Основные характеристики акб: Основные характеристики автомобильных аккумуляторов АКБ

Основные характеристики автомобильных аккумуляторов АКБ

Мы заметили что у Вас выключен JavaScript.

Необходимо включить его для корректной работы сайта.

Аккумулятор – основной источник электроэнергии в автомобиле, создающий электрический ток посредством химической реакции и использующий его для запуска стартера двигателя и поддержки разветвленной сети электрических и электронных устройств автомобиля. Аккумуляторная батарея (АКБ) способна заряжаться (запасать и хранить электроэнергию) для последующего использования по назначению.

Типовой автомобильный аккумулятор. Характеристики и принцип работы

Типовой АКБ – электролитическая батарея на 12V, в корпусе которой находится шесть последовательно соединенных и разноименно заряженных пластинчатых блоков (каждый по 2V), разделенных сепараторами и залитых электролитом (плотная серная кислота). Положительно заряженные пластины представляют собой свинцовые решетки на основе PbO2, отрицательно заряженные пластины – решетки из губчатого Pb. Крайние блоки имеют борны на корпусе (контактные выводы на клеммы).

При подаче нагрузки, цепь аккумуляторных пластин замыкается, а возникающая химическая реакция (преобразование свинца в сульфат свинца) создает направленный электрический ток и снижает плотность электролита. При зарядке батареи происходит обратная реакция — восстановлением плотности электролита и активной массы свинцовых пластин.

АКБ в автомобиле – это запуск холодного двигателя стартером и питание бортовых электросистем при неработающем/работающем движке. Оптимальный КПД аккумулятор демонстрирует при +27С (падает до 60% при -18С). При использовании батареи в разных климатических и технических условиях, на разных автомобилях и режимах эксплуатации, характеристики аккумулятора имеют принципиальное значение и должны обязательно приниматься во внимание.

 
Автомобильные аккумуляторы. Технические характеристики
 
Основные характеристики аккумуляторов – это номинальная емкость и пусковой ток.
 

• Номинальная емкость (А·ч) 

Это количество вырабатываемого батареей электричества до установленного конечного напряжения, или количество энергии, которую аккумулятор вырабатывает за определенное время. При недостатке емкости батареи, вы не сможете запустить двигатель в холодную погоду и обеспечить электроприборы автомобиля электроэнергией.
 
Производители авто обычно указывают минимальную требуемую емкость аккумулятора с учетом мощности автомобиля и климатических особенностей эксплуатации (40-60 А·ч – для малолитражек в умеренном/холодном климате, до 80-100 А·ч – для бензиновых/дизельных автомобилей в любом климате, более 100 А·ч – для коммерческого транспорта, большегрузной и специальной техники).

Чем холоднее в вашем регионе, тем большую емкость аккумулятора следует выбирать.
 

• Разрядный ток (А) 

Пусковой ток (стартерный ток, ток холодного запуска) – это максимальное значение силы тока для запуска холодного двигателя от стартера. В теплое время года стартер должен преодолеть давление сжатия на цилиндрах вала маховика в 12-13 атмосфер, а в зимнее время – дополнительное противодействие загустевающего масла.
 
Номинальная емкость АКБ напрямую связана с пусковым током: чем она больше, тем больший электрический заряд может выдать батарея для одномоментного запуска холодного движка. Например, при внешней температуре – 18С необходима емкость батареи в 40 А·ч с пусковым током не менее 255 А (малолитражки на 1-2 литра). Для двигателей на 2-3.5 литра требуется пусковой ток не менее 300 А. То есть, чем пусковой ток выше, тем выше емкость батареи, и тем дольше стартер сможет прокручивать вал двигателя при его холодном запуске.

 
Кроме того, с характеристиками емкости и пускового тока напрямую связана пусковая мощность – максимальная выходная мощность, которую аккумулятор может выдать при внешней температуре до -18С в течение 30 секунд (единый стандарт EN/SAE).
 

Значение также имеют характеристики:

• Коэффициента преобразования энергии – превышение количества энергии при зарядке АКБ над энергией при разряде. Для зарядки аккумулятора необходимо, чтобы это соотношение было 1.05-1.10 (105-110%).
• Номинального напряжения АКБ – суммарное напряжение всех батарей аккумулятора, помноженное на их количество. Эта характеристика определяет три основных вида батарей: для легкой техники и мотоциклов – 6V, для легковых автомобилей – 12V, для тяжелых грузовых авто и спецтехники – 24V.
• Напряжение начала газовыделения – уровень напряжения аккумулятора, обеспечивающий начало процесса выделения газов (более 14.4V или 2.4V на клеммах).
• Резервная емкость АКБ – время, которое аккумулятор сможет работать без подзарядки при нагрузке в 25А (обычно не менее 40 минут). Это важно при выходе генератора из строя на морозе: при наличии достаточной резервной емкости, автомобиль сможет доехать до СТО или дома при работающей на аккумуляторе электросистеме. 

Очень важен и

конструктивный тип аккумулятора

– обслуживаемый (сурьмянистый с постоянным контролем уровня и плотности электролита), малообслуживаемый (кальциевый с конверт-сепараторами) и необслуживаемый (гибридный гелевый). В России наиболее распространены недорогие обслуживаемые и малообслуживаемые АКБ, которые отличаются надежностью, не боятся глубокого разряда и морозов, подлежат восстановлению. Для холодного климата оптимальным будет гибридный гелевый аккумулятор.
 
При выборе аккумуляторной батареи следует также обратить внимание на ее полярность (расположение токовыводящих стержней). Прямая полярность (аккумуляторы для большинства отечественных авто) — положительный электрод находится слева, обратная полярность (евростандарт) – положительный электрод справа.

14.09.2016

К другим статьям

Характеристики аккумуляторов • Ваш Солнечный Дом

• 1 Емкость батареи
• 2 Напряжение
• 3 Степень заряженности
• 4 Срок службы аккумуляторов
• 5 Максимальные токи заряда и разряда
• 6 Внутреннее сопротивление
• 7 Саморазряд
• 8 Харакеристики аккумуляторов: ГЛОССАРИЙ

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда

. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре — обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.

Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: RA12-200DG — батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах — обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях — так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).

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.

Емкость батареи

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется обычно в ампер-часах, хотя правильнее приводить значения в ватт-часах.

Заряд-разрядные кривые свинцово-кислотных аккумуляторов

Емкость (Вт*ч) = U*I*t

где U — напряжение аккумулятора, В; I — ток, который он может отдавать в течение времени t.

Так как обычно принимается, что для различных аккумуляторов напряжение одинаковое, то из формулы убирается напряжение, и остается емкость в ампер-часах.

Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 3000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ 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 АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение синцово-кислотных АБ 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

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 отсутствии 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 АБ. 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 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).

Степень заряженности

Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором, которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой. Однако он сможет сэкономить много денег при обслуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.

Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.

1. Напряжение на аккумуляторе. Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).
2. Второй метод определения степени заряженности — 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.

100	12.70	25.40	1.265
95	12.64	25.25	1.257
90	12.58	25.16	1. 249
85	12.52	25.04	1.241
80	12.46	24.92	1.233
75	12.40	24.80	1.225
70	12.36	24.72	1.218
65	12.32	24.64	1.211
60	12.28	24.56	1.204
55	12.24	24.48	1.197
50	12.20	24.40	1.190
40	12.12	24.24	1.176
30	12.04	24.08	1.162
20	11.98	23.96	1.148
10	11.94	23.88	1.134

Срок службы аккумуляторов 

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд 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.

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. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.

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 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АБ, 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 АБ, 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

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

Зарядные и разрядные характеристики сильно зависят от химического состава аккумулятора. Также, многое зависит от конструкции аккумулятора — объем электролита, толщина пластин, покрытия, плотность электролита и т.п. Некоторые аккумуляторы разработаны для разрядом малыми токами долгое время, другие могут работать при больших токах короткое время.

Ниже приведена таблица с типичными значениями основных параметров аккумуляторов. 

 

Внутреннее сопротивление

На максимальные токи заряда и разряда также влияет внутреннее сопротивление аккумулятора. Особенно важен этот показатель для высокотоковых аккумуляторов. Аккумулятор можно представить как источник тока и последовательное сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше будет нагреваться аккумулятор и тем больше будет падать на нем напряжение.

Величина снижения напряжения на элементах аккумуляторной батареи при протекании токов, определяется внутренним сопротивлением элементов. Полное сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора – это сумма таких величин, как сопротивление поляризации и омическое сопротивление. Омическое сопротивление является суммой сопротивлений сепараторов аккумулятора, электродов, положительного и отрицательного выводов, мостовых сварных соединений между элементами и электролита.

Условно, можно аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

E = ( R + r ) * I

 

Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов

На сопротивление электродов оказывает влияние их конструкция, пористость, геометрия, конструкция решётки, состояние активного вещества, наличие легирующих компонентов, качество электрического контакта решёток и обмазки активной массы. При этом, как известно, у аккумуляторов большей емкости больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

Кроме того, внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит и от токов нагрузки. Например, внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах нагрузки в несколько раз меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах. В процессе разряда свинцово-кислотного аккумулятора на поверхности электродов выделяется сульфат свинца (PbSO4). Это плохой проводник, который существенно увеличивает сопротивление электродных пластин. Кроме того, сульфат свинца откладывается в порах активной массы пластин и существенно уменьшает диффузию серной кислоты из электролита в них.

Существенное влияние на сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора оказывает и величина сопротивления электролита. Эта величина, в свою очередь, сильно зависит от концентрации и температуры электролита. Так, при уменьшении температуры сопротивление электролита растет и достигает бесконечности при его замерзании. И, наоборот, при высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше и внутреннее сопротивление аккумулятора ниже. Наиболее оптимальным значением является установленная производителем плотность электролита при температуре 20-25°С, при которой внутреннее сопротивление принимает минимальное значение. При уменьшении или увеличении плотности электролита его сопротивление увеличивается, а, следовательно, растет и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Поскольку емкость аккумуляторной батареи связана с ее внутренним сопротивлением и, получив опытным путем значение внутреннего сопротивления, можно оценить и емкость самой аккумуляторной батареи. Так, если внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи увеличилось в 2 раза, то можно предположить, что емкость аккумуляторной батареи уменьшилась примерно в 2 раза. Другими словами, внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдавать в нагрузку большой пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение внутреннего сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.

Регулярность измерений внутреннего сопротивления обеспечивает возможность прогнозирования выработки ресурса аккумуляторной батареи, и планировать ее замену заблаговременно. Считается, что за 1 год сопротивление аккумуляторной батареи, при правильной эксплуатации, должно возрастать, исходя из срока службы, например, в 15 лет, не более, чем на 6-7%. Если скорость увеличения сопротивления элементов превышает ожидаемую, то анализируются условия эксплуатации аккумуляторной батареи, нагрузка, процесс подзаряда и другие. Элементы аккумуляторной батареи, сопротивление которых отличается от среднего, вычисляемого для всех элементов, более чем на 10% подвергаются тренировочному заряду, а, если он не дает нужного эффекта, считаются неисправными и нуждающимися в замене. Тренировочный заряд проводится не всех элементах аккумуляторной батареи от штатного зарядно-подзарядного устройства, а индивидуально, только тех элементов, которые в этом нуждаются, от переносного зарядного устройства. При обследовании аккумуляторной батареи кроме внутреннего сопротивления ее элементов измеряются сопротивления и межэлементных соединений. Это позволяет своевременно выявлять характерные дефекты, обусловленные коррозией токовыводов аккумуляторов.

Государственный стандарт ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 «Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний», соответствующий рекомендациям МЭК, предусматривает определение внутреннего сопротивления аккумуляторов по двум значениям разрядного тока и напряжения. При этом разрядный ток первой ступени выбирается в зависимости от тока десятичасового режима разряда и равен (4–6) I10, напряжение регистрируется на 20 секунде разряда. Ток второй ступени выбирается из расчета (20–40) I10, напряжение регистрируется на 5 секунде разряда. Далее линейной экстраполяцией определяются расчетная ЭДС и ток короткого замыкания аккумулятора. По полученным данным определяют внутреннее сопротивление аккумулятора. По этой методике проводят испытания многие отечественные аккредитованные специализированные испытательные центры и лаборатории, у которых оборудование позволяет провести это опытным путем.

Обычному пользователю при наличии специального оборудования достаточно измерить внутреннее сопротивление для оценки состояния аккумуляторной батареи в целом. В то же время на сегодняшний день самым объективным способом оценки состояния аккумуляторных батарей является их контрольный 20- или 10-часовой разряд в соответствии с данными тока разряда и конечного напряжения разряда разрядных таблиц завода-изготовителя.

Таким образом, внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей является условной величиной. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой нелинейное устройство, внутреннее сопротивление которого не остается постоянным, а меняется в зависимости от температуры, величины нагрузки, степени заряженности, концентрации электролита и прочих вышеперечисленных параметров. Поэтому для проведения точных расчётов аккумулятора желательно все-таки использовать разрядные кривые, а не величину внутреннего сопротивления.

Параметры проводимости АКБ рассчитывают, отталкиваясь от ЭДС, нагрузки и силы тока. В итоге можно получить условную, изменяющуюся величину, на которую влияют такие факторы:

• размеры и форма батареи;
• конструктивные особенности;
• текущее состояние электролита;
• наличие или отсутствие легирующих добавок;
• состояние контактов.

Особенно существенно на ВС влияет электролит. А именно его состав, концентрация, температурные характеристики.

График внутреннего сопротивления АКБ

Есть определённая зависимость между сопротивлением и составом электролитической массы:

• у свинцово-кислотных минимальные значения, они могут отдавать ток до 2,5 кА для запуска ДВС;
• самый низкий параметр внутреннего сопротивления у никель-кадмиевых батарей, который может сохраняться спустя 1 тысячу циклов разряда и заряда;
• у аккумуляторов типа NiMh сопротивление изначально выше, а спустя 300-400 циклов увеличивается;
• Li-ion находятся между 2 предыдущими батареями.

Саморазряд

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.

Каргиев Владимир, «Ваш Солнечный Дом»
©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна

Дополнительная информация по теме в Разделе «Библиотека«. Настоятельно рекомендуем почитать эту статью

Харакеристики аккумуляторов: ГЛОССАРИЙ

Емкость (С) — энергия, которую способен отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при следующих условиях: меньшем токе разряда, разряде с меньшими перерывами, более высокой температуре окружающей среды, а также более низком конечном напряжении.

Номинальная емкость — номинальное значение емкости: количество энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.

Саморазряд — потеря емкости в отсутствие внешнего потребителя тока.

Срок службы батареи — наработка, при которой разрядная емкость сделается меньше определенной нормированной величины, обычно оценивается рабочим количеством циклов «заряд-разряд».

Срок хранения — максимальный период времени, в течение которого батарея может храниться при оговоренных условиях, не требуя дополнительной зарядки.

Эта статья прочитана 144002 раз(а)!

• Путеводитель по теме «Аккумуляторы»

  10000

  Раздел «Основы — Аккумулирование энергии» Раздел «Оборудование — Аккумуляторы» Свинцово-кислотные аккумуляторы Литиевые аккумуляторы Раздел «Библиотека — про аккумуляторы» См. также полную карту нашего сайта со списком всех статей. Купить Аккумуляторы в нашем Интернет-магазине

• Руководство покупателя АКБ для систем электроснабжения

  10000

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• Сравнение аккумуляторов

  10000

  Сравнение аккумуляторов различных производителей При проектировании системы автономного или резервного электроснабжения всегда стоит вопрос — какие аккумуляторы лучше выбрать? На рынке представлены множество брендов, типов, и моделей аккумуляторных батарей, и разобраться в них очень непросто. Часто наши клиенты задают вопрос…

• Аккумуляторы — FAQ

  10000

  Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения — ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…

• Аккумуляторные батареи. Ликбез

  60

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

• Какая емкость АБ Вам нужна?

  50

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

6.12: Характеристики аккумуляторов — технические библиотеки LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

21178

• Распространение информационных технологий для продвижения материаловедения (DoITPoMS)
• Кембриджский университет

При выборе батареи необходимо учитывать следующие характеристики батареи:

• Тип
• Напряжение
• Кривая нагнетания
• Емкость
• Плотность энергии
• Удельная плотность энергии
• Плотность мощности
• Температурная зависимость
• Срок службы
• Физические требования
• Цикл зарядки/разрядки
• Срок службы
• Стоимость
• Способность к глубокому разряду
• Требования к приложению

Тип

См. страницу основных и дополнительных батарей.

Напряжение

Теоретическое стандартное напряжение элемента можно определить из электрохимического ряда, используя значения E ^o :

E ^o (катодный) – E ^o (анодный) = E ^o (2)

Это стандартное теоретическое напряжение. Теоретическое напряжение ячейки модифицируется уравнением Нернста, учитывающим нестандартное состояние реагирующего компонента. Нернстовский потенциал будет меняться со временем либо из-за использования, либо из-за саморазряда, при котором изменяется активность (или концентрация) электроактивного компонента в клетке. Таким образом, номинальное напряжение определяется химическим составом элемента в любой момент времени.

Фактическое создаваемое напряжение всегда будет ниже теоретического напряжения из-за поляризации и потерь сопротивления (падение IR) батареи и зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса элемента. Эти факторы зависят от кинетики электрода и, таким образом, меняются в зависимости от температуры, состояния заряда и возраста клетки. Фактическое напряжение, появляющееся на клемме, должно быть достаточным для предполагаемого применения.

Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 1,2 В для никель-кадмиевой батареи до 3,7 В для литий-ионной батареи.

На следующем графике показана разница между теоретическим и фактическим напряжением для различных аккумуляторных систем:

Кривая разрядки

Кривая разрядки представляет собой график зависимости напряжения от разряженной емкости в процентах. Желательна плоская кривая разряда, поскольку это означает, что напряжение остается постоянным по мере разрядки батареи.

Емкость

Теоретическая емкость батареи — это количество электричества, участвующее в электрохимической реакции. Он обозначается Q и задается как:

\[Q=x n F\]

где x = количество молей реакции, n = количество электронов, переданных на моль реакции и F = постоянная Фарадея

Емкость обычно выражается в единицах массы, а не число молей:

\[Q=\frac{n F}{M_{r}}\]

, где M _r = молекулярная масса. Это дает емкость в единицах ампер-часов на грамм (Ач/ч). грамм).

На практике полная емкость батареи никогда не может быть достигнута, так как значительный вклад в вес вносят нереакционноспособные компоненты, такие как связующие вещества и проводящие частицы, сепараторы и электролиты, токосъемники и подложки, а также упаковка. Типичные значения варьируются от 0,26 Ач/г для Pb до 26,59 Ач/г.Ач/г для H ₂ .

Плотность энергии

Плотность энергии – это энергия, которая может быть получена равной единице объема веса клетки.

Удельная плотность энергии

Удельная плотность энергии — это энергия, которая может быть получена на единицу веса ячейки (или иногда на единицу веса активного электродного материала). Это произведение удельной емкости и рабочего напряжения за один полный цикл разрядки. И ток, и напряжение могут изменяться в течение цикла разряда, поэтому удельная полученная энергия рассчитывается путем интегрирования произведения тока и напряжения во времени. Время разряда связано с максимальным и минимальным порогом напряжения и зависит от состояния доступности активных материалов и/или предотвращения необратимого состояния перезаряжаемой батареи.

Плотность мощности

Плотность мощности — это мощность, которая может быть получена на единицу веса элемента (Вт/кг).

Зависимость от температуры

Скорость реакции в клетке будет зависеть от температуры в соответствии с теориями кинетики. Внутреннее сопротивление также зависит от температуры; низкие температуры дают более высокое внутреннее сопротивление. При очень низких температурах электролит может замерзнуть, что приведет к более низкому напряжению, поскольку движение ионов затруднено. При очень высоких температурах химические вещества могут разлагаться, или может быть достаточно энергии для запуска нежелательных обратимых реакций, снижающих емкость.
Скорость снижения напряжения с увеличением разряда также будет выше при более низких температурах, как и емкость — это показано на следующем графике:

Срок службы

Срок службы аккумулятора для перезаряжаемой батареи определяется как количество циклов зарядки/перезарядки, которые может выполнить вторичная батарея, прежде чем ее емкость упадет до 80% от первоначальной. Обычно это от 500 до 1200 циклов.

Срок хранения батареи — это время, в течение которого батарея может храниться в неактивном состоянии до того, как ее емкость упадет до 80 %. Снижение емкости со временем вызвано истощением активных материалов в результате нежелательных реакций внутри клетки.

Аккумуляторы также могут быть подвержены преждевременной разрядке:

• Перезарядка
• Чрезмерная разрядка
• Короткое замыкание
• Потребляет больше тока, чем было рассчитано
• Экстремальные температуры
• Воздействие физического удара или вибрации

Задержка напряжения

В некоторых системах аккумуляторов может происходить пассивация . Пассивация — это процесс, при котором образующийся восстановленный продукт (часто оксид) не растворяется в электролите или не оседает с электрода, а вместо этого образует пленку на поверхности электрода. Это может значительно затруднить реакцию, так как снижается электрический контакт внутри клетки. Это может существенно продлить срок хранения батареи, однако, когда батарея разряжается, начальное напряжение может быть ниже ожидаемого до тех пор, пока покрытие не разрушится. Это известно как задержка напряжения .

Выход из строя батареи из-за старения

В течение срока службы элемента морфология компонентов будет меняться, что отрицательно скажется на функционировании элемента.

• Кристаллы в ячейке увеличиваются, увеличивая импеданс,
• Металлические дендриты растут на элементах, вызывая вздутие электродов, заставляя их сближаться и увеличивая саморазряд,
• Дендриты могут проникать в сепаратор, вызывая очень сильный саморазряд или даже короткое замыкание.

В конце концов, внутреннее сопротивление и саморазряд станут настолько высокими, что батарею больше нельзя будет использовать.

Металлические дендриты (Щелкните микрофотографию для подробностей)

Физические требования

Сюда входят геометрия ячейки, ее размер, вес и форма, а также расположение выводов.

Цикл зарядки/разрядки

Существует множество аспектов цикла, которые необходимо учитывать, например:

• Напряжение, необходимое для зарядки
• Время, необходимое для зарядки
• Наличие источника зарядки
• Потенциальные угрозы безопасности во время зарядки/разрядки

Срок службы

Срок службы перезаряжаемой батареи – это количество циклов разрядки/зарядки, которое она может выдержать, прежде чем ее емкость упадет до 80 %.

Стоимость

Сюда входит первоначальная стоимость самой батареи, а также стоимость зарядки и обслуживания батареи.

Возможность глубокого разряда

Существует логарифмическая зависимость между глубиной разряда и сроком службы батареи, поэтому срок службы батареи можно значительно увеличить, если она не полностью разряжена; например, батарея мобильного телефона прослужит в 5-6 раз дольше, если перед зарядкой ее разряжать только на 80%.

Специальные батареи глубокого разряда доступны для приложений, где это может быть необходимо.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Исключением являются никель-кадмиевые аккумуляторы, так как их частичный разряд вызывает «эффект памяти»; батарея, кажется, «помнит», сколько заряда используется, и будет заряжать только это количество, а не полный заряд.

На самом деле повторяющаяся неглубокая зарядка вызывает изменение кристаллической структуры батареи: кристаллы в ячейке увеличиваются, увеличивая импеданс и, таким образом, уменьшая ее емкость.

Требования к применению

Аккумулятор должен быть достаточным для предполагаемого применения. Это означает, что он должен быть в состоянии производить правильный ток с правильным напряжением. Он должен иметь достаточную мощность, энергию и мощность. Он также не должен слишком сильно превышать требования приложения, поскольку это может привести к ненужным затратам; он должен обеспечивать достаточную производительность по минимально возможной цене.

---

Эта страница с заголовком 6. 12: Характеристики батареи распространяется по лицензии CC BY-NC-SA, автором, ремиксом и/или куратором является организация Распространение информационных технологий для продвижения материаловедения (DoITPoMS).

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип артикула

   Раздел или Страница

   Автор

   ДОИТПОМС

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Типы батарей и их важные характеристики.

Батареи — это аккумуляторы, которые преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию и являются важным устройством в изолированных установках с собственным потреблением.

Основной принцип работы батареи заключается в окислительно-восстановительных (окислительно-восстановительных) реакциях определенных химических веществ. Одно химическое вещество которого теряет электроны (окисляется), а другое приобретает электроны (восстанавливается), способное вернуться к своей первоначальной конфигурации.

Что такое батареи и элементы?

Батарея также называется аккумулятором или элементом. Батареи состоят из химических элементов, которые имеют положительный полюс, называемый анодом, и отрицательный полюс, катод, а также электролиты, которые пропускают электрический ток наружу.

Он может преобразовывать химическую энергию внутри них в электрическую энергию.

Эта электрическая энергия представляет собой постоянный ток, поскольку она проходит от одной части батареи к другой или между отрицательным и положительным полюсами.

Эти элементы преобразуют химическую энергию в электричество в обратимом или необратимом процессе в зависимости от типа батареи.

Есть два типа элементов

1. Первичные батареи

2. Вторичные батареи

Первичные батареи

Те, которые после реакции не могут вернуться в исходное состояние. Тем самым истощая их способность накапливать электрический ток. Первичные батареи также в народе называют «неперезаряжаемые батареи».

Например, батарейки для настенных часов, радиоприемников и другого портативного оборудования.

ЩЕЛОЧНЫЕ БАТАРЕИ

Щелочная батарея состоит из отрицательного электрода из цинка и положительного электрода из диоксида марганца (MnO2). Раствор электролита – гидроксид калия.

Вторичные батареи

Это батареи, которые могут получать электроэнергию для восстановления своего первоначального химического состава и могут использоваться много раз, прежде чем полностью разрядятся.

Вторичные батареи также называются «Перезаряжаемые батареи» .

Через циклы заряда и разряда аккумуляторы преобразуют электрическую энергию в химическую (заряд), а химическую энергию в электрическую во время разряда. Поэтому их называют батареями или перезаряжаемыми батареями.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Как показано на рисунке ниже, свинцово-кислотный аккумулятор состоит из пластин, сепаратора (изоляционного материала) и раствора электролита. Он из твердого пластика, с жестким резиновым корпусом. Электролит – вода и серная кислота. Аккумулятор 12 В означает 2,1 В на элемент, а 12 В вырабатываются элементами.

Никелевые батареи

Они также подразделяются на Ni-Cd (никель-кадмиевые), Ni-MH (никель-металлогидридные).

Никель-металлогидридный аккумулятор

(Ni-MH) обеспечивает более высокую плотность энергии, чем никель-кадмиевый (Ni-Cd) аккумулятор. Они хранят в два раза больше энергии, чем никель-кадмиевые батареи.

Литий-ионные батареи

Они тяжелые и подвержены эффекту памяти. Литий-ионные аккумуляторы сохраняют ту же энергию, что и Ni-MH, и весят на 20–35% меньше, чем Ni-MH.

Основы аккумуляторов

Каждый тип аккумуляторов один с разными характеристиками, разной ценой и разным назначением.

Развитие аккумуляторов близко к развитию современных технологий.

В зависимости от назначения батареи производятся разного размера, мощности или напряжения.

Зарядная емкость батареи зависит от природы химических элементов, из которых она состоит, и измеряется в ампер-часах (Ач).

Таким образом, например, батарея емкостью 1 Ач может отдавать 1 ампер тока в течение одного непрерывного часа. Чем больше его нагрузочная способность, тем больший ток он может хранить внутри себя.

Важные характеристики аккумуляторов

1. Количество энергии, которое могут хранить аккумуляторы, указывается в ватт-часах (Втч).
2. Максимальный ток, который они могут отдавать (разряд в ампер-часах (Ач) и емкость.
3. Глубина разряда, которая может поддерживать данные в процентах (%) от количества энергии, которое они могут хранить.

Количество энергии, которое они могут хранить, выражается в ватт-часах (Втч). ).

                Втч = номинальное напряжение X А·ч

Максимальный ток, который они могут обеспечить (разряд) батареи прикреплены к контейнеру. Чтобы получить это значение, производитель подвергает батарею испытанию на разряд при постоянном токе, время, необходимое для формирования заряда от 100% до 20%, определяет емкость Ач.

Например, батарея емкостью (C) 300 Ач

Время разряда (стандартное) = 20 часов

Ток (во время испытаний) = 15 А

Мы должны знать, как интерпретировать это значение в Ач немного, так как это только справочное значение для классификации батарей и, учитывая случай, и, взяв батарею из предыдущего примера, она не могла обеспечить 300 А в течение одного часа.

Это будет означать ускорение электрохимической реакции и, как следствие, увеличение внутреннего сопротивления батареи, что приведет к падению выходного напряжения.

Если бы, с другой стороны, у нас был ток разряда ниже указанного, например, 10А, то норма Ач была бы выполнена. Аккумулятор емкостью 300 Ач в примере может поддерживать это значение в течение 30 часов.

Ток в виде дробного значения

Производители также присваивают разрядному току дробное значение его емкости в Ач, эти значения могут быть C/10, C/20, C/50, C/100 и т. д., это значение представляет собой количество часов разрядки, в течение которых батарея может обеспечивать заданный ток (Ач) при постоянном потоке энергии. В нашем примере C/30 будет представлять 10A, а C/60 — 5A.

В изолированных установках рекомендуется покупать батарею емкостью C/100 при потреблении, которое мы имеем или хотим дать нашей установке. Таким образом, мы бы застраховали электроэнергию на 3-4 дня на случай, если погодные условия не позволят нам ее вырабатывать.