службы — 25 лет.

Есть маленький нюанс. Срок службы обычно указан для идеальных условий, при правильных циклах разряда — перезаряда, работе в комнатной температуре с равномерными расходами тока. Реальный срок жизни намного ниже. Особенно у Li-Ion накопителей. Носимые устройства постоянно меняют температурные среды (улица, дом), неправильно заряжаются (никто не ждёт разрядки 25%, чтобы зарядить). Автомобильные системы запуска двигателя тоже постоянно подвергаются перепадам температур. Правда, свинцовые элементы питания не настолько сильно подвержены влиянию окружающей среды.

Форм-факторы

Сохраняющие заряд элементы бывают различных видов форм-факторов. Бывают отдельными, бывают встраиваемыми вариантами. Все зависит от срока жизни химического типа элемента. Если производитель решил, что срок эксплуатации какого-либо прибора будет равен сроку жизни батареи, — элемент питания будет встроенным. Остальные случаи подразумевают замену истощивших свой ресурс батарей.

Габариты и вес

Немаловажная характеристика аккумуляторной батареи – её вес. Зачастую ёмкость, включая количество выдаваемого тока (ампер), его вольты напрямую зависят от размера самой связки пар электродов. Кроме того, вес с объёмом привязаны к виду химических процессов с материалами изготовления пластин. К примеру, свинцовые пластины, причем погруженные электролит при общем корпусе, будут намного тяжелее, чем сборка алюминиевой — медной фольги с влажной прослойкой между ними.

Причина, почему нет производства автомобильных литьевых батарей — высокая цена относительно ёмкости. Ещё фактор — чувствительность температурных перепадов.

Техника безопасности

Не стоит забывать, что любой элемент питания содержит достаточно активные химические вещества, которые могут представлять определённую опасность для человека. Особенно касается бытовых вариантов накопителей, содержащих литий. Это очень активный металл, который нельзя перегревать. Сборки, содержащие его, при определённой температуре нагрева могут попросту взорваться. Это случается очень редко, поэтому использование его относительно безопасно. Перегрев может стать результатом короткого замыкания полюсов батареи. Замыкающий проводник проведёт через себя максимальное количество тока накопителя, вызывая перегрев.

Вообще никакой аккумулятор нельзя замыкать между полюсами накоротко. Химические реакции, происходящие в нем в этот момент, начнут идти с повышенной скоростью. Результат этого непредсказуем. Кроме перегрева может произойти разрушение корпуса батареи при выделении газов.

Никакое устройство накопления электрического разряда нельзя перегревать. Стоит электролиту, даже относительно безопасных щелочных аккумуляторов закипеть — корпус батареи просто разорвёт. А щёлочь или кислота — это тоже очень вредные вещества для человека. Будь они хоть жидкие (ожоги), хоть в виде пара (ожоги слизистых, лёгких).

Разрушенный аккумулятор

Заключение

С развитием технических возможностей происходит развитие всей элементарной базы техники, включая аккумуляторные батареи. Появляются новые виды, включая экзотические, например, начинается производство полимер-углеродных гибких батарей, заменяющих традиционные ионно-литиевые. Поэтому информация описанная статьей не окончательна, она только рассказывает об основных, используемых сейчас, видах аккумуляторов.

Источник



ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

четверг, 28 февраля 2019 г.

Основные характеристики аккумуляторов

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.

Ёмкость аккумулятора

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее ёмкостью. В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах (Кл), на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час (А⋅ч). 1 А⋅ч = 3600 Кл. Ёмкость аккумулятора указывается производителем.

В настоящее время всё чаще на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях (Дж), на практике используется внесистемная единица — ватт-час (Вт⋅ч). 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.

Одна АКБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.д., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АКБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АКБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Заряд-разрядные кривые.

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АКБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для солнечных батарей. В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.

Напряжение аккумулятора

Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.

Напряжение при заряде, разряде и отсутствие тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АКБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя). Например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2 В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7 В).

Степень заряженности аккумулятора

1. Напряжение на аккумуляторе.

2. По плотности электролита.

Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом. Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.

Степень заряженности аккумулятора

Срок службы аккумуляторов

Срок службы аккумуляторов определяется числом циклов заряд-разряд (но не в годах или месяцах!) и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.
Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц.

Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20 ° С и разряде током одной величины, обычно 0,1 С) полезная ёмкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АКБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30 % емкости АКБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.

Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.

Максимальные токи заряда и разряда аккумуляторов

Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3 С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2 С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.

Саморазряд аккумуляторов

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.

Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10 % в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.

Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.

В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.

Источник